一种从空气中取水的装置

1.一种从空气中取水的装置，包括太阳能空气集热器、太阳能光伏发电单元、压缩制冷单元和转轮除湿单元，其中，所述太阳能空气集热器连接于所述转轮除湿单元，所述转轮除湿单元连接于所述压缩制冷单元，所述压缩制冷单元还连接于所述太阳能光伏发电单元，所述太阳能空气集热器用作转轮除湿单元的热源，所述太阳能光伏发电单元提供所述转轮除湿单元以及所述压缩制冷单元所需的电源，所述压缩制冷单元用于压缩制冷，所述转轮除湿单元用于除湿；所述压缩制冷单元包括：压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀和水收集器，所述冷凝器的制冷剂进口和制冷剂出口分别连接于所述压缩机的出口和所述节流阀的进口，所述蒸发器的制冷剂进口和制冷剂出口分别连接于节流阀的出口和压缩机的进口，所述水收集器置于所述蒸发器的正下方，所述压缩机的电源端与所述太阳能光伏发电单元相连；所述转轮除湿单元包括：除湿转轮、第一气流过滤器、第二气流过滤器、第一换热器、第二换热器、转轮驱动电机、连接机构、第一气流引风机和第二气流引风机，其中：所述第一气流过滤器的出口和所述第一换热器的第一进风口分别连接于所述压缩制冷单元的所述冷凝器的空气进口与空气出口，所述第一换热器的第一出风口与所述太阳能空气集热器的进口连接，所述除湿转轮再生区的两端分别连接于所述太阳能空气集热器的出口和所述第一换热器的第二进风口，所述第一换热器的第二出风口与所述第二换热器的第二进风口连接，所述第二换热器的第二出风口与所述压缩制冷单元的所述蒸发器的空气进口连接，所述第二换热器第一进风口与蒸发器的空气出口连接，所述除湿转轮吸湿区的两端分别与所述第二气流引风机和所述第二气流过滤器相连接，所述第一气流引风机的两端分别与所述第一换热器的第一进风口和所述冷凝器的空气出口相连接，所述除湿转轮通过所述连接机构与所述转轮驱动电机连接，所述第一气流引风机、第二气流引风机和所述转轮驱动电机的电源端分别与所述太阳能光伏发电单元相连接。
2.如权利要求1所述的从空气中取水的装置，其中所述太阳能空气集热器为平板式太阳能空气集热器或者真空管式太阳能空气集热器。
3.如权利要求2所述的从空气中取水的装置，其中所述太阳能光伏发电单元包括太阳能电池板、太阳能电源控制器、蓄电池和逆变器，以提供直流电或者交流电输出，太阳能电池板和太阳能电源控制器输入端子相连接，太阳能电源控制器两个输出端子又分别与蓄电池和逆变器相连接。
4.如权利要求3所述的从空气中取水的装置，所述压缩机为直流压缩机或者交流压缩机。
5.如权利要求4所述的从空气中取水的装置，其中所述的第一换热器和第二换热器为空气与空气换热的叉流换热器。
6.如权利要求5所述的从空气中取水的装置，其中所述的除湿转轮为纸或陶瓷制成的多孔转轮，孔的方向为轴向。
7.如权利要求6所述的从空气中取水的装置，其中，所述太阳能电池板的材料为单晶硅或者多晶硅或者非晶硅薄膜。
8.如权利要求7所述的从空气中取水的装置，其中，所述蓄电池为铅酸蓄电池。

一种从空气中取水的装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及空气取水领域，尤其涉及一种太阳能光热光伏驱动除湿转轮连续式的从空气中取水的装置。\n背景技术\n[0002] 由于气候变暖，很多河流、湖泊枯竭，地下水位下降，再加上环境污染和人们的不合理利用，陆地淡水资源已面临严重危机。在一些干旱少雨的地区如沙漠、戈壁等，淡水的缺乏尤其如此，在此居住或者到此进行活动的人们都需要淡水的供应。而除了液态水以外，水还以气态存在于空气中，因此，空气取水成为当前研究的一个热点问题。\n[0003] 太阳能作为一种可再生的清洁能源，越来越受到人们的重视。干旱少雨及山区缺乏水源，野外接入电网或携带燃料存在困难，而这些地方太阳能一般比较充足，利用太阳能作为空气取水的能源之一无疑可以降低成本。\n[0004] 经过对现有技术的检索发现，目前的空气取水设备大都采用制冷结露原理和吸附剂吸湿原理。中国专利申请号ZL200420005198.4、中国专利申请号ZL200420003025.9、中国专利申请号200710047159.9和中国专利申请号为02137108.3的专利利用了上述的制冷结露原理，公开了太阳能光伏发电技术的应用。但是利用制冷结露原理进行取水的取水效率低，在沙漠等空气含湿量较小的地域，此类取水设备就不能正常工作。\n[0005] 进一步检索发现，中国专利申请号为ZL200620040713.1和中国专利申请号为ZL200620025211.1的专利申请文件中记录了利用太阳能进行空气取水的装置，但是其循环周期长，一般是一昼夜，不能连续取水，取水效率低。\n[0006] 与本发明接近的中国专利申请号为200820025835.2的专利采用了转轮空气吸湿技术和冷凝技术进行空气取水，在空气含湿量较小的气候条件下，能正常地从自然空气中取水。但是该系统中的循环环路并未做到最优化，并且利用电加热器为转轮再生提供热量，需要消耗更多的能量，电力也需要外部提供。中国专利申请号为200820025836.7的专利在中国专利申请号为200820025835.2专利的基础上将空气取水装置和柴油发电机等组合在一起成为一个方舱，实现了电力的自给，但仍需携带燃料，且能源效率不高，不利于大量制取淡水。\n[0007] 通过以上检索可知，现有技术存在着不能连续取水，效率较低或者需要携带大量燃料，热能利用率低，不够经济及需要发电机，系统复杂，可靠性差等问题。\n发明内容\n[0008] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高取水效率、降低取水的能量消耗，在空气湿度低时也能正常取水以及可以连续性取水，不需携带化石燃料的太阳能光热光伏驱动除湿转轮连续式的从空气中取水的装置。\n[0009] 为实现上述目的，本发明提供了一种从空气中取水的装置，包括太阳能空气集热器、太阳能光伏发电单元、压缩制冷单元和转轮除湿单元，其中，所述太阳能空气集热器连接于所述转轮除湿单元，所述转轮除湿单元连接于所述压缩制冷单元，所述压缩制冷单元还连接于所述太阳能光伏发电单元，所述太阳能空气集热器用作转轮除湿单元的热源，所述太阳能光伏发电单元提供所述转轮除湿单元以及所述压缩制冷单元所需的电源，所述压缩制冷单元用于压缩制冷，所述转轮除湿单元用于除湿。\n[0010] 进一步地，所述太阳能空气集热器为平板式太阳能空气集热器或者真空管式太阳能空气集热器。\n[0011] 进一步地，所述太阳能光伏发电单元包括太阳能电池板、太阳能电源控制器和蓄电池和逆变器，以提供直流电或者交流电输出，太阳能电池板和太阳能电源控制器输入端子相连接，太阳能电源控制器两个输出端子又分别与蓄电池和逆变器相连接。\n[0012] 进一步地，所述压缩制冷单元包括：压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀和水收集器，所述冷凝器的制冷剂进口和制冷剂出口分别连接于所述压缩机的出口和所述节流阀的进口，所述蒸发器的进口和出口分别连接于节流阀的出口和压缩机的进口，所述水收集器置于所述蒸发器的正下方，所述压缩机的电源端与所述太阳能光伏发电单元相连。\n[0013] 进一步地，所述压缩机可以为直流压缩机或者交流压缩机。\n[0014] 进一步地，其中所述转轮除湿单元包括：除湿转轮、第一气流过滤器、第二气流过滤器、第一换热器、第二换热器、转轮驱动电机、连接机构、第一气流引风机和第二气流引风机，其中：所述第一气流过滤器的出口和所述第一换热器的第一进风口分别连接于所述压缩制冷单元的所述冷凝器的空气进口与空气出口，所述第一换热器的第一出风口与所述太阳能空气集热器的进口连接，所述除湿转轮再生区的两端分别连接于所述太阳能空气集热器的出口和所述第一换热器的第二进风口，所述第一换热器的第二出风口与所述第二换热器的第二进风口连接，所述第二换热器的第二出风口与所述压缩制冷单元的所述蒸发器的空气进口连接，所述第二换热器第一进风口与蒸发器的空气出口连接，所述除湿转轮吸湿区的两端分别与所述第二气流引风机和所述第二气流过滤器相连接，所述除湿转轮通过所述连接机构与所述转轮驱动电机连接，所述第二气流引风机和所述转轮驱动电机的电源端分别与所述太阳能光伏发电单元相连接。\n[0015] 进一步地，所述的第一换热器和第二换热器为空气与空气换热的叉流换热器。\n[0016] 进一步地，所述的除湿转轮为纸或陶瓷制成的多孔转轮，孔的方向为轴向。\n[0017] 进一步地，所述的除湿转轮内设有固体除湿剂，所述固体除湿剂的组分为硅胶、氯化锂、分子筛和复合除湿剂。\n[0018] 进一步地，所述太阳能电池板的材料为单晶硅或者多晶硅或者非晶硅薄膜。\n[0019] 进一步地，所述蓄电池为铅酸蓄电池。\n[0020] 本发明的有益效果在于：该空气取水装置通过利用太阳能作为空气取水的能源，使得空气取水过程不需要携带化石燃料，降低了空气取水的能量消耗，同时相比较于制冷结露法，在空气湿度相对低时也能正常取水，并且可以连续性取水，提高了取水的效率。\n[0021] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。\n附图说明\n[0022] 图1是本发明的空气取水装置的结构示意图。\n具体实施方式\n[0023] 下面结合附图来具体说明本发明的实施例。\n[0024] 如图1所示，一种从空气中取水的装置，包括太阳能空气集热器1、太阳能光伏发电单元2、压缩制冷单元3和转轮除湿单元4，其中，所述太阳能空气集热器1连接于所述转轮除湿单元4，所述转轮除湿单元4连接于所述压缩制冷单元3，所述压缩制冷单元3还连接于所述太阳能光伏发电单元2，所述太阳能空气集热器1用作转轮除湿单元4的热源，所述太阳能光伏发电单元2通过电连接提供所述转轮除湿单元4以及所述压缩制冷单元3所需的电源，所述压缩制冷单元3用于压缩制冷，所述转轮除湿单元4用于除湿，所述压缩制冷单元3和转轮除湿单元4通过风管连接。本实施例中，太阳能空气集热器1为平板式太阳能空气集热器或者真空管式太阳能空气集热器。太阳能光伏发电单元2包括太阳能电池板\n5、太阳能电源控制器6和蓄电池7和逆变器8，以提供直流电或者交流电输出，太阳能电池板和太阳能电源控制器输入端子相连接，太阳能电源控制器两个输出端子又分别与蓄电池和逆变器相连接。压缩制冷单元3包括：压缩机9、蒸发器10、冷凝器11、节流阀12和水收集器13，所述压缩机9、蒸发器10、冷凝器11和节流阀12依次连接形成制冷回路101。其中，所述冷凝器11的制冷剂进口和制冷剂出口分别连接于所述压缩机9的出口和所述节流阀12的进口，所述蒸发器10的制冷剂进口和制冷剂出口分别连接于节流阀12的出口和压缩机9的进口，所述水收集器13置于所述蒸发器10的正下方，所述压缩机9的电源端通过电路104与所述太阳能光伏发电单元2相连。压缩机9可以为直流压缩机或者交流压缩机。\n转轮除湿单元4包括：除湿转轮14、第一气流过滤器151、第二气流过滤器152、第一换热器\n16、第二换热器17、转轮驱动电机18、连接机构19、第一气流引风机201和第二气流引风机\n202，其中：所述第一气流过滤器151和所述第一换热器16的第一进风口分别连接于所述压缩制冷单元3的所述冷凝器11的空气进口与空气出口，所述第一换热器16的第一出风口与所述太阳能空气集热器1的进口连接，所述除湿转轮14再生区的两端分别连接于所述太阳能空气集热器1的出口和所述第一换热器16的第二进风口，所述第一换热器16的第二出风口与所述第二换热器17的第二进风口连接，所述第二换热器17的第二出风口与所述压缩制冷单元3的所述蒸发器10的空气进口连接，所述第二换热器17的第一进风口与蒸发器10的空气出口连接，所述除湿转轮14吸湿区的两端分别与所述第二气流引风机202和所述第二气流过滤器152相连接，所述除湿转轮14通过所述连接机构19与所述转轮驱动电机18连接，所述第一气流引风机201、第二气流引风机202和所述转轮驱动电机18的电源端分别通过电路104与所述太阳能光伏发电单元2相连接。所述的第一换热器16和第二换热器17为空气与空气换热的叉流换热器。所述的除湿转轮14为纸或陶瓷制成的多孔转轮，孔的方向为轴向。所述的除湿转轮14内设有固体除湿剂，所述固体除湿剂的组分为硅胶、氯化锂、分子筛和复合除湿剂。所述太阳能电池板5的材料为单晶硅或者多晶硅或者非晶硅薄膜。所述蓄电池7为铅酸蓄电池。\n[0025] 本实施例的从空气中取水装置的工作原理如下：吸湿处理气流通过第二气流过滤器152之后，进入除湿转轮14的吸湿处理区，吸湿处理气流中的水蒸汽被吸附到吸湿剂中。\n而再生取水气流则通过第一气流过滤器151过滤之后，进入冷凝器11，利用冷凝热进行预热，之后进入第一换热器16的第一进风口，进行预热，再通过太阳能空气集热器1，使再生取水空气的温度升高到比环境温度高40°C以上，然后经过除湿转轮14，与除湿转轮14中的含水吸湿剂接触，增加再生取水气流中的水分，使得再生取水空气含湿量增大，形成高温高湿的空气流。该高温高湿的空气流离开除湿转轮14后，先经过第一换热器16与利用冷凝热预热后的再生取水气流进行热交换，进行冷却，之后进入第二换热器17与从蒸发器10出来的空气热交换进行冷却，使得再生取水空气的温度下降到接近露点温度，然后再生取水空气被送入蒸发器10冷却到露点温度以下，析出再生取水空气中的水分，水收集器13用于收集析出的水。取水之后的温度很低的空气再被送到第二换热器17，用以对未取水的空气进行预冷，以回收利用这部分冷量。其中，吸湿处理气流和再生取水气流所经过的各个部件之间通过风管连接。太阳能光伏发电单元2利用太阳能电池板5将太阳能转换为电能，蓄电池7可以储存电能，太阳能电源控制器6可以控制蓄电池7的充电和放电以保护蓄电池7，逆变器8可以将太阳能电池板5产生的直流电转换为交流电。逆变器8是否接入电路104视压缩制冷装置、风机和除湿转轮电机的电源形式而定，若为直流电源则不接入，若为交流电源则接入。\n[0026] 本实施例中，再生空气通过除湿转轮14和环境空气交换含湿量后，其含湿量高于环境空气的含湿量很多倍，使得在沙漠等空气含湿量很小的环境中也可以正常工作，取水效率有了很大的提高。同时，利用太阳能空气集热器作为转轮再生的热源，降低了系统消耗。而且由于采用太阳能光伏电池作为压缩制冷装置、风机和除湿转轮电机的电源，不需要其它的发电装置和接入电网，使得整个系统能耗降低。也不需要再携带燃料，适合野外工作。同时，由于采用了第一换热器和第二换热器有效地回收了部分热量和冷量，使系统更加高效。转轮一直转动保证了系统在有太阳时可以进行连续取水。\n[0027] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。