1、太陽能空氣吸附式沙漠取水旅行包設(shè)計(jì)者：白澤宇朱彥陸迪洲陳靜齡范霄宇陸韜指導(dǎo)教師：王如竹基本原理鑒于沙漠日夜溫差較大，白天有著充足的光照，夜間空氣濕度相對(duì)較高，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來在夜間吸收空氣中的水蒸氣而，在白天利用太陽能等能量加熱吸附床，解吸出水蒸氣。整個(gè)過程分為兩個(gè)部分：第一部分在夜間進(jìn)行，通過敞開的裝置吸收沙漠夜間流動(dòng)空氣中的水蒸氣，為第二部分的取水做準(zhǔn)備；第二部分在白天進(jìn)行，將裝置密封，通過吸收太陽能以及地?zé)崮軄韽难b置中提取水?？紤]到如果通過機(jī)械做功或者光伏效應(yīng)來提供能量的話，能量要經(jīng)過至少兩次轉(zhuǎn)換才能用來達(dá)到將水從裝置中分離出來的目的，效率較低，故直接使用物理和化學(xué)吸附相接的方式來

2、吸水，且直接利用太陽能提供能量供其解吸，提高能量的利用率，原理圖如圖1所示，圖(a)中的Qn表示裝置在晚上吸附劑吸取水蒸氣時(shí)放出的熱量，而(b)中的Ed表示白天進(jìn)入系統(tǒng)的太陽能，Qd表示裝置對(duì)外傳遞的熱量。在我們之后的設(shè)計(jì)中，這部分對(duì)應(yīng)于吸附室。為了能夠使白天吸附劑解吸出的水蒸氣更好的凝結(jié)成液態(tài)水，我們還需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來對(duì)其進(jìn)行冷凝，考慮工業(yè)上經(jīng)常使用蓄冷劑來維持系統(tǒng)溫度，我們采用同樣的原理來創(chuàng)造一個(gè)供水蒸汽冷凝的工況，原理圖如圖2所示。圖中(a)表示冷凝器晚上向外放熱，儲(chǔ)存冷量，(b)表示冷凝器白天與水蒸氣接觸，使水蒸氣冷凝成液態(tài)水留下。在我們之后的設(shè)計(jì)中，這部分對(duì)應(yīng)于解吸室。詒材料隔熱邊

3、界高導(dǎo)熱邊界H2O(g)結(jié)構(gòu)示意圖說明圖3為太陽能空氣吸附式沙漠取水旅行包的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為太陽能空氣吸附式沙漠取水旅行包的結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖中：1為透光亞克力板蓋，2為卡扣，3為太陽能吸收板，4為泡沫塑料板，5為不銹鋼絲網(wǎng)，6為中空塑料板，7為鋁板，8為冷凝劑包身，9為冷凝劑包蓋，10為旅行包包體，11為抓手，12為過濾裝置，13為蓄水器。210182613圖2356789101312II圖設(shè)計(jì)方案請(qǐng)參閱圖3至圖4，一種太陽能空氣吸附式沙漠取水旅行包，包括：取水裝置和包體1，0取水裝置1和包體10連接，取水裝置用于在旅途中獲取可用水，包體10用于存放旅行者在旅途中的所需物品。取水裝置和包體

4、連接構(gòu)成一個(gè)整體，可以便攜背負(fù)。取水裝置其進(jìn)一步包括吸附床、冷凝室和蓄水器13，吸附床與冷凝室連接，蓄水器13連接至冷凝室底部，冷凝室與包體10連接。吸附床包括透光亞克力板蓋1、太陽能吸收板3、泡沫塑料板4、吸附劑及不銹鋼絲網(wǎng)5，冷凝室包括中空塑料板6，鋁板7和冷凝劑包。取水裝置為分層分腔結(jié)構(gòu)，透光亞克力板蓋、太陽能吸收板、泡沫塑料板和不銹鋼絲網(wǎng)由上至下依次貼近連接，吸附劑填充于透光亞克力板蓋、泡沫塑料板和不銹鋼絲網(wǎng)形成的密閉空間內(nèi)；中空塑料板分別與不銹鋼網(wǎng)絲和鋁板連接，鋁板和冷凝劑包依次設(shè)置在中空塑料板和包體之間緊貼中空塑料板。蓄水器裝于冷凝室底部，吸附床、冷凝室和蓄水器構(gòu)成一個(gè)密封空間，只

5、有當(dāng)透光亞克力板蓋打開時(shí)，吸附劑才與外界空氣接觸。如圖4所示，透光亞克力板蓋1和冷凝室的側(cè)壁之間通過扣接的方式連接。透光亞克力板蓋1上設(shè)置有若干卡扣2，卡扣2與中空塑料板7扣接連接。當(dāng)鎖緊時(shí)，卡扣將透光亞克力板1和中空塑料板7，同時(shí)，通過對(duì)設(shè)置在透光亞克力板蓋1與泡沫塑料板4以及泡沫塑料板4與中空塑料板7之間的橡膠密封條的擠壓實(shí)現(xiàn)密封，密封性能好。泡沫塑料板4是吸附床的主要盒身部分，為了使吸附劑能夠均勻的分布，避免堆積，密閉空間采用了分室結(jié)構(gòu)。如圖4所示，泡沫塑料板4采用中空塑料泡沫板，吸附劑置于泡沫塑料板中空的空間中。同時(shí)，通過對(duì)泡沫塑料板4中空空間進(jìn)行分隔，形成三個(gè)通孔小空間，防止了吸附劑

6、的堆積，保證吸附劑均勻受熱。不銹鋼網(wǎng)絲5一方面用于防止吸附劑進(jìn)入冷凝室中，另一方面讓水蒸氣能順利進(jìn)入冷凝室中進(jìn)行冷凝。太陽能吸收板3為藍(lán)鈦太陽能吸收板。吸附劑置于由亞克力板，中空泡沫塑料板以及不銹鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的密閉但透氣的空間中。放置吸附劑的吸附床為整個(gè)裝置的核心，為了能夠最大程度的吸附和解吸水蒸氣，選用最適合吸附制水的吸附劑。我們使用較易配制效果較好的氯化鋰復(fù)合吸附劑。該LiCl-硅膠復(fù)合吸附劑的主要特點(diǎn)是：1.單位質(zhì)量的吸附劑吸附量大；2.在初始階段吸附速度快，可快速達(dá)到平衡吸附量，同時(shí)有利于在非平衡條件下的取水應(yīng)用；3.解吸溫度低(70-80C)，解吸速度快，且吸附劑能有效再生，可充分利用

7、低品位熱能，在太陽能充足地區(qū)尤其適用。吸附劑的研究為便攜式空氣取水裝置提供了有力的技術(shù)支持。冷凝室緊貼著上述的吸附床，為了保證冷凝的效率，減輕重量，冷凝室側(cè)框采用了中空塑料板7。中空塑料板7的下側(cè)貼著冷凝劑包，冷凝劑包具體包括相互連接的冷凝劑包身8和冷凝劑包蓋9，冷凝劑包身8和中空塑料板7之間通過一塊薄鋁板7隔開，鋁板7表面還通過了特殊的處理來方便水蒸氣的凝結(jié)。中空塑料板7底部設(shè)置有出水口，出水口上設(shè)置有彈性抓手11用于夾持蓄水器13，并通過橡膠條進(jìn)行密封。出水口處伸出部分進(jìn)入蓄水器13中，冷凝后的液態(tài)水由出水口流入蓄水器13中。蓄水器13可以直接從冷凝室上拿下作為水壺使用。出水口上還裝有過濾裝置12，濾去液態(tài)水中的雜質(zhì)，具體可采用濾網(wǎng)等。以下同時(shí)結(jié)合圖3與圖4對(duì)太陽能空氣吸附式沙漠取水旅行包使用方法進(jìn)行說明：使用過程中，夜晚時(shí)打開亞克力板蓋1，讓吸附劑與空氣接觸，充分吸收空氣中的水蒸氣。到第二天白天，將亞克力板蓋1蓋上，這樣整個(gè)取水裝置形成一個(gè)密封的空間。旅行者在旅途過程中可背負(fù)本包行走，不必做停留。在太陽的光照