[发明专利]一种利用地下水冷源制取淡水的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种从空气中获取液态淡水的方法和装置，尤其是冷凝空气制取淡水的方法。

背景技术

我国是个水资源分布极不平衡的国家，一些水资源不太丰富的地区，人民群众的生活用水和灌溉大多采用抽取地下水的方式，而一些地区由于对地下水的滥抽滥用，导致地下水位的不断下降和大量的地质问题已经给社会经济造成巨大的损失。而一般的通过制冷设备冷凝空气制取淡水的装置都具有高耗能的特点。以30℃，70％湿度的北方地区夏季空气为例，冷凝使一升空气降低空气温度20℃，需要制冷设备搬运空气能量20KJ，空气中的水蒸气冷凝放热24KJ，制冷设备共需搬运热量44KJ。制冷设备的能效比(COP值)为4，大约需要消耗11KJ，可获得10g水。获得一千克水需要1100KJ能量，获得一吨水，需要1100000KJ能量，大约等于305度电的能量。

本发明利用地下水的低温特性，通过低温地下水冷凝空气中的水蒸气获取淡水，不消耗地下水的同时获得大量冷凝淡水。同时，本发明利用地下低温水为冷源，节省了大量的能量，真正让空气冷凝水变为可行的制水方案。

发明内容

本发明的目的在于，创造一种低耗能的提取空气所含水蒸气的方法和装置，由于传统的通过制冷设备冷凝空气水蒸气的方法需要消耗大量的能量，显然不符合我国发展低碳经济和可持续发展的需要。因此，本发明创造性的利用地下水作为冷源冷凝空气中的水蒸气获得淡水，节省了大量的能量，实现了低耗能制水。

地下水的温度常年恒定，一般等于全年的年均气温，我国北方地区地下水温度常年在10℃左右。而我国大部分地区夏季的空气湿度都可以达到70％左右。以夏季30℃的气温为例，一立方米空气可溶解30克水蒸气，70％湿度情况下，每立方米空气含水蒸气21克。通过冷凝器将空气降温至10℃，可获得20克冷凝水。而本发明所消耗的能量只是冷媒流通泵和冷凝器抽风设备所消耗的能量。

本发明创造是这样实现的：利用冷凝器冷凝空气中的水蒸气获得冷凝水，本方法所述的冷凝器所采用的冷媒为低温地下水，或者利用多级换能装置抽取到地表冷凝器的低温冷量。如果地下水温度不够低，可通过辅助制冷设备，对地下水进行进一步降温，因为地下水本身比夏季气温低，所以制冷设备消耗能量要比传统制冷设备少的多。冷媒在冷凝器内循环流通，通过进风口进入冷凝器的热空气在冷凝器表面冷凝出冷凝水，再通过重力作用汇聚到导水槽流入储水箱，而地下水重新回灌地下，无任何地下水资源的消耗。

由于本发明制取的淡水来自于空气中的水蒸气，几乎没有污染，水质极好，可以过滤用作饮用水，也可以储存用作工农业生产使用。本方法制取淡水仅仅消耗冷媒流动泵的能量和冷凝器抽风设备的能量，比其他方法节省了大量的能源。

附图说明

图1为无需换能水箱的冷凝制水装置结构示图

图2为有一级换能水箱式冷凝制水装置结构示图

具体实施方式

本发明利用地下低温水作为冷源，冷凝空气中的水蒸气获取淡水。有多种方式用来实现冷凝目的：一种方式是直接抽取低温地下水，将地下低温水抽取到地表冷凝器，用作冷凝器冷源(如图一)。夏季的热空气经冷凝器冷却后，在冷凝器表面冷凝成露珠，最后露珠沿冷凝器表面的导水槽流入储水箱。所述冷凝器(6)安装在地表，其构造类似于空调机的冷凝器，呈翅片状，冷凝器有导水槽，可方便收集冷凝水，冷凝器通过水泵和保温水管连接地下水，低温地下水的循环流动由水泵(8)完成。

另一种更为节能的方式是通过多级换能装置将地表冷凝器中的水降温(如图2)。插入地下水的进水口有过滤网(9)，防止地下水中的泥沙进入进水口。地下水的流动由循环水泵(8)驱动。输水管道(1)为外有保温层的保温管，防止地下水在流动过程中吸热升温，地下水流动至换能水箱(4)中的中空换热片(2)时，中空换热片内的低温地下水把冷量传递给换能水箱(4)内的冷媒水。换能水箱内的冷媒水沿保温水管(5)流动至地表冷凝器(6)，地表热空气流过地表冷凝器(6)后冷凝成水珠收集为清洁淡水。地表冷凝器(6)应与地面呈一定角度，以方便冷凝水滴汇聚流动，在冷凝器底部有水槽，冷凝水顺翅片上的集水槽流入水槽，最后流入储水箱。该方式每级换能设备的高度不超过一个大气压所支撑的水柱高度(10米)，循环水泵只是促进冷媒水的流动，只需要极小的功率即可，因此比方式一更为节能。

如冷凝器内的冷媒水温度不在空气露点以下，可通过制冷设备进一步将冷凝器内的冷媒水降温，冷凝后的空气水蒸气附着在冷凝器表面并通过导水槽引流到集水箱。