一种全自动太阳能空气取水装置

本发明涉及取水设备技术领域，尤其涉及一种全自动太阳能空气取水装置。

背景技术：

我国存在着严重的水资源分配不均问题，制约着国民经济的发展和人民生活水平的提高。而地球大气层中蕴含着非常丰富的水资源，即使是在干旱的沙漠地区，其含水量也超过了10g/m³，因此，在空气中获取淡水资源是十分可行的。

太阳能作为一种可再生能源，其在空气取水方面的相关研究也越来越受到重视，如果能完全用这种清洁能源获取人们日常必需的淡水资源，则可以在节能环保的前提下解决资源短缺问题。

授权公告号cn203514397u所述的太阳能空气取水系统通过固体吸附剂对空气中水蒸气的吸附作用，利用太阳能提供高温脱附条件，以光伏发电蓄电为系统提供电能，高效利用太阳能来推动整个系统的工作，节能环保，但也存在吸附和脱附不能同时进行的问题。

授权公告号cn207672666u所述的空气取水系统划分为温度工质吸水区和高温工质放水区，以溴化锂或其混合溶液为工质完成取水，整个系统循环性能良好、取水效率高，但其未考虑到溶液浓度变化带来的影响和能源利用情况。

针对上述相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全自动太阳能空气取水装置，能够克服一般情况下夜间吸附、白天脱附的局限性，高效利用太阳能实现全自动空气取水。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种全自动太阳能空气取水装置，包含：吸附系统；多个解吸系统；循环系统；pid控制系统；太阳能供电系统；

所述吸附系统包含：吸附装置，内盛吸附剂；储液器，置于吸附装置正下方；第三管道，插入储液器底部通孔；所述吸附系统用于吸附空气中的水蒸气形成吸附剂的稀溶液；

每个所述解吸系统包含：太阳能真空集热管，与第三管道连通；密封塞，封堵在太阳能真空集热管的开口端；可伸缩加热板，插入设置在太阳能真空集热管的内部，且一端与密封塞固定连接；所述解吸系统用于脱附吸附剂稀溶液中水蒸气，留下吸附剂的浓溶液；

所述循环系统通过管道连接设置在各个解吸系统与吸附装置之间，包含：通过循环管道连接的循环泵和冷水盘管，所述循环泵设置在冷水盘管与解吸系统之间；所述循环系统用于泵吸、冷却吸附剂浓溶液，并将其传送至吸附装置；

所述pid控制系统包含：温度传感器，设置在太阳能真空集热管内部；浓度传感器，设置在太阳能真空集热管内部；pid温控仪，设置在太阳能真空集热管外部，分别与温度传感器、浓度传感器、循环泵以及可伸缩加热板通过电路连接；所述pid控制系统用于控制温度、浓度的设置；

所述太阳能供电系统为取水装置提供电源。

其中，所述吸附装置为螺旋状，其截面为半圆筒形状，以保证吸附剂不损失的前提下增加吸附剂与空气之间的接触面积。

较佳的，所述吸附剂为氯化锂或含有氯化锂的混合盐溶液，可在45℃以下温度环境中吸收空气中的水蒸气后变为稀溶液储存在储液器中。

其中，所述密封塞上设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔。

所述的一种全自动太阳能空气取水装置还包含冷凝集水系统，所述冷凝集水系统包含：水蒸气流通管道，从太阳能真空集热管的外部插入并穿过第三通孔，该水蒸气流通管道外部覆有保温材料作保温层；冷凝器；集水瓶，置于冷凝器正下方。

所述解吸系统还包含：第一管道，一端通过塑料管与第三管道连接，另一端从太阳能真空集热管的外部插入并穿过密封塞上的第一通孔；第二管道，一端从太阳能真空集热管的外部插入并穿过密封塞上的第二通孔，另一端与循环系统连接。

所述循环系统还包含：依次通过塑料管连接的第一循环管道、循环泵、第二循环管道、冷水盘管和第三循环管道；其中，第一循环管道还通过塑料管与第二管道连接，第三循环管道设置在吸附装置上方，

一方面，循环泵将解吸系统中脱附完成的浓溶液抽吸至冷水盘管内冷却，另一方面，循环泵为冷水盘管内的浓溶液向吸附装置流动提供推力，确保冷却后的浓溶液流入吸附装置。

所述太阳能供电系统包含：多个太阳能电池板；蓄电池，与多个太阳能电池板、pid控制系统、循环泵电路连接。

本发明提供的一种全自动太阳能空气取水装置，其工作流程具体如下所述：

s1、太阳能电池板在白天接收来自太阳辐射的能量，并将其转化为电能储存在蓄电池中，当系统需要用电时由蓄电池向外放电，保证系统正常运行；

s2、在45℃以下的温度环境下，吸附装置中的吸附剂吸收空气中的水蒸气后变为稀溶液，储存在储液器中；

s3、储存器中稀溶液通过第三管道、第一管道流入太阳能真空集热管，温度传感器将太阳能真空集热管内的温度实时传送给pid温控仪，当太阳能真空集热管内的温度超过120°时，pid温控仪控制加热板不进行加热，当温度未达到120°时，温控仪控制可伸缩加热板升温并保持90℃～120℃区间内的温度对稀溶液加热使得稀溶液脱附出水蒸气，水蒸气气体上升经由水蒸气流通管道进入冷凝管，水蒸气在冷凝管中凝结成液态水，流入集水瓶；

s4、太阳能真空集热管中稀溶液经过加热、脱附出水蒸气后变为浓溶液，浓度传感器将太阳能真空集热管内溶液浓度实时传送给pid温控仪，当溶液浓度高于设置值时温控仪控制循环泵将太阳能真空集热管内浓溶液加速抽出，以避免有晶体析出堵塞管道；

s5、循环泵将太阳能真空集热管内流出的浓溶液送入冷水盘管，以降低溶液温度，再将冷却后的浓溶液送入吸附装置，进行下一次吸附以完成整个系统的循环。

其中，所述浓度传感器的设置值的范围在质量分数35％—45％之间。

即使是在干旱的沙漠地区，空气中相对湿度也可达到20％左右，而在我国华北、西北等缺水地区，冬季气候寒冷干燥的情况下相对湿度一般也在25％左右，因此，在我国华北、西北等缺水地区，本发明提供的全自动太阳能空气取水装置的使用可以为人类日常生活获得并提供所需的淡水资源。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和效果：本发明设计了一个循环系统，整个循环过程中利用液体吸附剂良好的流动性和吸附、解吸性能，在45℃以下的温度环境中吸附空气中的水蒸气，利用太阳能真空集热管提供部分热能进行高温脱附，脱附出的水蒸气冷凝后获得液态水，其余溶液回到循环初始；整个系统中增加了冷水盘管和电加热，使其克服了一般情况下空气取水装置夜间吸附、白天脱附的局限性，可以不间断获取空气中的水分；此外还加入了浓度控制部分，使吸附剂能够更高效、稳定地工作，大大提高了取水效率，实现高效全自动空气取水。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的螺旋状吸附装置示意图；

图3为本发明的太阳能真空集热管结构示意图；

图4为本发明的密封塞结构示意图；

图5为本发明的pid控制系统电路连接示意图；

图6位本发明的太阳能供电系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

如图1所示，为本发明提供的一种全自动太阳能空气取水装置，包含：吸附系统；解吸系统；冷凝集水系统；循环系统；pid控制系统；太阳能供电系统。

其中，所述吸附系统包含：吸附装置1，内盛吸附剂；储液器2，置于吸附装置1正下方，其底部中央开设通孔；第三管道8，一端连接储液器2底部通孔。

其中，如图2所示，所述吸附装置1为螺旋状，其截面为半圆筒形状，可保证吸附剂不损失的前提下增加吸附剂与空气之间的接触面积。

进一步，所述吸附剂为浓溶液，在45℃以下的温度下吸收空气中的水蒸气后变为稀溶液储存在储液器2中。

优选的，在本发明的具体实施例中，所述吸附剂为氯化锂或含有氯化锂的混合溶液。

所述解吸系统包含：太阳能真空集热管3；密封塞9，封堵太阳能真空集热管3的开口端，如图4所示，该密封塞9上设置有第一通孔91、第二通孔92和第三通孔93；第一管道10，其一端从太阳能真空集热管3的外部插入密封塞9上的第一通孔91，以伸入至太阳能真空集热管3的内部，另一端通过塑料管21与第三管道8软接；第二管道12，其一端从太阳能真空集热管3的外部插入并穿过密封塞9上的第二通孔92，以伸入至太阳能真空集热管3的内部；可伸缩加热板11，其插入设置在太阳能真空集热管3的内部，且一端与密封塞9固定连接。

所述冷凝集水系统包含：水蒸气流通管道13，其一端从太阳能真空集热管3的外部插入密封塞9上的第三通孔93中；冷凝器4，与水蒸气流通管道13的另一端连接；集水瓶5，置于冷凝器4正下方。

进一步，所述水蒸气流通管道13外部覆有保温层，用于避免管道内水蒸气遇冷凝结。

较佳的，所述保温层可选用玻璃棉、岩棉、矿棉等适用于管道保温且易获得的保温材料。

在本实施例中，保温层选用玻璃棉材料。

优选的，在本发明的具体实施例中，所述保温层采用玻璃棉材料，缠绕在水蒸气流通管道13外部，可避免管道内水蒸气遇冷凝结，防止液体回流。

所述循环系统设置在第二管道12与吸附装置1之间，包含通过循环管道连接的循环泵6和冷水盘管7，所述循环泵设置在冷水盘管与解吸系统之间。

具体的，在本优选实施例中，所述循环系统采用一台循环泵。如图1所示，该循环系统包含：第一循环管道14，其一端通过塑料管21与第二管道12软接；循环泵6，其输入端通过塑料管21与第一循环管道14的另一端软接；第二循环管道31，其一端通过塑料管21与循环泵6的输出端软接；冷水盘管7，其输入端通过塑料管21与第二循环管道31的另一端连接；第三循环管道32，其一端通过塑料管21与冷水盘管7的输出端软接，另一端设置于吸附装置1上方。

一方面，循环泵6将解吸系统中脱附完成的浓溶液抽吸至冷水盘管7内冷却，另一方面，循环泵6为冷水盘管7内的浓溶液向吸附装置1流动提供推力，确保冷却后的浓溶液流入吸附装置1。

如图3和图5所示，所述pid(比例-积分-微分)控制系统包含：pid温控仪15，分别与可伸缩加热板11、循环泵6通过电路连接；温度传感器16，设置在太阳能真空集热管3的内部且靠近开口端的位置，与pid温控仪15通过电路连接；浓度传感器17，设置在太阳能真空集热管3的内部且靠近开口端的位置，与pid温控仪15通过电路连接。

优选的，在本发明的具体实施例中，所述pid温控仪15的型号选用nhr-5300系列，便于连接不同类型的传感器。

所述浓度传感器的设置值的范围在质量分数35％—45％之间，环境温度不同或季节不同时具体数值有所差别。

具体的，在本实施例中浓度设置值为40％。

如图6所示，所述太阳能供电系统包含：若干太阳能电池板18，白天接收来自太阳辐射的能量并转化为电能；蓄电池19，与太阳能电池板18、pid控制系统、循环泵6电路连接，存储太阳能电池板18的电能并放电为pid控制系统、循环泵6提供电源，保证整个设备的正常运行。

进一步，本发明的全自动太阳能空气取水装置装配完成后，工作流程如下所述：

s1、太阳能电池板18在白天接收来自太阳辐射的能量，并将其转化为电能储存在蓄电池19中，当系统需要用电时由蓄电池19向外放电，保证系统正常运行；

s2、在45℃以下的温度环境下，吸附装置1中的吸附剂吸收空气中的水蒸气后变为稀溶液，储存在储液器2中；

s3、储存器2中的稀溶液通过第三管道8、第一管道10流入太阳能真空集热管3，温度传感器16将太阳能真空集热管3内的温度实时传送给pid温控仪15，当太阳能真空集热管3内的温度超过120°时，pid温控仪15控制加热板11不进行加热，当温度未达到120°时，温控仪15控制可伸缩加热板11升温并保持90℃～120℃区间内的温度对稀溶液加热使得稀溶液脱附出水蒸气，水蒸气气体上升经由水蒸气流通管道13进入冷凝管4，水蒸气在冷凝管4中凝结成液态水，流入集水瓶5；

s4、太阳能真空集热管3中的稀溶液经过加热、脱附出水蒸气后变为浓溶液，浓度传感器17将太阳能真空集热管3内的浓溶液的浓度实时传送给pid温控仪15，当溶液浓度高于设置值(本优选实施例中浓度设置值为40％)时，温控仪15控制循环泵6将太阳能真空集热管3内的浓溶液加速抽出，以避免有晶体析出堵塞管道；

s5、循环泵6将太阳能真空集热管3内流出的浓溶液送入冷水盘管7进行冷却，以降低浓溶液的温度，再将冷却后的浓溶液送入吸附装置1，进行下一次吸附以完成整个系统的循环。

优选的，在本发明的具体实施例中，所述系统选用材料均为抗腐蚀材料，如耐蚀性好的玻璃、塑料、玻璃钢等，管道连接处选用塑料软接。

在本实施例中，氯化锂溶液具有很强的再生能力，在使用过程中吸附剂损耗极小，短时间内无需更换或添加。

即使是在干旱的沙漠地区，空气中相对湿度也可达到20％左右，而在我国华北、西北等缺水地区，冬季气候寒冷干燥的情况下相对湿度一般也在25％左右，因此，在我国华北、西北等缺水地区，本发明提供的全自动太阳能空气取水装置的使用可以为人类日常生活获得并提供所需的淡水资源。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。