一种新型模块化吸附式空气取水装置

重庆铁马专用车有限公司 卢文全 雷权民 高阳

为解决在战争状态和野外作业期间饮用水供应的问题，开发了一款用于满足野战部队、舰船、海岛守护等各种情况下的多功能应急饮用水制取装置。该装置利用转轮的吸附式技术来对空气冷凝取水,可大大增加取水量，提高饮用水制取效率，值得同行借鉴参考。

前言

水是生命之源，与人们的生活密切相关，特别是在战争状态和野外作业期间，饮用水供应尤显重要。在现实情况下，我国的野外作业人员、野战部队、舰艇部队、海岛守护部队、民用野外勘探等所需生活及饮用水多采用送水车或补给舰运送，这样不仅供水成本高，舰船上大量储存淡水还占用了船只的有限空间，最重要的是野战中的运水补给线很容易受到攻击和牵制。因此，开发一种能够满足野战部队、舰船、海岛守护等各种需求的多功能应急饮用水制取装置具有十分重要的战略意义。

空气取水源于20世纪末，国内外大部分空气取水设施还处于试验阶段。目前，已知的空气取水原理大致可分为：空调器的制冷工作原理法(也称冷凝法)、昼夜温差法、太阳能吸附式制冷结露法、太阳能半导体制冷结露法，等等。这些取水法都采用了一个共同的技术——利用温差的冷凝技术。在国外，也有空气取水的报道：在第二次海湾战争中，美军曾在伊拉克战场上装备过空气取水设备；2008年12月，有报道称加拿大发明了一种从空气中取水的“水磨”，等等。但是从报道的取水原理上看，其也仅仅利用了冷凝技术。

仅利用冷凝技术取水有一个共同的局限，就是对空气环境的参数要求较高。据报道称：加拿大的“水磨”在空气湿度低于30%的情况下，基本失去取水功效；美军装备的取水设备要求空气湿度≥60%；国内某微型的空气取水装置要求空气湿度≥40%。从目前能提供空气取水装置的取水量来看，美军装备的取水装置在达到环境要求时的取水量为20 L/h，国内某空气取水装置在达到环境要求时的取水量为不到2 L/h。

本文主要介绍一种新型的模块化吸附式空气取水装置，该装置整体安装在普通载货车底盘上，可实现快速转移。

系统介绍

该新型模块化吸附式空气取水装置是利用转轮的吸附式技术来对空气冷凝取水的装置，主要由取水系统和净化系统组成。空气取水模块工作流程如图1所示。

图1 空气取水模块工作流程图

1. 取水系统

取水系统主要由处理风机、再生风机、再生加热、压缩机等组成。大量空气通过风机进入取水系统，空气中的水分被强力吸附材料吸收，释放出几乎没有水分（绝对含水量≤0.38g/kg）的干空气，然后通过冷凝将水收集，再送往净化系统。

1.1 处理过程

当自然空气进入处理区时，为了增加对空气中水分子的吸附量，系统中加入了有强力吸附材料的转轮装置，空气水分子被转轮内的吸湿剂吸收或吸附，除去水份的空气被处理风机排出。当处理区的转轮吸收或吸附了水分子，变成饱和状态后，随转轮转到再生区域，进入再生过程。

1.2 再生过程

再生空气经加热后，进入转轮再生区域，在高温状态下，转轮吸收或吸附的水分子被脱附，散发到再生空气中，这样再生空气变成了含湿量较大的饱和湿空气。饱和湿空气通过再生风机进入冷凝取水系统的冷凝风道取水。由于整个系统都是安装在汽车底盘上，因此该过程中加热装置除了利用电加热，还采用汽车尾气加热。

1.3 冷凝取水

空气取水的最后一道工序是通过冷凝，降低空气中水份的饱和度，让空气中多余的水份流出来，即冷凝取水。冷凝取水的取水量通常取决于两个因素，一是增加通过冷凝风道的风量，二是增加通过冷凝风道空气的含湿量。该新型取水装置就是利用转轮的吸附式技术来对空气冷凝取水。它的创新点就是通过转轮装置实现“增加通过冷凝风道空气的含湿量”。

转轮装置是该系统的关键部件，其主要由一个不断转动的蜂窝状转轮组成。特殊陶瓷转轮呈蜂窝状，载有高性能硅胶为吸湿剂，硅胶固嵌或烧结于吸湿载体中，性能稳定，使用寿命长。由于蜂窝状孔径仅1.5mm，其1m3体积转轮纸芯的吸湿面积可达3000m2；若没有装转轮，直接吸收自然空气的单位体积（1m3）的吸湿面积仅为1000m2，可见安装转轮前后吸湿面积比为3：1。转轮由隔板分为两个区：一个约占70%的扇形区域，称为处理区；另一个为30%扇形区域，称为再生区。因此，空气通过转轮装置的处理区后，进入冷凝取水风道中空气的含湿量可为自然空气的两倍（3×0.7=2.1）以上，大大地提高了冷凝取水的工作效率。

该系统采用自动控制技术，各加热、冷凝等模块均能通过自动控制程序自动优化调节，以保证设备整体处于优化及经济运行状态。其自动控制技术的创新在于通过对多次试验获取的数据进行分析，编制各功能模块优化运行的自动控制程序，以保证项目产品处于优化及经济运行状态。

该取水系统具有如下优点：

a.出水率高。采用转轮技术空气取水，大大提高了冷凝取水风道中空气的含湿量，出水率为普通空气取水装置的2倍以上；

b.节能降耗。加热装置在系统中能耗最大，项目采用汽车尾气再利用，使能源充分合理化，最大限度节能降耗。

2. 净化系统

净化系统是应用反渗透净化处理技术，即自然界中水分自然渗透过程的反向过程，将重金属、农药、细菌、病毒、杂质等彻底分离。实现渗透与反渗透过程的关键是渗透膜，反渗透整个过程的工作原理均采用物理方法，不添加任何杀菌剂和化学物质，不会发生化学反应。

主要参数

该模块化吸附式空气取水装置主要参数如下：机组外形尺寸为6 570 mm×2125mm×2350mm；使用温度为0～48℃；使用湿度≥10%；绝对≥5 g/k g（含 湿量干空气）；每小时取水量为20～60 L；油耗为16 L/h； 净化水系统能力为100 L/h；送风机功率为11 kW；再生风机功率为5.5 kW；再生加热温度为130±10 ℃ ；发电机参数为Max105 kW，380 V交流电。

工作模式

模块化吸附式空气取水装置的工作模式包括以下3种：

a.空气取水模块独立工作。空气取水模块独立固定安装在固定式基座上，利用外界提供的电能，实现空气取水和净水功能，适用于有电能保障的环境。

b.空气取水模块与供电模块协同工作。空气取水模块与供电模块共同安装固定式基座上，由供电模块为其供电，实现空气取水和净水功能,适用于无电能保障的环境。

c.空气取水模块、供电模块与载货车底盘协同工作。空气取水模块与供电模块共同安装在载货车底盘上，由供电模块为其供电，实现空气取水和净水功能，载货车底盘实现越野机动，适用于机动保障任务。

结语

该新型模块化吸附式空气取水装置是利用转轮的吸附式技术来对空气冷凝取水的装置，通过风机将大量空气送入取水系统内，空气中的水分被强力吸附材料吸收，释放出几乎没有水分（绝对含水量≤0.38g/kg）的干空气，然后通过冷凝将水收集，它的创新点就是通过转轮装置实现“增加通过冷凝风道空气的含湿量”，大大增加了取水量,使出水率为普通空气取水装置的2倍以上。