一种海水制空气凝结水设备及凝结水生成饮用水制备装置的制作方法

本实用新型涉及一种海水制空气凝结水的设备、以及一种凝结水生成饮用水的制备装置。

背景技术：
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水是地球生物赖以生存的最重要物质，饮水是人们每天必不可少的一件事情，要维持人体的健康，每人每天需要20L的洁净的饮用水。

全世界淡水资源仅占总水量的2.5%，而且70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上高山冰川和永冻积雪，人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，不足地球总水量的1%，总体淡水不足，导致全世界10亿多人约1/6的人口缺水。

我国是世界淡水资源较为丰沛的国家，总量仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位，但是，人均淡水资源却仅为世界人均的1/4，成为世界13个缺水严重的国家之一，淡水正逐步演变成一种稀缺的战略资源。要实现可持续发展，解决淡水资源短缺问题刻不容缓，这就迫使我们不得不去寻求一种新的发展模式去解决水资源短缺的问题，特别是满足沙漠、戈壁以及远离大陆的岛礁可持续发展，对淡水的巨大需求。

目前，除了加强对现有江河湖泊和地下水资源的保护，节约用水、循环用水外，通过海水淡化、空气取水等途径，开发新的淡水资源，解决沙漠、戈壁、海洋岛礁等的淡水供应成为各国重点发展的方向，采用海水淡化，是解决淡水资源问题的主要方向，但目前海水淡化综合成本价格约5元/吨左右，成本较高，所产淡水矿物质、氯离子、透明度、浊度等水质指标以及口感均不够理想，不宜长期饮用。采集雨水收集淡水，成本较为低廉，但是，受自然环境制约，降雨不足和降雨时空分布不均都可导致供水不足，如热带海洋岛礁年降雨量较为丰沛，但雨季和旱季分明，每年有连续5个月的旱季，无法收集足够的雨水；而且，雨季往往伴随着台风，夹杂着海水泡沫，与陆地雨水比较盐分含量偏高，且易遭受收集场地的海鸟粪便等的污染，所集雨水贮藏期较长，水质也不甚理想。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种能够持续生产低成本的淡水的海水制空气凝结水设备，以及一种水质好的、成本低的凝结水生成饮用水制备装置。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的：一种采用深层低温海水制空气凝结水设备，其特征在于：包括热传导率高的农业用防护网，在所述防护网上安装有冷凝管单元，在所述防护网的底部安装有集水装置；其中，所述冷凝管单元中的冷凝水通过波浪能水泵抽取的海水提供。采用这样的设置方式，能够利用农业用的防护网来收集空气凝结水，并且采用波浪能水泵抽取海水作为冷凝管单元的冷凝水，能够降低冷却水所耗费的能量，并且能够利用波浪能抽取海水，减少电能的使用、同时减少了降温成本，进而减少淡水的生产成本，并且采用上述设备可以持续不断地生成凝结水，满足岛礁驻扎人员的需求。

为了进一步更为方便得抽取海水，所述波浪能水泵包括上浮体、下浮体、转动机构、活塞机构和导水管，其中所述上浮体和所述下浮体均通过缆绳以相反的方向卷绕在所述转动机构的轮毂上，所述活塞机构通过活塞杆与所述转动机构连接，所述活塞机构的活塞筒与所述导水管连接，所述导水管与所述冷凝管单元连接。

为了进一步提高抽取海水的效率，在所述转动机构的轮毂两侧设置有转盘，所述活塞杆偏心地安装在所述转盘的端面上，所述导水管包括进水管和出水管，所述活塞筒分别连接所述进水管和所述出水管，所述出水管与所述冷凝管单元连接。

为了进一步提高冷却效率，所述防护网为金属网。金属具有高的热传导率，更重要的是金属的强度高，耐强风能力强。

优选地，所述冷凝管单元由横向或纵向并列排布的冷凝管构成。这样的设置结构可以显著提高防护网的抗风能力，并且这样的设置制造简单，强度高，冷却效果好。

优选地，所述冷凝管单元的冷凝管横向或纵向的呈波浪形排列构成。采用这样设置的冷凝管单元散热效果更好，抗风能力也比较强。

为了进一步提高生产凝结水的效率，安装在所述防护网上的冷凝管单元为多个。优选地，所述冷凝管单元均布在所述防护网上。这样的设置能够提高凝结水的生成效率。

为了进一步提高冷凝效果，所述冷凝管单元的低温海水由下至上流动。

为了保证各区域降温和凝结水的效率相同，在所述冷凝管单元的入水口处设置有压力调节阀。

为了进一步提高防护网的多功能性，所述防护网的密度为10-50目。

一种凝结水生成饮用水的制备装置，包括上述海水制空气凝结水设备，还包括与所述空气凝结水设备的集水装置相连的过滤池、与所述过滤池连接的净水过滤器、与所述净水过滤器连接的消毒装置。采用上述装置，能够将空气中的水蒸气持续不断地生成凝结水，并进而生成饮用水，使得饮用水也能够持续不断地生成，而且生成的饮用水质量好，适于人们长期饮用，且成本低。

为了进一步增加凝结水的功用，在所述过滤池与所述净水过滤器之间还设置有蓄水池或蓄水罐。

为了进一步便于人们饮用，所述消毒装置还与灌装设备相连。

一种凝结水生成饮用水的制备方法，采用上述凝结水生成饮用水的制备装置制成，其工艺流程为：

步骤一：初步过滤，将空气凝结水设备生成的凝结水通过过滤池过滤出凝结水中的大颗粒物质；

步骤二：进一步过滤，将步骤一中的凝结水经净水过滤器去除凝结水中的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二中的凝结水经消毒装置消毒后生成饮用水。

更进一步地，将凝结水初步过滤后放入蓄水池中，所述蓄水池中的凝结水分为两路，一路为进一步过滤，另一路为生产用水。

更进一步地，将消毒后的饮用水通过灌装设备进行灌装。

采用本实用新型的海水制空气凝结水设备、凝结水生成饮用水制备装置及其制备方法，能够带来的有益效果有：

1.采用防护网能够持续不断地生成凝结水，且生成出的凝结水水质指标和口感均达标，能够作为农业生产用水，经简单处理能够作为饮用水。

2.采用波浪能水泵抽取海水作为冷凝管单元的冷凝水，减少电能的使用，能够降低能源成本，还能够提高凝结水生成效率。

3.本实用新型点空气凝结水设备具有多功能性，其防护网能够为种植物防虫防鸟害，保护了设施内植物的生长，能够使得防护网更加坚固，提高抵御强风冲击的能力。

4.还可降低防护网内的空气湿度，改善种植物生长条件，提高种植物抗病力促长能力。

5.采用凝结水生成的饮用水，水质好，口感佳，尤其是采用空气制成的凝结水，生成的饮用水水质更佳，更加适合人们饮用，保证人体身体健康；其中，与雨水比较，同区域空气冷凝水中的化学物质的浓度比较低，大部分阴阳离子的含量比雨水低1个数量级。若是在海洋岛礁，因为大多远离大陆，没有工业污染，空气质量极好，生产的凝结水不受时间季节限制，连续生产储藏期短，也没有大风降雨时海水飞沫的污染，总体水质数量级提高。

6.可以开展低成本、大规模、连续空气制冷凝水及饮用水，生成的凝结水也可当做生产生活用水；采用本实用新型的空气凝结水设备生成的凝结水成本为零，采用本实用新型的凝结水生成饮用水制备装置生成的饮用水成本低于2元/吨，也就是说在本实用新型中将空气制成饮用水其运行成本低于2元/吨。

附图说明：

图1为本实用新型实施例1中凝结水生成饮用水制备装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2中波浪能水泵结构简图；

图3为本实用新型实施例3中空气凝结水设备的结构简图；

图4为本实用新型实施例4中凝结水生成饮用水制备装置的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。

实施例一：如图1所示，空气制水，是生产洁净淡水的又一重要途径。以南海地区为例，四季皆夏，常年均温28℃，年均湿度80%，饱和空气含水量为27.0 g/m³，按湿度80%计算，平均空气含水量也达21.6g/m³，南海昼夜温差一般为8-10℃，按8℃计算，即夜间温度为20℃时100%饱和湿度的空气含水量为17.2g/m³，就此多出4.4g/m³水。

所以本实施例中提供了一种能够将空气中所含水量生成凝结水的设备，具体方案如下：

一种海水制空气凝结水设备，包括热传导率高的农业用防护网11，在所述防护网11上安装有冷凝管单元12，在所述防护网11的底部安装有集水装置13；其中，所述冷凝管单元12中的冷凝水通过波浪能水泵抽取的海水提供。

采用本实施例中的海水制空气凝结水设备，在夜间时，通过温度的降低使得湿度大的空气在防护网11表面凝结成水，并且顺着防护网11下滑到底部安装的集水装置13中。并且，本实施例中的凝结水发生面是采用农业用防护网，也就是说在该防护网11内为农作物种植基地，首先能够节省占地，最重要的是农作物能够发生蒸腾作用，使得在该区间内的空气湿度能够达到100%。另外，本实施例中采用海水作为冷凝管单元12中的冷凝水，无需再采用额外的能源将冷凝水冷却，而且本实施例中的波浪能水泵采用的是波浪能将海水抽取到所述冷凝管单元中，无需使用电能，摆脱了对电能的依靠，并且节省了能源成本。使得生产冷凝水的成本大大降低。本实施例中生成冷凝水的成本除设备成本外，运行成本为零。

另外，通过上述方式收集到的凝结水还能通过凝结水生成饮用水制备装置来生成饮用水，该制备装置具体为：包括与本实施例中的海水制空气凝结水设备1的集水装置13相连的过滤池2、与所述过滤池2连接的净水过滤器4、与所述净水过滤器4连接的消毒装置5。

采用上述制备装置生成饮用水的其工艺流程为：

步骤一：初步过滤，将海水制空气凝结水设备1生成的凝结水通过过滤池2过滤出凝结水中的大颗粒物质；

步骤二：进一步过滤，将步骤一中的凝结水经净水过滤器4去除凝结水中的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二中的凝结水经消毒装置5消毒后生成饮用水。

其中，初步过滤中采用的过滤池2可为现有的能过滤掉枝叶、沙粒、枯草等大颗粒杂质的滤网过滤池，在进一步过滤中采用的净水过滤器4可为现有的“过滤网+活性炭”过滤器，能够过滤小颗粒杂质和吸附氨氮化物，在消毒步骤中采用的消毒装置5主要为现有的紫外线杀菌器和/或臭氧杀菌器，也可用液氯或漂白粉类杀菌。

采用本实施例中的凝结水生成饮用水制备装置和制备方法，能够将通过空气凝结水设备收集而来的凝结水持续不断地生成能为人们饮用的饮用水。采用上述空气凝结水设备，农作物生产基地的占地面积为3000㎡，防护网的面积为660㎡，其中最小迎风面为150㎡，日间温度为30℃时，饱和空气含水量为30.10 g/m³，按年均湿度80%计算，平均空气含水量也达24.08 g/m³，南海昼夜温差一般为8-10℃，按8℃计算，即夜间温度为22℃时100%饱和湿度的空气含水量为19.3 g/m³，按1-2级微风，风向为最小迎风面时计算，每天夜间能够实现空气交换量72000m³/㎡，就有4.78kg/m³水蒸气从空气中凝结成液态水，累计空气交换量为10800000 m³，形成的凝结露水为51.62吨，收集率按50%计算，一天能够生产的凝结水25吨，而每一吨凝结水是运行费用为零，而能生产出饮用水为25吨，如采用削峰填谷的电力的话，每一吨饮用水的运行费基本为零。

另外，采用上述方法制备的饮用水水质好，其阴阳离子与雨水具有相关性，且大多阴阳离子的含量比雨水低1个数量级以上。并且能够持续不断地生成凝结水，并进而生成饮用水，使得饮用水也能够持续不断地生成。

实施例二：如图2所示，本实施例是对实施例一中波浪能水泵的进一步改进，在本实施例中，为了进一步更为方便得抽取海水，所述波浪能水泵包括上浮体14、下浮体15、转动机构、活塞机构和导水管，其中所述上浮体14和所述下浮体15均通过缆绳16以相反的方向卷绕在所述转动机构的轮毂17上，在本实施例中的具体结构为：连接所述上浮体14和所述转动机构的缆绳16为一根，且在所述下浮体15上设置有供该缆绳16通过的通孔，连接所述下浮体15和所述转动机构的缆绳16为两根且设置在连接上浮体和转动机构的缆绳的两侧，另外在所述转动机构的上方还设置有带有三个导向孔的导向架24用于引导上述三根缆绳16，避免其相互之间发生缠绕而无法工作。

在所述轮毂17两侧均设置有转盘20，所述活塞机构的活塞杆18偏心设置在所述转盘20上，通过转盘20的转动从而带动所述活塞杆18做功，所述导水管包括进水管21和出水管22，所述进水管21和所述出水管22均与所述活塞机构的活塞筒9连接，所述出水管19最终与所述冷凝管单元的进水口连接。另外，为了避免海水倒流，在所述进水管上21安装了进水单向阀25，在所述出水管22上安装了出水单向阀26，所述进水单向阀25和所述出水单向阀26的导通状态相反。

另，在本实施例中，还包括用于固定所述活塞筒的基架27，所述转动机构也通过钣金固定在所述基架27上，在所述基架27上还设置有锚链28。本实施例中的活塞机构具有两个，分别与所述轮毂17两侧的转盘20连接，而且为了避免因波浪能不足而停止水泵的运行，所述两个活塞杆18是初相位差为180°。当然也可根据冷凝管单元12的需水量设置多个活塞机构，该多个活塞机构可通过输出曲轴与所述转盘20连接。

采用本实施例中的波浪能水泵，通过海面波浪的作用，使得上浮体14做上下运动，而在上浮体14做上下运动时，连接在所述上浮体14与所述轮毂17之间的缆绳16会被拉长或者缩短，在此过程中就会带动所述轮毂17转动，进而带动所述活塞机构做功，在活塞机构做功过程中，所述活塞筒19就会进行吸水和排水的过程，并将排出的海水传递到所述海水制空气凝结水设备的冷凝管单元12中。完全省略了对冷凝管单元12的冷凝水进行冷却的过程，减少了能量的消耗，并且本实施例中的波浪能水泵仅仅依靠大海的波浪能就能够向所述冷凝管单元12输送冷凝水，完全不需要依靠电能，进一步节省了能源的消耗。也避免了电能对海水制空气凝结水的制约。

实施例三：如图3所示，本实施例是对实施例一和实施例二中的海水制空气凝结水设备的进一步改进，其中，所述防护网11可选择由热传导率高的金属材料制成、比如铜、铝、铁等金属及其合金材料。当然也可以采用其他非金属但是热传导率高的材料。

另外，在所述防护网11上还设置有冷凝管单元12，用于快速降低金属防护网的温度，使得具有高湿度的热空气能够在金属防护网表面凝结成水。另外，还可在所述防护网11内设置有制冷系统，在夜间金属防护网自然降温的基础上，根据温差启动制冷系统，合理利用削峰填谷电力，消纳夜间弃用的风能、波浪能等可再生电力，使金属防护网快速冷却，保持在0-10℃之间，提高凝结水生产效率，比如说农作物生产基地的占地面积为3000㎡，防护网的整体面积为660㎡，其中最小迎风面为150㎡，日间温度为30℃，空气湿度达到80%时，其含水量约24.08克/立方千米，夜间利用深层低温海水降温至10℃，空气湿度达到100%时，含水量约9.4kg/m²，有14.68kg/m³水蒸气从空气中凝结成液态水，以1-2级微风，风向为最小迎风面时计算，每天夜间能够实现空气交换量72000m³/㎡，累计空气交换量为10800000 m³，形成的凝结露水为158.54吨，收集率按50%计算，一天能够生产的凝结水为79吨，而每一吨凝结水的运行成本几乎为零，同时一天能够生产的饮用水为79吨，而每一吨饮用水的运行费基本为2.0元。

其中，所述冷凝管单元12的冷凝管横向排列或纵向排列，所述冷凝管可以为横向的并列排列、横向的波浪状排列、横向的折线形排列，也可以为纵向的并列排列、纵向的波浪形排列或纵向的折线形排列。但是考虑到制造成本和冷却效率，本实施例中采用横向并列排列的冷凝管制成的冷凝管单元12。

并且本实施例采用了多个冷凝管单元12安装在所述防护网11上，该多个冷凝管单元12可以无序地安装在所述防护网11上，也可以呈一定规律地安装在其上。在本实施例中，为了保证防护网11各个区域的生产冷凝水的效率均衡，将冷凝管单元12均布在所述防护网11上；另外，为了加固所述防护网11，提高所述防护网11抵抗台风的强度，可以将所述冷凝管单元12呈竖向地布置在所述防护网11上，形成防护网的支架，大大地提高防护网的强度；当然也可以通过加粗防护网11的直径，或者在防护网11外围缠绕钢丝等多种方式来实现防护网的加固。

而且，所述冷凝管单元12的冷凝水可以由下至上流动，当然也可以由上至下流动。但是考虑到降温效率，本实施例中的冷凝管单元12的冷凝水为由下至上流动，并且在所述冷凝管单元12的入水口处设置有压力调节阀23，用于均衡防护网11各区域的降温和产凝结水效率。在所述防护网11的底部设置有用于收集凝结水的集水装置13，所述集水装置13可以为集水池、集水槽、集水管道等。基于成本考虑优选采用集水池，所述集水池可以设置在防护网底部的地面上，当然也可以在防护网底部的地面上开槽，将所述集水池置于所述槽内。为了节省工作量，本实施例中的集水池直接放置在所述金属防护网底部的地面上，并且将所述集水池通过管道与过滤池连通。

其中，所述防护网11的密度为10-50目。本实施例中的防护网11的密度可选择但不限于10目、15目、20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目等。当然也可以根据需求，比如说主要的害虫或者海鸟的体积大小等来选择防护网的目数，也可按照抗强风的要求来设置防护网的目数。

另外，作为优选的，可以在所述防护网11顶部安装太阳能光伏发电板14，充分利用热带或者亚热带地区的太阳能，使得发电系统和农业生产形系统成一个立体的结合形式，并在农业生产系统外围设置凝结水和饮用水生产系统，大大地节省了占地，而且生产出的电能还可用于空气凝结水设备的制冷系统中，节约了资源。另外，还可在所述太阳能发电板14的边沿设置有集雨盘15，所述集雨盘15与集雨管道16连通，形成雨水收集系统，收集的雨水可以作为生产用水，比如作为农业灌溉用水，为农业生产基地内的农作物进行滴灌或者雾灌。

总的来说，本实施例中的防护网不仅能够用于生产凝结水，为岛礁驻守人员提供纯净的、可以用于饮用的淡水，该防护网11还能够为农作物生产基地提供有效的防虫害、防鸟害等功能，而且降低设施内的空气湿度，恶化致病菌生长环境，减少作物病害和防控用药。另外，岛礁上常遇台风，该防护网11还能够减少台风对农作物的冲击力，避免农作物被台风侵害。另外，由于海风中常常夹杂着海水，所以本实施例中的金属防护网11优选耐腐蚀、抗台风冲击的316L不锈钢网，冷凝管单元12也优先采用耐腐蚀的金属管制成。若是所生产的凝结水直接用于饮用的话，所述防护网可以采用304食用级不锈钢网。

实施例四：如图4所示，本实施例是对实施例一、实施例二和实施三中的凝结水生成饮用水制备装置及其制备方法的改进，具体为所述凝结水生成饮用水制备装置还包括蓄水池3与灌装设备6，所述蓄水池3设置在在所述过滤池2与所述净水过滤器3之间，并且所述消毒装置5还与灌装设备6相连。其中，所述连接可以为通过管道连接，也可以是通过任何一种能够无泄漏地转移流体的方式连接。

采用本实施例的凝结水生成饮用水的制备装置的制备方法为：

步骤一：初步过滤，将采用空气凝结水设备1生成的凝结水通过过滤池2过滤掉凝结水中的大颗粒杂质，并将过滤后的凝结水储存到蓄水池3中；

步骤二：进一步过滤，将蓄水池3的凝结水通过净水过滤器4去除里面的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二种得到的凝结水经过消毒装置5消毒后得到饮用水；

步骤四：灌装，将步骤三中获得的饮用水经过灌装设备6进行灌装。

采用上述的设备在制备饮用水的过程中，蓄水池3作为初步过滤和进一步过滤的一个中转站，在这个过程中，可以将初步过滤完后的凝结水用作其他用途，比如说生产用水、农业用水等。且将经过消毒后可以直接饮用的饮用水用灌装设备6灌装在瓶中或者其他容器中，更加方便人们的饮用。