CN113529859A - 一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置及方法，属于空气取水和混凝土养护技术领域。该装置从上至下依次为发生器与收集器，发生器包括冷凝夹层、吸收主体和外壳驱动装置，冷凝夹层中填充相变材料，吸收主体由玻璃外壳和吸附床构成，吸附床由吸附单元构成，玻璃外壳右侧由驱动装置驱动；收集器包括聚光板、集水箱和太阳能板，聚光板呈凹球状分布在收集器内侧，集水箱位于聚光板下侧，聚光板收集的部分水分会汇集于此，并且通过底部的小孔节流装置用于大体积混凝土养护，收集器最外侧包裹四块太阳能板用于装置供能。该装置利用太阳能驱动装置运作，对于能量的收集利用和资源的循环使用具有重大节能环保意义。
Description
技术领域
本发明涉及空气取水和混凝土养护技术领域，特别是指一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置及方法。
背景技术
空气取水技术是一种非常有前景且灵活的供水方式。吸附法是采用液体或固体干燥剂吸收湿空气中的水蒸气，然后通过干燥剂的再生获得需要的淡水。与传统的空气取水技术相比，吸附式空气取水具有装置体积小、取水效率高、结构简单、节能环保等优点。由于大气环流的作用，大气中的水分会保持较稳定的值，即使在干旱的沙漠地区，大气湿度也可以超10g/m3。因此，太阳能吸附式空气取水对于能量的收集利用和资源的循环使用具有重大意义。
吸附式空气取水技术目前尚处于研发起步阶段，现有的吸附法需要白天与夜晚人工操作，十分繁琐，并且由于冷凝等方面的限制，取水量较低。
混凝土养护是指人为的创造湿度和温度条件，使浇筑过后的混凝土可以正常或者加速其硬化和强度增长。混凝土养护过程中适宜的温度和湿度必不可少，否则会对混凝土性能造成极大影响。针对普通的硅酸盐水泥混凝土，养护时间必须大于七个昼夜，而且过程中混凝土必须保持湿润。建筑行业飞速发展的今天，人们需要使用的往往是大体积混凝土，此类混凝土体积更大，水分渗透也更为困难。
现有自然养护技术存在养护过程繁琐，浪费大量水资源和人力等问题。
若能够采用太阳能驱动的全自动空气取水方法用于大体积混凝土养护，则可解决上述问题。即：采取柱状可移动式外壳，通过外壳驱动装置控制，由白天吸收太阳能供能，使装置可以在夜晚完全暴露在空气下充分吸水，白天则通过太阳辐射加热解吸，实现全自动吸附-解吸附。在冷凝装置方面，采取相变材料夹层的方式，可以实现高效蓄冷，达到更好的冷凝效果。对于吸附法的核心问题吸附床，填充经济效益较高的硅胶—CaCl2来增强整个装置的核心能力。装置在夜间与白天分开工作，交替进行，收集到的水分将通过小孔节流装置用于下方的混凝土养护，可保证全天24小时混凝土都具有适宜的温度与湿度，并且大大的解放了人力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置及方法。
该装置包括发生器与收集器，发生器置于收集器上，发生器包括冷凝夹层、吸收主体和外壳驱动装置，冷凝夹层位于吸收主体上部，外壳驱动装置位于吸收主体下部，冷凝夹层中填充相变材料，吸收主体由玻璃外壳和吸附床构成，吸附床外部由玻璃外壳包裹，吸附主体底侧有小孔，吸附床由吸附剂填充的吸附单元构成，玻璃外壳右侧由驱动装置驱动；收集器包括聚光板，集水箱和太阳能板，聚光版呈凹球状分布在收集器内侧，集水箱位于聚光板下方，集水箱通过水管与聚光板相连，集水箱底部设置小孔节流装置，收集器最外侧包裹四块太阳能板。
其中，吸附床位于发生器的中心部位，吸附床上部的冷凝夹层内填装的相变材料为高温相变蓄热材料，其相变温度范围为45℃至85℃，材料的填充空隙率小于95％；吸附床填充物质为硅胶-CaCl2复合材料，填充空隙大于75％；冷凝夹层外侧为不透光非金属材料构成，内侧为冷凝表面。
聚光板为反光材料制成，其反射率大于85％。
外壳驱动装置由收集器四侧的太阳能板吸收太阳能供能。
水管与聚光板连接的高度大于等于五分之一聚光板高度。
小孔节流装置节流孔长度与孔径之比小于等于0.5。
该装置的应用方法，具体为：每经过一个切换时间后，由太阳能板供能的外壳驱动装置驱动玻璃外壳右侧关闭或打开，使吸附床吸附或解吸冷凝水蒸气；该装置重复执行包括以下步骤的循环：
S1.吸附步骤：晚上空气湿度大时，外壳驱动装置控制右侧的玻璃外壳向右移动，使吸附床充分与湿空气接触，达到充分吸水的目的；
S2.解吸-冷凝步骤：白天有阳光时，外壳驱动装置促使玻璃外壳向左移动，聚光板集中太阳能加热整个装置，在吸附剂达到解吸温度的时候，水蒸气从吸附床中脱附，接触到上方的冷凝夹层，冷凝后通过吸收主体底侧的小孔汇集到收集器中。
其中，上述切换时间为12小时，一个循环内最少日照时长为2小时。
聚光板中暂存的水分通过水管流入集水箱，经小孔节流装置用于大体积混凝土养护。
该装置置于需要养护的大体积混凝土正上方。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.该装置通过太阳能供能外壳驱动装置，该过程完全自动，并使用太阳能解吸吸附床中的水蒸气，装置运行过程无耗能。夜晚，吸附床与湿空气接触以达到吸水的目的；日间，太阳能加热吸附床，解吸出水蒸气进入冷凝器，通过冷凝得液态水，整个过程无需人工干预。而通过相变材料对吸附水蒸气进行解吸冷凝，相比于一般材料冷凝效率更高并且持续性好，装置简单。
2.地球空气中蕴含的水蒸气含量大、不受空间的限制、可循环再生且利用率极低，空气取水是一种前景广阔、创新潜力巨大的空气水资源利用途径，太阳能又是一种高度清洁能源，故本装置可在节能减排的前提下，利用丰富的大气水资源完成取水过程。
3.针对养护过程更困难的大体积混凝土，可保证全天混凝土都具有适宜的温度和湿度，且不需要人工干预，避免了资源浪费，实现了便捷、高效的混凝土养护过程。
综上所述，本发明提出的技术方案对于能量的收集利用和资源的循环使用具有重大节能环保意义。
附图说明
图1为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置整体外观示意图；
图2为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置中发生器结构示意图；
图3为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置立体示意图；
图4为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的收集器结构示意图；
图5为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的收集器剖面图；
图6为本发明的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的发生器剖面图。
其中：1-发生器，2-收集器，11-冷凝夹层，12-吸收主体，13-外壳驱动装置，21-聚光板，22-太阳能板，23-水管，24-集水箱，25-小孔节流装置，121-相变材料，122-吸附床，123-玻璃外壳。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置及方法。
如图1和图3所示，包括发生器1与收集器2，发生器1置于收集器2上，如图2所示，发生器1包括冷凝夹层11、吸收主体12和外壳驱动装置13，冷凝夹层11位于吸收主体12上部，外壳驱动装置13位于吸收主体12下部，如图6所示，冷凝夹层11中填充相变材料121，吸收主体由玻璃外壳123和吸附床122构成，吸附床122外部由玻璃外壳123包裹，吸附主体12底侧有小孔，吸附床122由吸附剂填充的吸附单元构成，玻璃外壳123右侧由驱动装置13驱动；如图4和图5所示，收集器包括聚光板21，集水箱24和太阳能板22，聚光版21呈凹球状分布在收集器2内侧，集水箱24位于聚光板21下方，集水箱24通过水管23与聚光板21相连，集水箱24底部设置小孔节流装置25，收集器2最外侧包裹四块太阳能板22。
具体设计中，吸附主体12设计为圆柱体，冷凝夹层设计为和吸附主体直径相同的半球体，吸附床122位于发生器1的中心部位，吸附床122上部的冷凝夹层11内填装的相变材料121为高温相变蓄热材料，其相变温度范围为45℃至85℃，材料的填充空隙率小于95％；吸附床122填充物质为硅胶-CaCl2复合材料，填充空隙大于75％；冷凝夹层11外侧为不透光非金属材料构成，内侧为冷凝表面。
聚光板21直径大于吸附主体12直径，聚光板21为反光材料制成，其反射率大于85％。
外壳驱动装置13由收集器2四侧的太阳能板22吸收太阳能供能。
水管23与聚光板21连接的高度大于等于五分之一聚光板21高度。
小孔节流装置25节流孔长度与孔径之比小于等于0.5。
该装置在具体应用中，每经过一个切换时间后，由太阳能板22供能的外壳驱动装置13驱动玻璃外壳123右侧关闭或打开，使吸附床122吸附或解吸冷凝水蒸气；该装置重复执行包括以下步骤的循环：
S1.吸附步骤：晚上空气湿度大时，外壳驱动装置13控制右侧的玻璃外壳123向右移动，使吸附床122充分与湿空气接触，达到充分吸水的目的；
S2.解吸-冷凝步骤：白天有阳光时，外壳驱动装置13促使玻璃外壳123向左移动，聚光板21集中太阳能加热整个装置，在吸附剂达到解吸温度的时候，水蒸气从吸附床122中脱附，接触到上方的冷凝夹层11，冷凝后通过吸收主体12底侧的小孔汇集到收集器2中。
上述的切换时间为12小时，一个循环内最少日照时长为2小时。
聚光板21中暂存的水分通过水管23流入集水箱24，经小孔节流装置25用于大体积混凝土养护。
在实际应用中，该装置需置于需要养护的大体积混凝土正上方。
该装置利用太阳能驱动装置运作，夜晚，吸附床与湿空气接触以达到吸水的目的；日间，太阳能加热吸附床，解吸出水蒸气冷凝得液态水，通过本装置从丰富的大气水资源中吸收水分用于大体积混凝土养护。因此，本发明对于能量的收集利用和资源的循环使用具有重大节能环保意义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：包括发生器(1)与收集器(2)，发生器(1)置于收集器(2)上，发生器(1)包括冷凝夹层(11)、吸收主体(12)和外壳驱动装置(13)，冷凝夹层(11)位于吸收主体(12)上部，外壳驱动装置(13)位于吸收主体(12)下部，冷凝夹层(11)中填充相变材料(121)，吸收主体由玻璃外壳(123)和吸附床(122)构成，吸附床(122)外部由玻璃外壳(123)包裹，吸附主体(12)底侧有小孔，吸附床(122)由吸附剂填充的吸附单元构成，玻璃外壳(123)右侧由驱动装置(13)驱动；收集器包括聚光板(21)，集水箱(24)和太阳能板(22)，聚光版(21)呈凹球状分布在收集器(2)内侧，集水箱(24)位于聚光板(21)下方，集水箱(24)通过水管(23)与聚光板(21)相连，集水箱(24)底部设置小孔节流装置(25)，收集器(2)最外侧包裹四块太阳能板(22)。
2.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：所述吸附床(122)位于发生器(1)的中心部位，吸附床(122)上部的冷凝夹层(11)内填装的相变材料(121)为高温相变蓄热材料，其相变温度范围为45℃至85℃，材料的填充空隙率小于95％；吸附床(122)填充物质为硅胶-CaCl2复合材料，填充空隙大于75％；冷凝夹层(11)外侧为不透光非金属材料构成，内侧为冷凝表面。
3.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：所述聚光板(21)为反光材料制成，其反射率大于85％。
4.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：所述外壳驱动装置(13)由收集器(2)四侧的太阳能板(22)吸收太阳能供能。
5.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：所述水管(23)与聚光板(21)连接的高度大于等于五分之一聚光板(21)高度。
6.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：所述小孔节流装置(25)节流孔长度与孔径之比小于等于0.5。
7.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的应用方法，其特征在于：每经过一个切换时间后，由太阳能板(22)供能的外壳驱动装置(13)驱动玻璃外壳(123)右侧关闭或打开，使吸附床(122)吸附或解吸冷凝水蒸气；该装置重复执行包括以下步骤的循环：
S1.吸附步骤：晚上空气湿度大时，外壳驱动装置(13)控制右侧的玻璃外壳(123)向右移动，使吸附床(122)充分与湿空气接触，达到充分吸水的目的；
S2.解吸-冷凝步骤：白天有阳光时，外壳驱动装置(13)促使玻璃外壳(123)向左移动，聚光板(21)集中太阳能加热整个装置，在吸附剂达到解吸温度的时候，水蒸气从吸附床(122)中脱附，接触到上方的冷凝夹层(11)，冷凝后通过吸收主体(12)底侧的小孔汇集到收集器(2)中。
8.根据权利要求7所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的应用方法，其特征在于：所述切换时间为12小时，一个循环内最少日照时长为2小时。
9.根据权利要求7所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置的应用方法，其特征在于：所述聚光板(21)中暂存的水分通过水管(23)流入集水箱(24)，经小孔节流装置(25)用于大体积混凝土养护。
10.根据权利要求1所述的适用于大体积混凝土养护的太阳能取水装置，其特征在于：该装置置于需要养护的大体积混凝土正上方。
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