CN105590522A - 利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备 - Google Patents

Abstract

利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备涉及在没有常规能源消耗的情况下一系列具有“水向上流”功能的设备，主要解决能量循环过程中熵增不可逆的状况即实现负熵，增加水的势能，实现能量循环。设备包括浸水体（1）、管道外壳支撑体（2）、管道内毛细管道（3）、管道出水体（4），其中管道内毛细管道（3）的所用材料为易与H2O形成氢键的亲水材料聚丙烯醇树酯，管道出水体（4）位于系统中上部或上部。这种设备能够实现“水向上流”的功能，在没有常规能源消耗的情况下增加水的势能，实现自然界的一种有益能量循环，即在热力学熵增方向的基础上实现负熵，最终减少地球自然灾害频发。

Description

利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备

技术领域：

涉及一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备。

背景技术：

在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，谚语“水向低处流”就是这种自然现象的真实写照。但是，在自然界还存在一种“水向高处流”的反常现象，比如：1）滴水莲在潮湿的环境中叶片会滴落水滴，这些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”运输经茎部导管至叶片，其中又有部分叶片向下垂落，水分子在垂落的叶片下端聚集成水滴，水滴受重力影响最终向下滴落，这就形成了水分由土壤先向高处叶片“流”而后又向下滴落的现象。2）滴水观音的滴水现象同滴水莲无异。3）树木，自然界所有植物的叶片都存在蒸发现象，直径20mm的植株最大蒸发量每秒钟可以超过0.05毫升，一天的蒸发量可达4.3千克，而蒸发的水分是由根部吸收，茎部疏导，叶片蒸发的，因此植物的蒸腾作用也是“水向上流”的一种现象。针对这种现象，人们会解释说：植物的导管和筛管实现由根部至叶片的运输是由“毛细作用”造成的，在植物体内存在众多的“毛细管”，这种毛细管有疏导水分和养分的作用。4）人或动物的毛细血管。人们认为在人体动脉或静脉血管内，血液运输的动力来自心脏的搏动，心脏的收缩与扩张给血液流淌提供了动力，但是在人或动物的组织内，毛细血管的血液流淌方向是左右上下各个方向的，人或动物体内微循环的动力来自毛细血管壁的结构，即通常所说通过血液的渗透作用到达身体各部分组织器官的，人们还是把这种现象称作毛细血管的“毛细作用”。5）泉水。一般认为泉水是地下水，是有地下的温水向地上山体岩石渗透后而又集中，经过山体的狭缝流淌而出的，与植物的滴水现象区别是：植物的毛细作用仅仅能实现“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分钟几个立方水流量常有记载。6）浸水石头。在盆栽艺术中，常见一种浸水的石头，石头上终年湿漉漉的，石头上放置上泥巴，栽培上植物，石头放入水中，只要石头下边有水，浸水石头就不缺水，总结“浸水石”这种现象，也可以归结为“水向上流”的一种现象。

如果说植物体内“水向上流”是由于“毛细作用”造成的，那么是否可以理解浸水石头内部也有某些管状组织结构呢？进而联想到：是否所有的符合毛细作用要求的任何材料都具备“水向上流”的功能呢？如果你认为仅仅通过“毛细作用”可以实现“水向上流”的功能进而去进行试验的话，其结果或许成功也或许失败，因为“毛细作用”仅仅是“水向上流”伴随的一种现象，并不能把这种伴随的“现象”当做本质来解释“水向上流”的原理，或者来揭示“水向上流”的规律。先前人们用“毛细作用”解释这种“水向上流”的现象，这种解释在理论上不能自圆其说，或者说是一种有缺陷的理论。因为我们并不能认为管道足够细就一定具备“毛细作用”。相反，如果假定管道足够粗，其结果就一定没有“水向上流”的现象存在吗？其实真实的答案令人吃惊：答案是“不是的”三个字。原来“水向上流”实质功能并不是由管道的粗细决定的，而是管道与水存在一个接触面，是有接触面的大小和接触面的形状共同决定的。管道与水的接触面积和管道的形状决定水流的大小，管道的走向决定水流的方向。

在常规认识上，我们存在一个认识误区：就是我们有时只看到了水流因重力作用存在“水向下流”的现象，并没有看到“水向上流”，为什么呢？因为沿着管壁向上走的水分子与向下走的水分子相比较，在较粗的管道内是微不足道的，同时因为水分的蒸发作用，在较粗的管道内向上的水分很快蒸发掉了，根本或者难以看到“水向上走”，因此在较粗的管道内“水向上流”的现象几乎是看不到的。但是在植物体内，导管非常细，接近毛发的细度，并且树皮隔开了导管与外部空气的联系，水分不能蒸发，在树皮内这种几乎封闭的系统里，水由根部渗透，通过茎部众多毛细管道，直达叶片，由叶片蒸发，从而最终形成“水向上流”的功能。具体一点讲，形成“水向上流”的原因是：植物体内众多的毛细管道（导管）与水分子有较大的接触面积，再加上植物体内下部水分大，上部水分少，由于水分子的“渗透”作用，实现“水向上流”的功能。而渗透作用可以用渗透压来解释。渗透压可以用力学来解释，这种现象用力学来解释就是：由于植物体内部水分子在毛细管内受重力和毛细管壁分子吸引力的双重作用，为达到分子水平的力学平衡，在分子力的作用下，水分便由植物体的“下部”流向植物的“上部”，实现“水向上流”的功能。

那么，我们是否模仿植物的这种结构制造一种设备实现“水向上流”的功能呢？或者模仿山泉把地下水在没有常规能源动力消耗的情况下把地下水抽到地表面呢？有句话是：一切皆有可能。但是科学需要严禁。我们必须搞清楚“水向上流”的本质原因才能通过某些手段实现“水向上流”的功能。

前面说过，“水向上流”的本质原因不仅仅是因为管道粗和细，还有个原因就是水分与管道的接触面积，准确说是单位质量的水分与管道的接触面积的比值大小。那么是不是任何物质只要与水的接触面积大就可能实现“水向上流”的功能呢？当然不是。在自然界，有些物质是亲水的，有些则是疏水或者是憎水的，对于憎水和疏水物质的存在，人们很容易想到利用某些特定的物质比如亲水的材料做成毛细管道来实现所谓的“毛细作用”，而疏水和憎水的物质则不能实现“毛细作用”，因此可以用类似亲水物质，比如用聚乙烯醇来制造纤维或毛细管道来实现“水向上流”的“功能”。

利用亲水物质作为毛细管道的材料实现“水向上流”的功能虽然新颖无比，但是可以认为“容易想到”，所以，在我国的法律界，如果通过人工方法制造“水向上流”的器件可以认为是种发明，也可以认为容易想到而否定这种小发明的“创造性”，是不是真的具有“创造性”就要看审查员对这种发明创造所产生意义的理解，或者具有“创造性”或者不具备创造性，怎么判断就要看审查员对这种设备的社会作用或者说这种设备产生社会效果以及产生的意义进行“倾向性”的判定。

那么，实现“水向上流”的功能对人类究竟有哪些好处，或者说“水向上流”究竟有什么现实意义呢？

首先来看这种现象1）：在夏天比较炎热的季节，我们走进森林，瞬间有种凉爽的感觉，为什么呢？很多人会说森林有调节气候的作用，降低了大气温度。那么继续追问一句，森林为什么具有调节气候的作用？森林调节气候的机理是什么呢？

再来看另一种现象2）：在春夏秋季节，我们用手摸一下植物的茎，比如秸秆、常青藤、丝瓜藤、吊瓜秧，会有一种冰凉或者嗖嗖嗖凉的刺手的感觉，敏感的老年人甚至经受不住这种凉爽的刺激。这种现象说明什么呢？

以上两种自然现象说明植物的根茎叶都是吸收热量的。正是因为根茎叶吸收热量，大批量的植物（或森林）才具有调节气候的作用。

那么植物的根茎叶为什么会吸收热量呢？要理解这个问题，问题好像复杂了很多，为此，我们先来谈一下热力学第一定律，即能量守恒定律。

能量守恒定律的基本意义是：能量既不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种状态转移动到另一种状态，从一种物体转移到另一种物体。既然能量不能消失只能转移，那么也可以说，能量在自然界是无限循环的。“水向高处流”实现了水的势能增加（水在高处积累或者蒸发都可以造成水的势能增加）也必然是能量循环的结果，那么“水向高处流”增加的势能是从哪里来的呢？或者说“能量”究竟是哪里循环而来的呢？上边已经分析过了，植物从环境吸收热量调节了气候，植物从环境吸收热量在调节气候的同时又实现了水的势能增加，势能增加可以增加能量储存，并且这种能量储存是有益的能量储存，这种导致水分势能增加的能量循环看上去是一种非常有意义的循环。

具体分析开来：植物从环境吸收了热量，这热量是从哪里来呢？在热力学上这部分热量也叫内能的一部分，热量实际也是能量，热量来源实际也是能量来源，热量是能量的一个分类项，因此下边叙述经常把热量称为能量。热量来源或者说能量来源之一是太阳辐射使植物叶片蒸发、植物叶片部分与枝干相比较较为干燥，因此通过水分由枝干向叶片的渗透作用实现“水向上流”，使水分子由土壤流向叶片，大量的水分子由于高度增加导致水的势能增加，同时液态水分子蒸发克服水分子之间的作用力，距离增大，变成气态水分子，液态水分子变成气态水分子使水的势能增加，因此可以说水分子的势能来源之一是太阳辐射；热量来源或者说能量来源之二是植物根和茎内的导管组织结构分子与水分子相互作用，导致分子偏向性运动（向上，或向下，有方向性，与无规则热运动相反）从而吸收空气中气体分子的辐射热量或其他物体的辐射热量以及吸收空气中气体分子的热传导热量，这部分热量导致植物茎部水分子的势能增加。

热量或能量循环本是自然的，是很正常的事情，但是在自然界中，能量的循环又是诡秘的，人们至今都不能完美无缺的定义什么是“能量”，在全世界各国百科全书中，人们对于能量或者对于能量的来源（能源）的定义是有差别的，人们对于能量定义以及能量循环的定义和认识还不是很全面的，因此说目前“能量循环”仍然存在某种诡秘性。正是由于能量循环存在某种诡秘性，人们至今都不能完全揭秘能量所蓄含的所有意义并被完美无缺的正确运用，因而会产生“能源危机”这个名词，也会产生地球气候变化以及伴随的各种自然灾害的频繁发生，这究竟又是为什么呢？

这是因为，在宇宙间能量是守恒的，也是循环的，但是自发的能量循环却是单向的，即所谓热力学所解释的“熵增”方向。要理解能量循环的具体内容就必须理解热力学的基本原理，包括热力学提出的“熵”的概念和“熵增”方向。什么叫做单向或者是“熵增”方向？要理解这个“熵增”方向还得要看热力学第二和第三定律，因为能量守恒定律没有表示热传递的方向或者说能量的变化方向，但是热力学第二定律和第三定律则明确表示了这种传递方向或者叫做能量循环的方向。比如：热力学第二定律明确指出热量只能自发的由温度较高的物体传给温度较低的物体，而不能自发的由温度较低的物体传递给温度较高的物体，除非外力给系统做功而改变这种传递方向。不做功则不可能改变这种传递方向。结合本文上边说的“水”的势能增加，也就是说不做功就不可能导致水的势能增加。而本文说的水向上流就是使水的势能增加，这根本违背了热力学中不做功而使势能增加的状况。这种现象难道真的与人们通常描述的热力学第二定律矛盾吗？要深刻理解这个问题，必须要深刻理解这个历史概念：熵。

什么是熵，怎样理解“熵”，理解熵这个概念可以分为“定性”的理解和定量的“理解”两种方式方法。

定性理解可以这么理解：有本书叫《博弈圣经》，这本书中解释说：“熵”就是混沌，就是无序，就是指物质在微观热运动状态时，一种混乱程度的标志。在微观世界里，“熵”是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，如果系统越无序、越混乱，熵值就越大。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化；②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功（即无法制造第二类永动机）；③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。

热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序。我们这个宇宙是熵增的宇宙。热力学第二定律体现的就是这个特征。从历史上看：“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。综上所述，物理学中“熵”实际上是指热量与做功之间的关系的一种客观量度，标志热量转化为功的程度。混沌度越大无序程度越大则热转化成功的程度越小。

定量理解熵的方法就是：熵就是用热量除温度所得的商。通常用符号S表示。在经典热力学中，可用增量定义熵为dS＝(dQ/T)，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵dS1=dQ/T1，低温物体的熵dS2=dQ/T2，把两个物体合起来在一个系统里看，熵的变化是dS＝dS2－dS1＞0，即熵是增加的。举例说：以二氧化碳气体为例：当1克二氧化碳气体的温度为T1=1000°时，向周围温度T2=300°的空气排放热量为700焦耳，则dS1=dQ/T1=700/1000=0.7,dS2=dQ/T2=700/300=2.333,熵的变化是dS＝dS2－dS1=2.333-0.7=1.633＞0，大于零即表示T2物体的熵值是增加的。就是说，在自然界由于温度总是由高温物体传递给低温物体，因而系统的熵在自发状态时永远是增加的，这个只能自发增加不能自发减少的热力学过程就是单方向的，这个方向就是熵增加的方向。

熵增加的方向使我们人类在消耗能源的过程中，产生的热量不断被排到外界自然环境中，比如在热发电中几乎大于60%的热量变不成电能而不得不热电联产或直接排到外界自然环境中，再比如机动车辆，内燃机的做功效率仅仅大于40%，几乎超过50%的热量无端排放排放到大气环境中，并且内燃机做功的能量最终也变成热量，巨大的热量排放到大气环境中增加了大气的温度。可是，有人说，人类消耗的能源产生的热量相对太阳给予地球的辐射热能来说是渺小的，不足以引起地球的热量变化，这种说法看似有一定的道理，但片面的道理最终总是被证明是错误的。为什么这么说呢？太阳辐射的热量是地球热量的主要来源不假，但是人类消耗能源释放热量的时候往往是在地球的局部而不是均匀遍布在地球的每一个角落，比如城市，人口高度密集，机动车高度密集，生产高度密集导致生产设备高度密集，一个人的功率就是60-100瓦，最大几百瓦，一个汽车的功率是人功率的100-1000倍，生产设备、厂房都是高度耗能的，这样在城市密集区域人类消耗能源所释放的热量已经达到太阳向地面辐射热量的30%，有的局部区域会超过太阳辐射的热量，而太阳对地球的辐射总热量几乎年年如此，几乎没有减少多少，而人类消耗能源的速度还在继续增加，人们生活在岩石圈，本来气温是相对稳定的，春夏秋冬，地质岩层都适应了这种自然变化，但是人类消耗能源产生的热量（熵增加的方向）产生了热效应，热效应不仅使得大气层变暖，地壳温度上升，冰盖融化，大气污染加剧，还由于地壳温度上升，地壳某些硅酸盐材料强度降低，即地球的地壳温度上升一度则地壳地面材料的强度降低（任何材料都存在遇热后强度降低的问题，任何固体材料融化时强度几乎等于零，而地壳温度升高一度则证明约30米厚度地壳由固体变为液体），地壳强度的降低在地球岩浆的冲击下更容易引发地震。这也是近些年地震频发的原因之一。因此。在自然界，在人类居住的地球，熵增现象对能量的循环产生了巨大的负面效应，如果“熵增”现象得不到改变，则人类地球气候的恶性循环变化加剧，自然灾害频发，甚至会像史前几次冰川纪一样造成生物种群毁灭也并非没有可能。因此熵增现象从目前的环境状态分析对地球环境的影响巨大，人们实际迫切需要“熵减”而不是“熵增”，“熵减”也就是人们常说的“负熵”。在自然界，负熵也是存在的，比如植物作为生命存在就是一种有序现象，大批植物存在或“水向上流”现象是一种“负熵”，即“熵减”现象，为什么呢？因为植物不断吸水蒸发和吸水合成体内有机物的过程，就是不断使物体的势能增加，包括1）水分的高度增加导致势能增加。2）吸收周围大气中不能被人类利用的热量。3）合成有机物吸收水分。4）合成有机物吸收太阳辐射的能量或热量。5）合成的有机物作为还原剂与作为氧化剂的空气中的氧气对应，形成分子对应势能（比如氢气和氧气之间对立，可以认为二者之间存在分子对立或者说是对应势能）。植物这种功能称之为“负熵”，而“水向上流”仅仅改变了水分的储存位置，是一个物理过程，这个物理过程的结果同样熵减少，如吸水到高处的结果没有使系统传递混乱而是更加有序化，势能得到储存而可以更好的利用。因此可以说“水向上流”功能在能源循环过程中不可或缺，是利于地球生命存在或者说是维持人类生存的“正能量”。简单地说，“水向上流”的现象能把水抽到高处，能使水的势能增加，能量增加的同时，吸收了周围的低品味或者是由于“熵增”产生的热量，降低了周围环境的温度，加强了能量在地球的储存，避免了地球气候温度快速上升导致的地震、火山爆发、暴风雨雪等自然灾害的频繁发生，因此申请人认为“水向上流”的功能与自然界的植物在自然界的能量循环具有同等重要的地位，具有非凡的意义，是人类努力的方向。

既然“水向上流”的功能具有非凡的意义，那么我们再来探究“水向上流”的原理。前面说过“水向上流”是由于亲水物质造成的，那么我们现在就来探究亲水物质的原理。经过科技工作者多年的经验总结证明，亲水物质都存在一些亲水集团，比如—OH、—CHO、—COOH、—NH2。其中1）阴离子表面活性剂的亲水基（团）有羧酸基、磺酸基与磷酸基等。2）阳离子表面活性剂的亲水基（团）有氨基、季铵基等。3）非离子表面活性剂的亲水基（团）有由含氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚等。总结一下，所谓亲水集团的“活性”是有氢元素、氧元素、氮元素、磷元素、硫元素、碳元素组成，它们也是组成有机物的基本元素。而之所以亲水是由于与水形成氢键。所谓氢键就是：氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的另一种原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）。在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键，DNA的双螺旋情况下是N-H…O，N-H…N型的氢键，因为这样的氢键很多，因此这些结构是稳定的。典型的氢键中，X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键，但通常键能较低。常见氢键的平均键能数据为：F—H…:F（155kJ/mol或40kcal/mol）；O—H…:N（29kJ/mol或6.9kcal/mol）；O—H…:O（21kJ/mol或5.0kcal/mol）；N—H…:N（13kJ/mol或3.1kcal/mol）；N—H…:O（8kJ/mol或1.9kcal/mol）；HO—H…:OH3（18kJ/mol或4.3kcal/mol）。我们已知水分子之间是氢键，如果要实现“水向上走”，就要保证材料与水分子之间形成氢键，且氢键的键能接近或大于等于水分子之间的键能。在微观世界，虽然水分子的不规则的运动同样受到牛顿力学的影响，水分子在氢键的作用下产生微运动，从这个道理上讲材料的氢键键能应该大于水分子之间键能，但是考虑到分子结构，分子与分子之间形成的不一定是单一的氢键，而有可能是两键甚至可能有三键或多健，因此不能说构成“水向上走”的材料与水形成氢键时，其键能一定大于水分子之间的键能。比如前边提到的聚乙烯醇，俗称PVA分子式是【C2H4O】n,具有较强的吸水性，摄氏80-90度时溶解于水，其吸水的元素可以认为是氧元素和氢元素，其中的氧原子与H2O中的H相互作用，其中的氢原子和H2O中的氧原子作用，双双形成多个氢键。在运用上，可以利用其水溶性成膜附着在其他载体上，也可以制作颗粒或抽丝成纤维然后把纤维置入管道中抽水运用。纤维素分子式是﹝C6H10O5﹞n,其氧元素和氢元素含量同样较高，易与水分子形成氢键，因此纤维素也是吸收水分的良好材料。其衍生物如醋酸纤维可以防细菌侵蚀，可以长期使用。

以上可以看出：“水向上流”的现象是由于亲水材料物质是与水形成氢键造成的。形成氢键的物质多是有机物。有机物在实际运用中需要处理，以防细菌侵蚀。无机物就不存在被细菌侵蚀这种状况。那么除了有机物之外，无机物是否也具备与水作用，最后形成“水向上流”的效果呢？在自然界，有很多无机物是亲水的，其亲水能力甚至超过以上所述的有机物，比如众多的干燥剂，但是这些物质在常温环境下却不能实现“水向上流”的功能，为什么呢？以下为常用的干燥剂：硫酸钙（CaSO4），氧化钡（BaO），五氧化二磷（P2O5），熔融过额氯化钙(CaCl2)，高氯酸镁Mg(ClO4)2，氢氧化钾(熔融过)KOH，氧化铝Al2O3，浓硫酸H2SO4，硅胶SiO2，氢氧化钠(熔融过)NaOH，氧化钙CaO，活性无水硫酸铜CuSO4，硫酸镁MgSO4，硫酸钠Na2SO4，碳酸钾K2CO3等等。

从以上干燥剂的可以看出，干燥剂的特点是含有氧元素、磷元素、硫元素、氯元素，这些恰好是能够与水形成氢键的元素，因此对水有较强的吸引力，特别是同时含有上述两种亲水元素以上的，比如硫酸根离子同时含有氧元素和硫元素两种元素，两种元素都是亲水的，所以硫酸根离子具有较强的吸水性，因而不含水的浓硫酸具有更强的吸水性甚至脱水性，相对应的硫酸盐也具有较强的结合水的能力。其他如磷酸盐、高铝酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硝酸盐等同样具有较强的吸水能力，相似相近，H2O的结构含有氧和氢，其他化合物中氧元素接触水中的氢元素，形成氢键，其他化合物中金属元素、氢元素、以及半导体元素等吸附水中的氧元素，形成的也是氢键或者类似氢键，其作用力较大，键能较强，因而具有强烈的吸水性功能。

那么以上干燥剂是否能当做“水向上流”的组成材料来使用呢？举个例子说，硫酸铜晶体在超过45°C的情况下才能失去两个结晶水，在110°C失去4分子结晶水，就是说干燥的硫酸铜晶体与水的结合能力非常大，在常温下与水亲和了几乎不能分开，除非加热至一定温度或震动到一定程度。因此，在常温下，已经与水结合饱和的硫酸铜晶体不再具有较强吸收水的能力，而仅仅具有非常一般的水合能力，所以，在常温下使用已经结合水的干燥剂已经不具备吸水优势，在“水向上流”的结构下使用“干燥剂”物质作为材料已经不是很适合。

但是，在地热资源中，比如水深2500米以下，水温达到了80-110°C时，作为有机物的PVA或纤维吸水材料由于熔解破坏不能使用时，要把地热资源的水抽到地面上来，怎么办？就得用硫酸铜之类的干燥剂，这些干燥剂的特点是在较高的温度下，其吸收水和失去水的能力接近相等，也只有在较高的温度下，干燥剂才能做到吸水和失水的平衡，才能根据渗透压的大小实现“水向上流”的功能。因此对于有机材料或者无机材料的选择除了要考虑其亲水能力之外还要考虑对于温度的适应性。不同的材料对应不同的使用温度。硫酸铜等干燥剂的使用环境温度要接近他们干燥再生温度。

目前地热资源的利用主要利用温泉和和地下热蒸气，让地下热力资源抽到地面或者更高处需要动力资源，而使用干燥剂作为吸水材料，可以使地下热水源源不断的抽到地面来，可以形成没有功耗的“人造温泉”。

发明内容：

总结上述能源利用过程中存在熵增现象给自然界造成的不利影响，人类迫切需要熵减或者负熵的能量循环过程来实现能量的获得，因此需要制造“水向上流”的一系列设备，从而实现在地球上或宇宙间，实现“能量循环”。

具有“水向上流”功能的设备，其特征是：有浸水体（1）、管道外壳支撑体（2）、管道内毛细管道（3）、管道出水体（4）组成，其中所述浸水体（1）是指固定、浸润在水中吸收水分的设备；所述管道外壳支撑体（2）连接浸水体（1）和管道出水体（4），管道外壳支撑体（2）加以封闭以防止水分在空气中蒸发，管道外壳支撑体（2）具有一定机械强度对自身和管道内毛细管道(3)具有支撑作用；所述“管道内毛细管道”（3）是具有支撑结构的亲水材料构成，所述亲水材料是指直径小于200微米的亲水材料颗粒堆积而成，颗粒与颗粒之间相互支撑；或由亲水的纵向结构的成型材料构成，所述亲水的纵向结构的成型材料是指具有亲水特征的、长度或高度远远大于宽度或厚度或直径的具有固定外形的成型材料，包括：管状套管状的纵向同心圆管道结构、片状紧贴片状的纵向长方体结构、柱状紧挨着柱状的柱状集合体结构、线条或纤维纵向排列的束状结构；所述亲水材料是指易与H2O形成氢键的亲水材料石英玻璃；所述管道出水体（4）具备出水口（5），管道出水体位于管道外壳支撑体(2)的中上部或上部且位于顶部水平线(6)的下方。

所述所述浸水体（1）外围具有围网结构，所述围网结构是一层或多层围网组成过滤网结构，所述多层围网的结构是外围孔径大，向里外围孔径逐步减小至半透膜。

所述亲水材料的支撑结构为管状结构，管体与管体纵向环套，形成管套管集成结构。

所述亲水材料的支撑结构为柱状结构，柱体与柱体纵向排列形成纵向柱状集成结构。

所述亲水材料的支撑结构为平板状结构，平板体与平板体纵向排列形成纵向平板状集成结构。

所述亲水材料的支撑结构为瓦型板状结构，瓦型板体与瓦型板体纵向排列形成纵向瓦型板状集成结构。

所述亲水材料的支撑结构为纤维材料结构，纤维与纤维纵向排列形成纵向纤维集成束状结构。

所述亲水材料的支撑结构为纤维材料和管状体或柱体组成的混合支撑结构，纤维与管状体或柱体纵向排列形成纵向组合纤维加强结构。

所述亲水材料的支撑结构为颗粒结构，颗粒与颗粒堆积相互支撑，颗粒间形成任意方向集成结构。

所述亲水材料的支撑结构为颗粒和管状结构组合，颗粒堆积在纵向管状体内，颗粒和管体共同形成纵向集成结构。

以上设备可以把水由低处抽往高处，实现“水向上流”的功能；利用此种设备可以实现部分能量在地球内部的循环，在理论上其结果是在自然界增加负熵，实现能量的可逆循环，是热力学第二定律熵增方向的反方向，能量正反方向传递才能实现真正的能量循环；在现实生活中实际好处是能够吸收大气的热量，减少或去除温室效应；能够降低大气温度、减小分子热运动，给粉尘减速，从而净化空气、调节气候，并能减少暴雨、暴雪、火山爆发、雾霾、地震等自然灾害的频繁发生。

具体总结还有如下实际功能：

1）吸水到高处，增加水的势能，使能量储存。

2）产生负熵，促使自然界的能量无限循环,调节气候。

3）吸水，吸收一定浓度的无机盐离子，具有咸水淡化或者海水淡化的功能。

4）层层稀释重金属离子具有净化水质的功能。

5）形成进气窗口，过滤空气有净化空气的作用。

6）形成自然景观。

7）调节室内温度和湿度以及具有调节气候的作用。

8）吸收地下水的功能。

9）实现人造无功耗喷泉。

10）实现地下热水的运用。

附图说明：

图1为“水向上流”设备的结构简图，其中1为浸水体，2为管道外壳体，3为管道内毛细管道，4为管道出水体，5为出水口，6为顶部水平线。图2和图3同为“水向上流”设备的结构简图。图4为管套管式结构的横切面示意图，其中2为管道外壳体，3为管道内毛细管道，7为管与管之间的间隙。图5为纵向多边形柱体或圆柱体集成示意图，其中8为单个柱体。图6为为纵向多边形柱体或圆柱体集成系统的横切面，8为单个柱体。图7为纵向平板集成示意图，其中9为单个平板，10为多个平板的集成示意图。图8为瓦片状单个板。

具体实施方式：

以附图1、附图2、附图3为例进行具体操作步骤的说明：

图2和图3与图1的区别仅仅是结构上的部件的形状差别，比如管道出水体（4）的位置和形状，其基本结构与图1表示的结构没有区别，因此以下仅仅以图1结构来说明。

图1为“水向上流”设备的结构简图，其中1为浸水体，2为管道外壳体，3为管道内毛细管道，4为管道出水体，5为出水口，6为顶部水平线。浸水体（1）顾名思义，就是浸泡在水里的部分，包括管道外壳体（2）浸泡在水里的部分以及管道内毛细管道（3）浸泡在水里的部分；如果水体在水库或者河流或者海洋时，浸水体需要围网结构以初步净化水质，以防堵塞具有吸水功能的管道内毛细管道（3），影响吸水效果。围网结构比较适合多级多层围网，比如最外层为40目大小的金属围网或者具有支撑作用的筛绢，最外层为1级，从外数第二层为2级，第二级为400目，第三级可以为1000目，第四级就可以为吸水材料。在现实中可以分为2级，也可3级，也可4级，也可更多。浸水体除了围网结构以外，也可以具有支撑结构，比如在河流中为了避免其滚动或震动，完全可以将浸水体固定。固定浸水体自然需要力学支撑结构。如果是制作水向上流的喷泉或者自然景观，浸水体更需要钢筋水泥等力学材料固定，并对管道外壳体（2）进行支撑。

管道外壳体（2）更需要自身支撑或者支撑内部毛细管道(3),因此管道外壳体一定是具有一定强度的固体材料，比如金属、塑料、玻璃钢等常用的材料，也可以使用具有与水亲和力的材料，比如石英玻璃或者普通玻璃体，使用玻璃体的好处是透明，透明的玻璃可以用在窗体、阳台等取光处，也就是可以制作水向上流的玻璃，玻璃一个好处是透光，这是最起码的。水向上流可以吸尘净化空气，熔解氧气和有机物颗粒，过滤空气，在阳光照射下可以分解有机物，类似光触媒的作用，形成空气净化窗体。

管道外壳体（2）是水向上流系统的支架系统，是水向上流的骨架，在图1中将管道外壳体(2)分为4部分：下部、中下部、中上部、上部，每部分各占骨架的25%。之所以分成4部分，在于描述管道出水体（4）在管道外壳体（2）上的位置的需要。按照常规分类可以分为上中下三部分，中间一部分可以大一些。当然也可以分为上、中、下、中上、中下五部分，但是在这里分为“上、中上、中下、下”四部分已经满足描述的需要。中间部分占50%且中上部分和中下部分各占25%，上部和下部也分别占有骨架体系的25%，这样，管道出水体（4）位于中上部或上部都符合常规，也就是，为了实现水能够从高处流出来，并不是说水从骨架系统的最高处流出来，而是必须低于系统的最高位置，这个最高位置已经标注为顶部水平线（6），事实上，类似植物或者自然界的喷泉，水流的地方一定不是最高处，比如滴水莲的滴水现象是通过垂下的叶片滴落的，山泉的泉眼也一定是在半山腰或者半山腰接近地面的位置，由于受重力影响，水从最高处是流不出来的，因此管道出水体的位置就不是随便安置，而是必须安置在顶部水平线（6）以下，一般位于上部，也可位于中上部，但是有些人别出心裁会安装在中下部或下部，也能流出水，但事实是放在中下部看上去像是虹吸现象，失去“水向上流”的根本目的和意义，同时，管道出水体（4）放在中下或下部时，水途径中上部再途径上部后再下行由管道出水体流出几乎是不可能的，除非管道外壳体（2）做的很大很大，内部毛细管道（3）充满其内，吸水量相比出水量差别巨大，比如吸水能力为单位时间100KG，而出水只有1KG，这样大的比例对体系来说是不经济的，会造成资源的极大浪费，正常情况下吸水量和出水量是平衡接近相等的，因此要求管道出水体（4）位于上部或中上部。同时还要看到，管道出水体（4）可以很大，也可以很小，当管道出水体的长度接近或等于大于管道外壳体的一半时，这种情况下管道出水体会位于上部、中上、中下三个区域，有些艺术构造不考虑经济的前提下可以如此设计，但是管道出水体（4）与管道外壳体（2）的接口位置（说明书图上没有标注）应该位于中上或上部，同时，管道出水体的出水口（5）一定位于顶部水平线（6）以下，至于在顶部水平线（6）一下究竟位于什么具体确定的位置，要根据水流量的要求、环境条件和经济状况灵活来确定。

一般来说，水流量与管道内毛细管道（3）与水的接触面积和材料的性能共同决定，水与组成毛细管道的材料接触面积越大，原理上水的运输力越大，材料的吸水力越强，运输能力越大，这个“运输力”也指水的渗透能力，渗透力越大，水的运输能力越强，而本专利申请申请的是具有“水向上流”功能的设备，这就除了考虑水的渗透力以外，还要考虑水流的方向不是左右前后而是向上的，还要考虑管道内毛细管道（3）的吸水速度和在一定温度压力条件下的脱水能力，只有很快的吸水并不断的脱水，才能实现水的快速运输。各种材料的吸水能力和脱水条件是不同的，比如说，无水硫酸铜具有很强的吸水能力，一个硫酸铜分子可以吸收5分子结晶水，但是带有结晶水的硫酸铜在常温下常压下不能脱水，只有在设施45°C以上才能脱水，因此在常温常压下，用硫酸铜作为吸水或脱水的材料是不适合的。但是，硫酸铜在特殊条件下是可以用的，比如在地热资源的开发过程中，比如在大于70°C的温泉中，如果用聚乙烯醇就不合适，因为聚乙烯醇在超过80°C时就变为液体，液体具有流动性，管道内毛细管道如果用聚乙烯醇作为材料的吸水剂，在低于65°C的环境下是安全的，就是说聚乙烯醇只能用在低于65°C的环境条件下。聚乙烯醇在低温或者常温下是可用的，但如果用作地下人造温泉，在地下管道内作为吸水剂的话，就看地下水的温度了，如果地下水温度超过了65°C，比如是80°-110°C,则可以选用硫酸铜作为吸水剂，就是说，所有的固体干燥剂都是吸水剂，但要用在特定的温度下，便于在常压下脱水，在一定重力或其他压力下脱水，才能实现“水向上流”的功能。同时，还要看到，由于水流受到重力作用，水向上流并不是无限的，水流的高度是受材料吸水能力和重力影响的，在植物中，由于植物叶片的蒸腾作用，叶片较为干燥，吸水能力强，才可以不断从枝干吸取水分；滴水莲也是叶片耷拉向下，水受到重力作用才不断滴水的，因此水向上走是有条件的，这个条件就是吸水材料自身要具有支撑自身和所承载水分的能力，就是吸水材料一定具有一定的强度，比如说浓硫酸具有很强的吸水能力，但其本身是液体，液体不具备固体的支撑作用，且液体具有流动性，流动的液体不可能作为支撑自身和支撑水分的作用，因此液体不可能用作吸水材料，尽管其可能有很强的吸水能力。所谓的承载能力就是吸水材料本身在工作区间（比如聚乙烯醇在65°下）是固体，具有一定强度，这个强度能够支撑自身和所承载水分，在这个强度指标下与水有较大的接触面积。吸水材料非常庞大，但不是任何一种吸水材料都可以没有选择的使用。吸水材料可以选择的有：1）非离子系，如羟基类、酰胺基类等；2）多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等)的三维网状结构所组成。但是很多吸水材料吸水后膨胀，给管道造成压力，因此也并不是说吸水能力越强就越适合做水向上流的亲水材料使用。“水向上流”设备的亲水材料须有以下技术指标：1）吸水即亲水能力。2）吸水和脱水符合环境的温度和压力条件。3）吸水材料要具备一定的强度。4）吸水材料与水有较大的接触面积。5）材料组成的“水向上流”的管径要向上。6）出水口管径要向下。

管道内毛细管道（3）是“水向上流”体系的重要部分，其结构可以简单灵活，也可以复杂多变，比如说对于管道内毛细管道（3）的粒径要求，所谓毛细管道，就是非常细，毛发的粗细约0.1毫米，植物的毛细管道几乎也都在0.2毫米即200个微米以下，那么是不是我们一定要求毛细管道的粒径小于200微米呢？要搞清这个问题，先来看一下水滴，如果你观察一滴水的滴落，就非常有意思，当水管的水滴落时，水滴逐渐增大，水滴增大到一定程度（直径约大于3毫米）才可以受重力作用或周围的震动作用而滴落，这说明水分子与水分子之间有很强的相互作用力，这个作用力就是水分子之间形成的氢键，也就是，水分子与水分子是相互吸引的，其吸引力在液体中几乎是最大的，这可以从水的气化潜热很大现象看出。水的渗透作用实际上就是分子之间的相互作用造成的。所谓的渗透力也是水分子和溶质分子间的相互作用，在宏观上就体现为所谓的渗透力或者渗透现象，因此，研究水向上流的功能还要考虑水分子本身的这种相互作用力，也就是我们的目的就是为了实现水的流动，水分子之间的这种作用力正好符合我们实现“水向上流”的这个目的。虽然植物毛细管道粒径小于200微米，但是在我们管道要求中，根据材料的吸水能力和支撑能力的不同，在管道粒径大于200微米小于1000微米的状况下，未尝不能实现“水向上流”的功能。粒径究竟要多少才合适，除了考虑环境温度压力条件、水向上流的高度、季节变化，还要做一下实际的试验数据。在本申请中，并不能给出具体的粒径范围限制。但是能够确定管道粒径小于200微米的适合温度的亲水材料必然具有较强的水渗透能力，能够实现水向上流的功能。同时还要看到，在实际生产中，由于误差作用，即使是看似较光滑的平面其表面凸起也在20微米上下，因此可以制作具有误差片状体或柱体结构，图7的平板结构和图6的柱体结构中只要确定平板或柱体的支撑厚度就可以了，就是说，当图7的平板尽可能足够薄，薄到足够支撑自身时，尽管板子几乎紧贴板子排列即可，板子与板子之间的管道由于加工误差可以自然形成。但是，为了确保系统设计的完美，还应在板子上面制作细微凹形槽，确保“毛细管道”的顺畅，并能提高输送水的速度，即单位时间内的输水量。同理，图6柱体结构也同样在柱体表面制作纵向凹形槽，以确保有足够的输水量。依此类推，无论是平板状、柱体状、还是图8的瓦片状，还是其他结构，都具有凹形槽，自然，凹形槽深度几十个微米或几百个微米。

另外亲水材料的支撑结构还有如下结构：1）管状结构，管体与管体纵向环套，形成管套管集成结构，管子上可以具有凹形槽。2）柱状结构，柱体与柱体纵向排列形成纵向柱状集成结构。3）平板状结构，平板体与平板体纵向排列形成纵向平板状集成结构。4）瓦型板状结构，瓦型板体与瓦型板体纵向排列形成纵向瓦型板状集成结构。5）纤维材料结构，纤维与纤维纵向排列形成纵向纤维集成结构。6）纤维材料和管状体或柱体组成的混合支撑结构，纤维与管状体或柱体纵向排列形成纵向组合纤维加强结构。7）颗粒结构，颗粒与颗粒堆积相互支撑，颗粒间形成任意方向集成结构。8）颗粒和管状结构组合，颗粒堆积在纵向管状体内，颗粒和管体共同形成纵向集成结构。

其他附图说明：图4为管套管式结构的横切面示意图，其中2为管道外壳体，3为管道内毛细管道，7为管与管之间的间隙。图5为纵向多边形柱体或圆柱体集成示意图，其中8为单个柱体。图6为为纵向多边形柱体或圆柱体集成系统的横切面，8为单个柱体。图7为纵向平板集成示意图，其中9为单个平板，10为多个平板的集成示意图。图8为瓦片状单个板，单个板体同样可以罗列组成纵向管道内毛细管道（3）。

多层次管道：由于板体或柱体的长度在一般情况下不会与管道外壳体（2）的长度相等，因此在制作柱形或板型材料时会形成多层次管道，层与层之间如果衔接不好会影响水的输送能力，因此板型或柱形材料的两端需要一定的连接方式，这些板型或柱形材料的上下连接方式可以为：楔形接口、斧型接口、圆锥形接口、螺旋形接口。

在较高的疏水管道中，如果设定的管道不具备向上足够的疏水高度，也可以设定阶梯型多层次管道，意思就是第一层水向上流的设备把水数送到一定高度，再有2级疏水管道向高处输送，以此类推，形成多层次疏水管道。

Claims (10)

1.一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：有浸水体（1）、管道外壳支撑体（2）、管道内毛细管道（3）、管道出水体（4）组成，其中所述浸水体（1）是指固定、浸润在水中吸收水分的设备；所述管道外壳支撑体（2）连接浸水体（1）和管道出水体（4），管道外壳支撑体（2）加以封闭以防止水分在空气中蒸发，管道外壳支撑体（2）具有一定机械强度对自身和管道内毛细管道(3)具有支撑作用；所述“管道内毛细管道”（3）是具有支撑结构的亲水材料构成，所述亲水材料是指直径小于200微米的亲水材料颗粒堆积而成，颗粒与颗粒之间相互支撑；或由亲水的纵向结构的成型材料构成，所述亲水的纵向结构的成型材料是指具有亲水特征的、长度或高度远远大于宽度或厚度或直径的具有固定外形的成型材料，包括：管状套管状的纵向同心圆管道结构、片状紧贴片状的纵向长方体结构、柱状紧挨着柱状的柱状集合体结构、线条或纤维纵向排列的束状结构；所述亲水材料是指易与H2O形成氢键的亲水材料石英玻璃；所述管道出水体（4）具备出水口（5），管道出水体位于管道外壳支撑体(2)的中上部或上部且位于顶部水平线(6)的下方,所述设备能把水由低处抽往高处，实现“水向上流”的功能，增加水的势能；实现部分能量在地球内部的循环；能够吸收大气的热量，减少或去除温室效应；能够降低大气温度、减小分子热运动，给粉尘减速，净化空气、调节气候，并能减少暴雨、暴雪、火山爆发、雾霾、地震等自然灾害的频繁发生。

2.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述浸水体（1）外围具有围网结构，所述围网结构是一层或多层围网组成过滤网结构，所述多层围网的结构是外围孔径大，向里外围孔径逐步减小至半透膜。

3.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为管状结构，管体与管体纵向环套，形成管套管集成结构。

4.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为柱状结构，柱体与柱体纵向排列形成纵向柱状集成结构。

5.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为平板状结构，平板体与平板体纵向排列形成纵向平板状集成结构。

6.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为瓦型板状结构，瓦型板体与瓦型板体纵向排列形成纵向瓦型板状集成结构。

7.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为纤维材料结构，纤维与纤维纵向排列形成纵向纤维集成束状结构。

8.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为纤维材料和管状体或柱体组成的混合支撑结构，纤维与管状体或柱体纵向排列形成纵向组合纤维加强结构。

9.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为颗粒结构，颗粒与颗粒堆积相互支撑，颗粒间形成任意方向集成结构。

10.根据权利要求书1所述的一种利用石英玻璃制作的具有“水向上流”功能的设备，其特征是：所述亲水材料的支撑结构为颗粒和管状结构组合，颗粒堆积在纵向管状体内，颗粒和管体共同形成纵向集成结构。