[發明專利]一種新型的自動化太陽能空氣取水裝置

有效

• 申請號: 201310317274.9
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103452164A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 劉光宇;李兵;李少兵;薛安克
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: E03B3/28
• 分類號: E03B3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于新能源應用與水處理領域，具體涉及到一種新型的自動化太陽能空氣取水裝置。

背景技術

地球表面70%為海洋，15%為沙漠，沙漠和海島地區人們都缺乏淡水資源。地球表面上的水在地心引力和太陽輻射熱的作用下，氣態、液態、固態等三態不斷遷移和轉化，大氣層永遠成為地表水循環的中轉站。隨著大氣環流作用，即使沙漠缺水地區的空氣含濕量與其他地區差別不大，例如：在早晨，沙漠地區的相對濕度可達到90%，在白天高溫情況下降到了20%。從空氣獲取淡水在理論上可行。?

從空氣中獲取淡水的最簡單方式是收集雨水，然而，在缺乏雨水的地區可行性較差。采用人工方法，主要是致冷結露方法、吸附材料吸附-脫附方法。致冷結露方法是利用冷凝器將空氣的熱量吸走，降低空氣溫度，當低于露點后，則水汽凝結成水滴，收集水滴可以產生淡水。吸附材料吸附-脫附方法是某些多孔材料，例如：沸石、硅膠，有吸收水分子的特性，待吸附材料吸收了很多水分子后，再采用某種脫附方法，通常加熱方法，就可以讓水汽脫離吸附材料，再聚集后形成水滴，收集水滴可以產生淡水。可見，空氣取水方法是需要消耗很多能量，用于產生制冷、蒸發等吸熱或放熱過程。

人們已經發明了一些簡單的裝置，結合太陽能，利用太陽能的熱能或轉化后的電能。然而，這些裝置缺乏一些能量能量回收再利用的環節，而且，這些裝置幾乎沒有實現自動化、智能化、性能優化。因此，能量利用率低、產水量低，沒有大規模推廣。

換熱技術，是一種很好的節能技術，常用于將某一工藝過程的廢氣、廢水的余熱進行回收再利用。熱電堆技術（一種熱泵)，是一種最先進的空調技術，與傳統壓縮機制冷相比，沒有運動部件、沒有冷媒、結構十分緊湊，常用于小型設備的制冷。自動化技術，基于傳感器、執行器等儀表，常常結合單片機、工控機等現代計算機控制系統，實現先進的數學方法或控制算法，能實現工藝的自動化、智能化、信息化、最優化。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種新型的自動化太陽能空氣取水裝置。本發明具有節能性好、結構緊湊、運行過程自動化、智能化、最優化等多種優點。

本發明包括空氣取水裝置、控制單元和電力單元。

空氣取水裝置包括冷凝器、儲液罐、換熱器、熱電堆、泵、散熱片。第一路空氣管道貫穿換熱器后與冷凝器相連接，冷凝器設置在儲液罐內，并與儲液罐內頂部相連接，儲液罐中部輸出的不凝氣管道貫穿換熱器后與泵的輸入端相連接，儲液罐底部輸出端與淡水管道相連接；第二路空氣管道與泵的輸入端相連接，泵的輸出端與冷卻風管道的一端相連接，冷卻風管道的另一端開口朝向散熱片，散熱片與熱電堆的散熱端相連接，熱電堆的吸熱端與儲液罐內冷凝器相連接。

所述的儲液罐通過內壁上的環形隔板分為上下兩個部分，上部分用于放置冷凝器，下部分為集液腔，用于收集水滴；環形隔板為兩端開放的圓臺，其下底面與儲液罐內壁固定，上底面懸空；

空氣取水裝置工作過程如下：第一路空氣管道通過換熱器預熱后遇到冷凝器，若氣體降低到露點，水分子在冷凝器的網狀結構凝結成水滴后墜落，并被收集到儲液罐底部的集液腔內；第一路空氣管道中的不凝氣（主要氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體）通過不凝氣管道從儲液罐內排出，并經過換熱器與第一路空氣管道中的空氣換熱，收集冷量；最終不凝氣和第二路空氣管道在泵的作用下均用于散熱片的冷卻風；同時，熱電堆作為一種熱泵，能夠吸收低品位熱源的熱量并釋放到熱端，熱電堆工作后致使冷凝器的熱量被吸走，達到給冷凝器制冷的作用。

控制單元包括液位開關LS1、溫度傳感器TS1、第一電磁閥V1、第二電磁閥V2、第一控制點CC1、第二控制點CC2和第三控制點CC3。第一電磁閥V1設置在淡水管道內，即與儲液罐底部輸出端相連接的管道內；第二電磁閥V2設置在第二空氣管道內，即與泵輸入端相連接的管道內；液位開關LS1設置在儲液罐腔體內，且位于儲液罐中下位置的內壁上；溫度傳感器TS1設置冷凝器內；第一控制點CC1、第二控制點CC2和第三控制點CC3分別與熱電堆、泵、第二電磁閥V2相連接。控制單元控制過程如下：溫度傳感器TS1檢測到冷凝器的溫度后，在線反饋給第一控制點CC1、第二控制點CC2和第三控制點CC3，通過第一控制點CC1、第二控制點CC2和第三控制點CC3分別在線調節熱電堆的驅動電流、泵的轉速和第二電磁閥V2的開合；液位開關LS1用于監測儲液罐儲液腔是否水位已滿，若滿則打開第一電磁閥V1，讓淡水排出。