CN113513130A - 蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置，自汲水装置包括：透明罩体，设置有相对应的进风口和排风口；第一风机，用于驱动气流由进风口进入透明罩体、并由排风口排出，进风口和排风口之间形成气流区；吸附剂组件，包括用于吸收空气中水分的吸附剂；移动机构，设置于透明罩体内，并且吸附剂组件设置于移动机构上；凝水部件，与透明罩体相连通，并且凝水部件为导热材料，凝水部件设置有排水口；遮光部件，用于遮挡阳光，并且凝水部件位于遮光部件形成的阴影区内；冷风系统，提供的冷风吹向于凝水部件。本发明提供的蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置，能够解决因水资源短缺，蒸发屋面技术在水资源短缺地区的发展受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及蒸发冷却屋面技术领域，尤其涉及一种蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置。
背景技术
有研究表明，单层建筑中得热量的50％源于屋面。因此，将被动蒸发冷却技术应用于屋面是降低建筑热负荷，减少空调能耗，改善室内热环境的一种有效手段。
按蒸发介质分类，蒸发屋面技术包括种植屋面、蓄水屋面、喷淋屋面和含湿多孔介质屋面等。传统的蒸发屋面补水方式主要是雨水收集和人工补水。在雨水较多的季节或地区，一般可以依靠雨水满足蒸发需求。然而，在降水量少、水资源短缺的缺水地区就需要持续补水，需要大量的生活用水进行补给，制约了蒸发屋面在水资源短缺地区的发展。
因此，如何解决现有技术中因水资源短缺，蒸发屋面技术在水资源短缺地区的发展受限的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明提供一种蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置，其能够解决因水资源短缺，蒸发屋面技术在水资源短缺地区的发展受限的问题。
本发明的第一方面提供一种蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，包括：
透明罩体，设置有相对应的进风口和排风口，所述进风口和排风口之间形成气流区；
第一风机，用于驱动气流由所述进风口进入所述透明罩体、并由所述排风口排出；
吸附剂组件，包括用于吸收空气中水分的吸附剂；
移动机构，设置于所述透明罩体内，并且所述吸附剂组件设置于所述移动机构上，所述移动机构能够带动所述吸附剂组件在所述气流区和所述气流区之外的光照区之间切换；
凝水部件，与所述透明罩体相连通，并且所述凝水部件为导热材料，所述凝水部件设置有排水口；
遮光部件，用于遮挡阳光，并且所述凝水部件位于所述遮光部件形成的阴影区内；
冷风系统，提供的冷风吹向于所述凝水部件，以使所述凝水部件降温。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述冷风系统包括风道和第二风机，所述风道经过屋面的蒸发冷却介质，所述第二风机用于驱动外界空气经过所述风道并吹向所述凝水部件。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述凝水部件的外侧设置有散热片，所述凝水部件的内表面设置有疏水涂层。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述移动机构包括：
转动支架，可转动地设置在所述透明罩体内，所述吸附剂组件为多个，并且沿所述转动支架的转动方向分布在所述转动支架上；
电机，与所述转动支架传动连接，以带动所述转动支架转动。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述透明罩体的下端设置有开口，所述凝水部件为锥形结构，并且所述锥形结构的横截面由上至下的方向渐缩，所述凝水部件的上端设置有开口，且所述凝水部件的开口与所述透明罩体的开口相对接。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述遮光部件为环绕所述透明罩体设置的遮光板，并且所述遮光板的上表面为反光面。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述吸附剂组件还包括吸附剂容器，所述吸附剂容器的端部设置有开口，所述吸附剂填充于所述开口内，所述吸附剂容器的壁体材料为绝热材料。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述吸附剂的表面设置有疏水滤膜；所述吸附剂容器内设置有多孔导热材料，所述吸附剂填充于所述多孔导热材料中。
根据本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置用于向所述第一风机、所述第二风机和所述电机供给电能。
本发明的第二方面提供一种蒸发冷却屋面系统，包括设置于屋面的蒸发冷却介质和如上任一项所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述凝水部件的排水口与所述蒸发冷却介质相对应。
本发明提供的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，包括透明罩体、第一风机、遮光部件、吸附剂组件、移动机构、凝水部件、冷风系统，其中，透明罩体为透明材质，阳光可照射进透明罩体内部。透明罩体设置有相对应设置的进风口和排风口，在第一风机的作用下，外界空气由进风口进入透明罩体内部，并由排风口排出，进风口和排风口之间形成了空气流动区域即气流区。遮光部件，用于遮挡阳光，并且凝水部件位于遮光部件形成的阴影区内。吸附剂组件包括用于吸收空气中水分的吸附剂，并且吸附剂吸附水分后，吸附剂在太阳光照射作用下，吸附剂中的水分能够形成水蒸气进行脱水。移动机构设置于透明罩体内，并且吸附剂组件设置于移动机构上，移动机构能够带动吸附剂组件在上述气流区和气流区之外的光照区进行切换。当吸附剂组件位于气流区时，吸附剂能够吸附空气中的水分，当移动出气流区并且位于光照区时，吸附剂中的水分能够蒸发进行脱水。凝水部件与透明罩体相连通，并且凝水部件为导热材料，凝水部件设置有排水口；冷风系统提供的冷风吹向于凝水部件，能够使凝水部件降温。
如此设置，本发明提供的自汲水装置，外界空气由透明罩体的进风口进入并由排风口排出，气流流经透明罩体内部时，空气中的水分能够被处于气流区的吸附剂吸附，随着移动机构的移动，吸附剂被带动至气流区之外的光照区，在阳光的照射作用下，吸附剂中的水分蒸发。由于凝水部件由导热材料制成，冷风系统能够使凝水部件降温，并且凝水部件位于遮光部件形成的阴影区，能够避免凝水部件受太阳光照射升温。空气中的水蒸气遇到温度较低的凝水部件，会在凝水部件凝结成水，并由凝水部件的排水口排出。使用本发明提供的自汲水装置时，可将凝水部件的排水口与屋面的蒸发冷却介质相对应，使排水口排出的水落入蒸发冷却介质上，进而对屋面能够形成降温效果。
综上所述，本发明提供的自汲水装置，即使处于水资源较少的地区，也能够从空气中汲水为蒸发冷却屋面提供水源，实现了节能、节水的效果。
在进一步的方案中，冷风系统包括风道和第二风机，风道经过屋面的蒸发冷却介质，第二风机用于驱动外界空气经过风道并吹向凝水部件。需要说明的是，蒸发冷却介质中的水分蒸发时，能够降低周围空气的热量，本发明通过设置第二风机和风道，风道经过蒸发冷却介质，因此，第二风机吹向冷凝部件的空气温度较低，进而通过蒸发冷却屋表面的蒸发介质用于冷却凝水部件的冷源，进一步实现了节能的效果。
在进一步的技术方案中，移动机构包括转动支架和电机，转动支架可转动地设置在透明罩体内，吸附剂组件为多个，并且沿转动支架的转动方向分布在转动支架上。电机与转动支架传动连接，以带动转动支架转动。
如此设置，电机可带动转动支架定时转动，环绕转动支架分布的多个吸附剂组件，能够不断的汲水和脱水，汲水和脱水同步进行，进而能够为蒸发屋面上的蒸发冷却介质持续供水。
本发明提供的蒸发冷却屋面系统，包括设置于屋面的蒸发冷却介质和如上任一项所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述凝水部件的排水口与所述蒸发冷却介质相对应。
如此设置，本发明提供的蒸发冷却屋面系统，其能够解决因水资源短缺，蒸发屋面技术在水资源短缺地区的发展受限的问题。该有益效果的推导过程与上述自汲水装置所带来的有益效果的推导过程大体类似，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的自汲水装置示意图；
图2是本发明提供的吸附剂组件剖面示意图；
附图标记：
1：透明罩体； 2：吸附剂组件； 3：转动支架；
4：遮光部件； 5：进风口； 6：第一风机；
7：排风口； 8：凝水部件； 9：疏水涂层；
10：散热片； 11：第二风机； 12：隔热层；
13：排水阀； 14：排水口； 15：风道；
16：蒸发冷却介质； 17：温湿度传感器； 18：吸附剂；
19：疏水滤膜； 20：多孔导热材料； 21：吸附剂容器；
22：转速控制装置。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图2以及各个实施例对本发明提供的蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置进行详细说明。
在一些实施例中，蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，包括透明罩体1、第一风机6、遮光部件4、吸附剂组件2、移动机构、凝水部件8以及冷风系统。
其中，透明罩体1为透明材质制成，比如，可具体为透明玻璃、透明树脂材料等。透明罩体1的形状可以为半球形，当然，在其它实施例中，透明罩体1也可为其它形状，比如，长方体结构、圆柱体结构等，透明罩体1内部为空腔，太阳光线能够通过透明罩体1照射于透明罩体1内部。在透明罩体1的相对的两侧可对应设置有进风口5和排风口7，外界空气由进风口5进入透明罩体1内，并由排风口7排出。具体地，可在进风口5或者排风口7位置设置有第一风机6，第一风机6驱动气流的方向与进风口5至排风口7的方向一致，外界空气由进风口5进入透明罩体1后，并由排风口7排出，在进风口5和排风口7之间就形成了气流区，并且在第一风机6的驱动作用下不断有外界空气流经该气流区，而在透明罩体1内的气流区之外的区域受气流扰动作用较小。
吸附剂组件2包括用于吸收空气中水分的吸附剂18，其中，吸附剂18可以为MOF(金属-有机框架材料)、硅胶等材料，具体地，在低湿度地区可使用MOF-801，MOF-303等吸水性较强的材料，高湿度地区可使用硅胶、UIO-66(一种金属有机骨架材料)等吸附材料，具体可根据实际情况进行选择。
移动机构设置于透明罩体1内，并且吸附剂组件2设置于移动机构上，移动机构能够带动吸附剂组件2在气流区和气流区之外的光照区之间切换。上述气流区之外的光照区是指气流区之外的阳光能够直射的区域。移动机构将吸附剂组件2带动至气流区时，气流区中空气的水分被吸附剂18吸收，而后移动机构将吸附剂组件2带动至气流区之外的光照区，在光照的作用下吸附剂18中的水分蒸发进行脱水，使透明罩体1内水蒸气含量升高。开启第一风机6后，能够使外界空气快速的进入透明罩体1内，在对流作用下加快吸附剂18对水分的吸附速率，同时强制排出吸附放热，为吸附剂18降温。
凝水部件8与透明罩体1相连通，并且凝水部件8为导热材料，凝水部件8设置有排水口14。遮光部件4用于遮挡阳光，凝水部件8位于遮光部件4遮挡阳光形成的阴影区内，即在遮光部件4的作用下，凝水部件8不会被阳光照射。
冷风系统提供的冷风吹向于凝水部件8，以使凝水部件8降温。冷风系统能够向凝水部件8吹冷风，进而使凝水部件8温度降低，当凝水部件8温度较低时，透明罩体1内部的水蒸气遇到凝水部件8，会在凝水部件8的表面凝结成水滴。
如此设置，本实施例中的自汲水装置，在第一风机6的驱动作用下，外界空气由透明罩体1的进风口5进入并由排风口7排出，气流流经透明罩体1内部时，空气中的水分能够被处于气流区的吸附剂18吸附，随着移动机构的移动，吸附剂18被带动至气流区之外的光照区，在阳光的照射作用下，吸附剂18中的水分蒸发。由于凝水部件8由导热材料制成，冷风系统能够使凝水部件8降温，并且凝水部件8位于遮光部件4形成的阴影区，能够避免凝水部件8受太阳光照射升温。空气中的水蒸气遇到温度较低的凝水部件8，会在凝水部件8凝结成水，并由凝水部件8的排水口14排出。
使用本实施例提供的自汲水装置时，可将凝水部件8的排水口14与屋面的蒸发冷却介质16相对应，使排水口14排出的水落入蒸发冷却介质16上，进而对屋面能够形成降温效果。
综上所述，本实施例提供的自汲水装置，即使处于水资源较少的地区，也能够从空气中汲水为蒸发冷却屋面提供水源，实现了节能、节水的效果。
在进一步的实施例中，冷风系统包括风道15和第二风机11，风道15经过屋面的蒸发冷却介质16，第二风机11用于驱动外界空气经过风道15并吹向凝水部件8。
具体地，上述风道15可以由一对侧板和连接在一对侧板顶部的顶板构成，屋面的蒸发冷却介质16位于风道15的底部，并且被风道15罩在内部。
此外，上述顶板可以为隔热材料制成的隔热层12，自汲水装置通过隔热层12设置在风道15的上方，保证了风道15内的气流具有较低的温度。
上述凝水部件8的排水口14可以将风道15的顶部贯穿，由风道15的顶部排水至屋面的蒸发冷却介质16上。蒸发冷却介质16上的水分在气流的作用下迅速蒸发，达到降低屋面温度以及降低风道15内气流温度的效果。
如此设置，第二风机11吹向冷凝部件的空气温度较低，进而通过蒸发冷却介质16蒸发产生的冷空气用于冷却凝水部件8，进一步实现了节能的效果。
在进一步的实施例中，移动机构包括转动支架3和电机，转动支架3可转动地设置在透明罩体1内，吸附剂组件2为多个，并且沿转动支架3的转动方向分布在转动支架3上。电机与转动支架3传动连接，以带动转动支架3转动。
具体地，上述转动支架3可以包括中心部和多个支撑杆，中心部通过转轴安装在透明罩体1内，各支撑杆的第一端与中心部相连接，并且多个支撑杆以中心部为圆心呈圆周状分布，各支撑杆的第二端与吸附剂组件2相连接。电机与转动支架3的中心部传动连接。
如此设置，电机可带动转动支架3定时转动，环绕转动支架3分布的多个吸附剂组件2，不断循环进入气流区和非气流区的光照区，进而能够不断的汲水和脱水，而且汲水和脱水同步进行，进而能够为蒸发屋面上的蒸发冷却介质16持续供水。其中，电机的转动速度可由设置在透明罩体1外部的转速控制装置22进行控制，通过控制电机的转动速度，可以控制汲水和脱水的切换速度。
进一步的技术方案中，上述电机、第一风机6和第二风机11可以由太阳能发电装置供电，如此设置，进一步实现了节能环保的技术效果。
在进一步的实施例中，凝水部件8的外侧设置有散热片10，该散热片10可以具体为翅片式散热片，材质可以为铜、铝等。
如此设置，凝水部件8的外侧设置有散热片10，能够使凝水部件8快速地进行散热降温，保证了凝水部件8始终处于温度较低的状态，进而保证了凝水效果。
在进一步的实施例中，上述透明罩体1下部设置有开口，凝水部件8为锥形结构，并且锥形结构的横截面由上至下的方向渐缩，凝水部件8的上端设置有开口，且凝水部件8的开口与透明罩体1的开口相对接。
具体地，透明罩体1可以设置为半球形结构，凝水部件8为圆锥形结构，并且透明罩体1的下端面半径与凝水部件8的上端面半径相等，进而透明罩体1的下端面和凝水部件8的上端面能够对齐连接。凝水部件8的排水口14设置在下端位置，即设置于锥形结构的尖端。
如此设置，凝水部件8的结构能够起到汇流作用，凝水部件8的内侧面凝结的水珠能够汇集至凝水部件8的下端，并由排水口14排出。
此外，本实施例中，排水口14可以设置有排水阀13，通过排水阀13控制排水流量，进而能够控制屋面上的蒸发冷却介质16的供水量。进一步的，可在风道15内设置有温湿度传感器17，温湿度传感器17能够感应风道15内的气流温度和湿度，温湿度传感器17与排水阀13可通信地相连接，排水阀13的开度大小根据温湿度传感器17感应的气流温度和湿度来控制，比如，当气流温度高于预设温度、气流湿度低于预设湿度时，可控制排水阀13的开度增大，以增大水的供应量。
在进一步的实施例中，遮光部件4可以为环绕透明罩体1设置的遮光板，并且遮光板的上表面为反光面。该反光面可以具体为设置在遮光板上的反射涂层，在反射涂层的作用下，能够形成更好的遮光效果。
上述遮光部件4可以部分伸入至透明罩体1的内部，以便形成更广的遮光范围，避免阳光照射在凝水部件8上。
在进一步的实施例中，吸附剂组件2还包括吸附剂容器21，吸附剂容器21的端部设置有开口，吸附剂18填充于开口内，吸附剂容器21的壁体材料为绝热材料。
具体地，吸附剂容器21的壁体材料可以为聚氨酯材料，聚氨酯材料的导热系数≤0.025W/M·K，并且在聚氨酯材料的内外表面可以涂有耐高温IR反射涂层。为了加快吸附剂18的热传导率，可以将吸附剂18填充到导热性能较好的多孔导热材料20中，多孔导热材料20可具体采用多孔泡沫铜，导热系数可达600W/m·k，然后将其放置在吸附剂容器21内。
为了防止吸附过程中气流对吸附剂18造成影响，在吸附剂18的表面可以设置有疏水滤膜19，本实施例中，疏水滤膜19的疏水微孔PTFE，孔径可以为0.45μm，以便将吸附剂18与空气隔开，同时不影响水蒸气的传输。
在进一步的实施例中，凝水部件8的内表面设置有疏水涂层9。如此设置，凝水部件8内表面凝结的水珠不会粘连在凝水部件8的内侧，有利于冷凝水的汇集。
本发明的另一种实施例中还提供了一种蒸发冷却屋面系统，包括设置于屋面的蒸发冷却介质16和如上任一实施例所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，自汲水装置的凝水部件8的排水口14与蒸发冷却介质16相对应，即凝水部件8的排水口14排出的水能够流入至蒸发冷却介质16中。
需要说明的是，蒸发冷却屋面系统中的屋面结构可具体如下设置，屋面结构可由上至下依次设置有蒸发冷却介质16、防水层、找平层、保温层、找平层、屋面结构层。其中，蒸发冷却介质16可以采用多孔介质，多孔介质能够实现吸水，并能够在多孔介质表面形成水膜，以便蒸发吸热，进而可降低室内温度。
如此设置，本实施例提供的蒸发冷却屋面系统，其能够解决因水资源短缺，蒸发屋面技术在水资源短缺地区的发展受限的问题。该有益效果的推导过程与上述自汲水装置所带来的有益效果的推导过程大体类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，包括：
透明罩体，设置有相对应的进风口和排风口；
第一风机，用于驱动气流由所述进风口进入所述透明罩体、并由所述排风口排出，所述进风口和排风口之间形成气流区；
吸附剂组件，包括用于吸收空气中水分的吸附剂；
移动机构，设置于所述透明罩体内，并且所述吸附剂组件设置于所述移动机构上，所述移动机构能够带动所述吸附剂组件在所述气流区和所述气流区之外的光照区之间切换；
凝水部件，与所述透明罩体相连通，并且所述凝水部件为导热材料，所述凝水部件设置有排水口；
遮光部件，用于遮挡阳光，并且所述凝水部件位于所述遮光部件形成的阴影区内；
冷风系统，提供的冷风吹向于所述凝水部件，以使所述凝水部件降温。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述冷风系统包括风道和第二风机，所述风道经过屋面的蒸发冷却介质，所述第二风机用于驱动外界空气经过所述风道并吹向所述凝水部件。
3.根据权利要求2所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述凝水部件的外侧设置有散热片，所述凝水部件的内表面设置有疏水涂层。
4.根据权利要求2所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述移动机构包括：
转动支架，可转动地设置在所述透明罩体内，所述吸附剂组件为多个，并且沿所述转动支架的转动方向分布在所述转动支架上；
电机，与所述转动支架传动连接，以带动所述转动支架转动。
5.根据权利要求1所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述透明罩体的下端设置有开口，所述凝水部件为锥形结构，并且所述锥形结构的横截面由上至下的方向渐缩，所述凝水部件的上端设置有开口，且所述凝水部件的开口与所述透明罩体的开口相对接。
6.根据权利要求1所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述遮光部件为环绕所述透明罩体设置的遮光板，并且所述遮光板的上表面为反光面。
7.根据权利要求1所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述吸附剂组件还包括吸附剂容器，所述吸附剂容器的端部设置有开口，所述吸附剂填充于所述开口内，所述吸附剂容器的壁体材料为绝热材料。
8.根据权利要求7所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，所述吸附剂的表面设置有疏水滤膜；所述吸附剂容器内设置有多孔导热材料，所述吸附剂填充于所述多孔导热材料中。
9.根据权利要求4所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，其特征在于，还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置用于向所述第一风机、所述第二风机和所述电机供给电能。
10.一种蒸发冷却屋面系统，其特征在于，包括设置于屋面的蒸发冷却介质和如权利要求1-9任一项所述的蒸发冷却屋面系统的自汲水装置，所述凝水部件的排水口与所述蒸发冷却介质相对应。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110859945.9A CN113513130A (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 蒸发冷却屋面系统及其自汲水装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN113513130A true CN113513130A (zh) | 2021-10-19 |
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ID=78068818
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113513130A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115142519A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-10-04 | 浙江师范大学 | 一种收集大气水产水的装置 |
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2021
- 2021-07-28 CN CN202110859945.9A patent/CN113513130A/zh active Pending
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