太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包

1、太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包设计者：白泽宇朱彦陆迪洲陈静龄范霄宇陆韬指导教师：王如竹基本原理鉴于沙漠日夜温差较大，白天有着充足的光照，夜间空气湿度相对较高，我们可以设计一个装置来在夜间吸收空气中的水蒸气而，在白天利用太阳能等能量加热吸附床，解吸出水蒸气。整个过程分为两个部分：第一部分在夜间进行，通过敞开的装置吸收沙漠夜间流动空气中的水蒸气，为第二部分的取水做准备；第二部分在白天进行，将装置密封，通过吸收太阳能以及地热能来从装置中提取水。考虑到如果通过机械做功或者光伏效应来提供能量的话，能量要经过至少两次转换才能用来达到将水从装置中分离出来的目的，效率较低，故直接使用物理和化学吸附相接的方式来

2、吸水，且直接利用太阳能提供能量供其解吸，提高能量的利用率，原理图如图1所示，图(a)中的Qn表示装置在晚上吸附剂吸取水蒸气时放出的热量，而(b)中的Ed表示白天进入系统的太阳能，Qd表示装置对外传递的热量。在我们之后的设计中，这部分对应于吸附室。为了能够使白天吸附剂解吸出的水蒸气更好的凝结成液态水，我们还需要设计一个装置来对其进行冷凝，考虑工业上经常使用蓄冷剂来维持系统温度，我们采用同样的原理来创造一个供水蒸汽冷凝的工况，原理图如图2所示。图中(a)表示冷凝器晚上向外放热，储存冷量，(b)表示冷凝器白天与水蒸气接触，使水蒸气冷凝成液态水留下。在我们之后的设计中，这部分对应于解吸室。诒材料隔热边

3、界高导热边界H2O(g)结构示意图说明图3为太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包的立体结构示意图；图4为太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包的结构爆炸图；图中：1为透光亚克力板盖，2为卡扣，3为太阳能吸收板，4为泡沫塑料板，5为不锈钢丝网，6为中空塑料板，7为铝板，8为冷凝剂包身，9为冷凝剂包盖，10为旅行包包体，11为抓手，12为过滤装置，13为蓄水器。210182613图2356789101312II图设计方案请参阅图3至图4，一种太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包，包括：取水装置和包体1，0取水装置1和包体10连接，取水装置用于在旅途中获取可用水，包体10用于存放旅行者在旅途中的所需物品。取水装置和包体

4、连接构成一个整体，可以便携背负。取水装置其进一步包括吸附床、冷凝室和蓄水器13，吸附床与冷凝室连接，蓄水器13连接至冷凝室底部，冷凝室与包体10连接。吸附床包括透光亚克力板盖1、太阳能吸收板3、泡沫塑料板4、吸附剂及不锈钢丝网5，冷凝室包括中空塑料板6，铝板7和冷凝剂包。取水装置为分层分腔结构，透光亚克力板盖、太阳能吸收板、泡沫塑料板和不锈钢丝网由上至下依次贴近连接，吸附剂填充于透光亚克力板盖、泡沫塑料板和不锈钢丝网形成的密闭空间内；中空塑料板分别与不锈钢网丝和铝板连接，铝板和冷凝剂包依次设置在中空塑料板和包体之间紧贴中空塑料板。蓄水器装于冷凝室底部，吸附床、冷凝室和蓄水器构成一个密封空间，只

5、有当透光亚克力板盖打开时，吸附剂才与外界空气接触。如图4所示，透光亚克力板盖1和冷凝室的侧壁之间通过扣接的方式连接。透光亚克力板盖1上设置有若干卡扣2，卡扣2与中空塑料板7扣接连接。当锁紧时，卡扣将透光亚克力板1和中空塑料板7，同时，通过对设置在透光亚克力板盖1与泡沫塑料板4以及泡沫塑料板4与中空塑料板7之间的橡胶密封条的挤压实现密封，密封性能好。泡沫塑料板4是吸附床的主要盒身部分，为了使吸附剂能够均匀的分布，避免堆积，密闭空间采用了分室结构。如图4所示，泡沫塑料板4采用中空塑料泡沫板，吸附剂置于泡沫塑料板中空的空间中。同时，通过对泡沫塑料板4中空空间进行分隔，形成三个通孔小空间，防止了吸附剂

6、的堆积，保证吸附剂均匀受热。不锈钢网丝5一方面用于防止吸附剂进入冷凝室中，另一方面让水蒸气能顺利进入冷凝室中进行冷凝。太阳能吸收板3为蓝钛太阳能吸收板。吸附剂置于由亚克力板，中空泡沫塑料板以及不锈钢丝网构成的密闭但透气的空间中。放置吸附剂的吸附床为整个装置的核心，为了能够最大程度的吸附和解吸水蒸气，选用最适合吸附制水的吸附剂。我们使用较易配制效果较好的氯化锂复合吸附剂。该LiCl-硅胶复合吸附剂的主要特点是：1.单位质量的吸附剂吸附量大；2.在初始阶段吸附速度快，可快速达到平衡吸附量，同时有利于在非平衡条件下的取水应用；3.解吸温度低(70-80C)，解吸速度快，且吸附剂能有效再生，可充分利用

7、低品位热能，在太阳能充足地区尤其适用。吸附剂的研究为便携式空气取水装置提供了有力的技术支持。冷凝室紧贴着上述的吸附床，为了保证冷凝的效率，减轻重量，冷凝室侧框采用了中空塑料板7。中空塑料板7的下侧贴着冷凝剂包，冷凝剂包具体包括相互连接的冷凝剂包身8和冷凝剂包盖9，冷凝剂包身8和中空塑料板7之间通过一块薄铝板7隔开，铝板7表面还通过了特殊的处理来方便水蒸气的凝结。中空塑料板7底部设置有出水口，出水口上设置有弹性抓手11用于夹持蓄水器13，并通过橡胶条进行密封。出水口处伸出部分进入蓄水器13中，冷凝后的液态水由出水口流入蓄水器13中。蓄水器13可以直接从冷凝室上拿下作为水壶使用。出水口上还装有过滤装置12，滤去液态水中的杂质，具体可采用滤网等。以下同时结合图3与图4对太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包使用方法进行说明：使用过程中，夜晚时打开亚克力板盖1，让吸附剂与空气接触，充分吸收空气中的水蒸气。到第二天白天，将亚克力板盖1盖上，这样整个取水装置形成一个密封的空间。旅行者在旅途过程中可背负本包行走，不必做停留。在太阳的光照