[发明专利]一种新型的自动化太阳能空气取水装置

说明书

技术领域

本发明属于新能源应用与水处理领域，具体涉及到一种新型的自动化太阳能空气取水装置。

背景技术

地球表面70%为海洋，15%为沙漠，沙漠和海岛地区人们都缺乏淡水资源。地球表面上的水在地心引力和太阳辐射热的作用下，气态、液态、固态等三态不断迁移和转化，大气层永远成为地表水循环的中转站。随着大气环流作用，即使沙漠缺水地区的空气含湿量与其他地区差别不大，例如：在早晨，沙漠地区的相对湿度可达到90%，在白天高温情况下降到了20%。从空气获取淡水在理论上可行。 

从空气中获取淡水的最简单方式是收集雨水，然而，在缺乏雨水的地区可行性较差。采用人工方法，主要是致冷结露方法、吸附材料吸附-脱附方法。致冷结露方法是利用冷凝器将空气的热量吸走，降低空气温度，当低于露点后，则水汽凝结成水滴，收集水滴可以产生淡水。吸附材料吸附-脱附方法是某些多孔材料，例如：沸石、硅胶，有吸收水分子的特性，待吸附材料吸收了很多水分子后，再采用某种脱附方法，通常加热方法，就可以让水汽脱离吸附材料，再聚集后形成水滴，收集水滴可以产生淡水。可见，空气取水方法是需要消耗很多能量，用于产生制冷、蒸发等吸热或放热过程。

人们已经发明了一些简单的装置，结合太阳能，利用太阳能的热能或转化后的电能。然而，这些装置缺乏一些能量能量回收再利用的环节，而且，这些装置几乎没有实现自动化、智能化、性能优化。因此，能量利用率低、产水量低，没有大规模推广。

换热技术，是一种很好的节能技术，常用于将某一工艺过程的废气、废水的余热进行回收再利用。热电堆技术（一种热泵)，是一种最先进的空调技术，与传统压缩机制冷相比，没有运动部件、没有冷媒、结构十分紧凑，常用于小型设备的制冷。自动化技术，基于传感器、执行器等仪表，常常结合单片机、工控机等现代计算机控制系统，实现先进的数学方法或控制算法，能实现工艺的自动化、智能化、信息化、最优化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型的自动化太阳能空气取水装置。本发明具有节能性好、结构紧凑、运行过程自动化、智能化、最优化等多种优点。

本发明包括空气取水装置、控制单元和电力单元。

空气取水装置包括冷凝器、储液罐、换热器、热电堆、泵、散热片。第一路空气管道贯穿换热器后与冷凝器相连接，冷凝器设置在储液罐内，并与储液罐内顶部相连接，储液罐中部输出的不凝气管道贯穿换热器后与泵的输入端相连接，储液罐底部输出端与淡水管道相连接；第二路空气管道与泵的输入端相连接，泵的输出端与冷却风管道的一端相连接，冷却风管道的另一端开口朝向散热片，散热片与热电堆的散热端相连接，热电堆的吸热端与储液罐内冷凝器相连接。

所述的储液罐通过内壁上的环形隔板分为上下两个部分，上部分用于放置冷凝器，下部分为集液腔，用于收集水滴；环形隔板为两端开放的圆台，其下底面与储液罐内壁固定，上底面悬空；

空气取水装置工作过程如下：第一路空气管道通过换热器预热后遇到冷凝器，若气体降低到露点，水分子在冷凝器的网状结构凝结成水滴后坠落，并被收集到储液罐底部的集液腔内；第一路空气管道中的不凝气（主要氧气、氮气、二氧化碳等气体）通过不凝气管道从储液罐内排出，并经过换热器与第一路空气管道中的空气换热，收集冷量；最终不凝气和第二路空气管道在泵的作用下均用于散热片的冷却风；同时，热电堆作为一种热泵，能够吸收低品位热源的热量并释放到热端，热电堆工作后致使冷凝器的热量被吸走，达到给冷凝器制冷的作用。

控制单元包括液位开关LS1、温度传感器TS1、第一电磁阀V1、第二电磁阀V2、第一控制点CC1、第二控制点CC2和第三控制点CC3。第一电磁阀V1设置在淡水管道内，即与储液罐底部输出端相连接的管道内；第二电磁阀V2设置在第二空气管道内，即与泵输入端相连接的管道内；液位开关LS1设置在储液罐腔体内，且位于储液罐中下位置的内壁上；温度传感器TS1设置冷凝器内；第一控制点CC1、第二控制点CC2和第三控制点CC3分别与热电堆、泵、第二电磁阀V2相连接。控制单元控制过程如下：温度传感器TS1检测到冷凝器的温度后，在线反馈给第一控制点CC1、第二控制点CC2和第三控制点CC3，通过第一控制点CC1、第二控制点CC2和第三控制点CC3分别在线调节热电堆的驱动电流、泵的转速和第二电磁阀V2的开合；液位开关LS1用于监测储液罐储液腔是否水位已满，若满则打开第一电磁阀V1，让淡水排出。