一种全天候被动式空气取水系统

本发明涉及一种全天候被动式空气取水系统，属于被动式能源利用。

背景技术：

1、空气取水主要针对室外的自然空气，将空气中的水蒸气尽可能地转化为更多的液态水。传统的空气取水技术包括：（1）收集大气降水；（2）冷却湿空气，使其达到露点温度以下凝结出水；（3）利用吸湿性强的固体或液体干燥剂吸收空气中的水分，再加热解吸，凝结水蒸气得到淡水。

2、辐射制冷作为被动式冷却技术的一种，利用热辐射的能量在低温环境下产生冷却效果。地球大气层对外太空的辐射能是一种低温的能量，它能够从物体中吸收热量。地球大气层对外太空的辐射能的温度远低于物体表面的温度，因此，物体表面会通过热辐射的过程将热量传递给地球大气层，从而实现制冷的效果。新近提出的辐射制冷薄膜在8-13um波段内的发射率大于0.90且在0.25-3um波段内的反射率大于0.90，可较好的实现与外太空进行辐射换热，即使在白天也有较好的制冷效果。

3、现有专利cn116927283a公开了一种吸附换热器、吸附换热装置及吸附换热器的制作方法，该吸附换热器利用换热层冷却后与吸附剂材料进行换热，使吸附剂材料冷却，将吸附水份时产生的热量移除，并使吸附剂材料加热，将所吸收的水份解析成水蒸气排出。该吸附换热器通过换热层交替获取冷量、提供热量，换热效率较低。并且传统的吸湿／解吸式空气取水技术中吸湿/解湿过程多分为夜间吸附剂吸收空气中的水蒸气，日间温度升高，析出吸附剂中的水分，取水效率较低。

4、针对上述问题本发明公开了一种全天候被动式空气取水系统，将辐射制冷技术与空气取水技术相结合，充分利用外太空的冷量，实现全天候吸湿和解吸的过程，进而对空气中的水分进行不间断的收集。

技术实现思路

1、本发明提供一种全天候被动式空气取水系统，本发明将辐射制冷技术与空气取水技术相结合，充分利用外太空的冷量，实现全天候吸湿和解吸的过程，进而对空气中的水分进行不间断的收集，解决缺少水源地区的用水问题。

2、为实现本发明的目的，本发明实施例采用以下技术方案：

3、本发明提供一种全天候被动式空气取水系统，包括中空纤维膜式除湿器、辐射制冷薄膜、储液罐、太阳能加热室、相变储热单元、吸附剂、流量计、第一阀门、光伏水泵、第二阀门、第三阀门和储水罐；

4、作为优选例，所述的中空纤维膜式除湿器包括除湿器外壳、除湿室、中空纤维膜管束、进气管、出气管；

5、作为优选例，所述的辐射制冷薄膜包覆在除湿器外壳外面，并与除湿器外壳紧密相连；

6、作为优选例，所述的太阳能加热室包括加热室玻璃外壳、吸附液储存室、水收集室、玻璃隔板、进液管、出液管；

7、作为优选例，所述的太阳能加热室，四周、顶部、底部均为加热室玻璃外壳；

8、作为优选例，所述的加热室玻璃外壳，其顶部向水收集室方向设置倾角为30°的斜坡，便于收集解湿后的水分，保证凝结在玻璃上的液滴不会在重力的作用下重新落回吸附液储存室中；

9、作为优选例，所述的吸附剂在整个系统中进行循环；

10、作为优选例，所述的一种全天候被动式空气取水系统各个部件之间的连接方式为：

11、中空纤维膜式除湿器中第一输出端与第一管道的输入端相连，第一管道的输出端与储液罐的输入端相连，储液罐的输出端与第二管道的输入端相连，第二管道的第一输出端与第三管道的输入端相连，第三管道的输出端与第四管道的第一输入端相连，第四管道的输出端与中空纤维膜式除湿器的第一输入端相连，流量计在第二管道上，第一阀门在第三管道上，光伏水泵在第四管道上；

12、第二管道的第二输出端与第五管道的输入端相连，第五管道的输出端与进液管相连，第二阀门在第五管道上；。

13、出液管与第六管道的输入端相连,第六管道的输出端与第四管道的第二输入端相连；

14、水收集室的输出端与第七管道的输入端相连，第七管道的输出端与储水罐的输入端相连，第三阀门在第七管道上；

15、作为优选例，所述的一种全天候被动式空气取水系统，包括吸湿过程和解湿过程；

16、使用qset表示储液罐的输出端的流量设定值、q1表示流量计测得的流量，吸湿过程和解湿过程原理如下：

17、吸湿过程：

18、开启第一阀门、光伏水泵，关闭第二阀门；

19、辐射制冷薄膜通过大气窗口与外太空进行辐射换热，使得表面温度降低，获得冷量，所获得的冷量通过导热的方式经由除湿器外壳传递到除湿室中，使得除湿室内的温度降低；

20、在空气回路中，室外空气通过中空纤维膜式除湿器的第二输入端经由进气管进入中空纤维膜管束内部，进入中空纤维膜管束内部的空气在流动的过程中通过中空纤维膜管束的各管壁与除湿室内的吸附剂进行热湿交换，中空纤维膜管束内的空气的水蒸气分压力大于膜管外吸附剂的水蒸气分压力，使得中空纤维膜管束内的空气中的水分通过中空纤维膜管束的各管壁向吸附剂传递，导致中空纤维膜管束内的空气含湿量下降，含湿量下降的空气流经中空纤维膜管束后经由出气管由中空纤维膜式除湿器的第二输出端排出；

21、在溶液回路中，吸附剂通过中空纤维膜式除湿器的第一输入端进入除湿室，在除湿室内与流经中空纤维膜管束内部的空气通过中空纤维膜管束的各管壁进行热湿交换，中空纤维膜管束内的空气的水蒸气分压力大于膜管外吸附剂的水蒸气分压力，使得中空纤维膜管束内的空气中的水分通过中空纤维膜管束的各管壁向吸附剂传递，吸附剂吸收空气中的水分导致浓度降低，并通过中空纤维膜式除湿器的第一输出端流出进入储液罐；

22、储液罐内的吸附剂通过储液罐的输出端流出，经过流量计时，由流量计测得流量值q1；

23、当q1＜qset时，关闭第二阀门，打开第一阀门，吸附剂在光伏水泵的作用下通过中空纤维膜式除湿器的第一输入端进入除湿室内，再次进行吸湿过程，直到q1≥qset；

24、解湿过程：

25、当q1≥qset时，开启第二阀门、光伏水泵、第三阀门、关闭第一阀门；

26、由储液罐的输出端流出吸附剂经由太阳能加热室的进液管进入吸附液储存室内，吸湿过程停止，解湿过程启动；

27、在日间时，在太阳光的作用下，太阳能加热室内温度升高，吸附剂受热后使得吸附剂内的水蒸气分压力增大，吸附剂中的水分由液态水变为水蒸气被转移到空气中，水蒸气遇到加热室玻璃外壳液化成水，并沿着加热室玻璃外壳顶部倾斜流进水收集室内，同时相变储热单元吸收太阳光中的部分热量并进行存储；

28、在夜间时，相变储热单元放出在日间储存的热量，并对吸附液储存室内的吸附剂进行加热，使得吸附剂中的水蒸气分压力增大，导致吸附剂中的水分由液态水变为水蒸气被转移到空气中，水蒸气遇到加热室玻璃外壳液化成水，并沿着加热室玻璃外壳顶部倾斜流进水收集室内储存，实现全天候取水；

29、吸附液储存室内的吸附剂中的水分由液态水变为水蒸气被转移到空气中后，导致吸附剂浓度升高，并通过太阳能加热室的出液管流出，进而在光伏水泵的作用下经由第六管道、中空纤维膜式除湿器的第一输入端进入除湿室内, 完成一个解湿循环；

30、吸附剂在流动过程中，第二管道、第五管道的管道坡度大于1%，使得吸附剂可以在重力作用流动；

31、在水流动过程中，水收集室收集的解湿过程获得的水后，可通过水收集室的输出端流出，并经由第七管道流入储水罐中；

32、当储水罐中的储水量达到上限时，关闭第三阀门，可对储水罐进行更换。

33、作为优选例，所述的吸附剂是氯化钙（cacl2）溶液、氯化锂（licl）溶液、溴化锂（libr）溶液中的一种。

34、作为优选例，所述的辐射制冷薄膜是光子晶体或聚合物薄膜的一种。。

35、作为优选例，所述的相变储热单元包括壳体和壳体内的相变储热材料，多个相变储热单元交错布置在吸附液储存室底部；。

36、所述的相变储热材料是石蜡、脂肪酸、结晶水合盐中的一种。

37、作为优选例，所述的第一阀门、第二阀门、第三阀门为截止阀、闸阀或蝶阀的一种。

38、作为优选例，所述的光伏水泵为有刷直流光伏水泵、无刷电机式光伏水泵或无刷磁力驱动隔离式光伏水泵的一种。

39、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

40、本发明结合了日间辐射制冷技术和相变储热材料有效地解决了传统空气取水技术无法连续工作，不能实现全天候取水的问题，制冷量利用率高，且环境友好。