本发明专利技术公开一种冷凝集水装置，包括辐射制冷模块，包括盛液罐体、载冷工质和辐射制冷组件，利用辐射制冷组件向外界辐射能量，降低载冷工质的温度；相变储冷模块，包括相变储冷罐体、相变工质以及热交换器，利用热交换器将辐射制冷模块的冷能存储到相变工质中，实现夜晚蓄冷和白天供冷；冷凝集水模块，包括介电冷凝组件和沉水槽，用于增强空气的冷凝结露和集水。本发明专利技术的目的在于利用辐射制冷技术使冷凝面的温度降低至露点，诱发潮湿空气冷凝结露；利用相变储能技术存储夜晚多余的冷量，并在白天释放冷量以实现昼夜连续集水；利用介电润湿技术，优化冷凝液滴的生长和聚结过程，而提供一种用于海岛集水的高效冷凝结露装置。一种用于海岛集水的高效冷凝结露装置。一种用于海岛集水的高效冷凝结露装置。
【技术实现步骤摘要】
一种冷凝集水装置
[0001]本专利技术涉及集水装置
，尤其涉及一种冷凝集水装置。
技术介绍
[0002]据统计，过去20年间，全球人均淡水供给量减少20％以上，因此获得清洁安全的淡水资源供应已经成为人类面临生存和发展的一大挑战，其中，海岛居民的缺水现象更为突出。近年来，“空气取水”越来越受到人们的关注，因为大气中蕴含着丰富的清洁淡水资源，并且不受地域限制，若将大气中湿气转化为清洁饮用水，有助于海风多发而缺少淡水的海岛解决水资源短缺问题。
[0003]冷却结露式集水需要将冷凝装置表面温度冷却至至露点以下，让湿气凝结成水，例如，自然界中纳米布沙漠甲虫利用其翅膀上超级亲水纹理和超级防水凹槽，依靠温度差让空气中的水蒸气在其翅膀上凝结成水珠，进而获取水源。当凝结行为发生时，依据凝结液润湿壁面的能力不同，凝结结果可分为两种形式：膜状凝结和珠状凝结。膜状凝结主要发生在亲水壁面上，凝结发生时壁面上总会被一层连续液膜覆盖，而后续蒸汽凝结发出的汽化潜热则必须通过该连续液膜才能传给冷却壁面，因此该连续液膜成为膜状凝结的主要热阻。珠状冷凝常出现在疏水壁面上，珠状冷凝发生时凝结液会在壁面上形成一个个地小液珠，后续蒸汽可与暴露的冷却壁面直接交换热量，珠状冷凝弱化了液膜热阻，增加了冷凝传热系数。与膜状冷凝相比，珠状冷凝的冷凝传热系数增加了5～10倍。可见，结合珠状冷凝实现冷凝集水具有重要的意义。
[0004]现有技术中往往通过构造特殊壁面形貌来被动强化珠状冷凝传热，申请号202121506166.2的专利通过设计多个呈锥状的微针阵列，使得蒸汽快速冷凝；申请号202011099346.3的专利公开了一种仿生型冷凝强化传热表面，通过设计具有冷凝液滴的成核位点与界面张力梯度，强化冷凝相变传热性能；申请号201711021902.3的专利通过仿生仙人掌的刺结构用于蒸气高效冷凝；申请号201810803365.6的专利结合疏水区珠状冷凝、水珠易滑落与亲水区易聚集液滴的特点，避免液滴累计形成液膜，加快了冷凝液滴更新速率。然而，上述专利中通过构造特殊壁面形貌的制备工艺较为复杂，制造难度较大，经济成本也较高，且一旦壁面形貌被确定后，无法跟随环境变化而变化，这种被动型珠状冷凝传热方式不具有灵活性和可控性。因此，立足于海岛陆地淡水缺乏，但水汽潮湿的特点，如何设计一种结构简单、响应快速、主控性强、传热高效的冷凝集水装置，是本专利技术所要解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种实现昼夜连续高效冷凝结露集水的冷凝集水装置。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种冷凝集水装置，其特征在于，包括：
[0008]辐射制冷模块，所述辐射制冷模块包括盛液罐体、载冷工质和辐射制冷组件，所述载冷工质容置于所述盛液罐体内，所述辐射制冷组件设置于所述盛液罐体顶部；所述辐射制冷组件向外界辐射能量以获得冷却效果，降低所述载冷工质的温度，进而使得冷凝面的温度降低至露点，诱发潮湿空气冷凝结露；
[0009]相变储冷模块，包括相变储冷罐体、相变工质以及热交换器，所述相变工质容置于所述相变储冷罐体内，所述热交换器将所述辐射制冷模块的冷能存储到所述相变工质中，所述相变工质存储所述辐射制冷模块在夜晚产生的多余冷量，并在白天释放冷量，以达到实现昼夜连续集水；
[0010]冷凝集水模块，包括介电冷凝组件和沉水槽，所述介电冷凝组件的出水端通过引水管道与所述沉水槽相连通；所述介电冷凝组件由介电冷凝装置并联构成，所述介电冷凝装置包括介电冷凝单元；所述介电冷凝单元包括冷却板、载玻片、导电层、介电层以及电源；所述冷却板设有冷却腔，用于提供低温冷源并维持所述介电层的表面温度处于1～20℃范围内，促使潮湿空气释放潜热以形成珠状冷凝，同时避免潮湿空气结冰；所述载玻片的一面作为绝缘面连接于所述冷却板的上表面，所述载玻片的另一面用于涂覆所述导电层以作为导电面；所述导电层包括连接于所述电源的一对电极以及位于两个所述电极间的电极间隙，所述电极间隙用于隔断两个所述电极的直接接触，以便在两个所述电极之间产生电场；所述介电层覆盖于所述导电层之上，所述介电层的下表面与所述电极间隙配合，用于避免所述电极与冷凝液滴的直接接触而产生电解，并在两个所述电极之间电场的作用下产生极化，以控制冷凝液滴与其接触的界面张力，实现调控冷凝液滴尺寸；所述电源提供可操控电压均方根值和交流频率的交流电。
[0011]所述介电冷凝组件包括n个并行连接的介电冷凝装置，其中，n为大于等于1的整数，所述介电冷凝装置包括支撑架、启闭阀和安装在所述支撑架上的介电冷凝功能体，所述介电冷凝功能体包括p
×
q个介电冷凝单元，其中，p和q均为大于等于1的整数；所述支撑架设置为倾斜角处于45～60
°
放置状态，所述支撑架下端还设有用于收集水流的集水槽。
[0012]所述导电层是通过在所述载玻片上沉积导电薄膜，然后利用光刻和等离子体蚀刻技术刻蚀该导电薄膜，而形成所述电极间隙和所述电极，其中，该导电薄膜包括但不限于金属导电膜和金属氧化物导电膜。
[0013]所述介电层的截面形貌为具有分形结构特征的表面，所述分形结构特征采用Cantor集分形结构，至少布置有k级结构，k为大于等于1的整数，所述Cantor集分形结构的分形维数D为1～2范围内；具有自仿射拓扑特征的k级结构的Cantor集分形的生成过程是：
[0014](1)假定：第k0级截面轮廓为一条长度L0的直线；
[0015](2)对于第k1级截面轮廓，在水平方向，将第z0级表面轮廓分为2N
‑
1段，将各段从左到右按1，2，
···
，2N
‑
1依次排序，其中奇数段与奇数段等长，偶数段则与偶数段等长，奇数段总长L1为初始表面轮廓长度L0的1/fx(fx>1)；在垂直方向上，使偶数段突出高度设置为h1，奇数段保持不动；
[0016](3)对于第k2级截面轮廓，在水平方向，将第z1级表面轮廓中的奇数段分为2N
‑
1段，将各段从左到右按1，2，
···
，2N
‑
1依次排序，其中奇数段与奇数段等长，偶数段则与偶数段等长，奇数段总长L2为L1的1/fx(fx>1)；在垂直方向上，使偶数段突出高度设置为h2，其中该偶数段突出高度h2为上一级偶数段突出高度h1的1/f
y
倍(f
y
>1)，奇数段保持不动；
[0017](4)完成重复上述过程至k
‑
1级；对于第z
k
级截面轮廓，在水平方向，将第z
k
‑1级表面轮廓中的奇数段分为2N
‑
1段，将各段从左到右按1，2，
···
，2N
‑
1依次排序，其中奇数段与奇数段等长，偶数段则与偶数段等长，奇数段总长L
k...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冷凝集水装置，其特征在于，包括：辐射制冷模块，所述辐射制冷模块包括盛液罐体、载冷工质和辐射制冷组件，所述载冷工质容置于所述盛液罐体内，所述辐射制冷组件设置于所述盛液罐体顶部；所述辐射制冷组件向外界辐射能量以获得冷却效果，降低所述载冷工质的温度，进而使得冷凝面的温度降低至露点，诱发潮湿空气冷凝结露；相变储冷模块，包括相变储冷罐体、相变工质以及热交换器，所述相变工质容置于所述相变储冷罐体内，所述热交换器将所述辐射制冷模块的冷能存储到所述相变工质中，所述相变工质存储所述辐射制冷模块在夜晚产生的多余冷量，并在白天释放冷量，以达到实现昼夜连续集水；冷凝集水模块，包括介电冷凝组件和沉水槽，所述介电冷凝组件的出水端通过引水管道与所述沉水槽相连通；所述介电冷凝组件由介电冷凝装置并联构成，所述介电冷凝装置包括介电冷凝单元；所述介电冷凝单元包括冷却板、载玻片、导电层、介电层以及电源；所述冷却板设有冷却腔，用于提供低温冷源并维持所述介电层的表面温度处于1~20℃范围内，促使潮湿空气释放潜热以形成珠状冷凝，同时避免潮湿空气结冰；所述载玻片的一面作为绝缘面连接于所述冷却板的上表面，所述载玻片的另一面用于涂覆所述导电层以作为导电面；所述导电层包括连接于所述电源的一对电极以及位于两个所述电极间的电极间隙，所述电极间隙用于隔断两个所述电极的直接接触，以便在两个所述电极之间产生电场；所述介电层覆盖于所述导电层之上，所述介电层的下表面与所述电极间隙配合，用于避免所述电极与冷凝液滴的直接接触而产生电解，并在两个所述电极之间电场的作用下产生极化，以控制冷凝液滴与其接触的界面张力，实现调控冷凝液滴尺寸；所述电源提供可操控电压均方根值和交流频率的交流电。2.根据权利要求1所述的冷凝集水装置，其特征在于，所述导电层是通过在所述载玻片上沉积导电薄膜，然后利用光刻和等离子体蚀刻技术刻蚀该导电薄膜，而形成所述电极间隙和所述电极，其中，该导电薄膜包括但不限于金属导电膜和金属氧化物导电膜。3.根据权利要求1所述的海岛冷凝集水装置，其特征在于，所述介电层的截面形貌为具有分形结构特征的表面，所述分形结构特征采用Cantor集分形结构，至少布置有k级结构，k为大于等于1的整数，所述Cantor集分形结构的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴苏晨，古尔法姆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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