[实用新型]一种收集空气中水资源的冷冻制水装置

说明书

技术领域

本实用新型是关于收集空气水资源的装置，特别是通过物理过程收集开发新型水资源的机械电子设备。

背景技术

我国水资源分布很不均匀，是一个缺水的国家，人均水量仅为世界平均数的1/4,农田亩均水量只有世界平均数的一半多一些。我国西北地区气候干旱少雨，蒸发量是降水量的4～11倍，水资源只有总量2254亿立方米，是世界上干旱缺水最严重的地区之一，由此人们的日常生活和工农生产用水都面临着巨大的缺口，这些直接制约了当地经济的发展，并造成了环境的恶化，由于缺水，八大沙漠以每年2400平方公里的速度疯狂外扩。为了解决用水问题，人们提出了各种办法，包括开采地下水资源和海水西调等，但过度开采地下水并非可循环发展的方式，且大部分地区地下水补给缺乏，无法有效利用；而海水西调从其成本上以及操作难度上均不占有优势，并且输送水量有限，还容易对环境造成难以估量的破坏，目前也仅停留于理论阶段。如何解决水资源缺是当前人们必须解决的问题。

水资源以气态方式存在于空气中，如可以利用那么会大大缓解缺乏缺水状况。由于水蒸气是空气的一部分，通常情况下，空气中的相对湿度（相对于该温度下的饱和湿度）为20%-80%，水含量很低，不易自然成水，同时，在风力作用下，容易失去水分，即使在较干含的新疆沙漠地区，其水蒸气含量也可以达到34%，且循环速度快，短时间内即可以恢复，全球水汽循环周期为8天。

从空气中提取水分的技术难点在于：

（1）能耗与提取水的水量比必须减小到最小，以适于日常使用；

（2）既要保证在小体积内有足够的空气流量，同时在获取水分时空气流速不能太大，提高获取水的效率；

（3）对环境没有破坏，除了使用电力外，不需要其它的耗材，适于野外自动工作。

从空气中制水类似于空气处理过程中的除湿。目前，对空气水的处理主要是以对空气水分的增加（如加湿）和减少（如除湿），目的在于对空气湿度的改善。公开号为CN 201599886U的中国专利申请公开了一种空气除湿装置，公开号为CN1740465A的中国专利申请记载了一种大气制水装置，它们都使用了半导体制冷技术，可以用于密闭空间内（室内）的空气除湿，但是其存在如下缺点导致其不能用于由空气制水：使用要求高，必须具有一定的湿度（一般大于50-60%）才可以起到的制水效果，当湿度比较低的时候，制水效率很低；对于沙漠地区平均30%的湿度，30℃或更高温度工作温度下无法很好制水；且遇冷析出的水由于是先凝结在冷凝器上，无法很好的保存，甚至会直接回到空气中。公开号为CN 101304950A的中国专利申请则公开了一大型的制水装置，虽然其可以由大气制水，但是其使用也受环境限制，比如制水效率低、不能昼夜均可以工作，而且装置投资很大，对于干旱地区而言，灵活性不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种收集空气中水资源的冷冻制水装置。

为了开发可以利用的新型水资源，本实用型性提供一种机械电子装置，在使用电力的情况下，获取空气水，进行饮用、灌溉和日常使用，作为解决部分地区缺水和未来地表环境改善的有效手段。

本装置包括如下几个部分：制冷系统；冷凝片；空气循环系统和集水系统。

制冷系统采用通常的压缩机进行制冷。压缩机使用电力工作，由于西北地区虽然水资源匮乏，但是其风力资源和太阳能资源丰富，可以作为电力的来源，实现物尽其用。压缩机的功率依据装置大小而定，比如功率为450W、750W等。所使用的制冷剂包括液氨、HFC制冷剂以及碳氢制冷剂等。制冷机也可以选用半导体制冷器作为冷源来替代压缩机，同时能耗得到了下降。使用半导体冷凝片时，要求半导体冷凝片最低工作温度在-25～+50℃，以满足沙漠地区工作环境需求，且制冷温度要低于-1℃。

冷凝片（6）利用铜或铝管组成，使空气中的水汽在冷凝片上处于冰点以下进行结霜。冷凝片（6）也可以选用其他的材料，比如聚合物材料、不和制冷剂作用且导热性能好的金属材料等，这些材料均应该具有良好的导热性，并且为了便于收集水分，表面还可以涂抹其他材料，使其变为疏水表面。制冷机工作时，可以使冷凝片温度降低到水的凝固点以下，以可以水蒸气在冷凝片表面结霜为宜，一般在-20～-1℃之间，过低则能耗比过大，而过高则起不到预期制水效果。此外，为了增大其接触的表面积，可以在冷凝片（6）上设置翅片状结构。