【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体分离，具体是指一种利用空气一体化制取富氧气体与水的方法。
技术介绍
1、在高原或沙漠地带，作为自然环境极端严酷的地区，其淡水资源和氧气的稀缺性尤为突出。由于居民生活或其它活动存在巨大困难，如何快速高效地制取富氧气体和收集淡水的需求更为迫切。现有技术中，从空气中分离淡水的方法有冷凝法、吸湿剂法和冷冻法，由于存在能耗高、耗材使用量大等问题，难以满足现实生产需求。
2、利用膜分离法从空气中分离富氧空气和富氮空气是一项成熟技术，但也仅限于针对空气分离的应用。此外，膜分离法也可以应用于水的分离处理，但通常只被用于纯液态水分离的场景中(如纯净水制取)。
3、目前尚且没有能够利用空气同时制取液态水和富氧气体的应用技术，对于同时需求对外提供富氧气体和水这两种物料的特殊应用场景，尚无法提供解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供利用空气一体化制取富氧气体与水的方法。
2、为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
3、提供一种利用空气一体化制取富氧气体与水的方法，该方法是基于富氧气体与水的一体化制取装置而实现的，该装置包括：空气过滤器、通风机、负压膜富氧组件、真空泵和气水分离模块；其中，空气过滤器通过管路依次连接通风机和负压膜富氧组件，且在负压膜富氧组件之前的管路上不设置除水设备或脱水材料；负压膜富氧组件的富氧气体出口通过管路依次连接真空泵和气水分离模块，气水分离模块设有富氧气体出口和排水口
4、所述负压膜富氧组件包括矩形的箱体，箱体的进气端和排气端的侧板上布设若干通气孔，进气端通过管路连接通风机且排气端直接通向大气；在箱体内部设有多组平行布置的膜结构，每组膜结构的端部设排气管；相邻两组膜结构之间保持间距形成空气流道，空气流道的一端连通箱体的进气端用于引入空气，另一端连通箱体的排气端用于排除不能透过膜材料的富氮空气；水分子和氧气进入膜结构后由排气管汇入集气管，所述富氧气体出口设于集气管的末端；
5、所述利用空气一体化制取富氧气体与水的方法，具体包括以下步骤：
6、(1)启动通风机，使空气通过空气过滤器进行杂质过滤；滤杂后的空气作为原料空气流经通风机后被提升至微正压状态，在克服管路中的阻力后由箱体进气端进入负压膜富氧组件；
7、(2)启动真空泵，通过抽气使负压膜富氧组件中位于膜材料一侧的集气管、膜结构及排气管内腔形成负压，在负压作用下氧气和水分子因具有渗透选择性，能够通过膜材料并在负压侧形成气水混合多相流；而氮气和其它杂质则被阻挡在膜材料的另一侧，并由于通风机形成的微正压而从箱体排气端排放至大气中，不至于在负压膜富氧组件中累积；
8、(3)气水混合多相流由负压膜富氧组件的富氧气体出口进入气水分离模块，其中的水分经过冷凝器冷却或自然沉降与富氧气体实现分离，并从各自管路排出实现水气分流和对外供应。
9、作为本专利技术的优选方案，所述膜结构是由聚砜、聚酰亚胺或聚苯醚中任意一种材质膜材料构成的板式膜结构或卷式膜结构。
10、作为本专利技术的优选方案，所述板式膜结构由两片平行布置且保持间距的膜材料组成，其侧面和两端封闭用于形成空腔，在一个封闭端设排气管用于接至集气管。
11、作为本专利技术的优选方案，所述气水分离模块包括凝水收集器和储水箱；凝水收集器的内部设有冷凝器，其顶部设有富氧气体管路，底部通过管路连接储水箱。
12、作为本专利技术的优选方案，所述气水分离模块包括储气罐和储水箱；储气罐的顶部设有富氧气体管路，底部通过管路依次连接检修阀、疏水阀和储水箱。
13、作为本专利技术的优选方案，所述真空泵是干式真空泵，具体是涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或磁悬浮离心真空泵中的任意一种。
14、作为本专利技术的优选方案，在真空泵和气水分离模块之间的管路上设有电控调节阀。
15、作为本专利技术的优选方案，所述富氧气体与水的一体化制取装置还包括电自控系统，电自控系统包括自控设备和执行机构；执行机构包括设于通风机与真空泵的电控部件，以及设于真空泵和气水分离模块之间的电控调节阀的执行器件；自控设备通过信号线分别连接执行机构和设于气水分离模块的富氧气体管路上的气体状态传感器。
16、作为本专利技术的优选方案，所述自控设备是plc控制器或ddc控制器。
17、作为本专利技术的优选方案，所述自控设备通过有线或无线通信方式连接至云端控制平台。
18、技术原理描述：
19、利用膜组件分离空气的膜分离法工艺，在空气分离制取富氮气体和富氧气体的应用中，已经是较为成熟的技术。但由于水分通常被视为会影响气体产品质量的有害成分，因此需要先利用干燥机、干燥器或干燥剂进行除水处理后，才能将压缩空气引入膜分离组件；然后利用有机高分子致密薄膜对氮、氧的选择透过性差异，获得富氧气体和富氮气体。
20、申请人的专利技术人团队注意到，空气中的水分子与氧分子都是渗透速率更高的“快气”。因此申请人在设计本专利技术装置时，突破“水分是空气分离中有害成分”的常规惯性思维，利用膜材料同时对氧气和水分子具有渗透选择性的特性提出了本申请的设计方案。由于膜材料能够允许空气中的水蒸气与氧气通过，而且会阻止其他气体分子或杂质的通过；当空气经过膜分离后，在膜的另一侧就能够形成气液多相流。因此，只需通过自然冷凝或其他方式即可在分离富氧气体的同时收集液态水，从而满足同时对外供应富氧气体和淡水的目的。基于上述原理，本专利技术的装置可以直接从空气中收集水分和富氧气体，为缺水需氧的地区(如物资缺乏且运输成本高昂的高原地区)提供了一种可持续、环保的淡水、氧气资源的解决方案。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、1、本专利技术能够直接从空气中收集淡水和制取富氧气体，适用于高原、沙漠等恶劣环境的特种需求，并具有运行能耗低、装置一体化的特点。
23、2、本专利技术制取的富氧气体，也可以应用于各种富氧助燃的工业场景，实现燃烧节能与提产增效。
24、3、基于本专利技术装置的电自控系统，能够进一步提高装置的可靠性与稳定性；在装置接入云平台后能够进一步实现数智管控和远程运维，为装置的长期稳定运行和高效管控奠定基础。
25、4、相对于采用正压膜富氧组件的传统空气分离工艺，本专利技术采用负压膜富氧组件不需要额外的高压气体，从而无需额外配备成本更高的增压设备，能够降低装置的设备成本和运行能耗。
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1.一种利用空气一体化制取富氧气体与水的方法，其特征在于，该方法是基于富氧气体与水的一体化制取装置而实现的，该装置包括：空气过滤器、通风机、负压膜富氧组件、真空泵和气水分离模块；其中，空气过滤器通过管路依次连接通风机和负压膜富氧组件，且在负压膜富氧组件之前的管路上不设置除水设备或脱水材料；负压膜富氧组件的富氧气体出口通过管路依次连接真空泵和气水分离模块，气水分离模块设有富氧气体出口和排水口；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜结构是由聚砜、聚酰亚胺或聚苯醚中任意一种材质膜材料构成的板式膜结构或卷式膜结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述板式膜结构由两片平行布置且保持间距的膜材料组成，其侧面和两端封闭用于形成空腔，在一个封闭端设排气管用于接至集气管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气水分离模块包括凝水收集器和储水箱；凝水收集器的内部设有冷凝器，其顶部设有富氧气体管路，底部通过管路连接储水箱。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气水分离模块包括储气罐和储水箱；储气罐的顶部设有富氧
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空泵是干式真空泵，具体是涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或磁悬浮离心真空泵中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在真空泵和气水分离模块之间的管路上设有电控调节阀。
8.根据权利要求1至7任意一项中所述的方法，其特征在于，所述富氧气体与水的一体化制取装置还包括电自控系统，电自控系统包括自控设备和执行机构；执行机构包括设于通风机与真空泵的电控部件，以及设于真空泵和气水分离模块之间的电控调节阀的执行器件；自控设备通过信号线分别连接执行机构和设于气水分离模块的富氧气体管路上的气体状态传感器。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述自控设备是PLC控制器或DDC控制器。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述自控设备通过有线或无线通信方式连接至云端控制平台。
...【技术特征摘要】
1.一种利用空气一体化制取富氧气体与水的方法，其特征在于，该方法是基于富氧气体与水的一体化制取装置而实现的，该装置包括：空气过滤器、通风机、负压膜富氧组件、真空泵和气水分离模块；其中，空气过滤器通过管路依次连接通风机和负压膜富氧组件，且在负压膜富氧组件之前的管路上不设置除水设备或脱水材料；负压膜富氧组件的富氧气体出口通过管路依次连接真空泵和气水分离模块，气水分离模块设有富氧气体出口和排水口；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜结构是由聚砜、聚酰亚胺或聚苯醚中任意一种材质膜材料构成的板式膜结构或卷式膜结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述板式膜结构由两片平行布置且保持间距的膜材料组成，其侧面和两端封闭用于形成空腔，在一个封闭端设排气管用于接至集气管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气水分离模块包括凝水收集器和储水箱；凝水收集器的内部设有冷凝器，其顶部设有富氧气体管路，底部通过管路连接储水箱。
5.根据权利要求1所述的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈天昱，杨华波，傅卓胜，单宝明，王钊，郁辉球，沈新荣，
申请(专利权)人：杭州哲达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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