205空气冷凝取水装置.docx

空气冷凝取水装置后勤工程学院戴通涌吴恬刘安田刘兆勇摘 要：本文简要介绍了从空气取水的现实意义，着重介绍了基于制冷冷凝方式的空气取水方案、 直饮水处理工艺、装置的控制系统、机械结构以及装置的性能特点等，并对其使用成本进行了简要分析关键词：制冷冷凝系统 水处理技术性能成本分析1引言水是人类赖以生存和发展的必不可少的资源，而可供人们开发利用的淡水不足地球总水量的1% 目前，我国人均用水量远低于世界平均水平，要实现可持续发展，解决水资源短缺的问题刻不容缓除 了加强对现有水资源的保护以及水回收再利用之外，还应积极开发新的可利用水资源地球大气层是一 个巨大的、清洁的、可再生的水资源，人们可以向大气层索取水源相对于从海洋中制取淡水，从空气 中取水因其在地球上任何地方都可以实施，将具有更广泛的意义，特别是对于那些远离海洋的内陆缺水 地区，如沙漠、干旱地区等，从空气中取水就是解决水资源短缺的一个有效途径2007年，我课题组根据部队的要求，设计研发了一款制冷冷凝空气取水装置，该装置是以空气为 取水源，通过制冷技术将空气中气态水冷凝为液态水，并对液态水作必要的处理，使其达到直饮水标准 的一种供水装置该装置经技术鉴定和部队试用证明，其技术性能达到了设计标准，其功能满足使用要 求，是一款既能满足部队使用又能满足市场需求的军民两用的供水产品。

2空气冷凝取水装置的总体结构本装置整体外型采用立式结构，在造型上具有美观、操作使用方便等特点，其外型如图1为便于 携行，本装置设置了拉杆、滑轮以及内扣式提手，以便搬运装置在储水箱处设置了外接水源接口，也 可在停开制冷冷凝系统的情况下作为纯净水机使用此外本装置还配备了用木材制作的包装外箱以便于保存和保护，包装外箱同样设置了滑轮和内扣式提手本装置净重量为39kg图1制冷冷凝空气取水装置外观本装置内部采用模块组合结构，主要由控制面 板与出水口模块、过滤模块、风路模块、压缩机模 块和水箱模块等组成，具有布局合理，结构紧凑， 便于操作和可维修性好等特点总体结构控制面板 与出水口模块由出水操作面板、出水接口和冷热水 电磁阀组成过滤模块由活性碳过滤器、精密陶瓷 滤芯过滤器等组成风路模块由引风机、空气过滤 器、冷凝器和蒸发器组成压缩机模块由压缩机、 隔膜泵和加热器等组成，位于装置后中部，便于压 缩机与冷凝器、蒸发器的连接水箱模块由水箱、矿化器和紫外线消毒器等组成,位于装置后下部,便于水的贮存和水箱的清洗 装置总体结构符合工艺 要求，其内部系统的组成见图2 3 制冷冷凝系统制冷冷凝取水系统工作示意图如图3所示。

湿空气在引风机作用下流经蒸发器,被冷却至露点温度 并析出冷凝水,流经冷凝器升温后排出至装置外冷凝水经接水盘收集自动流入储水箱制冷冷凝系统图2制冷冷凝空气取水装置总体结构图I聞电2水筲3前甲论件廡过濫器 4引确5精密滤过觀u糯、 蒸发器1电控緡B删9如精 10隔膜泵II艸灯图3制冷冷凝取水系统示意图的四大部件（蒸发器、冷凝器、压缩机和节流结构）、 风机及制冷剂等通过设计选型确定蒸发器型式为：蒸发管为单路顺排两排型式，肋 片为亲水型平板铝箔，间距为2mm,制冷量约1.5kW 冷凝器因其冷凝温度与空气的温差较大，且换热量与 蒸发器的换热量相差不大，故采用了风冷式冷凝方式 与蒸发器同类型式根据本装置所需冷量及机械结构设计要求，选用 法国泰康 AE5465E 全封闭活塞式压缩机，输入功率为 370W,制冷剂为R22节流机构采用毛细管，依据试验确定毛细管的孔径和长度分别为1.6mm和长度500mm风机以满足标准工况制水量的风量作为风机选型标准,选用低噪声、高效率、压头较大的小型离心 风机，型号为KFD15B-4P,风量为180mWh本装置在空气进入蒸发器之前设置了两级过滤，采用粗过滤网和附活性炭过滤网两层过滤机构，粗过滤网型号为JD-KT-001,附活性炭过滤网型号为JD-HT-005。

4 空气冷凝水处理工艺本装置水处理工艺流程为：从空气中取出的冷凝水，先储存到水箱内，由水箱内的麦饭石向水析出 微量元素，经紫外线灯消毒后，由隔膜泵加压进入载银活性炭过滤器，然后经精密陶瓷滤器过滤，去除 水中的异味和细菌，最后出水分为二路，一路直接到带电磁阀的冷水开关，提供冷水，另一路经加热器 加热后到带电磁阀的热水开关，提供热水其流程框图如4所示该水处理工艺具有安全性好、添加有益元素和矿物质、改善口感、可同时供应冷、热饮用水以及具 备终端饮水机性能等特点图 4 冷凝水处理流程框图5 装置的控制技术根据对空气取水装置控制对象的分析，其主要控制对象包括制冷系统控制、水处理工艺控制和冷热 水出水控制等，其控制方式采用单片机控制控制系统主要由电控主板、控制面板、电源、传导线路、温湿度传感器以及电磁阀等组成控制分 强电和弱电两路强电包括加热器、压缩机、引风电机等，采用220V交流电源；弱电包括隔膜泵、紫 外线灯等，采用12V直流电控制系统可实现制水系统的自动控制、压缩机保护控制、热水供应系统的控制、显示和水位及温、 湿度显示等基本功能除霜控制为当蒸发温度低于某一设定值时，系统开始除霜，压缩机停止工作，但风机仍然运行，利 用霜层的蓄冷量继续冷却空气，同时化霜、制水，当盘管表面温度恢复到空气露点温度以上，压缩机重 新启动制水。

6 综合性能试验及成本简要分析综合性能试验：在温度26°C、相对湿度59%条件下，本装置出水量为864 m 1/h,大于设计标准工 况（温度25C、相对湿度60%）出水量为750 ml/h的要求，其单位能耗制水量以及单位重量制水量与 国内外同类型产品相比，均处于前列该装置所制直饮水的各项水质指标经检测均符合国家《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》标准成本分析：空气冷凝取水装置制水所需功率385W（制冷机+引风机），在按标准条件出水量按820mL /h计，则一度电可制水2129.9mL，按市售500mL的瓶装水作为标准，相当于4.26瓶按一度电0.55 元计，其每瓶水成本仅为0. 129元一台空气冷凝取水装置工作年限按10年（87600小时）计，价格 按10000元计，则每小时折旧费为0.12元，制水成本为折旧费与耗电费之和0.25元/500 mL，远低于 市售500 mL瓶装水价格1元/瓶该装置实际运行费用更低，具有很强的市场竞争力7.结论制冷冷凝空气取水装置集空气源冷凝制水、过滤、消毒和矿化于一体，同时增设装置的外接水源接 口系统，使本装置能利用空气源水或水源水直接制成饮水，实现一机两用功能。

该装置在军事上具有其 特殊意义，如在边远地区如哨所、海岛等在无地表水源情况下，可用该装置提供经济、安全可靠以及卫 生的饮用水；或在战时尚未摸清战场水源水质或水源遭受污染情况时，也可运用该装置向作战部队提供 应急饮水保障，以保障部队的生命力和战斗力作为民用直饮水产品进入市场，该装置也具有很强的市 场竞争力和广阔的市场前景，特别是南方潮湿地区，既能达到除湿目的，又能制备直饮水，将产生较好 的经济效益和社会效益无论在民用或军用上，该装置都将具有广阔的发展前景。