[发明专利]从环境空气中收集水的设备

说明书

技术领域

本发明涉及空气取水技术领域，更具体地涉及使用固体吸湿剂的从环境空气中收集水的设备。

背景技术

       水资源短缺是许多地区面临的问题之一。因此，研究人员探索了各种取水技术，包括收集潮湿空气的水分（耿浩清等，空气取水技术的研究进展，化工进展，2011年，第8期；罗继杰等，野外作业用空气取水设备研究与应用，暖通空调，2004年，第4期）。这些课题已经取得了较多研究成果。例如，2008至2013年期间，属于IPC分类号E03B 3/28（取水技术–以潮湿空气为水源）的中国专利公开超过了300件。尤其是使用固体吸湿剂的空气取水技术受到了重视，该技术包括以下三个基本步骤：

       步骤一：用吸湿剂吸附空气水分；

       步骤二：加热吸湿剂使水分解吸；

       步骤三：收集解吸的水分。

       其中步骤二是该技术的关键。以下按步骤二的加热方式的不同，将现有技术分为四种类型进行讨论：

       加热方式一：吸湿剂置于透明容器内，用太阳辐射加热吸湿剂。

       中国科学技术大学侴乔力等的专利CN2218770Y“太阳能空气取水器”、上海交通大学王如竹等的专利CN1131358C“太阳能吸附式空气取水装置”、上海理工大学赵惠忠等的专利申请公开CN101906799A“一种太阳能吸附制水管”、日本株式会社康友的国际公布WO2005/116349 “Method for extracting water from air, and device therefore”、挪威研究人员P.K. Krumsvik的国际公布WO96/09443 “A method and a device for recovering water from a humid atmosphere”、S.A. Petrov 等的俄罗斯专利RU2230858 “Method of preparation of water from atmospheric air in arid regions by use of solar energy”、 A. Beil的德国专利DE1010798 “Verfahren und vorrichtung zur wassergewinnung”是代表性技术。太阳能是清洁能源，使用太阳能既不消耗矿物燃料，又不排放污染物。因此，本课题的现有技术大都采用了太阳能加热。但是，太阳辐射加热的方式存在以下问题：

（1）加热不均匀：受到太阳光照的吸湿剂床表面能够得到较快的加热，未受到太阳光照的吸湿剂尤其是床层内部则升温缓慢，水分解吸较困难。

（2）加热温度低：透明容器的壁面没有保温层，对流传导热损失较大，吸湿剂在吸收太阳辐射能量的同时又不断地向外界散失热量，因此吸湿剂难以达到较高温度。

（3）水蒸气降低透明容器的透明度：由于透明容器壁面与外界流动空气直接接触，壁面温度较低，吸湿剂解吸产生的水蒸气有时在透明容器内壁面冷凝，降低了透明容器的透明度。

（4）太阳辐射影响吸湿剂的结构和性能：在吸湿剂堆放在透明容器内，其内部空气不易流通的情况下，长时间接受太阳辐射可能使吸湿剂床表面局部过热，破坏其微孔结构，导致吸湿性能下降。尤其是经聚光罩聚焦的太阳辐射直接照射吸湿剂时容易导致吸湿剂过热损坏。

       加热方式二：吸湿剂置于不透明容器内，太阳辐射加热容器壁或吸热板，然后传热给吸湿剂。

       代表性技术有加拿大研究人员N. Arrison 的国际公布WO03/025295 “Method and apparatus for producing potable drinking water from air”（其中的图5实施方式）、上海交通大学白泽宇等的专利CN102936912B“太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包”、赵惠忠的专利申请公开CN103469848A “一种太阳能空气取水系统”。由于不透明容器壁面暴露在周围空气中，即使有强烈太阳光的照射，不透明容器壁面一般只能达到60至80℃的温度（不使用聚光罩时），低于吸湿剂显著解吸所需温度。同样存在加热温度低、温度分布不均匀等问题。白泽宇等的专利描述的吸湿剂床的其中一面与蓝钛太阳能吸收板直接接触，蓝钛太阳能吸收板被太阳辐射加热升温后再将热量传导给吸湿剂床。但是，吸湿材料的导热系数较小（例如，硅胶的导热系数仅为0.14 W/m·K），吸湿剂床内部传热性能差，吸湿剂升温和解吸较为缓慢。