CN104390817B - 一种雾水收集器及雾水收集方法 - Google Patents

一种雾水收集器及雾水收集方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种雾水收集器及雾水收集方法，本发明通过风机将空气中的雾水迅速导入至雾水加热箱中，通过定向疏导雾水的流动方向，增加雾水和加热器的接触时间来提高雾水的温度，当升温的雾水进入低温的雾水反应箱后，由于雾水的热冷温差大，能够以微纳米级的超疏水结构层为载体，迅速冷凝为液态，并在微纳米级的超疏水结构层上形成球状水珠，在重力作用下，沿着雾水反应箱的内腔通过集水管流入集水瓶中。因此，本发明具有较高的雾水收集率，且能够最大程度的保留雾水中的原有物质，为今后开展有关雾水的科研活动提供有力的保障。

Description

一种雾水收集器及雾水收集方法
技术领域
本发明涉及生态工程领域，特别是涉及一种雾水收集器及雾水收集方法。
背景技术
雾，是近地层空气中悬浮着大量微细水滴的可见集合体。雾滴的平均直径多在10μm以下，密度约为107～108/m3。清洁的雾水对人体健康和对整个陆地生态系统是十分有利的。
但是，随着全球环境问题的日益严重，大气污染物与雾滴之间相互作用，许多城市雾水已被污染。雾水中的化学成分，如重金属盐、高浓度的离子、严重酸化的雾水、雾中吸附的尘埃以及病菌等对人体健康和生态环境都造成了很大的影响。
2006年，12月24日～12月27日，南京市出现连续4天的强浓雾天气，由于浓雾中含有大量的污染物，导致这四天南京市各大医院受浓雾影响的患者数量明显增多；在滨海地区，由于海雾中含有大量的可溶性盐，当海雾凝结成雾水不断地附着在园林绿化植物叶片上后，对植物会产生盐害作用，严重影响了植物的正常生长。因此，需要了解雾水的化学特征，才能对怎样防雾和怎样治雾提供一定的科学依据。但是，另一方面，目前国内关于雾水的采集装置却普遍存在雾水收集率过低的问题。
荷花“出淤泥而不染”这一现象来源于荷叶表面独特的微纳米结构，即自然界的“超疏水原理”。通过电子显微镜可以清晰地看到荷叶表面布满了类似于半球状的隆起，在每个半球状隆起的顶部又有一个尖状的凸顶。研究表明，在所有半球状隆起间的凹陷部位布满了空气，形成一层纳米级厚的空气层。这就使得在荷叶上的雨水或雾水隔着一层极薄的纳米级空气层，只能与半球状隆起顶部的几个点接触，水珠和荷叶表面的接触面积仅有2％～3％，从而降低两者间的摩擦力，水珠在自身表面张力作用下形成球体，不粘附荷叶自由滚落。
受自然界超疏水现象的启示，人们在仿超疏水材料方面的研究也不断加大。一般认为超疏水材料应同时具备两个条件：(1)大的接触角(通常以大于150°为界限)；(2)低的滚动角(一般以小于10°为界限)。通常情况下荷叶的水接触角和滚动角分别为160°和2°。目前，已经有不少学者以荷叶表面的微纳米结构为模板，制作出类荷叶表面结构的膜。
发明内容
本发明的目的是，针对目前雾水采集装置普遍存在雾水收集率过低的问题，提出一种雾水收集器及雾水收集方法，以获得较高的雾水收集率，且能够最大程度的保留雾水中的原有物质。
为实现上述目的，本发明提供了一种雾水收集器，所述雾水收集器包括互相连通的雾水加热箱与雾水反应箱，所述雾水加热箱的上部设有风机接口，所述雾水反应箱的底部设有集水管以及与所述集水管相连的集水瓶，其中，所述雾水加热箱的内顶面、内底面分别设有第一导热隔离板、第二导热隔离板，所述第一导热隔离板与所述第二导热隔离板交替设置，所述雾水加热箱的内顶面、内底面、第一导热隔离板以及第二导热隔离板之间形成雾水通道，所述雾水通道中至少设有一组加热器，所述雾水反应箱的内壁设有制冷机构，所述雾水反应箱内部设有雾水附着机构，并且所述雾水收集器内部与雾水的接触面至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层。
优选地，所述雾水加热箱与雾水反应箱的外壁均为隔热保温材料。
优选地，所述雾水反应箱内部的温度设置为1～5℃。
优选地，所述雾水反应箱的底面与水平面的夹角为1～10°。
优选地，所述雾水附着机构由纵横交错设置的第一片状组件与第二片状组件组成。
优选地，所述第一片状组件与第二片状组件均的内壁由厚度为1～5mm的不锈钢材料制成，外壁至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层。
优选地，所述风机接口通过管道连接有风机。
本发明的另一目的在于提供一种雾水收集方法，所述方法包括如下步骤：
A、雾水收集准备步骤，包括整理地面以及采用去离子水清洗所述的雾水收集器；
B、将所述的雾水收集器放在整理好的地面上，并固定平稳；
C、在所述集水瓶中放入少量矿物油，之后将所述集水管伸入所述集水瓶中；
D、在风机接口处通过管道连接风机，并打开所述制冷机构1～2分钟，使雾水反应箱内部的温度控制在1～5℃；
E、打开加热器和风机，开始雾水收集，完成雾水收集后，关闭风机和加热器。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明通过风机将空气中的雾水迅速导入至雾水加热箱中，通过定向疏导雾水的流动方向，增加雾水和加热器的接触时间来提高雾水的温度，当升温的雾水进入低温的雾水反应箱后，由于雾水的热冷温差大，能够以微纳米级的超疏水结构层为载体，迅速冷凝为液态，并在微纳米级的超疏水结构层上形成球状水珠，在重力作用下，沿着雾水反应箱的内腔通过集水管流入集水瓶中。因此，本发明具有较高的雾水收集率，且能够最大程度的保留雾水中的原有物质，为今后开展有关雾水的科研活动提供有力的保障。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为雾水收集器结构示意图；
图2为雾水附着机构结构示意图；
其中，1～雾水加热箱；2～雾水反应箱；3～风机接口；4～集水管；5～集水瓶；6～第一导热隔离板；7～制冷机构；8～雾水附着机构；9～加热器；10～第一片状组件；11～第二片状组件。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种雾水收集器，所述雾水收集器包括互相连通的雾水加热箱1与雾水反应箱2。所述雾水加热箱1的内顶面、内底面分别设有第一导热隔离板6、第二导热隔离板，所述第一导热隔离板6与所述第二导热隔离板交替设置，所述雾水加热箱1的内顶面、内底面、第一导热隔离板6以及第二导热隔离板之间形成雾水通道A。
所述雾水通道A中至少设有一组加热器9。在本发明中，设置所述加热器9的目的是为了增高雾水的温度，但是雾水的温度也不能太高，温度控制在40～70℃，以免出现气化现象。经过加热的雾水进入雾水反应箱2的内部时，将具有较大的温度差，能够显著提高雾水冷凝速率。并且所述雾水加热箱1与雾水反应箱2保持连通，并且连通部位位于所述雾水收集器的上部，以保证后续的冷凝效率。
进一步，所述雾水通道A用于定向疏导雾水的流动方向，增加雾水和加热器9的接触时间，以提高雾水的温度。所述雾水加热箱1的外壁采用隔热保温材料，以减少箱体内与外界的热交换。所述雾水加热箱1的上部设有风机接口3，所述风机接口3通过管道连接有风机，通过所述风机能够将雾快速抽入所述雾水加热箱1内。
雾水反应箱2包括由制冷机构7和雾水附着机构8。所述制冷机构7位于雾水反应箱2的内壁，所述制冷机构7由冷凝管构成，所述冷凝管至少部分环绕雾水反应箱的内壁，并且所述冷凝管为铜冷凝管，在该铜冷凝管中导入的是1℃左右的循环冷却水。通过调控措施，保证雾水反应箱2内部的温度控制在1～5℃，雾水反应箱2的外壁采用隔热保温材料，以减少箱体内与外界的热交换。当经过升温的雾水进入雾水反应箱后，由于急剧的低温，雾水会迅速冷凝变为液态，并大量附着在所述雾水反应箱2内部的雾水附着机构8上。
如图2所示，所述雾水附着机构8由纵横交错设置的第一片状组件10与第二片状组件11组成。所述第一片状组件10与第二片状组件11均的内壁由厚度为1～5mm的不锈钢材料制成，外壁至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层。雾水反应箱2内纵横垂直交错的第一片状组件10与第二片状组件11越密集，为雾水提供的附着面积就越大，汇集的雾水就越多。
进一步，所述雾水反应箱2的底部设有集水管4以及与所述集水管4相连的集水瓶5。优选地，所述雾水反应箱2的底面与水平面的夹角为1～10°，并且所述雾水反应箱2的内壁均附有微纳米级的超疏水结构层，以保证收集到的液态雾水在重力作用下沿着雾水反应箱2的底面经过集水管4汇入到集水瓶5内。
在本发明中，雾水收集器内部与雾水的接触面至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层，这些微纳米级的超疏水结构层使得雾水或者雾气难以附着在雾水收集装置的内壁，雾水能够迅速向下流动，以保证雾水高效的收集。由此大大的提高了雾水收集效率，并且最大程度地保留雾水中的原有物质，进一步以便为开展对雾水的科研活动提供优质的雾水原料。
实施例2
本发明还提供了一种雾水收集方法，所述方法包括如下步骤：
A、雾水收集准备步骤，包括整理地面以及采用去离子水清洗所述的雾水收集器。
在选择好收集地点后，应对地面进行简单整理。将地面上明显的凸物如石块、树枝等移开，尽可能保证地面平整，以保证雾水收集器能够安置稳定。为保证实验数据的准确性，避免有灰尘、污渍、残液等混入收集的雾水中，每次收集前都用去离子水对所述雾水收集器内部进行清洗，重点清洗雾气与雾水收集器内部的接触面。
B、将所述的雾水收集器放在整理好的地面上，并固定平稳；
C、在所述集水瓶5中放入少量矿物油，以减少雾水的蒸发。之后将所述集水管4伸入所述集水瓶5中2～3cm处，以防止雾水洒落。
D、在风机接口3处通过管道连接风机，通过风机的引风，大量的雾气进入雾水收集器内，使得雾水收集更加高效。打开所述制冷机构1～2分钟，使雾水反应箱2内部的温度控制在1～5℃，以保证较佳的冷凝效果。
E、打开加热器9和风机，开始雾水收集，完成雾水收集后，关闭风机和加热器9。
本发明的雾水收集器，除降雨天气不能使用外，其他环境均可适用。
本发明通过风机将空气中的雾水迅速导入至雾水加热箱中，通过定向疏导雾水的流动方向，增加雾水和加热器的接触时间来提高雾水的温度，当升温的雾水进入低温的雾水反应箱后，由于雾水的热冷温差大，能够以微纳米级的超疏水结构层为载体，迅速冷凝为液态，并在微纳米级的超疏水结构层上形成球状水珠，在重力作用下，沿着雾水反应箱的内腔通过集水管流入集水瓶中。因此，本发明具有较高的雾水收集率，且能够最大程度的保留雾水中的原有物质，为今后开展有关雾水的科研活动提供有力的保障。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种雾水收集器，其特征在于：所述雾水收集器包括互相连通的雾水加热箱(1)与雾水反应箱(2)，所述雾水加热箱(1)的上部设有风机接口(3)，所述雾水反应箱(2)的底部设有集水管(4)以及与所述集水管(4)相连的集水瓶(5)，其中，所述雾水加热箱(1)的内顶面、内底面分别设有第一导热隔离板(6)、第二导热隔离板，所述第一导热隔离板(6)与所述第二导热隔离板交替设置，所述雾水加热箱(1)的内顶面、内底面、第一导热隔离板(6)以及第二导热隔离板之间形成雾水通道(A)，所述雾水通道(A)中至少设有一组加热器(9)，所述雾水反应箱(2)的内壁设有制冷机构(7)，所述雾水反应箱(2)内部设有雾水附着机构(8)，并且所述雾水收集器内部与雾水的接触面至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层，所述雾水附着机构(8)由纵横交错设置的第一片状组件(10)与第二片状组件(11)组成，所述雾水加热箱(1)与雾水反应箱(2)的外壁均为隔热保温材料。
2.根据权利要求1所述的雾水收集器，其特征在于：所述雾水反应箱(2)内部的温度设置为1～5℃。
3.根据权利要求1或2所述的雾水收集器，其特征在于：所述雾水反应箱(2)的底面与水平面的夹角为1～10°。
4.根据权利要求1所述的雾水收集器，其特征在于：所述第一片状组件(10)与第二片状组件(11)的内壁均由厚度为1～5mm的不锈钢材料制成，外壁至少部分表面附有微纳米级的超疏水结构层。
5.根据权利要求1所述的雾水收集器，其特征在于：所述风机接口(3)通过管道连接有风机。
6.一种雾水收集方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
A、雾水收集准备步骤，包括整理地面以及采用去离子水清洗上述权利要求1～5中任意一项权利要求中所述的雾水收集器；
B、将所述的雾水收集器放在整理好的地面上，并固定平稳；
C、在所述集水瓶(5)中放入少量矿物油，之后将所述集水管(4)伸入所述集水瓶(5)中；
D、在风机接口(3)处通过管道连接风机，并打开所述制冷机构(7)1～2分钟，使雾水反应箱(2)内部的温度控制在1～5℃；
E、打开加热器(9)和风机，开始雾水收集，完成雾水收集后，关闭风机和加热器(9)。
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