一种全天候高效沙漠制水系统及方法

本发明涉及绿色能源利用及制水，尤其涉及一种全天候高效沙漠制水系统。

背景技术：

1、沙漠化地区的水资源匮乏问题日益凸显，难以满足当地居民的日常生活需求，更无法支持农业、工业等产业的持续发展。然而，值得注意的是，尽管沙漠地区水资源稀缺，但风能和太阳能资源却十分丰富。沙漠地区的风力持续、稳定，为风力发电提供了得天独厚的条件。同时，沙漠地区的日照时间长、辐射强度大，也为太阳能的利用提供了广阔的空间。因此，利用沙漠地区的风能和太阳能进行制水，不仅具有可行性，而且具有巨大的潜力。

2、综上所述，有必要开发一种能够全天候高效利用沙漠风能和太阳能进行制水的系统，对于缓解沙漠化带来的水资源匮乏问题，具有重要的现实意义和应用价值。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种全天候高效沙漠制水系统，此系统能充分利用沙漠地区丰富的风能和太阳能资源，实现水资源的持续、稳定制取，以最大程度地解决沙漠化地区水资源匮乏的问题；同时，该系统不仅降低投资成本，还提高了制水效率，为沙漠化地区的可持续发展提供了有力的技术支持。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种全天候高效沙漠制水系统，包括通过空气进行制水的空气制水装置，所述空气制水装置包括用于发电的新能源发电装置；

3、所述空气制水装置的出水端与用于集水的集水装置相连；

4、所述集水装置包括集水支管和集水总管，多根集水支管的总出水端通过水泵与集水总管相连；

5、所述集水装置的一侧顶部垂直安装有压力平衡管，集水总管上安装有水位传感器；

6、所述新能源发电装置同时与储电柜、水泵和水位传感器相连，并提供电能。

7、所述空气制水装置还包括防沙过滤装置，防沙过滤装置的底端连接有风管，风管的内部安装有风机，风管的底端连接有扩压管，扩压管的另一端通过u形管连接喷管，喷管的顶端连接有排气管，排气管的一节管段设置在风管的内部，排气管的末端贯穿风管并与外界相连通；所述u形管的底端连接有用于控制出水的液封隔离管结构。

8、所述防沙过滤装置包括挡沙板，若干个挡沙板竖向均匀间隔环绕设置以确保空气最大程度流过，挡沙板上端与顶盖稳固连接；挡沙板内侧设有过滤器，过滤器用以接收经过挡沙板初步过滤的空气，并且过滤器与顶盖固定连接；过滤器的底端与风管固定相连。

9、所述新能源发电装置包括固定在顶盖顶部的风力发电装置和光伏发电装置；

10、新能源发电装置将风能和太阳能结合，一方面为空气制水装置的风机及水位传感器连续稳定供电；另一方面通过储电柜将多余的电能储存起来，从而间歇性为水泵提供稳定电能。

11、所述u形管采用单个或多个u形管串联而成，u形管的深度可以根据压力对应的露点温度来设计。

12、所述u形管的外部嵌套缠绕有翅片。

13、所述液封隔离管结构包括液封隔离管、固定块和可活动旋转开关盖；

14、所述可活动旋转开关盖包括转轴、重力盖和重力块；

15、所述液封隔离管连通固定在u形管的底端，固定块固定在液封隔离管，通过转轴与重力盖转动连接，并且重力块置于重力盖外表面。

16、所述喷管用于提高制取水之后的饱和空气流速，使其迅速排出；

17、所述排气管与喷管出口相连通，此时排气管内的空气经过u形管和喷管持续降温后温度已很大程度低于外界环境空气的温度，将排气管蛇形绕行穿过风管，排气管内为经过u形管冷凝结露制水后并在喷管内进一步降温的低温空气，此低温空气对新进入风管的外界空气进行一次预降温，此后迅速排出至外界。

18、所述集水支管与液封隔离管结构连接，收集积聚在u形管底部的水，最后进入集水总管；

19、所述水位传感器对集水总管内的水位进行实时监测，并将水位情况反馈给水泵；

20、水泵接收水位传感器反馈的水位信号，确保集水装置中的水能够及时取出；

21、压力平衡管与外界环境相通，以使得水泵抽水作业时，集水装置内部不会形成真空状态；压力平衡管出口端进行相应的防沙处理。

22、一种全天候高效沙漠制水系统的运行方法：

23、运行时，外界空气进入所述防沙过滤装置，首先经挡沙板进行初步过滤，有效阻挡了沙漠中的沙尘颗粒，初步过滤后的空气随后经过滤器进行二次过滤，进一步去除空气中的细微沙尘；

24、两次过滤后的空气进入风管，与排气管中经冷凝制水后的低温空气换热，实现空气的一次预降温，降温后的空气由风机进行驱动，从而提高空气的流速，为后续的扩压和凝结过程提供了足够的动力；一次增速和降温后的空气流经扩压管后，空气速度降低，总压力提高，从而使得空气中的水蒸汽分压力和饱和温度得到提升，进而提高了水蒸汽的露点温度，使得空气中的水蒸汽能够在较高的温度下结露完成凝结并制水；此时降速增压后的空气进入u形管后，u形管中嵌套有翅片，翅片的存在增大了空气同沙漠地层之间的换热面积，这使得空气的温度能够迅速降至当前露点温度以下，从而使空气中含有的水蒸汽凝结成水滴析出完成制水；u形管中发生降温凝结后的空气经由喷管作用产生降压增速并降温，此后迅速排至排气管，在风管中对外界空气进行一次预降温，提高了系统的制水效率；

25、析出后的水积聚在u形管底部最后进入液封隔离管，当液封隔离管内积聚的水量重力作用于固定一体的可活动旋转开关盖上的逆时针扭矩大于可活动旋转开关盖本身由于重力块和重力盖产生的顺时针扭矩后，则可活动旋转开关盖自动逆时针旋转斜向上打开，从而顺利排出管内冷凝水；随着冷凝水的排出，当液封隔离管内的水作用于可活动旋转开关盖的逆时针扭矩小于或等于可活动旋转开关盖本身重力产生的顺时针扭矩时，则可活动旋转开关盖自动复位，此时可使液封隔离管内部产生液封，有效防止了空气进入集水支管；

26、集水支管接收来自液封隔离管的凝结水，当水位传感器监测到集水管内的水位到达设置值时，会立即将水位信号反馈到水泵处，接收到反馈的水位信号后，水泵会迅速启动，将集水装置中的水及时取出，确保系统的正常运行和持续供水。

27、本发明有如下有益效果：

28、1、本发明系统能充分利用沙漠地区丰富的风能和太阳能资源，实现水资源的持续、稳定制取，以最大程度地解决沙漠化地区水资源匮乏的问题；同时，该系统不仅降低投资成本，还提高了制水效率，为沙漠化地区的可持续发展提供了有力的技术支持。

29、2、本发明将空气制水装置、集水装置、水泵、水位传感器、储电柜结合组成一套全天候制水系统，专门适应沙漠等恶劣环境。该系统结合风能和太阳能不仅降低了运行成本，更增强了系统的自给自足能力。相较于传统技术，本发明在沙漠环境中表现出更高的稳定性与可靠性，为缺水地区提供了可持续的水资源解决方案，有较好的发展前景且符合现有的能源发展方向。

30、3、本发明通过新能源发电装置能够将风能和太阳能结合，一方面为风机及水位传感器连续稳定供电；另一方面通过储电柜将多余的电能储存起来，从而间歇性为水泵提供稳定电能。

31、4、本发明通过若干个挡沙板竖向均匀间隔环绕设置以确保空气最大程度流过，同时装置内部设有过滤器，其设于挡沙内侧，能够接收经过挡沙板初步过滤的空气。

32、5、本发明通过风机驱动经过一次预降温处理的空气，提高空气的流速，使其更快进入下一步。

33、6、本发明通过扩压管用于接收一次预降温并提速新空气，使其通过扩压管后空气速度降低，总压力提高，从而使得空气中的水蒸汽分压力和饱和温度提升，最终提高水蒸汽的露点温度。通过这种设计，系统能够在空气温度相对较高的情况下实现结露并凝结析出水分的过程，从而优化了制水效率，并降低了对空气温度的依赖，增强了系统在全天候环境下的适应能力。

34、7、本发明通过翅片嵌套在u形管，可增加空气同沙漠地层之间的换热面积，提高换热效率，使空气温度迅速降至当前露点温度以下，空气中所含水蒸汽完成结露并凝结成水滴析出，从而完成高效的制水过程。

35、8、本发明通过喷管用于提高制取水之后的饱和空气流速，使其迅速排出；此时，通过喷管流动的空气会出现降压降温，进而达到冷凝的效果。

36、9、本发明通过排气管与喷管出口相连通，此时排气管内的空气经过u形管和喷管持续降温后温度已大大低于外界环境空气的温度，将排气管蛇形绕行穿过风管，排气管内经过u形管冷凝结露制水后并再喷管内进一步降温的低温空气可对新进入风管的外界空气进行一次预降温，此后迅速排出至外界。