一种用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统

技术领域

本发明属于野外宿营设备技术领域，尤其涉及一种用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统。

背景技术

目前，在高原高寒地区野外宿营，供水、发电和供暖是影响人生存的重要因素。野外供暖一般采用燃烧供暖、电供暖等设备为主，野外发电有燃油发电、太阳能发电、风力发电、车载发电等方式，供水水源一般包括河湖溪水等地表水、自备水等，利用净水装置净化后饮用。上述设备大多为独立运行，需分别携带供暖设备、发电设备和供水设备，携带设备数量多，便携性较差，不便于徒步机动。此外，在高原高寒地区，受低气压低含氧量影响，燃油发电设备性能衰减严重，故障率高，适用性受到影响。而野外水源主要依靠河湖溪水等地表水水源，可靠性差，随机性强，随时面临缺水情况。

除独立运行的供暖、发电、制水装置外，也有专利【CN201910945162.5】公开了燃烧发电一体设备，较好解决了供暖发电两联供问题。此外，在无河湖溪水等地表水水源情况下，也有专利【CN201520809623.3】公开了空气取水技术，利用低温表面冷凝空气，使空气中的气态分凝结成液态水，但是需要消耗大量电能，且对于高原高寒地区，空气水分含量稀少，取水量十分有限，且需要很低的冷凝温度，代价高、效果差。也有专利【CN201921272973.5】公开了机动车尾气制水系统，利用风扇吹动室外空气，实现烟气降温冷凝，但是风扇需要消耗电能，在野外无电能供给的情况下很难实现烟气冷凝。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的野外宿营使用的供水、发电和供暖设备多数为独立运行，少数可实现供暖发电一体，需携带设备数量多，便携性较差，不便于徒步机动。

(2)水源可控性弱，野外无水源依托的情况较多，这种紧急情况下，一般电能获取也极其困难，空气取水技术也无法实现，故解决紧急情况下的喝水问题是野外宿营的难点，直接影响野外生存问题。

(3)在高原高寒地区，燃油发电设备性能衰减严重，故障率高，适用性受到影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统。

本发明是这样实现的，一种用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统包括：

燃烧供暖模块，用于利用燃料在燃烧炉膛内燃烧，使炉体表面温度升高，对帐篷内部进行供暖；

温差发电模块，与燃烧供暖模块连接，用于利用温差发电装置实现温差发电；

烟气制水模块，与燃烧供暖模块连接，用于利用无动力自冷凝烟气制水装置冷却烟气，实现烟气的无动力自冷凝。

进一步，所述燃烧供暖模块包括燃烧炉膛、炉体和排烟管道，所述燃烧炉膛位于炉体内部，所述排烟管道与炉体上端中间连通，所述炉体侧面开设有与燃烧炉膛连通的燃烧空气入口。

进一步，所述炉体为折叠式结构，所述炉体材料为轻质高强型材料。

进一步，所述燃烧供暖模块的燃料为固体燃料、液体燃料或气体燃料。

进一步，所述温差发电模块包括温差发电装置、高温换热端和低温换热端，所述高温换热端和低温换热端分别位于温差发电装置的两端。

进一步，所述温差发电装置连接有储能电池，用于将电能存储在储能电池中，所述储能电池连接有电能输出端口，通过电能输出端口稳定输出电压，为帐篷内的照明设备、手机通信设备供电。

进一步，所述温差发电装置的高温换热端与燃烧炉膛进行换热，或与炉体的高温表面进行换热，温差发电装置的低温换热端与外部低温环境进行换热。

进一步，所述烟气制水模块包括无动力自冷凝烟气制水装置、输水管道和储水容器，所述无动力自冷凝烟气制水装置与燃烧供暖模块的排烟管道上端连通，所述无动力自冷凝烟气制水装置下端通过输水管道与储水容器连通。

进一步，所述无动力自冷凝烟气制水装置上端开设有烟气出口，所述无动力自冷凝烟气制水装置两侧分别开设有低温高速空气进口和空气出口。

进一步，所述储水容器设置有原水存储容器、净水装置和净化水容器，所述原水存储容器通过净水装置与净化水容器连通。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明以燃料燃烧为基础，燃烧热量用于空间供暖，燃烧炉膛与低温环境实现温差发电，同时从高湿烟气中取水，实现高原高寒地区供暖、发电和制水一体化，减少单装单独运行需要携带的装备数量多、携带不便且故障率高等问题。本发明中的无动力自冷凝烟气制水为利用高原高寒地区室外天然的低温高速空气，冷却烟气，使得烟气温度达到水蒸气露点温度以下，从而在不消耗外界能源情况下，实现烟气的无动力自冷凝，解决缺水和无水条件下的水源供给。

本发明针对高原高寒地区野外宿营，提出了一种“水暖电三联供”技术，基于模块化快装方式，设计三个便携式模块：燃烧供暖模块、温差发电模块、烟气制水模块。以燃烧供暖模块为基础，配合发电和制水模块。燃烧热量用于空间供暖，高温炉膛与低温环境温差发电，天然低温环境冷凝高湿烟气制水。便于模块分解携行，快装耦合运行，突出便携集成，实现制水、供暖、发电一体化。

针对高原高寒地区，存在风力大、气温低的特点，以阿里地区为例，全年风速平均风速3m/s以上，八级大风(17.2～20.8m/s)天在180天以上，风力强劲，冲刷换热效果好；全年平均空气温度0.38℃，最低温度-36.7℃。并且，理论上，燃烧1kg煤、燃油、天然气及氢气将分别产生0.36kg、1.29kg、1.65kg、9.0kg水。根据烟气含水量的不同，烟气中气态水变为液态水的冷凝温度约为30～80℃，当表面温度低于烟气温度时，烟气中的水分即可被冷凝成为液态水。对此，本发明综合高原高寒地区气候特点与燃烧烟气中含有丰富水分的事实，创造性的提出利用高原高寒地区室外天然的高速低温空气从高湿烟气中制水的思路，解决野外无电能供给时的无水源问题。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明可将燃烧供暖模块、温差发电模块和烟气制水模块快速集成组装，实现供暖、发电与制水多功能一体化耦合运行，从而大大减少供暖、发电和制水单装单独运行造成的保障装备数量多、携带不便、故障率高等问题。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

本发明以燃烧为基础，驱动供暖、发电、制水耦合运行，在野外无水源、无电能供给的紧急情况下，利用高原高寒地区特有的天然优势：风速大、气温低，将高速低温空气直接冲刷烟气冷凝装置，使得烟气中的气态水分变为液态水，这种利用室外天然高速低温空气、无需消耗电能的无动力自冷凝烟气制水技术在国内外尚未见报道。

(2)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

本发明对应急情况下野外供暖供水供电等生存保障具有重要意义。特别是在野外无任何依托情况，需要较长时间在高原高寒地区的山顶驻守时的供水供暖供电问题。野外上山几乎无道路通行，交通十分不便，加之高原高寒地区气压低、风力大，人行走上山极其困难，生活用品补给难度十分巨大，本专利较好的解决了山上驻守的供水供暖供电问题，为人们在山上宿营提供了一种便携、可靠的技术保障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统的结构示意图；

图中：1-1、燃烧炉膛；1-2、炉体；1-3、排烟管道；2-1、温差发电装置；2-2、高温换热端；2-3、低温换热端；3-1、无动力自冷凝烟气制水装置；3-2、输水管道；3-3、储水容器；4、帐篷。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统包括燃烧供暖模块、温差发电模块和烟气制水模块。

燃烧供暖模块包括燃烧炉膛1-1、炉体1-2和排烟管道1-3，所述燃烧炉膛1-1位于炉体1-2内部，所述排烟管道1-3与炉体1-2上端中间连通，所述炉体1-2侧面开设有与燃烧炉膛1-1连通的燃烧空气入口。燃烧时，燃烧炉膛温度高，可到100～300℃，与环境形成较大的温差。

本发明实施例中的炉体1-1为折叠式结构，炉体1-2材料为钛等轻质高强型材料。

本发明实施例中的燃烧供暖模块的燃料为固体燃料(煤、柴等)、液体燃料(柴油、汽油等)或气体燃料(天然气、氢气、乙醇等)。

温差发电模块包括温差发电装置2-1、高温换热端2-2和低温换热端2-3，所述高温换热端2-2和低温换热端2-3分别位于温差发电装置2-1的两端。所述温差发电装置2-1连接有储能电池，用于将电能存储在储能电池中，所述储能电池连接有电能输出端口，通过电能输出端口稳定输出电压，为帐篷4内的照明设备、手机通信设备供电。温差发电装置2-1利用半导体等小型设备实现温差发电，温差发电装置2-1的高温换热端2-2与燃烧炉膛1-1进行换热，或与炉体1-2的高温表面进行换热，温差发电装置2-1的低温换热端2-3与外部低温环境进行换热。

烟气制水模块包括无动力自冷凝烟气制水装置3-1、输水管道3-2和储水容器3-3，所述无动力自冷凝烟气制水装置3-1与燃烧供暖模块的排烟管道1-3上端连通，所述无动力自冷凝烟气制水装置3-1下端通过输水管道3-2与储水容器3-3连通。无动力自冷凝烟气制水装置3-1上端开设有烟气出口，所述无动力自冷凝烟气制水装置两侧分别开设有低温高速空气进口和空气出口。

本发明实施例中的储水容器3-3设置有原水存储容器、净水装置和净化水容器，所述原水存储容器通过净水装置与净化水容器连通。

燃料燃烧后，产生大量烟气，由于燃料本身携带水分，以及通过燃烧反应，燃料中的氢转化为水，使得烟气湿度高，蕴含大量水分。理论上，燃烧1kg煤、燃油、天然气及氢气将分别产生0.36kg、1.29kg、1.65kg、9.0kg水。一般而言，根据烟气含水量的不同，烟气的露点温度约为30～80℃，当表面温度低于烟气温度时，烟气中的水分即可被冷凝成为液态水。高原高寒地区具有风力大、气温低的特点，以阿里地区为例，全年风速平均风速3m/s以上，八级大风(17.2～20.8m/s)天在180天以上，风力强劲；全年平均空气温度0.38℃，最低温度-36.7℃。故天然的高速低温空气为冷凝烟气中的水分提高了天然条件。

本发明实施例中的无动力自冷凝烟气制水装置3-1是烟气制水模块的关键核心部件，位于帐篷4顶部，与排烟管道1-3上端连接。工作原理为：烟气利用天然的低温高速空气，强化冷凝高湿烟气。在不消耗任何外界能源的条件下，利用室外高速空气作为空气对流换热的动力，利用天然低温空气让烟气冷凝，实现在缺水或无水环境下，从烟气中高效取水，获得原水。利用重力作用，原水通过输水管道3-2流入原水存储容器，经过净水装置，获得净化水，存储在净化水容器中待用。根据净水工艺的不同，净化水可分为生活用水和饮用水两种。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明实施例提供的用于高原高寒地区野外宿营的水暖电三联供系统可用于野外宿营设备使用。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。