間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置的製作方法
2023-08-10 18:48:06 2
專利名稱：間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種從空氣中取水的裝置，更具體的說，是涉及一種利用太陽能採用吸附式製冷技術實現的從空氣中取水的裝置。
背景技術：
中國水資源的匱乏已經成為經濟發展的瓶頸，對於一些地區，水的獲得已經成為非常困難的事情，特別是內陸地區或島嶼，淡水更加珍貴。而大氣層含水量非常豐富，即使在我國西部地區或沙漠地區空氣中水蒸氣的含量也相當豐富。所以採用製造低於空氣露點溫度的環境，讓空氣中的水分凝結而製取淡水已經成為當今淡水製取的主要研究內容。
專利申請號為01102862.9，發明名稱為《從空氣中取水的機器》的專利文獻提出利用電驅動制冷機，通過製冷循環中的蒸發器冷凝，使得空氣中的水分在達到露點的時候，凝結成水。收集其中的水分，過濾並儲存起來。該發明專利解決了空氣中取水的問題，但由於該方法需要製冷循環提供製冷，而造成運行成本高，取水效率低等問題。另外對於邊遠地區，電能的供給也是非常困難的。
專利申請號為01113489.5，發明名稱為《太陽能吸附式空氣取水裝置》的專利文獻提出利用吸附床中的吸附工質吸附空氣中的水分，白天利用太陽的輻射作用進行吸附工質的脫附。脫附出來的水分進入冷凝器中，在冷凝器中釋放出汽化潛熱後冷凝為液態水，經淨化後進入儲水器中。該發明專利解決了利用吸附材料吸附空氣中的水分的問題。但由於這種方法中的吸附材料和空氣接觸，空氣當中的雜質會堵塞吸附床入口的過濾網。給系統的連續運轉造成不便。
專利號為01102877.7，發明名稱為《太陽能吸附式空氣取水器》的專利文獻描述了一種帶有太陽能聚光罩的利用吸附式製冷原理從空氣中取水的裝置。主要解決吸附床內缺少均勻氣道而造成局部過熱，從而降低集熱效率的問題。但系統循環方式主要還是利用吸附空氣中的水分，實現集水的目的。該專利和發明專利申請號01113489.5的方式一樣，將吸附材料暴露在空氣中。而能夠通過過濾網的細小顆粒會聚集在吸附材料的空穴中，最終會造成吸附材料的堵塞。此外，該專利描述了此種空氣取水器還需要白天將透光罩合上，而晚上制水時需要將透光罩打開。此種需要人工操作的系統，製造和安裝、運行都較複雜。
實用新型內容本實用新型是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，系統運行穩定，產品造價低，不需要任何電力和人工操作的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置。
本實用新型通過下述技術方案實現一種間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，其特徵在於，包括吸附床、表面換熱器、壓力調節器和集水器；所述吸附床和表面換熱器用管路連接，並在所述吸附床和表面換熱器之間設置壓力調節器，所述表面換熱器的下端設置有集水器。
所述吸附床由吸附床體和遇熱時脫附出吸附工質、遇冷時吸附進吸附工質的吸附材料組成，所述吸附床體為一封閉的箱體，其接收太陽輻射的一面為透光材料，在吸附床體內設置有均勻的透氣通道，在吸附床體的背面設置有吸附工質進出口；所述表面換熱器內設置有可以相變的吸附工質，所述吸附工質與吸附材料構成吸附對，所述表面換熱器的上部設置有吸附工質進出口；所述吸附床體的吸附工質進出口與表面換熱器的吸附工質進出口之間設置有壓力調節器；所述壓力調節器由並聯連接的控制吸附工質由吸附床向表面換熱器流動的單向閥和控制吸附工質由表面換熱器向吸附床流動的熱力調節閥組成，所述熱力調節閥的溫度傳感器(即感溫點)設置在表面換熱器的外表面上。
所述表面換熱器的表面為憎水處理層。
所述吸附材料和吸附工質分別為活性炭-甲醇、沸石-水、矽膠-水、金屬氫化物-氫、氯化鈣-氨、氯化鋁-氨、活性炭-乙醇、活性炭纖維-甲醇。
本實用新型具有下述技術效果1.本實用新型的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置在傳統的吸附式製冷循環中，用帶翅片的表面換熱器代替冷凝器和蒸發器，白天脫附時表面換熱器起到冷凝器作用，晚上吸附時表面換熱器起到蒸發器作用。結構簡單，產品造價低。
2.吸附材料與空氣不直接接觸，避免了吸附材料因微小顆粒的進入造成堵塞的問題，產品運行穩定。
3.在連接吸附床和表面換熱器的管路之間裝有壓力調節器，能根據當地氣溫和空氣溼度起到控制表面換熱器中吸附工質的蒸發溫度，讓空氣當中的水蒸氣達到露點溫度而凝結在表面換熱器外表面，不需要電力和人工操作，有利於邊遠地區使用。
圖1為間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置的結構示意圖。
圖中1-吸附床、2-壓力調節器、3-表面換熱器、4-集水器。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型詳細說明。
本實用新型的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置的結構示意圖參見圖1，包括吸附床1、表面換熱器3、壓力調節器2和集水器4。吸附床1和表面換熱器3用管路連接，並在吸附床1和表面換熱器3中間設置壓力調節器2，表面換熱器的下端設置有集水器4，系統從空氣中凝結出來的水分收集於集水器4中。
本實用新型的吸附床1由吸附床體和吸附材料組成。所述吸附床體為一封閉的箱體，一般由透光或非透光材料做成，只有接收太陽輻射的一面為透光材料，如玻璃等，目的是形成一個太陽能接收器，太陽輻射熱被吸附材料吸收，而使其中的吸附材料脫附。在吸附床體內設置有均勻的透氣通道，在吸附床體的背面設置有吸附工質進出口。其中的吸附材料由多孔物質固體或液體製造而成，其特點是遇熱時脫附出吸附工質，遇冷時吸附進吸附工質。吸附式製冷有兩種方式，一種為物理吸附，如分子篩吸附水，分子篩吸附甲醇等。另一種是化學吸附，如氯化鈣吸附氨。吸附式製冷常用的吸附材料有沸石、活性炭、矽膠、氧化鋁等。
所述表面換熱器3內設置有可以相變的吸附工質，所述吸附工質與吸附材料構成吸附對。表面換熱器的上部設置有吸附工質進出口。表面換熱器的形狀像家用空調的室外冷凝器，主要是利用表面積大的特點與空氣進行換熱。表面換熱器3的特點是當內部工質產生蒸發相變時，利用其表面將外界空氣中的熱量傳遞到內部的工質中；當內部工質產生冷凝相變時，利用其表面將內部工質中的熱量傳遞到外界空氣中。表面換熱器3的製作可以是銅管路帶鋁翅片形式或其它管路和其它增加換熱面積的形式。為加強取水效果，表面換熱器3的表面可做憎水處理，表面換熱器的表面為憎水處理層，以便使凝結出的水分儘快落入集水器4中。
在吸附床體的吸附工質進出口與表面換熱器的吸附工質進出口之間設置有壓力調節器2。壓力調節器由並聯連接的控制吸附工質由吸附床向表面換熱器流動的單向閥和控制吸附工質由表面換熱器向吸附床流動的熱力調節閥組成，熱力調節閥即製冷系統中常用的熱力膨脹閥，是現有技術。熱力調節閥的溫度傳感器(即感溫點)設置在表面換熱器的外表面上，由此表面的溫度控制熱力調節閥的開啟度，以調整表面換熱器3中吸附工質的蒸發溫度。當吸附材料脫附吸附工質時，儘量減少吸附工質的流動阻力，而讓吸附材料充分吸附吸附工質。單向閥是控制吸附工質蒸汽的流向，熱力調節閥是控制吸附工質蒸氣的流量，即控制表面換熱器3的蒸發溫度，使蒸發溫度的控制範圍在空氣露點溫度之下、水的冰點溫度之上。
本實用新型的集水器4系普通盛水容器，應採用不利於內部水分蒸發的容器。
本實用新型的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置新設計特點在於1.在傳統太陽能吸附式製冷裝置的基礎上，將冷凝器和蒸發器設計為一體，稱為表面換熱器3。吸附材料受熱時，將吸附材料中的吸附工質脫附出來，在表面換熱器3中凝結成為液體，完成冷凝器的功能。吸附材料遇冷時，將表面換熱器3中的吸附工質吸附到吸附材料中，表面換熱器3中的吸附工質不斷蒸發，完成蒸發器的功能，當吸附工質不斷蒸發時產生製冷現象。
2.在吸附床1和表面換熱器3之間設置壓力調節器2，壓力調節器2的作用是在夜間吸附時根據環境溫度和溼度調節系統吸附量，控制吸附工質的蒸發溫度，以便讓空氣當中的水蒸氣達到露點溫度而凝結在表面換熱器3表面。
3.本實用新型的裝置中不含任何運動部件。
本實用新型取水的工作過程如下白天吸附床1中的吸附材料吸收太陽的輻射熱，將吸附材料中的吸附工質脫附出來。脫附出來的吸附工質蒸氣經過壓力調節器2進入表面換熱器3，在表面換熱器3中冷凝放熱凝結為液體，此時系統的壓力較高。晚上沒有太陽時環境溫度較低，系統壓力相應降低。吸附材料受環境溫度降低的影響，開始產生吸附現象，吸附工質會在吸附現象下蒸發成為氣體以滿足吸附的要求。通過壓力調節器2的調節，控制表面換熱器3中吸附工質的蒸發溫度，當表面換熱器3的表面溫度低於空氣露點溫度、高於水的冰點溫度時，空氣當中的水分會凝結在表面換熱器3的表面。由於重力的作用，凝結出的水分會滴入到集水器4中，完成取水功能。
吸附材料和吸附工質為一組形成吸附對。例如分子篩和水，分子篩為吸附材料，水為吸附工質。吸附方式可以是化學吸附，也可以是物理吸附。
吸附對一般有活性炭-甲醇(物理吸附)、沸石-水(物理吸附)、矽膠-水(物理吸附)、金屬氫化物-氫(物理吸附)、氯化鈣-氨(化學吸附)、氯化鋁-氨(化學吸附)、活性炭-乙醇(物理吸附)、活性炭纖維-甲醇(物理吸附)。
儘管參照實施例對所公開的涉及一種間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置進行了特別描述，以上描述的實施例是說明性的而不是限制性的，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，所有的變化和修改都在本實用新型的範圍之內。
權利要求1.一種間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，其特徵在於，包括吸附床、表面換熱器、壓力調節器和集水器；所述吸附床和表面換熱器用管路連接，並在所述吸附床和表面換熱器之間設置有壓力調節器，所述表面換熱器的下端設置有集水器。
2.根據權利要求1所述的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，其特徵在於，所述吸附床由吸附床體和遇熱時脫附出吸附工質、遇冷時吸附進吸附工質的吸附材料組成，所述吸附床體為一封閉的箱體，其接收太陽輻射的一面為透光材料，在吸附床體內設置有均勻的透氣通道，在吸附床體的背面設置有吸附工質進出口；所述表面換熱器內設置有可以相變的吸附工質，所述吸附工質與吸附材料構成吸附對，所述表面換熱器的上部設置有吸附工質進出口；所述吸附床體的吸附工質進出口與表面換熱器的吸附工質進出口之間設置有壓力調節器；所述壓力調節器由並聯連接的控制吸附工質由吸附床向表面換熱器流動的單向閥和控制吸附工質由表面換熱器向吸附床流動的熱力調節閥組成，所述熱力調節閥的溫度傳感器設置在表面換熱器的外表面上。
3.根據權利要求1或2所述的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，其特徵在於，所述表面換熱器的表面為憎水處理層。
4.根據權利要求1或2所述的間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，其特徵在於，所述吸附材料和吸附工質形成的吸附對為活性炭—甲醇或沸石—水或矽膠—水或金屬氫化物—氫或氯化鈣—氨或氯化鋁—氨或活性炭—乙醇或活性炭纖維—甲醇。
專利摘要本實用新型公開了一種間歇式太陽能吸附製冷空氣取水裝置，旨在提供一種結構簡單，系統運行穩定，產品造價低，不需要任何電力和人工操作的空氣取水裝置。該裝置中吸附床和表面換熱器用管路連接，並在吸附床和表面換熱器之間設置壓力調節器，表面換熱器的下端設置有集水器。本實用新型的空氣取水裝置用帶翅片的表面換熱器代替冷凝器和蒸發器，白天脫附時表面換熱器起到冷凝器作用，晚上吸附時表面換熱器起到蒸發器作用。結構簡單，產品造價低。吸附材料與空氣不直接接觸，避免了吸附材料因微小顆粒的進入造成堵塞的問題，產品運行穩定。
文檔編號E03B3/00GK2871665SQ20062002521
公開日2007年2月21日 申請日期2006年1月20日 優先權日2006年1月20日
發明者楊永安, 陳少為, 馬晨 申請人:天津商學院