CN114319511B - 一种传统凉亭结构的空气集水装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气取水技术领域，尤其为一种传统凉亭结构的空气集水装置，针对淡水资源短缺、分布不均匀的问题，现提出如下方案，其包括动力组件、集水组件、吸水脱水组件，所述动力组件包括太阳能电池板、光控开关和涡轮风扇，光控开关固定安装在涡轮风扇的外侧，涡轮风扇的顶部固定连接有多个安装杆，多个安装杆的顶端均固定连接在太阳能电池板的底部，所述集水组件包括集水桶和两个集水软管，吸水脱水组件包括瓦楞形外罩、吸湿盐存储部、可调支撑支架、进气罩和集水槽。本发明能够在自然条件下，利用太阳能和凉亭结构的优势，实现全天候立体式空气集水和雨水收集，既可以改善区域水资源短缺问题，又能美化环境，可靠性高。

Description

一种传统凉亭结构的空气集水装置

技术领域

本发明涉及空气取水技术领域，尤其涉及一种传统凉亭结构的空气集水装置。

背景技术

近年来，极端气候变化造成冰川退缩、河流量减少、湖泊萎缩、土壤沙化和水土流失等生态环境问题，局部地区年降雨量减少，许多地下水被过度开采。据估计，到2025年，全球将有19亿人生活在相对缺水的国家或地区，三分之二的人将面临由于人口增长导致人均水资源急剧下降的压力。由于淡水资源在全球的分布并不均匀，许多地区的经济和社会发展依赖于水资源的开发。因此迫切需要寻找一种方法来解决淡水资源短缺、分布不均匀的问题。

湿度作为一种可靠的淡水来源，或多或少地存在于地球上的任何地方。大气中的含水量约为12900立方千米，是全世界河流总量的六倍。该水源可以满足饮用、农业、甚至工业部门的部分用水需求。但由于开发技术的限制，这部分水资源未能充分利用，从空气中集水也越来越受到研究者的青睐。

目前关于空气采集淡水的研究，主要有冷凝技术、吸附技术和其他技术。冷凝技术主要有蒸汽压缩循环(VCC)、热电制冷(TEC)等主动制冷技术。其他大气集水技术包括吸附技术、创新技术，如将风能与VCC或太阳能烟囱效应相结合，以及将干燥剂等与VCC相结合的高效混合技术。与其他方法相比，基于吸附的大气集水(ABAWH)最关键的优势是它能够在低相对湿度下产生水。根据吸附剂的不同，ABAWH技术可以从沙漠到热带地区产生水。利用吸附剂或复合吸附材料，在夜间捕捉空气中的水分，在白天有足够的太阳辐射时，将水分释放到高温空气中。然后，潮湿的空气在环境温度的影响下在表面凝结。另外，由于吸附剂和装置的感热是恒定的，因此，随着相对湿度的降低，产生单位水的能耗增加率比其他技术要低。

吸附剂是吸附技术的核心。目前，吸附剂已被广泛应用，现代吸附剂的开发正在进行大量的研究。吸附剂可分为物理吸附剂，如硅胶，活性炭等；聚合物吸附剂，如MOFs，吸湿水凝胶等；化学吸附剂，如氯化铜，氯化锂等吸湿盐以及复合吸附剂。

其中，吸湿盐是一种常见的吸附剂，可以参与无水盐和可溶性盐的吸附过程。无水盐对水蒸气的吸附是一种水热水化反应，由于蒸汽压梯度而发生在溶液中。潮解相对湿度(RH)是指盐从固相变为饱和溶液时的相对湿度。使用高RH盐，如MgSO4，在固相中吸附稳定，而LiCl和CaCl2等溶解盐具有较高的吸附能力，并通过降低液相的浓度继续吸附水分。无水CuCl2成本低廉，环保安全无污染，吸收水的能力强，但易导致盐晶体溶解在吸附的水中。凹凸棒土(ATP)，是一种多孔硅酸盐类粘土矿物。由于其具有独特的纤维状、棒状晶体形态、沉积方式和内部孔道等多种因素的影响而呈现出较大的比表面积，但吸湿率较低，孔道结构单一，制约了其吸附的选择性，使其在应用中的优势受到限制。硅藻土作为一种常见的多孔材料，具有疏松多孔、密度小、比表面积大，具有优异的吸湿能力等特性。对水分子的吸附作用主要为毛细孔道效应和表面化学吸附，其次为表面物理吸附作用。本发明将无水CuCl2与凹凸棒土和硅藻土均匀混合制备成球状复合吸湿材料，既具备了单一原料的各项优点，又有效改善了盐晶体易溶解的缺点。

基于上述优势与不足，本发明设计了一种空气集水-雨水收集装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决淡水资源短缺、分布不均匀的问题，而提出的一种传统凉亭结构的空气集水装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种传统凉亭结构的空气集水装置，包括动力组件、集水组件、吸水脱水组件，所述动力组件包括太阳能电池板、光控开关和涡轮风扇，光控开关固定安装在涡轮风扇的外侧，涡轮风扇的顶部固定连接有多个安装杆，多个安装杆的顶端均固定连接在太阳能电池板的底部，所述集水组件包括集水桶和两个集水软管，两个集水软管相互靠近的一端均与集水桶的外侧相连通，所述吸水脱水组件包括瓦楞形外罩、吸湿盐存储部、可调支撑支架、进气罩和集水槽，所述吸湿盐存储部覆盖在进气罩的顶部，吸湿盐存储部内填充有复合吸湿材料，所述可调支撑支架设置在进气罩的顶部，集水槽固定连接在括瓦楞形外罩和进气罩的底部，集水槽的底部两侧均开设有排水口，两个集水软管的顶端分别与对应的排水口相连通。

优选的，所述动力组件还包括控制系统，控制系统包括控制器，所述光控开关与控制器相连接，控制器与太阳能电池板和涡轮风扇相连接。

优选的，所述瓦楞形外罩由多片瓦楞形有机玻璃制作而成。

优选的，所述吸湿盐存储部设置为无纺布袋，且吸湿盐存储部的外侧涂覆有吸波涂层。

优选的，所述进气罩包括有机玻璃，不锈钢，合金等制作的空心圆锥形结构的复合吸湿材料支撑，复合吸湿材料支撑的外侧开设有多个进气孔。

优选的，所述可调支撑支架包括支撑筒、连接筒和螺栓杆，支撑筒滑动套接在连接筒的外侧，连接筒的顶端固定连接在进气罩的底部，且支撑筒的外侧开设有螺纹孔，螺栓杆螺纹连接在螺纹孔内，且螺栓杆的一端与连接筒的外侧活动抵接。

优选的，所述复合吸湿材料设置为矿物吸附材料-金属盐的复合物；

复合吸湿材料的制备方法：将100份凹凸棒土和10份硅藻土与30-70份无水氯化铜混合均匀后，在包衣机中将二者制成粒径为50-80目的小颗粒，在制备过程中不断喷水以便颗粒成型，将制成的小颗粒在60℃的烘箱中烘干，制得复合吸湿材料。

优选的，所述吸水脱水组件还包括卡箍，瓦楞形外罩通过卡箍固定连接在动力组件的底部。

本发明中，所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，通过将支撑筒放置于地面，通过旋松螺栓杆解除对于和连接筒的固定，然后调节装置距离地面的高度在100-300cm处，再旋紧螺栓杆，使得螺栓杆的端部与连接筒抵接，对装置进行高度固定；

本发明中，所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，夜间时，光控开关将光控信号传递到控制器，通过控制器控制太阳能电池板对涡轮风扇进行供电，使其运转带动空气由下向上流通，使湿空气通过进气孔进入，在吸湿盐存储部中复合吸湿材料的作用下将湿气捕集储存；白天时，光控开关打开，太阳能电池板充电，涡轮风扇停止转动，在太阳光的照射下瓦楞形外罩的表面温度升高，在高温的作用下，将储存在复合吸湿材料中的水解吸，变为水蒸气在瓦楞形外罩的内壁在环境温度中凝结成水珠，依靠自重流向集水槽，并通过集水软管连接导入集水桶中，实现集水目的；

本发明结构设计合理，由动力部分、集水部分、吸水脱水部分组成，在自然条件下，利用太阳能和凉亭结构的优势，实现全天候立体式空气集水和雨水收集，既可以改善区域水资源短缺问题，又能美化环境，可靠性高。

附图说明

图1为本发明提出的一种传统凉亭结构的空气集水装置的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种传统凉亭结构的空气集水装置的剖视结构示意图；

图3为本发明提出的瓦楞形外罩的结构示意图；

图4为本发明提出的进气罩的结构示意图；

图5为本发明提出的控制系统的结构示意图。

图中：1、动力组件；11、太阳能电池板；12、光控开关；13、涡轮风扇；2、集水组件；21、集水软管；22、集水桶；3、吸水脱水组件；31、瓦楞形外罩；32、吸湿盐存储部；33、可调支撑支架；331、支撑筒；332、连接筒；333、螺栓杆；34、进气罩；341、进气孔；342、复合吸湿材料支撑；35、集水槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种传统凉亭结构的空气集水装置，包括动力组件1、集水组件2、吸水脱水组件3，动力组件1包括太阳能电池板11、光控开关12和涡轮风扇13，光控开关12固定安装在涡轮风扇13的外侧，涡轮风扇13的顶部固定连接有多个安装杆，多个安装杆的顶端均固定连接在太阳能电池板11的底部，集水组件2包括集水桶22和两个集水软管21，两个集水软管21相互靠近的一端均与集水桶22的外侧相连通，吸水脱水组件3包括瓦楞形外罩31、吸湿盐存储部32、可调支撑支架33、进气罩34和集水槽35，吸湿盐存储部32覆盖在进气罩34的顶部，吸湿盐存储部32内填充有复合吸湿材料，可调支撑支架33设置在进气罩34的顶部，集水槽35固定连接在括瓦楞形外罩31和进气罩34的底部，集水槽35的底部两侧均开设有排水口，两个集水软管21的顶端分别与对应的排水口相连通。

本实施例中，动力组件1还包括控制系统，控制系统包括控制器，光控开关12与控制器相连接，控制器与太阳能电池板11和涡轮风扇13相连接。

本实施例中，瓦楞形外罩31由多片瓦楞形有机玻璃制作而成。

本实施例中，吸湿盐存储部32设置为无纺布袋，且吸湿盐存储部32的外侧涂覆有吸波涂层。

本实施例中，进气罩34包括有机玻璃，不锈钢，合金等制作的空心圆锥形结构的复合吸湿材料支撑342，复合吸湿材料支撑342的外侧开设有多个进气孔341。

本实施例中，可调支撑支架33包括支撑筒331、连接筒332和螺栓杆333，支撑筒331滑动套接在连接筒332的外侧，连接筒332的顶端固定连接在进气罩34的底部，且支撑筒331的外侧开设有螺纹孔，螺栓杆333螺纹连接在螺纹孔内，且螺栓杆333的一端与连接筒332的外侧活动抵接。

本实施例中，吸水脱水组件3还包括卡箍，瓦楞形外罩31通过卡箍固定连接在动力组件1的底部。

本实施例中，复合吸湿材料设置为矿物吸附材料-金属盐的复合物；

复合吸湿材料的制备方法：将100份凹凸棒土和10份硅藻土与30-70份无水氯化铜混合均匀后，在包衣机中将二者制成粒径为50-80目的小颗粒，在制备过程中不断喷水以便颗粒成型，将制成的小颗粒在60℃的烘箱中烘干，制得复合吸湿材料。

本实施例中，在使用时，通过将支撑筒331放置于地面，通过旋松螺栓杆333解除对于和连接筒332的固定，然后调节装置距离地面的高度在100-300cm处，再旋紧螺栓杆333，使得螺栓杆333的端部与连接筒332抵接，对装置进行高度固定，夜间时，光控开关12将光控信号传递到控制器，通过控制器控制太阳能电池板11对涡轮风扇13进行供电，使其运转带动空气由下向上流通，使湿空气通过进气孔341进入，在吸湿盐存储部32中复合吸湿材料的作用下将湿气捕集储存；白天时，光控开关12打开，太阳能电池板11充电，涡轮风扇13停止转动，在太阳光的照射下瓦楞形外罩31的表面温度升高，在高温的作用下，将储存在复合吸湿材料中的水解吸，变为水蒸气在瓦楞形外罩31的内壁在环境温度中凝结成水珠，依靠自重流向集水槽35，并通过集水软管21连接导入集水桶22中，实现集水目的。

Claims (8)

1.一种传统凉亭结构的空气集水装置，包括动力组件（1）、集水组件（2）、吸水脱水组件（3），其特征在于，所述动力组件（1）包括太阳能电池板（11）、光控开关（12）和涡轮风扇（13），光控开关（12）固定安装在涡轮风扇（13）的外侧，涡轮风扇（13）的顶部固定连接有多个安装杆，多个安装杆的顶端均固定连接在太阳能电池板（11）的底部，所述集水组件（2）包括集水桶（22）和两个集水软管（21），两个集水软管（21）相互靠近的一端均与集水桶（22）的外侧相连通，所述吸水脱水组件（3）包括瓦楞形外罩（31）、吸湿盐存储部（32）、可调支撑支架（33）、进气罩（34）和集水槽（35），所述吸湿盐存储部（32）覆盖在进气罩（34）的顶部，吸湿盐存储部（32）内填充有复合吸湿材料，所述可调支撑支架（33）设置在进气罩（34）的顶部，集水槽（35）固定连接在括瓦楞形外罩（31）和进气罩（34）的底部，集水槽（35）的底部两侧均开设有排水口，两个集水软管（21）的顶端分别与对应的排水口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述动力组件（1）还包括控制系统，控制系统包括控制器，所述光控开关（12）与控制器相连接，控制器与太阳能电池板（11）和涡轮风扇（13）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述瓦楞形外罩（31）由多片瓦楞形有机玻璃制作而成。

4.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述吸湿盐存储部（32）设置为无纺布袋，且吸湿盐存储部（32）的外侧涂覆有吸波涂层。

5.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述进气罩（34）包括有机玻璃，不锈钢，合金等制作的空心圆锥形结构的复合吸湿材料支撑（342），复合吸湿材料支撑（342）的外侧开设有多个进气孔（341）。

6.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述可调支撑支架（33）包括支撑筒（331）、连接筒（332）和螺栓杆（333），支撑筒（331）滑动套接在连接筒（332）的外侧，连接筒（332）的顶端固定连接在进气罩（34）的底部，且支撑筒（331）的外侧开设有螺纹孔，螺栓杆（333）螺纹连接在螺纹孔内，且螺栓杆（333）的一端与连接筒（332）的外侧活动抵接。

7.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述复合吸湿材料设置为矿物吸附材料-金属盐的复合物；

复合吸湿材料的制备方法：将100份凹凸棒土和10份硅藻土与30-70份无水氯化铜混合均匀后，在包衣机中将二者制成粒径为50-80目的小颗粒，在制备过程中不断喷水以便颗粒成型，将制成的小颗粒在60℃的烘箱中烘干，制得复合吸湿材料。

8.根据权利要求1所述的一种传统凉亭结构的空气集水装置，其特征在于，所述吸水脱水组件（3）还包括卡箍，瓦楞形外罩（31）通过卡箍固定连接在动力组件（1）的底部。

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