水汽捕捉装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水汽捕捉装置，包括波浪形水汽凝结面和储水装置，水汽凝结面由辐射制冷材料为基板，波浪形水汽凝结面的凸起部为亲水凸起部，其低凹部为疏水低凹部；储水装置设置在水汽凝结面底端，亲水凸起部捕捉到的水汽形成水珠后转移到疏水低凹部，并沿疏水低凹部传输至储水装置中。辐射制冷材料能使凝结面的温度降得更快更低，亲水凸起部捕捉空气中的水汽并凝结形成水珠，水珠长大后转移到疏水低凹部，并沿疏水低凹部能快速传输至储水装置中。本发明专利技术结构简单、绿色环保，可应用到干旱、半干旱地区，能在一定程度上缓解缺水问题，也可以应用于非干旱地区，提供一些生活、生产用水。

Vapor trap

The invention discloses a water vapor catching device, including wavy surface condensation of water vapor and the water storage device, water vapor condensation surface by radiative cooling materials as substrate, wave shaped bulge surface hydrophilic condensation convex part, the recesses for hydrophobic recesses; the water storage device is arranged in the water vapor condensation surface hydrophilic bottom. The bulge to capture the water vapor forms droplets transfer to hydrophobic recesses, and along the water transfer to the storage device in hydrophobic recesses. Radiative cooling materials can make the condensation temperature drop faster lower hydrophilic protrusion capture water vapor in the air and condenses to form water droplets grow up after transfer to hydrophobic recesses, and the hydrophobic recesses can quickly transfer to a water storage device. The invention has the advantages of simple structure, environmental protection, and the utility model can be applied to arid and semi-arid areas, and can alleviate water shortage to a certain extent.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水汽捕捉装置，该装置能将空气中的水汽转化成为液态淡水。
技术介绍
水是生命之源，它滋润着世间万物，没有水就没有生命，也就没有人类的一切。地球虽然称为“水球”，但直接能为人类所使用的液态的淡水所占的比例很少，并且随着人类社会的快速发展，可利用的液态淡水资源越发不能满足人类的需求。面对严峻的水资源短缺问题，人类提出了不少解决办法:海水淡化、人工降雨、水的多次循环利用等等。这些技术都存在不同方面的制约，比如:淡化海水，只能在沿海部分地区进行，此外技术不够成熟成本高；人工降雨则必须要有可降雨的云层，且不太环保。众所周知大气中含有不少的水汽，研究数据表明:大气中的水汽总量是地表河流水量的八倍，并且水汽无处不在，有空气的地方就有水汽；在干旱、半干旱甚至沙漠地区，水汽凝结形成的露水量常常是自然降水量的好几倍；在一些环境污染比较严重的地区，水汽比地表水更为洁净；当露点为20°C时，绝对湿度α =18.6g/m3，当露点为10°C时，绝对湿度α = 9.4g/m3，考率到空气的流动性，能够收集的水的量还是可观的。因此可以对大气中的水汽加以开发利用。目前将大气中的水汽转化为液态淡水的方法主要有:电制冷结露法、吸附剂吸附法、聚雾取水法等。但是这些方法存在以下缺点:电制冷结露法耗能且效率相对较低；吸附法使用的高效吸附剂还有待开发，且液态吸附剂有害人体健康；聚雾取水法只适宜在多雾且缺水的地方推广。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种无需能量供给、仅依靠自身结构和不同特性材料的优化组合就能捕捉大气中水汽的环保型水汽捕捉装置。本专利技术装置的设计思路为:要捕捉到大气中的水汽并使水汽凝结成液态水，主要得满足以下三个条件:①提供水汽凝结的载体；②大气温度达到露点以下适宜的近地层风速。对于条件①本专利技术采用亲水材料作为水汽凝结的载体，提高凝结效率；对于条件②，本专利技术采用辐射制冷材料使凝结面的温度降得更快更低；对于条件③，本专利技术通过结构设计来获得适宜的风场。本专利技术的技术方案如下:一种水汽捕捉装置，包括波浪形水汽凝结面和储水装置，水汽凝结面由辐射制冷材料为基板，波浪形水汽凝结面的凸起部为亲水凸起部，其低凹部为疏水低凹部；储水装置设置在水汽凝结面底端，亲水凸起部捕捉到的水汽形成水珠后转移到疏水低凹部，并沿疏水低凹部流至储水装置中。本专利技术装置可实现水汽捕捉、水珠转移、水珠传输、水珠存储的连续收集过程。 上述辐射制冷材料为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯同时也是疏水材料。上述亲水凸起部覆有亲水材料层，所述的亲水材料为纳米二氧化硅、金属或玻璃。上述水汽凝结面为半球面或圆柱面。本专利技术的一种具体实施例为:水汽凝结面为半球面，所述的亲水凸起部和疏水低凹部相间设置在半球面上，且亲水凸起部和疏水低凹部的一端交于半球面顶点，另一端终止于半球面底端，该半球面底端设有存储水珠的储水沿。考虑到和大气接触的表面积和空气动力学原理，半球面结构能增加和大气接触的表面积，美观且实用。实际中风场是不稳定的，轴对称结构的半球面，不仅能够适应不同风向并且还具有调节风速的作用，使整个水汽凝结面的风速比较适宜，当水汽吹向低温的凝结面时，整个半球面都能被含水汽的气流覆盖，亲水凸起部能充分接触水汽，亲水凸起部凝结的水珠转移到疏水低凹部，疏水低凹部能快速传输水珠又能减少水珠在转移时的受气流影响，从而提高水汽凝结效率。本专利技术的另一种具体实施为:水汽凝结面为圆柱面结构，所述的亲水凸起部和疏水低凹部相间设置在圆柱面上，且亲水凸起部和疏水低凹部与该圆柱面结构的上、下底面垂直，圆柱面结构底端设置有储水装置。圆柱凝结面为轴对称结构，能够适应不同风场；凝结面垂直于地面，在重力的作用下凝结的水珠更快地转移，有利于提高水汽凝结效率。水汽捕捉装置是一种能够将空气中的水汽转化成为液态淡水的装置。本专利技术水汽捕捉装置是基于以下原理进行设计:I)水汽凝结原理水汽凝结在自然界中最常见的形式就是露水。露水是指在天气晴朗、无风或微风的夜晚，贴近地面的空气受地面长波辐射冷却的影响而降温到露点以下，空气中所含水汽的过饱和部分在地面或地物表面上凝结而成的水珠。水汽凝结发生的一般条件是:近地层水汽达到饱和状态并且有形成露珠的凝结核；地表温度日温较差大，凝结时温度降到露点以下；近地层风速较小。2)辐射制冷原理在某种情况下，辐射体的热辐射能够“不受阻挡地”直接辐射到温度极低的宇宙或者高层大气中去，这样辐射体就与空气形成可观的温差，从而达到极高的辐射效率。这种以低温的宇宙环境或高层大气为热沉的辐射换热方式，就是辐射制冷。宇宙空间接近绝对零度，外层大气的温度也相当低，因此对于地表而言，天空是一个天然的巨大冷库。大气层对于不同的波段有着不同的透射率，透射率较高的波段称为“大气窗口”。大气层有多个大气窗口，8 13um这一段是比较特殊的，因为常温下的黑体辐射能量王要集中在此。夜间从大气窗口透射到地表的辐射功率有限,而地表通过8 13um的大气窗口向天空辐射的能量较多，使得地表在夜间自然冷却。采用选择性光谱辐射材料可以加强辐射制冷的效果，假设地表的物体表面用某种理想的选择性辐射体制成，在8 13um波段外反射率为1，那么它就只在8 13um窗口大量向外空辐射热量，温度不断下降。研究表明，具有这种特性的理想辐射体可以把物体表面的温度降得比环境温度低得多。3)仿生原理在水极其匮乏的沙漠地区，生长在那里的昆虫已经进化出能从大气中获取水的能力。例如，纳米比亚的沐雾甲虫(又称暗黑甲虫)就是一个水汽捕捉专家。沐雾甲虫的背上有许多背峰和背脊，背脊可将微小的水汽汇集到一起以形成较大的露滴。露滴渐渐累积，然后顺着沐雾甲虫背部向下流向其嘴巴。沐雾甲虫收集水汽的奥秘在于沐雾甲虫背壳的结构和材质。沐雾甲虫拥有超强的疏水性背壳表面并且其背壳表面规则地布满了亲水性的凸起，亲水性的凸起很容易吸引水汽的凝结，疏水性的凹槽则很方便水珠的运动转移。鉴于沐雾甲虫的例子，本专利技术采用亲水凸起部和疏水低凹部相间设计的水汽捕捉装置，不仅加大水汽的捕捉量，并使凝结的液态水易于转移。固体表面的亲水性和疏水性，主要由表面化学组成和表面粗糙度共同决定。制作波浪形水汽凝结面的时候，以辐射制冷材料为基板，然后通过对其表面加工改变其表面化学组成或表面粗糙度使其具有亲水性或疏水性。4)空气动力学原理风是由于空气流动产生的，为了使空气流经物体(即是绕流)后，仍和物体表面接触，需要合理设计物体外形，空气流经它之后，附面层的分布范围仍是很大。鉴于空气动力学原理和增大水汽凝结面表面积的需要，为了得到更优的水汽凝结效果，本专利技术的优选方案采用了半球形或圆柱面结构的水汽凝结面。基于上述四大原理，水汽捕捉装置应该具有以下性能:I)好的绝热性能:绝热性能好的材料的温度不易受环境温度的影响，这使水汽凝结面温度能尽可能的保持在露点以下，从而提高露水的收集效率。并且，水汽液化时会放出热量，绝热性能好的材料温度不易受其影响。2)好的辐射制冷效果:具有较好辐射制冷作用的材料能够通过“大气窗口 ”波段的热辐射作用，增大凝结面的辐射散热功率，使得凝结面的温度可以降得更快、更低，从而促进逆温层的形成与保持，从而提高水汽凝结效率。3)必要的亲水性:亲水性越强，露水的接触湿润角就越小,其成核率就越大,露滴的增长速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水汽捕捉装置，其特征是：包括波浪形水汽凝结面和储水装置，水汽凝结面由辐射制冷材料为基板，波浪形水汽凝结面的凸起部为亲水凸起部，其低凹部为疏水低凹部；储水装置设置在水汽凝结面底端，亲水凸起部捕捉到的水汽形成水珠后转移到疏水低凹部，并沿疏水低凹部流至储水装置中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李凌程，李羲轮，袁俊，朱彩虹，韦直林，张利平，曹增龙，曾思栋，杜鸿，万蕙，匡洋，刘睿，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：