CN106968294A - 一种仿生式节能空气集水装置 - Google Patents

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佟春澎
郑隆鑫
张东欢
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陈静
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Abstract

本发明实施例公开了一种仿生式节能空气集水装置，包括仿生集水部分和冷凝取水部分；仿生集水部分模仿沙漠甲虫利用背壳集水的原理，采用亲水颗粒与疏水伞面相间的特殊结构，亲水颗粒层吸收空气中的水汽；不需要提供任何耗能设备，完全绿色环保，仅需根据亲水颗粒吸水能力对其进行更换即可。冷凝取水部分采用太阳能供电板供给抽气扇电能进行空气循环，温度高的空气进入冷凝管后，采用毛细热管自冷散热冷凝水汽；不需要进行热传递，提高了冷凝水的速率；两种集水方式同时进行，进一步提高了取效率；且本实施例的结构简单，使用便捷，适用范围广，可根据环境采用水泵等用于海岛取水、军事紧急用水、干旱区作物种植等。

Description

一种仿生式节能空气集水装置
技术领域
本发明涉及空气取水技术领域；具体涉及一种仿生式节能空气集水装置。
背景技术
“空气取水””是将空气中的气态水收集，使含水量高的空气变为含水量低的空气。即使在干燥的沙漠地区，当白天气温为35℃，相对湿度为20％时，其含水量也超过10g/cm3。相关技术中采用不透明的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进行空气集水。
但是，在空气中暴露容器壁，利用太阳能加热传递的方式，其热传递效果较差，造成集水的效率低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的实施例提供了一种集水效率较高的仿生式节能空气集水装置。
一种仿生式节能空气集水装置，包括集水漏斗部分、冷凝部分和储水部分；所述集水漏斗部分的集水通过集水输入管、倾斜引流管输送至所述储水部分中存储；所述冷凝部分的冷凝水通过所述倾斜引流管输送至所述储水部分存储；所述集水漏斗部分包括由超疏水材料制成的疏水伞面和由亲水颗粒层组成的集水伞面，所述亲水颗粒层位于所述疏水伞面上；所述冷凝部分包括太阳能供电板、抽气扇和冷凝管，所述冷凝管的表面等间距焊接毛细热管，所述太阳能供电板给所述抽气扇供电，所述抽气扇通过所述倾斜引流管、空气输出管将所述冷凝管中的空气抽出。
进一步地，所述亲水颗粒层由直径为0.4mm～0.6mm的亲水颗粒组成，相邻的所述亲水颗粒之间的间隔为0.6mm，这些亲水颗粒在所述疏水伞面上按正方形排列。
进一步地，所述毛细热管由管壳、吸液芯和端盖组成；所述毛细热管的内部为负压状态，且填充适当的散热工质；所述散热工质沸点低，容易挥发；所述管壳的内壁上设置有毛细多孔材料形成的吸液芯。
进一步地，所述疏水伞面为倒伞面状；所述集水漏斗部分还包括倒伞状的合金伞骨，所述合金伞骨支撑所述疏水伞面，所述疏水伞面的底部与所述集水输入管连接。所述合金伞骨可固定所述集水伞面，避免集水伞面上收集水分的洒落。
进一步地，所述集水输入管与所述储水部分通过所述倾斜引流管连接。
进一步地，所述冷凝管为螺旋状，顶端与所述空气输入口连接；其末端与所述倾斜引流管的一端连接。螺旋状铜铝合金的冷凝管加大了热空气冷凝的面积，有利于快速的凝结水汽。
进一步地，所述冷凝部分还包括蓄电池，所述太阳能供电板与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述抽气扇连接，为所述抽气扇提供电能；所述抽气扇与空气输出管的一端连接，热空气经从所述空气输入口中进入所述冷凝管中，在抽气扇的作用下，加大空气流通的速度，经所述倾斜引流管和所述空气输出管后快速排出至大气中，进一步促进了水汽在冷凝管内凝结的速度。
进一步地，所述集水输入管、倾斜引流管、冷凝管、空气输出管和储水部分均位于地平线以下，利用地上和地下的温差，进一步为冷凝管凝结水汽提供有利环境。
进一步地，所述倾斜引流管分为两段，第一段的倾斜引流管一端与所述集水输入管通过导水弯管连接，其另一端与第二段的倾斜引流管一端、冷凝管的末端通过三通管连接；所述第二段的倾斜引流管的另一端与所述空气输出管的另一端、储水部分的导管通过三通管连接。
进一步地，所述太阳能供电板由支架固定支撑。
与相关技术比较，本发明的实施例提供的一种仿生式节能空气集水装置，所述集水漏斗部分模仿沙漠甲虫利用背壳集水的原理，采用亲水颗粒与疏水伞面相间的特殊结构，亲水颗粒吸收空气中的水汽，并逐渐形成小水珠，当水滴直径增大至1mm～2mm时，与相邻亲水颗粒上的水珠聚合，继续增大至从所述亲水颗粒层上脱落，脱落的水珠在所述疏水伞面上由于重力滚入管道中并传输至所述储水部分；所述太阳能供电板供给抽气扇电能进行空气循环，温度高的空气进入冷凝管后，冷凝集水，冷凝管外焊接毛细热管，可以快速平衡热量，将管内较高的温度传出冷凝管，迅速冷凝水汽并将凝结的水分流出至管道中，并传输至所述储水部分；两种集水方式可同时进行，不需要通过太阳能进行热交换，集水效率高，不需要提供额外的能源，节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图。
图2是本发明实施例集水漏斗部分结构示意图。
图3是本发明实施例冷凝管结构放大示意图。
图4是本发明实施例冷凝管结构俯视图。
其中：集水漏斗部分1、冷凝部分2、空气输入口3、毛细热管4、冷凝管5、抽气扇6、倾斜引流管7、三通管8、蓄电池9、太阳能供电板10、支架11、储水部分12、导水弯管13、集水输入管14、空气输出管15、疏水伞面16、亲水颗粒层17、亲水颗粒层171、合金伞骨18、集水伞面19。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
参照附图1、2、3、4，一种仿生式节能空气集水装置，包括集水漏斗部分1、冷凝部分2和储水部分12；所述集水漏斗部分1的集水通过集水输入管14、倾斜引流管7输送至所述储水部分12中存储；所述冷凝部分2的冷凝水通过所述倾斜引流管7输送至所述储水部分12存储；所述集水漏斗部分1包括由超疏水材料制成的疏水伞面16和由亲水颗粒层17组成的集水伞面19，所述亲水颗粒层17位于所述疏水伞面16上；所述冷凝部分2包括太阳能供电板10、抽气扇6和冷凝管5，所述冷凝管5的表面等间距焊接毛细热管4，所述太阳能供电板10给所述抽气扇6供电，所述抽气扇6通过所述倾斜引流管7、空气输出管15将所述冷凝管5中的空气抽出。
优选地，所述疏水伞面16为倒伞面状，由涤纶材料均匀涂抹疏水涂料制成。
优选地，所述亲水颗粒层17由直径为0.4mm～0.6mm的亲水颗粒171组成，相邻的所述亲水颗粒171之间的间隔为0.6mm，这些亲水颗粒171规则排列镶嵌在所述疏水伞面16上；所述亲水颗粒171为半圆形玻璃珠，按正方形镶嵌在所述疏水伞面16上。所述亲水颗粒171也可采用其他材料制成。
优选地，所述毛细热管4由管壳、吸液芯和端盖组成，其蒸发端焊接在所述冷凝管5的表面，冷凝端与外界环境接触；所述毛细热管4的内部为负压状态，且填充适当的散热工质，所述散热工质沸点低，容易挥发；所述管壳的内壁上设置有毛细多孔材料形成的吸液芯。所述毛细热管4的蒸发端吸收所述冷凝管5散发的热量，毛细热管4内部的散热工质吸收热量迅速蒸发形成蒸气，蒸气流向冷凝端释放出热量重新冷凝为液态的散热工质，液态的散热工质沿吸液芯靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环往复吸收冷凝管5的热量，加快空气中水分的凝结。
所述集水漏斗部分1模仿沙漠甲虫利用背壳集水的原理，采用亲水颗粒层17与疏水伞面16相间的特殊结构，所述亲水颗粒171吸收空气中的水汽，并逐渐形成小水珠，当水滴直径增大至1mm～2mm时，与相邻的亲水颗粒171上的水珠聚合，并继续增大直至从所述亲水颗粒层17上脱落，脱落的水珠在所述疏水伞面16上由于重力滚入所述集水输入管14中，经所述倾斜引流管7输送至所述储水部分12；不需要提供任何耗能设备，完全绿色环保，仅需根据亲水颗粒171的吸水能力对其进行更换即可。
另一方面，所述太阳能供电板10供给抽气扇6电能进行空气循环，温度高的空气从空气输入口3中进入冷凝管5，所述毛细热管4利用热管散热原理，不断地吸收冷凝管5内空气中的热量并经将吸收的热量散发到大气中，降低冷凝管5内空气的温度，使空气中的水分迅速冷凝成水汽，凝结的水分流出至所述倾斜引流管7中，并输送至所述储水部分12；温度降低后的空气在所述抽气扇6的作用下抽出至大气中；所述毛细热管4采用自冷方式对所述冷凝管5内的空气进行降温，散热效果好，太阳能供电板10用于供给电能，不需要进行热传递，提高了冷凝水的速率。
上述两种集水方式同时进行，进一步提高了取水效率；且本实施例的结构简单，使用便捷，适用范围管，可根据环境采用水泵等用于海岛取水、军事紧急用水、干旱区作物种植等。
优选地，所述集水漏斗部分1还包括倒伞状的合金伞骨18，所述合金伞骨18支撑所述疏水伞面16，所述疏水伞面16的底部与所述集水输入管14连接。所述合金伞骨18可固定所述集水伞面19，避免集水伞面19上收集水分的洒落。
优选地，所述集水输入管14与所述储水部分12通过所述倾斜引流管7连接。
优选地，所述冷凝管5为螺旋状铜铝合金的空心导管，其内部设置螺纹，顶端与所述空气输入口3连接；其末端与所述倾斜引流管7的一端连接。螺旋状铜铝合金散热快，内部设置的螺纹结构加大了热空气冷凝的面积，有利于快速的凝结水汽。
优选地，所述冷凝部分还包括蓄电池9，所述太阳能供电板10与所述蓄电池9连接，所述蓄电池9与所述抽气扇6连接，为所述抽气扇6提供电能；所述抽气扇6与空气输出管15的一端连接，热空气经从所述空气输入口3中进入所述冷凝管5中，在抽气扇6的作用下，加大空气流通的速度，经所述倾斜引流管7和所述空气输出管15后快速排出至大气中，进一步促进了水汽在冷凝管5内凝结的速度。
优选地，所述集水输入管14、倾斜引流管7、冷凝管5、空气输出管15和储水部分12均位于地平线以下，利用地上和地下的温差，进一步为冷凝管5凝结水汽提供有利环境。
优选地，所述倾斜引流管7分为两段，第一段的倾斜引流管7一端与所述集水输入管14通过导水弯管13连接，其另一端与第二段的倾斜引流管7一端、冷凝管5的末端通过三通管8连接；所述第二段的倾斜引流管7的另一端与所述空气输出管15的另一端、储水部分12的导管通过三通管8连接。
优选地，所述太阳能供电板10由支架11固定支撑。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：包括集水漏斗部分、冷凝部分和储水部分；所述集水漏斗部分的集水通过集水输入管、倾斜引流管输送至所述储水部分中存储；所述冷凝部分的冷凝水通过所述倾斜引流管输送至所述储水部分存储；所述集水漏斗部分包括由超疏水材料制成的疏水伞面和由亲水颗粒层组成的集水伞面，所述亲水颗粒层位于所述疏水伞面上；所述冷凝部分包括太阳能供电板、抽气扇和冷凝管，所述冷凝管的表面等间距焊接毛细热管，所述太阳能供电板给所述抽气扇供电，所述抽气扇通过所述倾斜引流管、空气输出管将所述冷凝管中的空气抽出。
2.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：所述疏水伞面为倒伞面状，由涤纶材料上均匀涂抹疏水涂料制成。
3.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：所述亲水颗粒层由直径为0.4mm～0.6mm的亲水颗粒组成，相邻的所述亲水颗粒之间的间隔为0.6mm，这些亲水颗粒规则排列镶嵌在所述疏水伞面上。
4.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：所述毛细热管由管壳、吸液芯和端盖组成，其蒸发端焊接在所述冷凝管的表面，冷凝端与外界环境接触；所述毛细热管的内部为负压状态，且填充适当的散热工质；所述管壳的内壁上设置有毛细多孔材料形成的吸液芯。
5.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：所述集水漏斗部分还包括倒伞状的合金伞骨，所述合金伞骨支撑所述疏水伞面，所述疏水伞面的底部与所述集水输入管连接。
6.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：
所述冷凝管为螺旋状，顶端与所述空气输入口连接；其末端与所述倾斜引流管的一端连接。
7.根据权利要求1所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：
所述集水输入管、倾斜引流管、冷凝管、空气输出管和储水部分均位于地平线以下。
8.根据权利要求3所述的一种仿生式节能空气集水装置，其特征是：
所述亲水颗粒为半圆形玻璃珠，按正方形镶嵌在所述疏水伞面上。
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