CN113123406A - 一种便携式空气取水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式空气取水装置，包括：容器壳体，容器壳体上设有能够开启或封闭的通风口；制冷装置，设于容器壳体内；吸附床，与制冷装置的上端连接，用于吸附空气中的水分；冷凝件，与制冷装置的下端连接。本发明提出的技术方案，通过半导体制冷使冷端降温，无压缩机等机械运动部件，具有体积小、方便携带的特点。并且一方面可以提高装置内的水蒸气含量，另一方面水蒸气挥发时可以降低半导体热端温度，进而降低半导体冷端温度。从而提高半导体片的工作效率，提高出水量。

Description

一种便携式空气取水装置

技术领域

本发明属于空气取水技术领域，特别涉及一种便携式空气取水装置。

背景技术

大气层中蕴含丰富的水蒸气，空气中的水量约为14000km3，即使是沙漠地区，夜间的空气含水量也超过10g/m3。在无地表水或尚未摸清水源水质或水源遭受污染时，可通过空气取水装置获得饮用水。

申请号为201520809623.3的专利申请，空气取水装置，包括空气取水单元、水净化单元和电源等。但该空气取水装置设备复杂，体积较大不利用单人携带。

申请号为201721352280.8的专利申请，其利用半导体制冷片作为冷端，具备体积小、便携的特点，但该装置在气候干燥的地区集水效率较低甚至无法使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种便携式空气取水装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种便携式空气取水装置，包括：容器壳体，容器壳体上设有能够开启或封闭的通风口；制冷装置，设于容器壳体内；吸附床，与制冷装置的上端连接，用于吸附空气中的水分；冷凝件，与制冷装置的下端连接。

进一步地，制冷装置为半导体制冷装置并包括至少一个半导体制冷片；制冷装置的上端为半导体制冷装置的热端，制冷装置的下端为半导体制冷装置的冷端，容器壳体上设有用于向半导体制冷装置供电的电源接口。

进一步地，吸附床包括：散热器，与半导体制冷装置的热端连接；吸附涂层，涂覆在散热器的外表面；吸附涂层由吸水材料制成，散热器由导热材料制成。

进一步地，便携式空气取水装置还包括：风扇，设于散热器的一侧，风扇与电源接口电性连接；与容器壳体活动连接的第一盖体和第二盖体；通风口包括设置在容器壳体相对的两个侧壁上的第一通风口和第二通风口，散热器位于第一通风口和第二通风口之间；第一盖体用于打开或封闭第一通风口，第二盖体用于打开或封闭第二通风口。

进一步地，容器壳体包括壳体主体以及封盖壳体主体的透明盖体；其中，散热器朝向透明盖体设置。

进一步地，透明盖体呈向外凸起的球壳形状。

进一步地，便携式空气取水装置还包括：导热片，与散热器相连，导热片位于透明盖体与散热器之间；其中，透明盖体呈凸透镜形状，外部光线穿过透明盖体后的聚焦点位于导热片上。

进一步地，便携式空气取水装置还包括：反光板，可拆卸地与壳体主体相连，反光板用于将外部光线反射到透明盖体上。

可选地，吸水涂层的材质组成包括但不限于硅胶、分子筛、有机-金属骨架材料。

进一步地，便携式空气取水装置还包括：蓄电池，可拆卸地与容器壳体连接，蓄电池与电源接口电性连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、该空气取水装置通过半导体制冷使冷端降温，无压缩机等机械运动部件，具有体积小、方便携带的特点。

2、该空气取水装置内置半导体制冷片的热端连接具有涂层的换热器，该吸附式涂层可与空气接触吸附空气中的水蒸气，达到水蒸气富集的目的。半导体通电时，热端温度升高，散热器涂层中的水蒸气开始脱附，由风扇吹至冷端冷凝液化。通过该方案设计，一方面可以提高装置内的水蒸气含量，另一方面水蒸气挥发时可以降低半导体热端温度，进而降低半导体冷端温度。从而提高半导体片的工作效率，提高出水量。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的空气取水装置的结构示意图；

图2示出了本发明的另一个实施例的空气取水装置的结构示意图；

图3示出了本发明的另一个实施例的空气取水装置的结构示意图；

图4示出了本发明的一个实施例的吸附床的结构示意图；

图5示出了本发明的一个实施例的吸附床的局部剖面结构示意图；

图6示出了本发明的一个实施例的散热器的结构示意图；

图7示出了本发明的一个实施例的散热器和导热片的结构示意图；

图8示出了本发明的一个实施例的散热器的结构示意图。

图中符号说明如下：

10容器壳体、101壳体主体、102透明盖体、103第一通风口、104第二通风口、105电源接口、11第一盖体、12第二盖体、20半导体制冷装置、30吸附床、301散热器、3011主体部、3012散热翅片、302吸附涂层、40风扇、50导热片、70蓄电池、80储水室、81进水孔。

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及其有益效果作进一步地详细描述。

本发明的一个实施例提供了一种便携式空气取水装置，包括：容器壳体10、半导体制冷装置20、吸附床30、冷凝件21。具体地，容器壳体10上设有可开启或封闭的通风口，当通风口开启时，外部大气中的空气和水分可以通过通风口进入容器壳体10内部空间，当通风口封闭时，容器壳体10内部空间的空气与外界大气隔绝。制冷装置设于所述容器壳体10内，吸附床30与所述制冷装置的上端连接，用于吸附空气中的水分，冷凝件21与所述制冷装置的下端连接。当吸附床30吸附外界空气中的水分后，闭合通风口，制冷装置气动使制冷装置的上端发热，促进吸附床30内的水分蒸发，容器壳体10内部的空气湿度增加，其中，制冷装置气动使制冷装置的下端的冷凝件21温度降低，当高温高湿的空气遇到冷凝件21时气态水蒸气液化附着在冷凝件21上形成水滴后滴落，实现空气取水。

进一步地，制冷装置为半导体制冷装置20，包括至少一个半导体制冷片，具体地，制冷装置的上端为半导体制冷装置的热端，制冷装置的下端为半导体制冷装置的冷端，容器壳体上设有用于向半导体制冷装置供电的电源接口。具体地，如图1和图2所示，半导体制冷装置20设于容器壳体10内，吸附床30与半导体制冷装置20的热端连接，冷凝件21与半导体制冷装置20的冷端连接，容器壳体10上设有用于向半导体制冷装置20供电的电源接口105，当半导体制冷装置20从电源接口105获得电能时，半导体制冷装置20的热端温度升高，热传递的作用使吸附床30的温度升高、半导体制冷装置20的冷端温度降低，热传递的作用使冷凝件21的温度降低，进一步地，当吸附床30具有从外界空气中吸附的水分时，吸附床30温度升高，吸附床30中的水分受热蒸发使容器壳体10内部空间中的空气湿度增大，高温高湿的空气在接触温度较低的冷凝件21时，水蒸气在冷凝件21上液化，从而从空气中获取液态水。

在一个具体地实施例中，半导体制冷装置20包括多个半导体制冷片，每个半导体制冷片均与电源接口105电性连接，通过多个导体制冷片串联或并联在电源接口105上，以提高制冷量。

进一步地，如图4和图5所示，吸附床30包括：散热器301和吸附涂层302，所述吸附涂层302由吸水材料制成，所述散热器301由导热材料制成。散热器301与所述半导体制冷装置20的热端连接，用于传递热量，吸附涂层302涂覆在所述散热器301的外表面，吸附涂层302用于吸附空气中的水分。散热器301的作用有两个：一是为半导体制冷热端散热；二是半导体制冷热端通过散热器301将热量传递到吸附涂层302，提高吸附涂层302中水分的蒸发效率，并充分利用半导体制冷装置20热端的热能，从而节约电能。

本发明提出的技术方案，将吸附涂层302涂覆在散热器301上，一方面可以提高装置内的水蒸气含量，另一方面，吸附涂层302中的水分蒸发时可以降低半导体制冷装置20热端的温度，进而降低半导体制冷装置20冷端的温度。

其中，具体的空气取水操作如下：

吸附阶段：在夜间空气湿度较高时，通风口开启，外界空气流经吸附涂层302，吸附空气中的水蒸气，直至吸附饱和。

脱附凝结阶段：半导体制冷装置20通过电源接口105与外界电源相接，关闭通风口，接通电源，半导体制冷装置20开启工作，上端为热端，散热器301与吸附涂层302温度升高水蒸气脱附，容器壳体10内部空间的湿度增加，下端为冷端温度降低水蒸气在冷凝件21上发生凝结，待水富集形成水珠后滴入容器壳体10底部。

需要说明的是，本装置先开启通风口使吸附涂层302吸附外界空气中的水分至饱和，然后闭合通风口，开启半导体制冷装置20，吸附涂层302上的水分蒸发，由于通风口闭合，容器壳体10的内部空间与外界空气隔绝，使容器壳体10内部的空气湿度不断升高，提高装置内的水蒸气含量，进而使水蒸气在冷凝件21上发生凝结，从而提高在气候干燥的地区的集水效率。

进一步地，如图3所示，为提高吸附阶段的水分吸附效率，便携式空气取水装置还包括：风扇40；具体地，通风口包括设置在容器壳体10相对的两个侧壁上的第一通风口103和第二通风口104，散热器301位于第一通风口103和第二通风口104之间，风扇40设于散热器301的一侧，且风扇40与电源接口105电性连接，当风扇40运行时，驱动外界富含水分的空气从第一通风口103流入，经过散热器301被吸附涂层302将水分吸附后，从第二通风口104流出。可理解地，通过风扇40增加单位时间内吸附涂层302与外界空气的接触量，从而提高单位时间内吸附涂层302能够吸附的水分的总量，进而提高在吸附阶段吸附涂层302的水分吸附效率。

在增加风扇40后，吸附阶段的具体操作为：在夜间空气湿度较高时，通风口开启，风扇40开启，外界空气流经吸附涂层302，吸附空气中的水蒸气，直至吸附饱和，风扇40关闭。

进一步地，如图2和图3所示，便携式空气取水装置，还包括：与容器壳体10活动连接的第一盖体11和第二盖体12，具体地，第一盖体11用于打开或封闭第一通风口103，第二盖体12用于打开或封闭第二通风口104。

可选地，第一盖体11、第二盖体12与容器壳体10之间可以具有多种连接放置，例如铰接、卡接、可滑动连接等，从而通过第一盖体11、第二盖体12与容器壳体10之间的相对移动以开启或封闭所述第一通风口103或第二通风口104。

还需说明的是，为提高第一通风口103、第二通风口104在封闭状态下的密封性，第一盖体11与第一通风口103之间、第二盖体12与第二通风口104之间还可设置密封圈，以增加第一通风口103、第二通风口104在封闭状态下的气密性，避免脱附凝结阶段容器壳体10内部的水分从第一通风口103、第二通风口104溢出。

进一步地，容器壳体10包括壳体主体101以及封盖壳体主体101的透明盖体102，散热器301朝向透明盖体102设置。在本技术方案中，便携式空气取水装置通过利用太阳能制水，无需使用电力。其具体制水过程如下：

吸附阶段：在夜间空气湿度较高时，第一通风口103、第二通风口104开启，外界空气流经吸附涂层302，吸附空气中的水蒸气，直至吸附饱和。

脱附凝结阶段：脱附过程，关闭第一通风口103和第二通风口104，白天太阳光通过透明盖体102照射到吸附涂层302上，吸附涂层302和散热器301温度升高，水蒸气脱附，容器内湿度增加，在冷凝件21及容器壳体10四周的内壁液化滴入底部。

可选地，如图3所示，为增加采集阳光光线的角度，透明盖体102呈向外凸起的球壳形状。

可选地，如图2和图7所示，为提高利用太阳能制水时水蒸气的冷凝效率，便携式空气取水装置还包括：导热片50；导热片50与散热器301相连，导热片50位于透明盖体102与散热器301之间；其中，透明盖体102呈凸透镜形状，外部光线穿过透明盖体102后的聚焦点位于导热片50上，使导热片50的温度升高，导热片50将热量专递到散热器301上，使散热器301的温度升高进而带动吸附涂层302的温度升高，使吸附涂层302中富集的水分蒸发，由于外部光线通过凸透镜状的透明盖体102后，光线聚焦于导热片50上，阳光的热效应主要作用于导热片50上，从而提高导热片50、散热器301和吸附涂层302的局部温度，而阳光的热效应对冷凝件21、容器壳体10的内壁影响较小，因此冷凝件21、容器壳体10的内壁的温度变化较小，从而增加了高导热片50、散热器301和吸附涂层302与冷凝件21、容器壳体10的内壁之间的温度差，使得从吸附涂层302蒸发的水蒸气更容易在冷凝件21、容器壳体10的内壁上液化，提高了水蒸气的冷凝效率。

进一步地，为采集更多的阳光，便携式空气取水装置还包括：反光板；反光板可拆卸地与壳体主体101相连，反光板用于将外部光线反射到透明盖体102上。

如图4、图6和图8所示，散热器301包括用于与半导体制冷装置20连接的主体部3011和若干用于散热的散热翅片3012，主体部3011除作为连接的载体外，还具有将半导体制冷装置20热端的热量传递到每个散热翅片3012的作用。

可选地，散热器301可以具有多种形状。

在一个具体的实施例中，如图4所示，主体部3011和若干散热翅片3012均呈板状，且散热翅片3012与主体部3011垂直。其中，相邻的散热翅片3012之间均具有间隙，以使散热翅片3012可以充分与空气换热，另一方面，涂覆在散热翅片3012上的吸附涂层302具有较大的表面积，以充分与空气接触，以利于吸附空气中的水分。

在另一个具体的实施例中，如图6和图7所示，主体部3011呈空心筒状，若干散热翅片3012呈圆形阵列设置在主体部3011的周围，相邻的散热翅片3012之间均具有间隙，以使散热翅片3012可以充分与空气换热，另一方面，涂覆在散热翅片3012上的吸附涂层302具有较大的表面积，以充分与空气接触，以利于吸附空气中的水分。进一步地，导热片与主体部3011和每个散热翅片3012相连，以利于当阳光通过透明盖体102后的聚焦区域照射在导热片上时，导热片可以将热量高效的传递到每个散热翅片3012上，从而提高太阳能的利用率，以利于快速加热散热器301，使吸附涂层302上富集的水分快速蒸发。

在另一个具体的实施例中，如图8所示，主体部呈板状，散热翅片3012进一步优化为杆状，若干散热翅片3012均匀分布在主体部3011上。

在另一个具体地实施例中，散热器301为具有热管的散热器，包括热管和与热管连接的金属散热翅片，吸附涂层302涂覆在热管和金属散热翅片上，以增加吸附涂层302的载量。

可理解地，散热器301还可以采用其他形式，例如将散热翅片3012设置为网格状，再此不再一一限定。

吸水涂层的材质组成包括但不限于硅胶、分子筛、有机-金属骨架材料。

进一步地，如图3所示，便携式空气取水装置，还包括：蓄电池70；蓄电池70可拆卸地与容器壳体10连接，蓄电池70与电源接口105电性连接，蓄电池70用于通过电源接口105向风扇40和半导体制冷装置20供电。

在另一个具体的实施例中，如图3所示，容器壳体10内的底部还设置有储水室80，冷凝件21上滴落的水通过在储水室80顶部的进水孔81流入储水室80内，设置储水室80可以尽量减小已经获取的液体水二次蒸发被吸附涂层302吸收。

为进一步避免储水室80内的水分流失，进水孔81上还设有单向阀，避免储水室80内的水分流出。

本发明的有益效果如下：该空气取水装置通过半导体制冷使冷端降温，无压缩机等机械运动部件，具有体积小、方便携带的特点。该空气取水装置内置半导体制冷片的热端连接具有涂层的换热器，该吸附式涂层可与空气接触吸附空气中的水蒸气，达到水蒸气富集的目的。半导体通电时，热端温度升高，散热器涂层中的水蒸气开始脱附，由风扇吹至冷端冷凝液化。通过该方案设计，一方面可以提高装置内的水蒸气含量，另一方面水蒸气挥发时可以降低半导体热端温度，进而降低半导体冷端温度。从而提高半导体片的工作效率，提高出水量。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种便携式空气取水装置，其特征在于，包括：

容器壳体，所述容器壳体上设有能够开启或封闭的通风口；

制冷装置，设于所述容器壳体内；

吸附床，与所述制冷装置的上端连接，用于吸附空气中的水分；

冷凝件，与所述制冷装置的下端连接。

2.根据权利要求1所述的便携式空气取水装置，其特征在于，

所述制冷装置为半导体制冷装置并包括至少一个半导体制冷片；

所述制冷装置的上端为半导体制冷装置的热端，所述制冷装置的下端为半导体制冷装置的冷端，

所述容器壳体上设有用于向所述半导体制冷装置供电的电源接口。

3.根据权利要求2所述的便携式空气取水装置，其特征在于，所述吸附床包括:

散热器，与所述半导体制冷装置的热端连接；

吸附涂层，涂覆在所述散热器的外表面；

所述吸附涂层由吸水材料制成，所述散热器由导热材料制成。

4.根据权利要求3所述的便携式空气取水装置，其特征在于，还包括：

风扇，设于所述散热器的一侧，所述风扇与所述电源接口电性连接；

与所述容器壳体活动连接的第一盖体和第二盖体；

所述通风口包括设置在所述容器壳体相对的两个侧壁上的第一通风口和第二通风口，所述散热器位于所述第一通风口和所述第二通风口之间；

所述第一盖体用于打开或封闭所述第一通风口，所述第二盖体用于打开或封闭所述第二通风口。

5.根据权利要求3所述的便携式空气取水装置，其特征在于，

所述容器壳体包括壳体主体以及封盖所述壳体主体的透明盖体；

其中，所述散热器朝向所述透明盖体设置。

6.根据权利要求5所述的便携式空气取水装置，其特征在于，

所述透明盖体呈向外凸起的球壳形状。

7.根据权利要求5所述的便携式空气取水装置，其特征在于，还包括：

导热片，与所述散热器相连，所述导热片位于所述透明盖体与所述散热器之间；

其中，所述透明盖体呈凸透镜形状，外部光线穿过所述透明盖体后的聚焦点位于所述导热片上。

8.根据权利要求6或7所述的便携式空气取水装置，其特征在于，还包括：

反光板，可拆卸地与所述壳体主体相连，所述反光板用于将外部光线反射到所述透明盖体上。

9.根据权利要求3所述的便携式空气取水装置，其特征在于，

所述吸水涂层的材质组成包括但不限于硅胶、分子筛、有机-金属骨架材料。

10.根据权利要求2所述的便携式空气取水装置，其特征在于，还包括：

蓄电池，可拆卸地与所述容器壳体连接，所述蓄电池与所述电源接口电性连接。

Images