CN208105375U - 利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置 - Google Patents

Abstract

利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置涉及空气中水蒸气液化，风能发电机和太阳能发电板进行发电；小型涡轮将外界空气汲入地下结构，地下结构包含制冷半导体和铜丝螺旋体，制冷半导体围成一个空腔，空腔内侧为制冷半导体的热端、空腔外侧为制冷半导体的冷端，低温铜丝螺旋体依附在制冷半导体的外侧表面，空气中的水蒸汽则液化为液态水储存在装置的液化空腔的底部，当液态水达到一定高度时则通过透水孔幕滴入液化空腔底部下方的蓄水池中；空气通过制冷半导体围成的空腔内侧的热端以后，热空气由隔热导气管进入底部的蓄水池中的“S”形散热管中向液态水进行热量传递，最后气体从排气孔排出。有益效果是：无人操作情况下不间断地取水。

Description

利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置

技术领域

本发明是一种利用太阳能和风能供电的从空气中将水蒸气部分液化，从而实现供水的自动节水灌溉装置。

背景技术

水是万物之源，无论对于人类还是植被，水都不可或缺。然而中国长期面临着时空不均、资源性缺水等现状。尤其在某些干旱地区和沿海地区，淡水资源的总量让人担忧。各项的治水工程如南水北调、海水淡化等都需要耗费大量财力，且因交通运输成本、技术限制等原因，这些方法对很多偏远地区的缺水地方尚不实用。又比如，我国众多科研团队以及企业都致力于沙漠化治理之中，但沙漠缺水的条件使得植物难以扎根，一系列工程都进行得十分困难，且耗资巨大。近及农业灌溉、园林绿化来讲，当前许多植物生长的区域无浇灌设施，部分有地下埋管浇水系统也因无人管理经常处于瘫痪状态，城市绿化灌溉可持续性差。另外，即使是产业化的农场大面积，铺设大面积水电管网进行管理，由于缺少科学化的水电，灌溉水的利用率很低，并且一旦系统某部位出现故障，则检查以及维护就显得十分繁杂。还如快速公路隔栏绿化区灌溉手段有限，植物生长同样面临着一些问题。

因此，无论是对于植被还是人类本身来说，找到一种高效率的生产淡水的方法迫在眉睫。本装置“利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置”则能姣好地解决上述问题。加之本装置为独立系统，维护和管理十分方便、结构简单造价低廉更是该系统的亮点之一。因此，本装置的产生显得极为迫切。

发明内容

利用风能和太阳能供电、制冷半导体和铜丝热传导作用导致铜丝与制冷半导体的温度比较接近，使空气中水蒸气液化实现自动化的从空气中获取水。

本发明实现发明目的的技术方案是：利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置，其特征是：风能发电机和太阳能发电板进行发电蓄能，风能发电机和太阳能发电板是装置的电源，能对小型涡轮、制冷半导体、风扇供电；小型涡轮将外界空气汲入地下结构，地下结构包含制冷半导体和铜丝螺旋体，制冷半导体围成一个空腔，空腔的底部有一个进气孔，空腔的顶部连通中心管道，中心管道的外侧为空气汲入地下结构的进气通道，中心管道管壁外侧包裹绝热材料成为隔热导气管；通电后，空腔内侧为制冷半导体的热端、空腔外侧为制冷半导体的冷端，低温铜丝螺旋体依附在制冷半导体的外侧表面，通电后的制冷半导体表面以及铜丝螺旋体都是低温状态，空气通过时，空气中的水蒸气则液化为液态水暂时储存在装置的液化空腔的底部，当液态水达到一定高度时，则通过透水孔幕滴入液化空腔底部下方的蓄水池中；在液化空腔底部和蓄水池顶部之间装有隔热板，透水孔幕为隔热板的通孔，通孔的边缘略微向上凸出，即向液化空腔一侧凸出，使液化空腔的底部残留一定厚度的水分；空气通过制冷半导体围成的空腔内侧的热端以后，热空气由隔热导气管进入底部的蓄水池中的“S”形散热管中向液态水进行热量传递，即对底部蓄水池的水进行加热，最后气体从排气孔排出。当蓄水池中的水到一定量时，启动泵机将蓄水池的液态水抽出到外界的蓄水池储蓄起来以备他用，如灌溉、生活用水等，并可与自动灌溉体系等结合应用。

装置的电源能够接入蓄电池，蓄电池对小型涡轮、制冷半导体、风扇供电。

制冷半导体围成的空腔内设置风扇促进空气从液化空腔流动到底部蓄水池散热，带走制冷半导体产生的热量，并提供动力使空气从排气孔排出。

水汽条件：一般情况下，适宜居住的地方，空气湿度一般在30%到90%，沙漠里的干燥空气湿度也在20%左右。用数据来说，比如在30℃的情况时，一立方米的空气最多含有30.38克水时，相对湿度即为100%。那么在同等温度下，一立方米相对湿度20%的空气中就含有6克水。因此，无论是常规的生活条件下，还是在干旱的沙漠中，空气都具有可提取水的水汽条件。

液化条件：根据常识，我们不难发现如自然界的起雾，或空调有水排出一样的道理，空气中水蒸气在遇到低温时则会液化成水。在我国，地面以下2-3米，土壤温度一般能达到10℃，加之太阳能供电的制冷半导体在通电时，在临气一侧为制冷端，能为水蒸气液化提供良好的条件，水蒸气通过铜丝-制冷片的组合结构时，大量的水蒸气能够液化成水汇聚于装置内。

供电条件：制冷半导体在USB迷你冰箱领域已经取得了较大的应用，其电压一般在12V以下，功率也较小，能够适合太阳能发电板供电要求。汲气涡轮、散热风扇、传感器等均采用低压电源，太阳能、风能联合供电系统是理想的选择。

追光方案：双轴追光功能采用简化的结构来实现，在结构中安装一个计时器，并在芯片中编写程序即可实现太阳能板每日按照一定的速度从西往东转。在不同的纬度下，将纬度数据在开始时输入程序，即可在一年中，根据太阳高度角进行倾角调节。从而实现光照的最大化。现有技术已经实现追光方案，本装置能够借用现有技术实现太阳能的更大转换成电能。

本发明的有益效果是：利用风能、太阳能结合进行发电蓄能，并用该电源（也可以通过蓄电池后）供电给小型涡轮、制冷半导体、散热器等将空气汲入地下制冷结构中实现水蒸气液化从而取水，能在无人操作情况下不间断地取水。除了生活用水方面，本装置也可配合其他设备，如自动节水灌溉系统，即可在沙漠绿化工程、农业灌溉工程、园林景观工程、快速公路隔带区绿化、无人化草坪管理等领域都能获得较好的应用。

附图说明

图1是装置示意图;1：风能发电机；2：太阳能发电板；3：小型涡轮；4：铜丝螺旋体；5：制冷半导体；6：隔热导气管；7：液化空腔；8：透水孔幕；9：隔热板；10：“S”形散热管；11：排气孔； 12：风扇；13：液态水。

具体实施方式

装置主要分为2个部分：地上产能结构A；地下液化结构B。其具体的实施方式为：风能发电机1和太阳能发电板2进行发电蓄能，风能发电机1和太阳能发电板2是装置中的电源，电源能够对蓄电池充电，蓄电池或者电源对小型涡轮3、制冷半导体5、风扇12供电，蓄电池供电比电源直接供电要平稳些；小型涡轮3将外界空气汲入地下结构，地下结构包含制冷半导体5和低温铜丝螺旋体4，制冷半导体5围成一个空腔，空腔的底部有一个进气孔，空腔的顶部有一个中心管道，中心管道的外侧为空气汲入地下结构的进气通道，中心管道管壁外侧包裹绝热材料成为隔热导气管6。通电后，空腔内侧为制冷半导体5的热端、空腔外侧为制冷半导体5的冷端，低温铜丝螺旋体4依附在制冷半导体5的外侧表面，通电后的制冷半导体5表面以及铜丝螺旋体4都是低温状态，空气通过时，空气中的部分水蒸气则液化为液态水13暂时储存在装置的液化空腔7中。当液态水13达到一定高度时，则可通过透水孔幕8滴入装置底部的蓄水池中，在液化空腔7底部和蓄水池顶部装有隔热板9。空气通过制冷半导体5围成的空腔内侧的热端以后，热空气由隔热导气管6进入底部的蓄水池中的“S”形散热管10中与液态水进行热量传递，即对底部蓄水池的水进行加热，最后“S”形散热管10流出气体从排气孔11排出（也可以通过绝热管道进入装置外部，再通过普通管道导流到空气中，最后的空气出口最好远离小型涡轮3的空气入口，减少流出空气回流的几率）；当蓄水池中的水到一定量时，启动泵机（可以采用气球漂浮水面，气球上浮顶开泵机电源开关）将液态水13抽出到外界（地面或者其他位置）的蓄水池储蓄起来以备他用，如灌溉、生活用水等，并可与自动灌溉体系等结合应用。因为，该设计的所有能量（风能、太阳能通过半导体制冷和制热转换成热能，从半导体制冷的冷端吸热，在半导体制冷的热端放热，风能、太阳能和外界空气的热量）都向蓄水池的水进行传递，因此，在忽略热量传递损耗的情况下，蓄水池的水温略微高于环境温度，可直接利用泵机等进行转移和使用。除了生活用水以外，该装置还能配合其他设备如自动的节水灌溉系统，即可能在沙漠绿化工程、农业灌溉工程、园林景观工程、快速公路隔带区绿化、无人化草坪管理等领域都能获得较好的应用，且应用方案不局限于此。

Claims (3)

1.利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置，其特征是：风能发电机（1）和太阳能发电板（2）进行发电蓄能，风能发电机（1）和太阳能发电板（2）是装置的电源，能对小型涡轮（3）、制冷半导体（5）、风扇（12）供电；小型涡轮（3）将外界空气汲入地下结构，地下结构包含制冷半导体（5）和铜丝螺旋体（4），制冷半导体（5）围成一个空腔，空腔的底部有一个进气孔，空腔的顶部连通中心管道，中心管道的外侧为空气汲入地下结构的进气通道，中心管道管壁外侧包裹绝热材料成为隔热导气管（6）；通电后，空腔内侧为制冷半导体（5）的热端、空腔外侧为制冷半导体（5）的冷端，低温铜丝螺旋体（4）依附在制冷半导体（5）的外侧表面，通电后的制冷半导体（5）表面以及铜丝螺旋体（4）都是低温状态，空气通过时，空气中的水蒸气则液化为液态水（13）暂时储存在装置的液化空腔（7）的底部，当液态水（13）达到一定高度时，则通过透水孔幕（8）滴入液化空腔（7）底部下方的蓄水池中；在液化空腔（7）底部和蓄水池顶部之间装有隔热板（9），透水孔幕（8）为隔热板（9）的通孔，通孔的边缘略微向上凸出，即向液化空腔（7）一侧凸出，使液化空腔（7）的底部残留一定厚度的水分；空气通过制冷半导体（5）围成的空腔内侧的热端以后，热空气由隔热导气管（6）进入底部的蓄水池中的“S”形散热管（10）中向液态水进行热量传递，即对底部蓄水池的水进行加热，最后气体从排气孔（11）排出。

2.根据权利要求1所述的利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置，其特征是：装置的电源能够接入蓄电池，蓄电池对小型涡轮（3）、制冷半导体（5）、风扇（12）供电。

3.根据权利要求1所述的利用风能和太阳能实现从空气中获取水的装置，其特征是：制冷半导体（5）围成的空腔内设置风扇（12）促进空气从液化空腔（7）流动到底部蓄水池散热，带走制冷半导体（5）产生的热量，并提供动力使空气从排气孔（11）排出。