一種新型模塊化吸附式空氣取水裝置

重慶鐵馬專用車有限公司 盧文全 雷權民 高陽

為解決在戰爭狀態和野外作業期間飲用水供應的問題，開發了一款用于滿足野戰部隊、艦船、海島守護等各種情況下的多功能應急飲用水制取裝置。該裝置利用轉輪的吸附式技術來對空氣冷凝取水,可大大增加取水量，提高飲用水制取效率，值得同行借鑒參考。

前言

水是生命之源，與人們的生活密切相關，特別是在戰爭狀態和野外作業期間，飲用水供應尤顯重要。在現實情況下，我國的野外作業人員、野戰部隊、艦艇部隊、海島守護部隊、民用野外勘探等所需生活及飲用水多采用送水車或補給艦運送，這樣不僅供水成本高，艦船上大量儲存淡水還占用了船只的有限空間，最重要的是野戰中的運水補給線很容易受到攻擊和牽制。因此，開發一種能夠滿足野戰部隊、艦船、海島守護等各種需求的多功能應急飲用水制取裝置具有十分重要的戰略意義。

空氣取水源于20世紀末，國內外大部分空氣取水設施還處于試驗階段。目前，已知的空氣取水原理大致可分為：空調器的制冷工作原理法(也稱冷凝法)、晝夜溫差法、太陽能吸附式制冷結露法、太陽能半導體制冷結露法，等等。這些取水法都采用了一個共同的技術——利用溫差的冷凝技術。在國外，也有空氣取水的報道：在第二次海灣戰爭中，美軍曾在伊拉克戰場上裝備過空氣取水設備；2008年12月，有報道稱加拿大發明了一種從空氣中取水的“水磨”，等等。但是從報道的取水原理上看，其也僅僅利用了冷凝技術。

僅利用冷凝技術取水有一個共同的局限，就是對空氣環境的參數要求較高。據報道稱：加拿大的“水磨”在空氣濕度低于30%的情況下，基本失去取水功效；美軍裝備的取水設備要求空氣濕度≥60%；國內某微型的空氣取水裝置要求空氣濕度≥40%。從目前能提供空氣取水裝置的取水量來看，美軍裝備的取水裝置在達到環境要求時的取水量為20 L/h，國內某空氣取水裝置在達到環境要求時的取水量為不到2 L/h。

本文主要介紹一種新型的模塊化吸附式空氣取水裝置，該裝置整體安裝在普通載貨車底盤上，可實現快速轉移。

系統介紹

該新型模塊化吸附式空氣取水裝置是利用轉輪的吸附式技術來對空氣冷凝取水的裝置，主要由取水系統和凈化系統組成。空氣取水模塊工作流程如圖1所示。

圖1 空氣取水模塊工作流程圖

1. 取水系統

取水系統主要由處理風機、再生風機、再生加熱、壓縮機等組成。大量空氣通過風機進入取水系統，空氣中的水分被強力吸附材料吸收，釋放出幾乎沒有水分（絕對含水量≤0.38g/kg）的干空氣，然后通過冷凝將水收集，再送往凈化系統。

1.1 處理過程

當自然空氣進入處理區時，為了增加對空氣中水分子的吸附量，系統中加入了有強力吸附材料的轉輪裝置，空氣水分子被轉輪內的吸濕劑吸收或吸附，除去水份的空氣被處理風機排出。當處理區的轉輪吸收或吸附了水分子，變成飽和狀態后，隨轉輪轉到再生區域，進入再生過程。

1.2 再生過程

再生空氣經加熱后，進入轉輪再生區域，在高溫狀態下，轉輪吸收或吸附的水分子被脫附，散發到再生空氣中，這樣再生空氣變成了含濕量較大的飽和濕空氣。飽和濕空氣通過再生風機進入冷凝取水系統的冷凝風道取水。由于整個系統都是安裝在汽車底盤上，因此該過程中加熱裝置除了利用電加熱，還采用汽車尾氣加熱。

1.3 冷凝取水

空氣取水的最后一道工序是通過冷凝，降低空氣中水份的飽和度，讓空氣中多余的水份流出來，即冷凝取水。冷凝取水的取水量通常取決于兩個因素，一是增加通過冷凝風道的風量，二是增加通過冷凝風道空氣的含濕量。該新型取水裝置就是利用轉輪的吸附式技術來對空氣冷凝取水。它的創新點就是通過轉輪裝置實現“增加通過冷凝風道空氣的含濕量”。

轉輪裝置是該系統的關鍵部件，其主要由一個不斷轉動的蜂窩狀轉輪組成。特殊陶瓷轉輪呈蜂窩狀，載有高性能硅膠為吸濕劑，硅膠固嵌或燒結于吸濕載體中，性能穩定，使用壽命長。由于蜂窩狀孔徑僅1.5mm，其1m3體積轉輪紙芯的吸濕面積可達3000m2；若沒有裝轉輪，直接吸收自然空氣的單位體積（1m3）的吸濕面積僅為1000m2，可見安裝轉輪前后吸濕面積比為3：1。轉輪由隔板分為兩個區：一個約占70%的扇形區域，稱為處理區；另一個為30%扇形區域，稱為再生區。因此，空氣通過轉輪裝置的處理區后，進入冷凝取水風道中空氣的含濕量可為自然空氣的兩倍（3×0.7=2.1）以上，大大地提高了冷凝取水的工作效率。

該系統采用自動控制技術，各加熱、冷凝等模塊均能通過自動控制程序自動優化調節，以保證設備整體處于優化及經濟運行狀態。其自動控制技術的創新在于通過對多次試驗獲取的數據進行分析，編制各功能模塊優化運行的自動控制程序，以保證項目產品處于優化及經濟運行狀態。

該取水系統具有如下優點：

a.出水率高。采用轉輪技術空氣取水，大大提高了冷凝取水風道中空氣的含濕量，出水率為普通空氣取水裝置的2倍以上；

b.節能降耗。加熱裝置在系統中能耗最大，項目采用汽車尾氣再利用，使能源充分合理化，最大限度節能降耗。

2. 凈化系統

凈化系統是應用反滲透凈化處理技術，即自然界中水分自然滲透過程的反向過程，將重金屬、農藥、細菌、病毒、雜質等徹底分離。實現滲透與反滲透過程的關鍵是滲透膜，反滲透整個過程的工作原理均采用物理方法，不添加任何殺菌劑和化學物質，不會發生化學反應。

主要參數

該模塊化吸附式空氣取水裝置主要參數如下：機組外形尺寸為6 570 mm×2125mm×2350mm；使用溫度為0～48℃；使用濕度≥10%；絕對≥5 g/k g（含 濕量干空氣）；每小時取水量為20～60 L；油耗為16 L/h； 凈化水系統能力為100 L/h；送風機功率為11 kW；再生風機功率為5.5 kW；再生加熱溫度為130±10 ℃ ；發電機參數為Max105 kW，380 V交流電。

工作模式

模塊化吸附式空氣取水裝置的工作模式包括以下3種：

a.空氣取水模塊獨立工作。空氣取水模塊獨立固定安裝在固定式基座上，利用外界提供的電能，實現空氣取水和凈水功能，適用于有電能保障的環境。

b.空氣取水模塊與供電模塊協同工作。空氣取水模塊與供電模塊共同安裝固定式基座上，由供電模塊為其供電，實現空氣取水和凈水功能,適用于無電能保障的環境。

c.空氣取水模塊、供電模塊與載貨車底盤協同工作。空氣取水模塊與供電模塊共同安裝在載貨車底盤上，由供電模塊為其供電，實現空氣取水和凈水功能，載貨車底盤實現越野機動，適用于機動保障任務。

結語

該新型模塊化吸附式空氣取水裝置是利用轉輪的吸附式技術來對空氣冷凝取水的裝置，通過風機將大量空氣送入取水系統內，空氣中的水分被強力吸附材料吸收，釋放出幾乎沒有水分（絕對含水量≤0.38g/kg）的干空氣，然后通過冷凝將水收集，它的創新點就是通過轉輪裝置實現“增加通過冷凝風道空氣的含濕量”，大大增加了取水量,使出水率為普通空氣取水裝置的2倍以上。