[發明專利]一種遠洋艦風能空氣制水機

在審

• 申請號: 202210450158.3
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114673218A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王金良;李明珅;武家樓
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: E03B3/28
• 分類號: E03B3/28;F03D9/28
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 楊闖

本發明提供了一種遠洋艦風能空氣制水機，包括風輪、機械傳動機構和空氣制水機構；空氣制水機構包括壓縮機構、冷凝器和蒸發器，蒸發器下方設有水箱。本發明結構設計合理，利用海洋上的風力資源作為主動送風系統，為空氣制水機提供能源，可直接利用海洋上的風能，即使遠洋艦靜止在海面上，海洋上也有較大的風力資源可以直接利用。同時風能系統不用轉化電能即可直接利用，直接利用風能轉換的機械能，作為壓縮機構的能源供應，極大的減少的能量轉換的損失，對應設計的壓縮機構利用風能傳動的機械結構即可正常運行，壓縮效率高，為制冷劑在整個制冷系統中提供了足夠的動力，使制冷劑流動的更快，冷卻制水效果好，制水效率高。

技術領域

本發明涉及風能利用技術領域，尤其涉及一種遠洋艦風能空氣制水機。

背景技術

遠洋艦長期行駛在海洋之上，很長時間難以得到食物以及飲用水的供應，遠洋艦上的船員不但要面臨用水和飲用水缺乏問題，有時候還要面對飲用水的質量問題。現在的遠洋艦供水方法一般有兩種，一是到陸地補水，但如果是長期行駛在海洋上，那就需要大量的水資源，這些水資源不但占據遠洋艦一定的體積，還具有較大的質量。二是海水淡化裝置，這種裝置不但成本高，還要耗費遠洋艦上的能源。但是海洋之上的空氣中本就存有較多的淡水資源，海洋上的空氣濕度高，這對空氣取水裝置的應用提供了依據。海洋上具有較大的風能，加上遠洋艦的行駛可以形成風能空氣取水的相對風，這對風能空氣取水機的應用提供了依據。

海面長期受太陽光的照射，將海水蒸發為水蒸氣，所以海面上的空氣濕度較高，當空氣濕度低于露點溫度時，空氣中的水蒸氣就會液化成水，所謂空氣取水技術，就是通過某一種方式或者方法把空氣中的水蒸氣提取出來，再經過化學消毒法以及物理過濾法就可以將液化的水凈化為可以飲用的純凈水。

目前，空氣取水技術主要分為:引導-控制流動式空氣制水、干燥劑吸附法、聚霧取水法和表面冷卻法。

引導-控制流動式空氣制水裝置的原理：讓空氣在流動過程中擴張，把這一過程中一部分能量用來冷卻空氣，將空氣的溫度降低到露點溫度以下，冷凝成水滴，收集凈化后得到飲用水。1972年Starr等人進行了高空加速器用于空氣制水裝置的可行性研究。高空加速器利用經典流體力學的動量定理，控制一個高度和直徑很大的垂直管內的空氣流動，管內的熱力學過程簡化為濕絕熱過程 (需要考慮此過程中的誤差)。冷凝過程和隨之而來的潛熱釋放過程不需要任何的外界驅動力，即濕空氣冷凝過程不消耗能源，該裝置的主要用途是空氣制水。研究人員利用這種裝置在德克薩斯州布朗斯維爾氣象站進行了一年的實驗研究，實驗結果證明：雖然實際實驗過程中存在一些問題，但是這種空氣取水方法是可行的。這種方法存在的最大問題是：垂直管子需要建造100m甚至更高、直徑也需要很大，實際建造困難，成本高。

吸附-解析式空氣取水技術的優點：利用可再生能源時，不需要消耗電能；結構簡單；成本低。但是這種太陽能動力的系統必須在低溫下進行吸附，并且需要有能夠儲備電能的的太陽能電池板。2006年上海交通大學的J.G.Ji研究了使用新型復合吸附劑的空氣制水裝置的性能。裝置的新型復合吸附劑采用具有專利技術的超大空結晶材料MCM-41作為宿主基質、氯化鈣溶液作為吸濕鹽。新型復合吸附劑制造過程：分別用質量分數為20％、25％、30％，35％的氯化鈣溶液浸泡MCM-41材料48小時，再用純凈水沖洗快速沖洗樣品，然后在200℃的高溫下干燥兩個小時，最后儲存在真空容器中。太陽能驅動的空氣取，夜間濕空氣流經吸附床進行吸附過程，白天吸附床在太陽能輻射作用下進行再生過程，得到冷凝水。實驗過程中測試不同樣品的制水能力，并與浸泡氯化鈣溶液的硅膠進行對比試驗。Abualhamayel(1997)、ARISTOV(1999)、Gad(2001)、 Kabeel(2007)、Hamed(2011)等人也對吸附-解析式空氣制水裝置進行了實驗研究。

大霧天空氣中含有很多水蒸氣，通過一定的方式，將霧中小水滴分離出來，進而獲得淡水，該方法稱為聚霧取水法。該法一般采用巨幅尼龍屏障，吸附霧中的小液滴，使之聚合長大，然后大水珠就會沿著傾斜的尼龍線流到集水器中。聚霧取水法成本低、效率高，在多個領域都有應用，但其受環境限制，只適宜在缺水且多霧的地方推廣。