基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置

本发明涉及空气取水及除湿，具体地，涉及基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置。尤其是，利用吸附储湿技术实现制冷循环与取水循环的结合，从而实现广泛气候区域内全天高效取水。

背景技术：

1、全球性水资源短缺下以空气取水、海水淡化等为代表的制水技术快速发展。然而对于内陆特别是沙漠等干旱区域并不适用高度成熟的海水淡化技术，另一方面空气中的水蒸气含量丰富，可以作为稳定的水源。目前已有的空气取水技术主要为冷凝取水技术，即通过制冷循环将空气温度降至露点温度以下，水蒸气在此温度下进行冷凝，但在沙漠等干旱地区，露点温度较低，耗能较大。目前存在一些利用吸附剂对水蒸气进行捕集从而在局部空间营造高湿环境以降低冷凝温度的探索，但吸附剂在吸附过程中放出的热量将使吸附剂在较高温度下吸附，为了实现解吸将不得不在更高温度下解吸，因此耗能依然巨大，同时取水循环周期时间长无法实现全天取水。总体而言，目前的空气取水方式仍存在能耗大、效率低、成本高等问题，在全天取水及降低能耗方面仍有很大的改进提升空间。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置。

2、根据本发明提供的一种基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，包括第一储湿换热器、压缩机、第二储湿换热器、储液器、回热器、蒸发凝水器以及风机，第一储湿换热器一端连接压缩机，压缩机连接第二储湿换热器，第二储湿换热器连接储液器，储液器连接第一储湿换热器另一端，第一储湿换热器和第二储湿换热器分别连接回热器，回热器连接蒸发凝水器，蒸发凝水器连接第二储湿换热器，风机分别连接于蒸发凝水器与第二储湿换热器之间、气气回热器与第一储湿换热器之间；

3、第一储湿换热器和第二储湿换热器分别在蒸发器状态和冷凝器状态之间切换配合取水循环的吸附与解吸过程，并通过风机调节空气流量。

4、优选的，第一储湿换热器和第二储湿换热器表面设有吸附剂。

5、优选的，吸附剂贴合在第一储湿换热器和第二储湿换热器的翅片表面。

6、优选的，当第一储湿换热器处于蒸发器状态时，第二储湿换热器处于冷凝器状态；或者，当第二储湿换热器处于蒸发器状态时，第一储湿换热器处于冷凝器状态。

7、优选的，当第一储湿换热器处于蒸发器状态时，第一储湿换热器吸收了吸附过程中产生的吸附热，保证了第一储湿换热器上的吸附剂在较低温度下的吸附，第二储湿换热器则利用排热驱动第二储湿换热器上的吸附剂再生，回热器保证了冷量的回收与取水循环的高效运行。

8、优选的，当第二储湿换热器处于蒸发器状态时，第二储湿换热器吸收了吸附过程中产生的吸附热，保证了第二储湿换热器上的吸附剂在较低温度下的吸附，第一储湿换热器则利用排热驱动第一储湿换热器上的吸附剂再生，回热器保证了冷量的回收与取水循环的高效运行。

9、优选的，还包括四通阀，四通阀分别连接第一储湿换热器、第二储湿换热器以及压缩机的两端。

10、优选的，储液器一端连接膨胀阀，膨胀阀连接单向阀，单向阀分别连接第一储湿换热器、第二储湿换热器以及储液器另一端。

11、优选的，当第一储湿换热器处于蒸发器状态时，第一储湿换热器上的吸附剂对空气中的水蒸气进行吸附，制冷系统处理水蒸气与吸附剂发生吸附反应所释放的吸附热，使吸附剂在较低温度下的吸附过程；当吸附接近饱和后，第一储湿换热器通过四通阀和风机切换为冷凝器状态，在第一储湿换热器散热的驱动下实现解吸，水蒸气被释放到指定空间从而在指定空间内形成了高温高湿的环境；高温高湿的水蒸气与经过第二储湿换热器干燥并降温过的空气在回热器中进行热交换，从而对该部分水蒸气进行预冷以及冷量回收；最后该水蒸气经过蒸发凝水器实现进一步的降温，水蒸气凝结为液态水并被收集。

12、优选的，当第二储湿换热器处于蒸发器状态时，第二储湿换热器上的吸附剂对空气中的水蒸气进行吸附，制冷系统处理水蒸气与吸附剂发生吸附反应所释放的吸附热，使吸附剂在较低温度下的吸附过程；当吸附接近饱和后，第二储湿换热器通过四通阀和风机切换为冷凝器状态，在第二储湿换热器散热的驱动下实现解吸，水蒸气被释放到指定空间从而在指定空间内形成了高温高湿的环境；高温高湿的水蒸气与经过第一储湿换热器干燥并降温过的空气在回热器中进行热交换，从而对该部分水蒸气进行预冷以及冷量回收；最后该水蒸气经过蒸发凝水器实现进一步的降温，水蒸气凝结为液态水并被收集。

13、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

14、(1)本发明操作方便、安全可靠，加工成本和运行成本都较低，通过储湿换热器具有储湿功能，可以有效提升冷凝温度的同时保证较高能效与水蒸气的富集；

15、(2)本发明具有冷量回收功能，可以大大提高能源利用率；可以实现空气取水循环全天运行；

16、(3)本发明通过吸附剂对水蒸气的富集实现了在高原、沙漠等不利于取水的工况下的高效取水；

17、(4)本发明通过制冷系统的介入有效降低了吸附温度实现了取水循环的高效运行。

技术特征：

1.一种基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，包括第一储湿换热器(1)、压缩机(2)、第二储湿换热器(3)、储液器(4)、回热器(5)、蒸发凝水器(6)以及风机(7)，所述第一储湿换热器(1)一端连接所述压缩机(2)，所述压缩机(2)连接所述第二储湿换热器(3)，所述第二储湿换热器(3)连接所述储液器(4)，所述储液器(4)连接所述第一储湿换热器(1)另一端，所述第一储湿换热器(1)和所述第二储湿换热器(3)分别连接所述回热器(5)，所述回热器(5)连接所述蒸发凝水器(6)，所述蒸发凝水器(6)连接所述第二储湿换热器(3)，所述风机(7)分别连接于所述蒸发凝水器(6)与所述第二储湿换热器(3)之间、所述气气回热器(5)与所述第一储湿换热器(1)之间；

2.根据权利要求1所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，所述第一储湿换热器(1)和所述第二储湿换热器(3)表面设有吸附剂(11)。

3.根据权利要求2所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，所述吸附剂(11)贴合在所述第一储湿换热器(1)和所述第二储湿换热器(3)的翅片表面。

4.根据权利要求2所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，当所述第一储湿换热器(1)处于蒸发器状态时，所述第二储湿换热器(3)处于冷凝器状态；或者，当所述第二储湿换热器(3)处于蒸发器状态时，所述第一储湿换热器(1)处于冷凝器状态。

5.根据权利要求4所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，当所述第一储湿换热器(1)处于蒸发器状态时，所述第一储湿换热器(1)吸收了吸附过程中产生的吸附热，保证了所述第一储湿换热器(1)上的所述吸附剂(11)在较低温度下的吸附，所述第二储湿换热器(3)则利用排热驱动所述第二储湿换热器(3)上的所述吸附剂(11)再生，所述回热器(5)保证了冷量的回收与取水循环的高效运行。

6.根据权利要求4所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，当第二储湿换热器(3)处于蒸发器状态时，所述第二储湿换热器(3)吸收了吸附过程中产生的吸附热，保证了第二储湿换热器(3)上的所述吸附剂(11)在较低温度下的吸附，所述第一储湿换热器(1)则利用排热驱动所述第一储湿换热器(1)上的所述吸附剂(11)再生，所述回热器(5)保证了冷量的回收与取水循环的高效运行。

7.根据权利要求1所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，还包括四通阀(8)，所述四通阀(8)分别连接所述第一储湿换热器(1)、所述第二储湿换热器(3)以及所述压缩机(2)的两端。

8.根据权利要求8所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，所述储液器(4)一端连接膨胀阀(9)，所述膨胀阀(9)连接单向阀(10)，所述单向阀(10)分别连接所述第一储湿换热器(1)、所述第二储湿换热器(3)以及所述储液器(4)另一端。

9.根据权利要求8所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，当所述第一储湿换热器(1)处于蒸发器状态时，所述第一储湿换热器(1)上的所述吸附剂(11)对空气中的水蒸气进行吸附，制冷系统处理水蒸气与所述吸附剂(11)发生吸附反应所释放的吸附热，使所述吸附剂(11)在较低温度下的吸附过程；当吸附接近饱和后，所述第一储湿换热器(1)通过所述四通阀(8)和所述风机(7)切换为冷凝器状态，在所述第一储湿换热器(1)散热的驱动下实现解吸，水蒸气被释放到指定空间从而在指定空间内形成了高温高湿的环境；高温高湿的水蒸气与经过所述第二储湿换热器(3)干燥并降温过的空气在所述回热器(5)中进行热交换，从而对该部分水蒸气进行预冷以及冷量回收；最后该水蒸气经过所述蒸发凝水器(6)实现进一步的降温，水蒸气凝结为液态水并被收集。

10.根据权利要求8所述的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，其特征在于，当所述第二储湿换热器(3)处于蒸发器状态时，所述第二储湿换热器(3)上的所述吸附剂(11)对空气中的水蒸气进行吸附，制冷系统处理水蒸气与所述吸附剂(11)发生吸附反应所释放的吸附热，使所述吸附剂(11)在较低温度下的吸附过程；当吸附接近饱和后，所述第二储湿换热器(3)通过所述四通阀(8)和所述风机(7)切换为冷凝器状态，在所述第二储湿换热器(3)散热的驱动下实现解吸，水蒸气被释放到指定空间从而在指定空间内形成了高温高湿的环境；高温高湿的水蒸气与经过所述第一储湿换热器(1)干燥并降温过的空气在所述回热器(5)中进行热交换，从而对该部分水蒸气进行预冷以及冷量回收；最后该水蒸气经过所述蒸发凝水器(6)实现进一步的降温，水蒸气凝结为液态水并被收集。

技术总结
本发明提供了一种涉及空气取水及除湿技术领域的基于储湿换热器热泵循环和湿热交换器的空气取水装置，包括第一储湿换热器、压缩机、第二储湿换热器、储液器、回热器、蒸发凝水器以及风机，第一储湿换热器一端连接压缩机，压缩机连接第二储湿换热器，第二储湿换热器连接储液器，储液器连接第一储湿换热器另一端，第一储湿换热器和第二储湿换热器分别连接回热器，回热器连接蒸发凝水器，蒸发凝水器连接第二储湿换热器，风机分别连接于蒸发凝水器与第二储湿换热器之间、气气回热器与第一储湿换热器之间。本发明操作方便、安全可靠，加工成本和运行成本都较低，提升冷凝温度的同时保证较高能效与水蒸气的富集，实现空气取水循环全天运行。

技术研发人员：王如竹,邵昭,杜帅,王红斌,葛天舒
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11