基于太阳能光热驱动的空气制水系统及其工作方法

技术领域

本发明属于光伏应用技术领域，具体涉及一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统及其工作方法。

背景技术

随着淡水资源的减少，为了生存，人们必须改变用水方式，在节约用水和循环用水的同时，还需要采用有效方式进行制水。因此就产生了空气制水装置，空气制水装置是利用大气中的水蒸气进行收集和处理，最终将其转化为饮用水的设备。它主要由收集器、压缩机、冷凝器、滤芯和水箱等组成。通过将空气中的水蒸气收集到收集器中，然后经过压缩、冷凝、过滤等处理，去除杂质和污染物，最终生成纯净水。这种设备的优点是适用于任何地方，没有地区限制，且对当地水资源几乎没有影响。

目前市场上已有空气制水机，但都是利用普通商用单相交流电源来驱动，能耗较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统及其工作方法，以解决现有技术中利用单相交流电源驱动制水能耗较高的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统，包括：壳体，所述壳体设有进风口和出风口；所述壳体外侧设有光伏板，所述壳体内设有空气制水机；

所述光伏板用于向所述空气制水机提供电能与热能；

所述空气制水机包括吸湿材料部件、光照传感器和控制器，所述吸湿材料部件、光照传感器分别与所述控制器连接；

当所述光照传感器采集的辐射强度低于预设阈值时，所述控制器启动所述吸湿材料部件进行空气吸附至达到饱和状态，当所述光照传感器采集的辐射强度高于预设阈值时，关闭所述吸湿材料部件，并关闭所述进风口和出风口以封闭所述壳体，使得所述吸湿材料部件吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水。

进一步的，所述吸湿材料部件，包括：

相变蓄热层、吸附床和冷凝集水器；

所述相变蓄热层设置在所述光伏板下面，用于将所述光伏板吸收的热量传递至所述吸附床；

所述吸附床设置在所述相变蓄热层与所述冷凝集水器之间，用于吸附空气中的水蒸气；

所述冷凝集水器设置在所述壳体内远离所述光伏板的一侧，用于收集所述吸附床受热脱附的水蒸气冷凝成的液态水；

其中，所述相变蓄热层与所述吸附床构成吸附腔体，所述吸附床与所述冷凝集水器构成脱附腔体。

进一步的，所述吸湿材料部件，还包括：

吸附风机和吸附风槽；

所述吸附风槽设置的所述进风口处，用于使得空气进入吸附腔体；

所述吸附风机与所述控制器连接。

进一步的，还包括：

雨水收集器，用于收集雨水；

集水箱，用于收集水蒸气冷凝成的液态水。

进一步的，所述空气制水机还包括：

第一温度传感器，用于采集环境温度；

第二温度传感器，用于采集脱附腔体内的水蒸气温度；

所述第一温度传感器、第二温度传感器分别与所述控制器连接。

进一步的，所述空气制水机还包括：

第一水流传感器，用于检测水蒸气冷凝成的液态水的水量；

第二水流传感器，用于检测雨水收集器的集水量；

所述第一水流传感器、第二水流传感器分别与所述控制器连接。

进一步的，所述吸附床采用碳化物和水凝胶复合材料制成。

进一步的，所述光伏板采用

晶体硅太阳能电池板。

本申请实施例提供一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作方法，包括：

利用光照传感器采集太阳光的辐射强度，将所述辐射强度与预设阈值进行对比；

当所述辐射强度低于预设阈值时，控制器启动吸湿材料部件进行空气吸附至达到饱和状态；

当所述辐射强度高于预设阈值时，关闭所述吸湿材料部件，并关闭吸湿材料部件所在壳体的进风口和出风口，以封闭所述壳体，使得所述吸湿材料部件吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水。

进一步的，当辐射强度高于第一预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第一预设温度值；

当辐射强度高于第二预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第二预设温度值；

当辐射强度高于第三预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第三预设温度值。

本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果：

本申请中利用光伏板为空气制水机提供电源和热源，当光照传感器采集的辐射强度低于预设阈值时，控制器启动吸湿材料部件进行空气吸附至达到饱和状态，当光照传感器采集的辐射强度高于预设阈值时，关闭吸湿材料部件，并封闭所壳体，使得吸湿材料部件吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水，实现再生能源驱动，节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中基于太阳能光热驱动的空气制水系统的结构示意图；

图2是本发明中基于太阳能光热驱动的空气制水系统的另一种结构示意图；

图3是本发明中基于太阳能光热驱动的空气制水系统的另一种结构示意图；

图4是本发明基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作方法的步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的基于太阳能光热驱动的空气制水系统及其工作方法。

如图1和图2所示，本实施例提供一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统，包括：壳体1，所述壳体1设有进风口11和出风口12；

如图3所示，所述壳体1外侧设有光伏板3，所述壳体1内设有空气制水机4；

所述光伏板3用于向所述空气制水机4提供电能与热能；

所述空气制水机4包括吸湿材料部件41、光照传感器42和控制器43，所述吸湿材料部件41、光照传感器42分别与所述控制器43连接；

当所述光照传感器42采集的辐射强度低于预设阈值时，所述控制器43启动所述吸湿材料部件41进行空气吸附至达到饱和状态，当所述光照传感器42采集的辐射强度高于预设阈值时，关闭所述吸湿材料部件41，并关闭所述进风口11和出风口12以封闭所述壳体1，使得所述吸湿材料部件41吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水。

具体的，本申请中提供的光伏板3采用商业通用的晶体硅太阳能电池板，具体为单晶硅，封装结构单面玻璃，用于将太阳辐射的光线吸收与传热介质接触并转换成热量，为吸湿材料部件41提供脱附热源应用，还能将太阳光能量转换为电能，为空气制水机4提供电能。基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作原理为，利用光照传感器42采集太阳光的辐射强度，当采集的辐射强度低于预设阈值时，光照传感器42发送信号至控制器43，控制器43根据信号启动吸湿材料部件41进行空气吸附至达到饱和状态，当光照传感器42采集的辐射强度高于预设阈值时，发送相应信号至控制器43，控制器43根据信号关闭吸湿材料部件41，并关闭所述进风口11和出风口12以封闭壳体1，使得壳体1内升温，从而使得所述吸湿材料部件41吸附的水蒸气受热脱附并最终冷凝为液态水。

一些实施例中，如图2所示，所述吸湿材料部件41，包括：相变蓄热层411、吸附床412和冷凝集水器413；

所述相变蓄热层411设置在所述光伏板3下面，用于将所述光伏板3吸收的热量传递至所述吸附床412；

所述吸附床412设置在所述相变蓄热层411与所述冷凝集水器413之间，用于吸附空气中的水蒸气；

所述冷凝集水器413设置在所述壳体1内远离所述光伏板3的一侧，用于收集所述吸附床412受热脱附的水蒸气冷凝成的液态水；

其中，所述相变蓄热层411与所述吸附床412构成吸附腔体111，所述吸附床412与所述冷凝集水器413构成脱附腔体112。

可以理解的是，本申请中相变蓄热层411用于将光伏板3吸收的太阳能热量经过吸附腔体传递到吸附床412，使得吸附床412温度升高，吸附的水蒸气受热脱附，水蒸气进入脱附腔体，与大气的对流换热吸热的作用下冷凝为液态水。

一些实施例中，如图2和图3所示，所述吸湿材料部件41，还包括：

吸附风机414和吸附风槽415；

所述吸附风槽415设置的所述进风口11处，用于使得空气进入吸附腔体；

所述吸附风机414与所述控制器43连接。

当空气制水机4开始工作的时候，吸附风机414启动，将空气通过进风口11吹入并经过吸附风槽415进入吸附腔体。所述吸附床412采用碳化物和水凝胶复合材料制成。吸湿材料部件41为碳化物和水凝胶复合的新型吸水材料，其作用是吸附空气中的水分子，当吸附饱和后系统切换为脱附工作模式，利用光热脱附的高温高湿气体进入集水器内表面，并与有温差的环境温度热交换冷凝液态水收集。

如图1所示，本申请提供的基于太阳能光热驱动的空气制水系统，还包括：

雨水收集器(图中未示出)，用于收集雨水；

集水箱5，用于收集水蒸气冷凝成的液态水。

本申请中设置雨水收集器收集雨水，为装置提供额外的淡水。

一些实施例中，如图3所示，所述空气制水机4还包括：

第一温度传感器44，用于采集环境温度；

第二温度传感器45，用于采集脱附腔体内的水蒸气温度；

所述第一温度传感器44、第二温度传感器45分别与所述控制器43连接。

具体的，本申请中当辐射强度＞300W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞7℃，当辐射强度＞600W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞12℃，当辐射强度＞1000W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞20℃。

一些实施例中，如图3所示，所述空气制水机4还包括：

第一水流传感器46，用于检测水蒸气冷凝成的液态水的水量；

第二水流传感器47，用于检测雨水收集器的集水量；

所述第一水流传感器46、第二水流传感器47分别与所述控制器43连接。

具体的，本申请中利用第一水流传感器检测水蒸气冷凝成的液态水的水量，利用第二水流传感器检测雨水收集器的集水量，本申请中提供的基于太阳能光热驱动的空气制水系统还兼具雨水收集功能。

作为一个具体的实施例，本申请提供的基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作流程为，在夜间或者光照不足的条件下(光照传感器42检测，辐射强度＜300W/㎡)，打开装置进风口11，吸附风机414启动，空气进入吸附腔体被吸附床412吸水材料吸附，经过4～6小时，吸水材料接近达到吸附饱和状态。

在白天或者光照充足的条件下(光照传感器42检测，辐射强度＞300W/㎡)，吸附风机414停止工作，同时关闭进风和出风口12，脱附腔体形成一个密闭空间，太阳能板吸收的太阳能热量经相变蓄热层411传递到吸附床412，吸附床412温度升高致使其吸附的水蒸气受热脱附，水蒸气进入吸附腔体与大气的对流换热吸热的作用下冷凝为液态水，液态水流入集水箱5进行储存。

如图4所示，本申请实施例提供一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作方法，包括：

S101，利用光照传感器42采集太阳光的辐射强度，将所述辐射强度与预设阈值进行对比；

S102，当所述辐射强度低于预设阈值时，控制器43启动吸湿材料部件41进行空气吸附至达到饱和状态；

S103，当所述辐射强度高于预设阈值时，关闭所述吸湿材料部件41，并关闭吸湿材料部件41所在壳体1的进风口11和出风口12，以封闭所述壳体1，使得所述吸湿材料部件41吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水。

一些实施例中，当辐射强度高于第一预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第一预设温度值；

当辐射强度高于第二预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第二预设温度值；

当辐射强度高于第三预设值时，脱附腔体内水蒸气温度相比环境温度高第三预设温度值。

本申请提供的一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统的工作方法的工作原理为，在夜间或者光照不足的条件下(光照传感器42检测，辐射强度＜300W/㎡)，打开装置进风口11，吸附风机414启动，空气进入吸附腔体被吸附床412吸水材料吸附，经过4～6小时，吸水材料接近达到吸附饱和状态。在白天或者光照充足的条件下(光照传感器42检测，辐射强度＞300W/㎡)，风机停止工作，同时关闭进风和出风口12，脱附腔体形成一个密闭空间，太阳能板吸收的太阳能热量经相变蓄热层411传递到吸水吸附床412，吸附床412温度升高致使其吸附的水蒸气受热脱附，水蒸气进入吸附腔体与大气的对流换热吸热的作用下冷凝为液态水，液态水流入集水箱5进行储存。

当辐射强度＞300W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞7℃，当辐射强度＞600W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞12℃，当辐射强度＞1000W/㎡，可控制脱附腔体水蒸气温度相比环境环境温度＞20℃，随辐照时间累加，脱附腔体水蒸气含湿量也不断增加同时露点温度也升高，当脱附腔体内水蒸气露点温度高于环境温度3-5以上即可冷凝为液态水。

综上所述，本发明提供一种基于太阳能光热驱动的空气制水系统及其工作方法，所述系统包括壳体，壳体外侧光伏板，壳体内设有空气制水机；光伏板向空气制水机提供电能与热能；空气制水机包括吸湿材料部件、光照传感器和控制器，当光照传感器采集的辐射强度低于预设阈值时，控制器启动吸湿材料部件进行空气吸附至达到饱和状态，当光照传感器采集的辐射强度高于预设阈值时，关闭吸湿材料部件，并封闭所壳体，使得吸湿材料部件吸附的水蒸气受热脱附并冷凝为液态水。本发明利用光伏板为空气制水机提供电源，同时还能够为空气制水机提供热源，在辐射强度高于预设阈值时进行吸附，辐射强度低于预设阈值时进行脱附，并冷凝为液态水，实现再生能源驱动，节省成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。