文档介绍：太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包
设计者:白泽宇朱彦陆迪洲陈静龄范霄宇陆韬
指导教师:王如竹
基本原理
鉴于沙漠日夜温差较大,白天有着充足的光照,夜间空气湿度相对较高,我
们可以设计一个装置来在夜间吸收空气中的水蒸气,而在白天利用太阳能等能量
加热吸附床,解吸出水蒸气。整个过程分为两个部分:第一部分在夜间进行,通
过敞开的装置吸收沙漠夜间流动空气中的水蒸气,为第二部分的取水做准备;第
二部分在白天进行,将装置密封,通过吸收太阳能以及地热能来从装置中提取水。
考虑到如果通过机械做功或者光伏效应来提供能量的话,能量要经过至少两次转
换才能用来达到将水从装置中分离出来的目的,效率较低,故直接使用物理和化
学吸附相接的方式来吸水,且直接利用太阳能提供能量供其解吸,提高能量的利
用率,原理图如图 1 所示,图(a)中的 Qn 表示装置在晚上吸附剂吸取水蒸气时放
出的热量,而(b)中的 Ed 表示白天进入系统的太阳能,Qd 表示装置对外传递的热
量。在我们之后的设计中,这部分对应于吸附室。
为了能够使白天吸附剂解吸出的水蒸气更好的凝结成液态水,我们还需要设
计一个装置来对其进行冷凝,考虑工业上经常使用蓄冷剂来维持系统温度,我们
采用同样的原理来创造一个供水蒸汽冷凝的工况,原理图如图 2 所示。图中(a)
表示冷凝器晚上向外放热,储存冷量,(b)表示冷凝器白天与水蒸气接触,使水
蒸气冷凝成液态水留下。在我们之后的设计中,这部分对应于解吸室。
结构示意图说明
图 3 为太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包的立体结构示意图;
图 4 为太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包的结构爆炸图;
图中:1 为透光亚克力板盖,2 为卡扣,3 为太阳能吸收板,4 为泡沫塑料
板,5 为不锈钢丝网,6 为中空塑料板,7 为铝板,8 为冷凝剂包身,9 为冷凝剂
包盖,10 为旅行包包体,11 为抓手,12 为过滤装置,13 为蓄水器。
2 10
1
8
2
6
13

图 3
图 4

设计方案
请参阅图 3 至图 4,一种太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包,包括:取水
装置和包体 10,取水装置 1 和包体 10 连接,取水装置用于在旅途中获取可用水,
包体 10 用于存放旅行者在旅途中的所需物品。取水装置和包体连接构成一个整
体,可以便携背负。取水装置其进一步包括吸附床、冷凝室和蓄水器 13,吸附
床与冷凝室连接,蓄水器 13 连接至冷凝室底部,冷凝室与包体 10 连接。
吸附床包括透光亚克力板盖 1、太阳能吸收板 3、泡沫塑料板 4、吸附剂及
不锈钢丝网 5,冷凝室包括中空塑料板 6,铝板 7 和冷凝剂包。取水装置为分层
分腔结构,透光亚克力板盖、太阳能吸收板、泡沫塑料板和不锈钢丝网由上至下
依次贴近连接,吸附剂填充于透光亚克力板盖、泡沫塑料板和不锈钢丝网形成的
密闭空间内;中空塑料板分别与不锈钢网丝和铝板连接,铝板和冷凝剂包依次设
置在中空塑料板和包体之间紧贴中空塑料板。蓄水器装于冷凝室底部,吸附床、
冷凝室和蓄水器构成一个密封空间,只有当透光亚克力板盖打开时,吸附剂才与
外界空气接触。
如图 4 所示,透光亚克力板盖 1 和冷凝室的侧壁之间通过扣接的方