CN105275051A - 一种空气冷凝水收集器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气冷凝水收集器，包括冷凝集水柱（1）、聚光罩（2）和储水器（3），所述的冷凝集水柱（1）是上半部为冷凝罩（4），下半部为透光罩（8）的圆柱形腔体结构，该冷凝集水柱（1）沿其轴向水平布置，所述的冷凝罩（4）内壁下边缘设有集水槽（5），所述的圆柱形腔体结构内部设有吸附结构，该吸附结构与腔体内壁之间留有空隙，所述冷凝集水柱（1）的两个圆形端面分别设有活动门（9），活动门（9）上设有光传感器（10）。本发明利用空气中存在的水蒸气作为液态水的来源，先通过吸附剂吸附收集空气中的水蒸气，后经过太阳能加热解吸，进而冷凝得到液态水并收集起来，从而实现高效集水的目的。
Description
技术领域
本发明涉及空气取水技术领域，具体涉及一种空气冷凝水收集器。
背景技术
荒漠地区干旱缺水，使得取水用水非常困难，而空气中存在大量的水蒸气可以收集利用作为液态水，不仅可供人类救生之用，也可以为动植物的生存提供水源。现有技术中有从空气中吸收水蒸气，再解吸冷凝收集水的装置，但空气冷凝水收集技术还未被广泛应用，主要原因是集水设备结构复杂，转换效率低，操作不便，难以适用于野外复杂的环境。
现有技术中,侴乔力等的专利CN2218770Y“太阳能空气取水器”,上海交通大学白泽宇等的专利CN102936912B“太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包”，杭州电子科技大学刘光宇等的专利CN203462517U“新型的自动化太阳能空气取水装置”与中国人民解放军理工大学耿世彬等的专利CN104563210A“一种节能空气取水装置”等均利用太阳能为能源以进行空气中水的冷凝。其中侴乔力等的专利利用太阳能聚光加热吸附剂进行吸附剂的解吸，有较好的集水效果，但昼夜交替时，需开闭透光罩以保证吸附时的通风和解吸要求的密封环境，需要人工操作，使用不方便。白泽宇等的专利中描述了将不透明容器壁暴露在空气中，利用太阳能加热容器壁再传热给吸附剂的方法，存在加热温度低，转换效率低的问题。而刘光宇等与耿世彬等的专利中使用了热电堆、泵、蒸汽压缩制冷系统等复杂原件，再加上装置结构复杂，在恶劣的野外条件下，装置的稳定性难以保证。
本发明是针对现有技术存在的问题而设计的的，利用仿生原理，将大气中的汽态水凝集成为液态水并收集储存起来，供急需之用的集水装置，装置利用太阳能供电，无需外接电源，且聚光效果好，更加自动化，避免人工操作带来的麻烦，结构简单，容易维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气冷凝水收集器，该装置能吸附收集空气中的水蒸气，后经过太阳能加热解吸，进而冷凝得到液态水并收集起来，从而实现高效集水的目的。
本发明采取的技术方案是：一种空气冷凝水收集器，包括冷凝集水柱1、聚光罩2和储水器3，其特征在于：所述的冷凝集水柱1是上半部为冷凝罩4，下半部为透光罩8的圆柱形腔体结构，冷凝集水柱1沿其轴向水平布置，冷凝罩4内壁下边缘设有集水槽5，所述的圆柱形腔体内部设有吸附结构，该吸附结构与腔体内壁之间留有空隙，所述冷凝集水柱1的两个圆形端面分别设有活动门9，活动门9上设有光传感器10，冷凝集水柱1通过下部开孔连接引水管12，冷凝集水柱1通过支撑架15连接聚光罩2，所述聚光罩2的中央开孔，并通过输水管13连接储水器3，所述的引水管12与输水管13连通。
所述的吸附结构为一个直径小于冷凝集水柱1内径的圆柱状吸附结构，该圆柱状吸附结构由四个吸附床6通过金属丝与一圆轴连接组成，所述的四个吸附床6沿圆轴径向分布，相邻吸附床6之间留有空隙，便于通风，所述吸附结构通过设置在冷凝罩4上部的挂钩与冷凝罩4连接，悬挂于冷凝集水柱1的内部，所述的吸附床6中填充装有吸附剂的金属网球，吸附剂选用氯化镁改性硅胶。
所述冷凝罩4的内壁为疏水材料PTFE（聚四氟乙烯）膜，其间设有多个亲水凸起14，所述亲水凸起14为朝向冷凝集水柱1内部并突出于冷凝罩4壁面的结构，该凸起部分由丙烯酸-硅材料制成。
所述集水槽5通过衔接在集水槽5末端的引水软管11与引水管12连通。
所述冷凝罩4的上表面设有太阳能电池板7，用于为装置内所有的电子元件供电。
所述的聚光罩2为水平放置的旋转抛物面聚光镜，其中央开孔连接输水管13，输水管13直径大于引水管12的直径，以便于在下雨天能将雨水汇入储水器3。
所述的透光罩8为石英玻璃制成。
本发明具有如下有益效果：
冷凝集水柱结构简单，便于维护，以空气中的水作为水源，能最大限度开发利用水资源。吸附剂选择氯化镁改性硅胶，造价低廉，吸附脱附效果优良，使用一定年限后，如果吸附功能降低，可以更换。冷凝罩模仿沙漠甲虫利用背壳集水的原理，采用亲水点与疏水材料（PTFE膜，有一定制冷效果）相间的特殊结构，增强了水蒸气的冷凝效果，集水效率高；透光罩选用石英玻璃，透光率高，便于透光以加热吸附剂。太阳能电池为装置中所有电子元件供电，无需外接电源，绿色环保。聚光罩汇聚太阳光加热吸附剂，使其脱附水分便于收集。活动门通过感应装置自动开启和关闭，无需人工操作，使用更方便。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为冷凝集水柱径向截面结构示意图。
图3为聚光罩和储水器径向截面结构示意图。
图4为冷凝集水柱的外部结构示意图。
其中，1-冷凝集水柱，2-聚光罩，3-储水器，4-冷凝罩，5-集水槽，6-吸附床，7-太阳能电池，8-透光罩，9-活动门，10-光传感器，11-引水软管，12-引水管，13-输水管，14-亲水凸起，15-支撑架。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-4所示，一种空气冷凝水收集器，包括冷凝集水柱1、聚光罩2和储水器3，其特征在于：所述的冷凝集水柱1为沿其轴向水平布置的圆柱形腔体结构，腔体上半部为冷凝罩4，冷凝罩4由疏水材料PTFE膜（聚四氟乙烯膜）和设置于其间的亲水凸起14组成，亲水凸起14为丙烯酸-硅材料制成，分布在冷凝罩4内侧，圆柱腔体下半部为石英玻璃材质的透光罩8，冷凝罩4内壁下边缘设有向腔体中心突出的集水槽5，集水槽5通过设置在集水槽5末端的引水软管11与引水管12连接，冷凝集水柱1腔体内部设有吸附结构，该吸附结构与腔体内壁之间留有空隙，该吸附结构为一个直径小于冷凝集水柱1内径的圆柱状吸附结构，该圆柱状吸附结构由四个吸附床6通过金属丝与一圆轴连接组成，四个吸附床6沿圆轴径向分布，相邻吸附床6之间留有空隙，吸附结构通过设置在冷凝罩4上部的挂钩与冷凝罩4连接，悬挂于冷凝集水柱1的内部，吸附床6中填充金属网球，金属网球内充满吸附剂，吸附剂选用氯化镁改性硅胶。所述冷凝集水柱1的两个圆形端面分别设有活动门9，活动门9上设有光传感器10，冷凝集水柱1通过下部开孔连接有引水管12，冷凝集水柱1通过支撑架15连接聚光罩2，所述聚光罩2为旋转抛物面聚光镜，其中央开孔，并通过输水管13连接储水器3，引水管12与输水管13连通，且输水管13直径大于引水管12的直径，以便于将滴落到聚光罩2中的雨水汇入储水器3，所述储水器3为密封的不锈钢容器，体积5L，埋入地下约1m处，以减少白天高温造成的水分蒸发。
在荒漠地区，夜晚气温低，相对湿度较高，此时活动门9在光传感器10控制下开启，使吸附床6暴露在大气中，利用自然风均匀穿过吸附床，使吸附剂吸水近饱和。白天光传感器10使活动门9关闭，吸附剂被密封在冷凝罩4和透光罩8之间，通过聚光罩2汇聚太阳光加热吸附剂，此时密封的冷凝集水柱1中的空气露点随着蒸发脱附的进行和空气湿度的增大而增高，当露点温度高于冷凝罩4内表面温度时，水蒸气便以亲水凸起为核凝结，大部分水滴将在重力与表面张力作用下沿冷凝罩4的半圆形内壁向下流入集水槽5中，由于冷凝罩4表面为疏水材料PTFE膜（聚四氟乙烯膜），提高了冷凝水珠脱落和汇集的效果。冷凝水汇入集水槽5，避免了水滴继续流淌到下部透光罩8从而影响透光。集水槽5中的水依次通过引水软管11、引水管12和输水管13流入储水器3，适用于荒漠取水等。冷凝集水柱中的吸附剂可以根据效果好坏进行实时更换，以保持良好的集水效果。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种空气冷凝水收集器，包括冷凝集水柱（1）、聚光罩（2）和储水器（3），其特征在于：所述的冷凝集水柱（1）是上半部为冷凝罩（4），下半部为透光罩（8）的圆柱形腔体结构，该冷凝集水柱（1）沿其轴向水平布置，所述的冷凝罩（4）内壁下边缘设有集水槽（5），所述的圆柱形腔体内部设有吸附结构，该吸附结构与腔体内壁之间留有空隙，所述冷凝集水柱（1）的两个圆形端面分别设有活动门（9），活动门（9）上设有光传感器（10），冷凝集水柱（1）通过下部开孔连接引水管（12），冷凝集水柱（1）通过支撑架（15）连接聚光罩（2），所述聚光罩（2）的中央开孔，并通过输水管（13）连接储水器（3），所述的引水管（12）与输水管（13）连通。
2.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述的吸附结构为一个直径小于冷凝集水柱（1）内径的圆柱状吸附结构，该圆柱状吸附结构由四个吸附床（6）通过金属丝与一圆轴连接组成，所述的四个吸附床（6）沿圆轴径向分布，相邻吸附床（6）之间留有空隙，所述吸附结构通过设置在冷凝罩（4）上部的挂钩与冷凝罩（4）连接，悬挂于冷凝集水柱（1）的内部，所述的吸附床（6）中填充装有吸附剂的金属网球，吸附剂选用氯化镁改性硅胶。
3.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述冷凝罩（4）的内壁为疏水材料聚四氟乙烯膜，其间设有多个亲水凸起（14），所述亲水凸起（14）为丙烯酸-硅材料制成。
4.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述集水槽（5）通过衔接在集水槽（5）末端的引水软管（11）与引水管（12）连接。
5.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述冷凝罩（4）的上表面设有太阳能电池板（7）。
6.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述的聚光罩（2）为水平放置的旋转抛物面聚光镜，其中央开孔连接输水管（13），输水管（13）直径大于连通的引水管（12）的直径，以便于在下雨天能将雨水汇入储水器（3）。
7.如权利要求1所述的一种空气冷凝水收集器，其特征在于：所述的透光罩（8）为石英玻璃制成。
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