本发明专利技术公开了一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置及产水方法，属于空气中取水的技术领域，装置中压缩单元Ⅰ、压缩单元Ⅱ对空气进行压缩与换热冷却，常温常压的空气被第一段压缩机、第二段压缩机升温升压，后经换热器降温进入气水分离器进行液态水与空气分离；升温升压后的空气提高了空气中水蒸气的分压，增大了水蒸气的露点温度，降低了水蒸气液化的条件，使得常温空气可为水蒸气液化提供冷能。且高压空气被用于驱动膨胀机产生机械能和冷能，满足产水装置的部分需求，减少产水装置对外界的依赖。发明专利技术本发明专利技术中，压缩机组电能来源广泛，对空气湿度要求较低，应用范围广，不受空间地域的限制，操作简单，为产水行业提供了一种新的操作方案。的操作方案。的操作方案。
【技术实现步骤摘要】
一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置及产水方法
[0001]本专利技术属于空气中取水的
，涉及一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置及产水方法。
技术介绍
[0002]随着化石能源的逐渐枯竭和人们对环境质量要求的提高，越来越多的可再生能源得到人们的利用。像太阳能丰富的沙漠地区和风能丰富的岛屿，同时还存在饮用水短缺的问题。近些年，可再生能源或普通电能作为能源，用于从空气中提取液态水成为热门研究。
[0003]专利技术专利CN201817855U公开了一种太阳能吸附制水装置，利用固体复合吸附剂对空气中水蒸气的吸附作用，太阳能提供热能脱附冷凝获得液态水，但该装置只能在有太阳能的时候生产液态水，此外，空气湿度较低时，固体复合吸附材料不一定能吸附到足够数量的水蒸气，因此，对固体复合吸附材料的吸附能力要求极高。专利技术专利CN207714426U公开了一种沙漠空气水分收集装置，该装置需要安装冷凝器，也就是外界需要为系统提供冷能才能更好地实现沙漠空气中水分收集。专利技术专利CN104014219A公开了一种膨胀降温去除空气中水分的方法，该方法使用膨胀机对空气降温降压，使空气中的水蒸气直接变为液态和固态，达到去除空气中水分的目的，该方法中所需冷能全部由膨胀机做功提供，液化或固化水会对膨胀机的正常工作产生负面影响。专利技术专利CN108463596B公开了从空气中获取水的方法，容积式压缩机被安装在海面以下，利用潮汐能驱动压缩机压缩水分饱和的空气，并在冷凝器中与海水换热，空气中水蒸气冷凝获得液态水，但该专利技术依赖潮汐能和海水环境，应用范围受限。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，以解决现有技术中对吸水材料的吸附能力要求极高、或空气冷却完全依赖于外界提供冷能、或冷能全部依靠膨胀机提供等问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开的一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，包括压缩单元Ⅰ、压缩单元Ⅱ、膨胀机、储水罐及高压储气罐；
[0007]所述压缩单元Ⅰ包括：电动机A、第一段压缩机、换热器A和气水分离器A；用于提供电能的电动机A连接第一段压缩机；第一段压缩机、换热器A和气水分离器A通过管道顺次相接，气水分离器A出口分别连接压缩单元Ⅱ的入口和储水罐的入口；
[0008]所述压缩单元Ⅱ包括：电动机B、第二段压缩机、气水分离器B和至少一个换热器；其中，第二段压缩机同时连接电动机B和膨胀机，第二段压缩机所需电能一部分由膨胀机提供，剩余的电能由电动机B补齐，第二段压缩机出口连接至换热器入口，换热器出口连接气水分离器B入口，气水分离器B出口分别连接储水罐和高压储气罐；
[0009]高压储气罐出口连接膨胀机，能够使高压储气罐出口的空气进入膨胀机内做功和
降温降压。
[0010]优选地，所述换热器A为间壁式换热器，换热器A所需的冷能由大气空气提供。
[0011]优选地，压缩单元Ⅱ中的换热器包括换热器B和换热器C通过管路依次相连，第二段压缩机出口连接至换热器B入口，换热器C出口与气水分离器B相连。
[0012]进一步优选地，与气水分离器B连接的换热器C同时与膨胀机连接，膨胀机出口的低温空气为换热器C的换热提供所需的冷能。
[0013]优选地，所述膨胀机与第二段压缩机同轴，膨胀机被第二段压缩机组产生的高压空气驱动，为产水装置提供部分机械能和冷能。
[0014]优选地，压缩单元Ⅱ中的换热器的数量根据换热需要增减，换热器换热所需的冷能由大气空气提供；换热器均为间壁式换热器。
[0015]优选地，压缩机的段数和膨胀机的段数均≥1，每段压缩机和每段膨胀机的级数均≥1。
[0016]本专利技术还公开了基于上述的利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置产水的方法，包括如下步骤：
[0017]S1：具有一定湿度的常温常压空气进入第一段压缩机升温升压后，湿空气进入换热器A降温；然后湿空气进入气水分离器A进行液态水与空气分离，液态水进入储水罐；
[0018]S2：经压缩膨胀单元Ⅰ处理后的空气进入第二段压缩机升温升压后，空气进入换热器降温，然后空气进入气水分离器B，液态水进入储水罐，剩余空气进入高压储气罐储存；
[0019]S3：高压储气罐出口的空气进入膨胀机降温降压，接着空气进入换热器，为换热器提供冷源。
[0020]优选地，S2中，经压缩膨胀单元Ⅰ处理后的空气经第二段压缩机升温升压后，空气依次进入换热器B、换热器C降温。
[0021]优选地，换热器A、换热器B和换热器C出口空气能够为热能需求用户提供热能。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术涉及的利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，压缩过程，用于提高空气中水蒸气分压，降低水蒸气液化对冷源温度的要求，常温空气也可被用作冷源；在空气湿度较低的情况下，也可通过对空气加压降温的方式获得液态水，对空气湿度范围限制小。膨胀过程，压缩空气用于驱动膨胀机，膨胀机出口低温空气尽量多的为压缩单元Ⅱ提供冷能，将压缩空气降低到尽量低的温度，提高空气的产水量，膨胀机工作能产生部分机械能，减少了产水装置对外界电能和冷能的依赖；利用较低湿度的压缩空气驱动膨胀机，降低了空气湿度，减少了膨胀机工作过程中水蒸气液化甚至结冰给膨胀机带来的负面影响。常温空气和膨胀机出口低温空气用于冷却压缩空气，被加热的空气可为热能需求用户提供热能。本专利技术提出的一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，具有流程完整，操作简单方便，灵活可靠，应用范围广等优点；利用压缩空气膨胀产冷，比常温空气降温压缩后空气，能获得更高的产水率；通过使空气升压，再膨胀获得冷能，用来回热降温之前升压空气，能够使更低空气湿度的空气中水蒸气液化产水。
[0024]进一步地，压缩单元Ⅰ内，电动机A为第一段压缩机提供电能，换热器A对进入装置的湿空气进行降温，降温后的湿空气在气水分离器A进行液态水与空气分离，液态水进入储水罐；空气进入压缩单元Ⅰ，大气空气作为冷源降低压缩空气温度，换热后的大气空气可为
热能用户提供热能。
[0025]进一步地，压缩单元Ⅱ内第二段压缩机同时连接电动机B和膨胀机，膨胀机为第二段压缩机提供部分电能，电动机B补齐剩余电能，经第二段压缩机压缩后的空气进入换热器B、换热器C降温，降温后的湿空气在气水分离器B中进行液态水与空气分离，液态水进入储水罐，空气进入高压储气罐；利用压缩空气驱动膨胀机工作，使压缩空气膨胀做功产生冷量，比常温空气降温压缩空气，能获得更高的产水率。
[0026]进一步地，所述若干换热器，数量不限制，根据换热需要增减换热器数量，换热器均为间壁式换热器，冷、热换热介质不直接接触；各个换热器换热所需的冷能，根据换热需求决定，由大气空气或膨胀机出口的低温空气提供。
[0027]进一步地，压缩机的段数和膨胀机的段数均≥1，根据压缩空气总升压比、总膨胀比，以及压缩本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，其特征在于，包括压缩单元Ⅰ、压缩单元Ⅱ、膨胀机(51)、储水罐(61)及高压储气罐(71)；所述压缩单元Ⅰ包括：电动机A(11)、第一段压缩机(21)、换热器A(31)和气水分离器A(41)；用于提供电能的电动机A(11)连接第一段压缩机(21)；第一段压缩机(21)、换热器A(31)和气水分离器A(41)通过管道顺次相接，气水分离器A(41)出口分别连接压缩单元Ⅱ的入口和储水罐(61)的入口；所述压缩单元Ⅱ包括：电动机B(12)、第二段压缩机(22)、气水分离器B(42)和至少一个换热器；其中，第二段压缩机(22)同时连接电动机B(12)和膨胀机(51)，第二段压缩机(22)所需电能一部分由膨胀机(51)提供，剩余的电能由电动机B(12)补齐，第二段压缩机(22)出口连接至换热器入口，换热器出口连接气水分离器B(42)入口，气水分离器B(42)出口分别连接储水罐(61)和高压储气罐(71)；高压储气罐(71)出口连接膨胀机(51)，能够使高压储气罐(71)出口的空气进入膨胀机(51)内做功和降温降压。2.根据权利要求1所述的一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，其特征在于，所述换热器A(31)为间壁式换热器，换热器A(31)所需的冷能由大气空气提供。3.根据权利要求1所述的一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，其特征在于，压缩单元Ⅱ中的换热器包括换热器B(32)和换热器C(33)通过管路依次相连，第二段压缩机(22)出口连接至换热器B(32)入口，换热器C(33)出口与气水分离器B(42)相连。4.根据权利要求3所述的一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置，其特征在于，与气水分...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓建强，张若琛，张柯，蒋欣宇，赵天昊，周升辉，何阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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