一种从含湿空气中分离水蒸气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于气体分离技术领域，具体为一种从含湿空气中分离水蒸气的装置。本实用新型专利技术装置包括：过滤器、鼓风机、复合膜分离器、压缩机、冷凝器以及一些控制阀门及必要的管线。含湿原料空气首先进入过滤器过滤掉微粒物后，经鼓风机送入复合膜分离器，低分压水蒸汽首先接触到复合膜吸附层将被吸附、富集，并在压缩机提供的分离动力的作用下优先透过膜分离器经压缩机出口输出为水蒸汽，并经冷凝技术即可连续、高效的获得液态水，而贫水汽则从膜分离器滞留侧排出系统外。本实用新型专利技术相比于单纯以膜分离方法或单纯以吸附分离方法，或直接采用压缩等方法，效率更高，并且分离过程可连续进行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种从含湿空气中分离水蒸气的装置


[0001]本技术属于气体分离
，具体涉及一种自空气中分离水蒸气的装置。

技术介绍

[0002]由于人类大规模开采及环境破坏以及由此带来的气候异常，加上我国水资源时间和空间分布极不均匀，以及水体污染的加剧，使得地表水资源严重匮乏，尤其是在一些干旱、沙漠地区、西部缺水区域或在一些岛屿、沿海潮湿但缺少淡水的地区，野外科考、边境兵站、高山雷达站等特种作业模式、环境下，淡水供应非常困难，在这些地区，其获得水的主要方式是依靠少量的降雨蓄积或者基地补给，不方便、不稳定或者费用高，这些，已成为制约这些地区经济社会发展的瓶颈问题。
[0003]目前解决局部地区淡水短缺问题方法主要有：（1）异地送水、机动补给，（2）依赖地表水源采用净化、海水淡化等方法取得饮用水，但不管哪种方法，因为都基于地表水源为基础，都不能从根本上很好的解决上述特定区域、特定应用环境下的淡水水源的问题：
[0004]（1）异地送水、机动补给不仅受制于运输条件，还有高昂的运输成本；
[0005]（2）依赖地表水源采用净化方法回用，不仅受制于地表水源的有无、有无不可净化的毒素，还有高昂的净化处理费用，比如高山雷达站，只能依赖蓄水再净化取得饮用水，看天喝水，还将承担高昂的费用，比如海水淡化，尽管被视为人类未来主要水源之一，工程上也有大规模的应用，但其制水成本也难以接受，而且还受制于用水区域地理位置的影响，使得该技术无法在上述广阔干旱、沙漠地区、西部缺水区域以及野外科考、边境兵站、高山雷达站等特种作业模式、环境下应用。
[0006]事实上，大气本身就是一个巨大的淡水库，空气中水蒸气清洁且可再生，在没有地表水源的情形下，空气可成为我们获取淡水的重要水源，例如，即使撒哈拉沙漠，其全年平均相对湿度也有20 ～ 30％左右，夜晚的空气中的湿度则更大，将空气中的水蒸气分离出来并转化为液态水，即可供生活或工作在上述特定区域、特定环境下的人们使用。
[0007]中国专利CN1131359C描述了一种“吸附式空气取水装置”，其主要由吸附床、冷凝器、净水系统和储水器等构成，并采用了特定的吸附剂以强化取水效果，采用了特定的吸附床、冷凝器结构包括加热器增强了吸附剂的传热与冷凝器的换热以及利用废热或自然能以增强取水效率，实现了一日可多次循环自空气取水的过程，但该方案因仅采用吸附分离技术，并且吸附和解吸单独运行，取水过程不连续，此外，解吸过程仅采用了加热的措施为水蒸汽解吸提供能量，能量消耗大，效率不高，尤其在低湿度干旱地区采用该方案难以高效的制取水并且因为取水的不连续限制了其应用。
[0008]中国专利CN 101851946 B描述了一种“利用分离膜富集空气水蒸气的制水方法和装置”，包括空气主制水装置与空气辅制水装置，该空气主制水装置包括主制水空气预处理装置、膜除湿组件、吹扫气减压阀、除湿空气预冷器、除湿空气膨胀机、吹扫气预冷器、主制水器以及水箱，该空气辅制水装置包括辅制水空气引风机、辅制水空气滤清器以及辅制水器，并通过特定的工艺连接保证了连续制水，克服吸附法富集水蒸气制水的技术缺点，利用
分离膜富集空气中的水蒸气，再通过对富集气体降温从而制造液体水的方法，但是，因该方法仅采用膜分离技术分离从大气中很低水蒸汽分压的混合气体中分离出该水蒸气，效率不高，为了提高制水量与制水效率，对膜分离器的渗透侧提供了吹扫气的形式以增强膜分离过程，但因仍然基于较高压力（典型的，采用压缩机将空气升压至4～15bar的压力）下进行的正压式膜分离过程，能耗高并且系统复杂而限制了其应用，典型的，升压至7bar压力的压缩机的压力比达（7+1）/1=8倍，能耗很大，尤其在低湿度干旱地区采用该方案难以高效的制取水。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于克服单纯以吸附法或膜分离方法或直接采用压缩冷凝法自空气中富集水蒸气的技术缺点，提供一种结构紧凑、可连续、高效的直接从含湿空气中分离水蒸气的装置，以便进一步制取液态水。
[0010]本技术提供的直接从含湿空气中分离水蒸气的装置，有别于现有技术的简单膜分离过程或吸附分离过程，通过将膜分离技术与吸附分离技术有机结合，形成一种全新的、高效的、基于吸附与膜分离材料完全耦合的连续分离装置；并且，耦合分离方法还可机结合常规的压缩冷凝工艺，可高效满足各种湿度环境自空气中制水的要求。
[0011]本技术提供的直接从含湿空气中分离水蒸气的装置，其结构参见图1所示，包括：
[0012]（1）优选但非必要的至少一个过滤器AF01；用于过滤掉空气中灰尘等杂质；
[0013]（2）至少一个第一升压设备AB01，设置在复合膜分离器之前，用以将原料气升压到一定的压力送入复合膜分离器；升压设备也可放置在复合膜分离器之后，用以排除自复合膜分离器排出的滞留气；典型的，第一升压设备AB01可采用鼓风机；
[0014]（3）至少一个第二升压设备AB02，用以建立膜分离器两侧跨膜压力比；典型的，第二升压设备AB02可采用压缩机；
[0015]（4）至少一组复合膜分离器M01A，该膜分离器由担载了吸附分离材料的复合膜材料制作得到；
[0016]所述复合膜分离器有正压侧，也称原料气侧，即吸附分离层接触侧，也称为高压侧、滞留气侧；
[0017]所述复合膜分离器有负压侧，也称渗透气侧，即膜分离层接触侧，也称为低压侧；
[0018]复合膜分离器的原料气侧接第一升压设备AB01出口，滞留气侧排向大气；当有多组复合膜分离器时，其原料气侧可并联连接第一升压设备AB01，集中或分别排向大气；复合膜分离器渗透侧，汇总接入第二升压设备AB02入口；
[0019]（5）至少一组用于将原料空气送入复合膜分离器原料气侧的控制阀门及其必要的管线；
[0020]（6）至少一组用于将复合膜分离器渗透侧富集的水蒸气排向压缩机入口的控制阀门及其必要的管线。
[0021]本技术中，所述膜分离材料分为三层：一层为吸附分离层，可由如有机、无机等一切可吸附富集水分并可再生的亲水型吸附材料组成，接触膜分离器的正压侧；一层为膜分离层，可由如硅橡胶、聚枫等一切对水分/空气具有选择性的分离材料组成，接触膜分
离器的负压侧；一层为多孔支撑层，位于吸附分离层及膜分离层之间，支撑层既可担载吸附分离材料，又可涂覆膜分离层，由此获得的复合分离材料制作的膜分离器。
[0022]本技术中，所述复合膜分离器（M01A）的正压侧一端设有原料气入口（A0），复合膜分离器M01A的正压侧另一端设有滞留气出口A1，也即贫湿空气出口，膜分离器（M01A）负压侧设有渗透侧出口A2
‑
1，也即水蒸气出口。
[0023]本技术中，还包括压力监测设备PE01，用于监测第二升压设备AB02入口的压力；该压力监测设备PE01可安装在一切可以实时反映进入第二升压设备气体压力的任意位置，可以是压敏或其它任意形式的压力监测设备。
[0024]如公知技术，本技术装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从含湿空气中分离水蒸气的装置，其特征在于，包括：（1）至少一个过滤器（AF01）；（2）至少一个第一升压设备（AB01）；该第一升压设备设置在复合膜分离器之前，用以将原料气升压到一定的压力送入复合膜分离器；或者第一升压设备放置在复合膜分离器之后，用以排除自复合膜分离器排出的滞留气；（3）至少一个第二升压设备（AB02），用以建立复合膜分离器两侧跨膜压力比；（4）至少一组复合膜分离器（M01A），该复合膜分离器由担载了吸附分离材料的复合膜材料制作得到；其中，所述膜分离材料分为三层：一层为吸附分离层，由可吸附富集水分并可再生的亲水型吸附材料组成，接触复合膜分离器的正压侧；一层为膜分离层，由对水分/空气具有选择性的分离材料组成，接触复合膜分离器的负压侧；一层为多孔支撑层，位于吸附分离层及膜分离层之间，支撑层既可担载吸附分离材料，又可涂覆膜分离层，由此组成复合分离材料制作的膜分离器；所述复合膜分离器（M01A）有正压侧，也称原料气侧，即吸附分离层接触侧，也称为高压侧、滞留气侧；所述复合膜分离器（M01A）有负压侧，也称渗透气侧，即膜分离层接触侧，也称为低压侧；复合膜分离器（M01A）的原料气侧接第一升压设备（AB01）出口，滞留气侧排向大气；当为多组膜分离器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗二平，姜茂刚，景达，汤池，谢康宁，翟明明，李远辙，颜泽栋，刘娟，张晨旭，罗鹏，李新，顾修筑，贾吉来，谢东红，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军医大学，
类型：新型
国别省市：