一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器制造技术

本发明专利技术公开了一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，包括小功率风扇、空气加热器、带硅胶吸附剂的转轮、非均匀湿润性肋片、半导体制冷片、散热肋片、散热风扇、制水室、水过滤装置和蓄水箱；制水室上部的矩形框内竖直插入非均匀湿润性肋片，非均匀湿润性肋片的表面设置成像纳米布沙漠甲虫背部一样的结构，矩形框外壁面上设置有半导体制冷片；小功率风扇与空气加热器的进风口对应，出风口与蜂窝状转轮的一侧对应，蜂窝状转轮的另一侧与制水室的顶部内连通。本发明专利技术设计了一种仿沙漠甲虫制水原理的半导体制冷空气制水器，将已有的制冷结露法与吸附法结合，运用沙漠甲虫空气取水原理和半导体制冷技术，来达到空气取水的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器
本专利技术涉及一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，可为远离城镇、补给困难的干旱、海边地区，以及野外考察、野战部队、偏远哨所等应用场合提供水源以及紧急情况的饮用水制取。
技术介绍
水是生命之源，人类的生产、生活都离不开水资源。世界上97％的水为海水，可饮用淡水仅占全球水量的0.36％，并且淡水分布极其不均匀。目前，全球有超过十亿人生活在缺水地区，淡水资源紧缺形势日趋严峻。而空气作为水资源形态转变最主要的媒介，空气中总包含一定量的水分子，因此从空气取水成了获取淡水资源的新途径。有效解决空气取水技术问题，能够为水资源匮乏地区和水污染严重地区提供先进、节能、经济的供水方案。目前，空气制水主要包括传统方法和非传统方法两种。传统方法中，收集雨水是人类从空气中取水最原始、最简单的方法。非传统的方法按照原理来划分，主要包括制冷结露法、吸附法、聚雾取水法等。但现有空气取水技术仍不成熟，存在如受地区和天气的限制、设备能耗高、体积大、成本高、制水效率不高等缺陷。同时，传统压缩机制冷装置制水效率不高、体积大、噪声大、不适用于小型装置，且使用制冷剂，污染环境。纳米布沙漠是世界上最干旱的沙漠之一，其年降雨量少于13mm，只有晚上从大西洋吹来的雾气能够带来一些水分。常年干旱的环境迫使当地的动植物进化出特殊的生理结构和形态，纳米布沙漠甲虫就是其中以出色的集水能力著称的实例之一。纳米布沙漠甲虫背部的特殊润湿性凸起使其能够在亲水凸起区域捕获并聚结雾气中的小水滴，疏水区域小液滴也会部分被吹到或者反弹到亲水区域，使亲水区域的小液滴迅速长大。结合这一特征，仿沙漠甲虫的复合型非均匀润湿性凸起材料可应用于雾水的收集。近年，已有相关机构正在开发非均匀湿润性的材料，也开展了很多相关的研究，但还没有与制冷技术相结合，应用于提高空气制水效率的方案。因此一种结合仿生原理的新型制水装置还有待开发。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，包括小功率风扇、空气加热器、带硅胶吸附剂的转轮、非均匀湿润性肋片、半导体制冷片、散热肋片、散热风扇、制水室、水过滤装置和蓄水箱；所述带硅胶吸附剂的转轮包括蜂窝状转轮、转轴和电机；所述转轴穿过蜂窝状转轮的中部，转轴由电机驱动；所述制水室的上部为矩形框，制水室的下部为集水漏斗；所述制水室上部的矩形框内竖直插入多片相互平行的非均匀湿润性肋片，所述非均匀湿润性肋片的表面设置成像纳米布沙漠甲虫背部一样的结构；所述制水室上部的矩形框外壁面上设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的制冷侧与矩形框外壁面贴合，所述半导体制冷片的散热侧设置散热肋片，所述散热肋片的外侧设置散热风扇；所述小功率风扇的出风口与空气加热器的进风口对应，所述空气加热器的出风口与蜂窝状转轮的一侧对应，所述蜂窝状转轮的另一侧通过导管与制水室的顶部内连通；所述制水室下部的集水漏斗的出水口与水过滤装置的进水口连接，所述水过滤装置的出水口与蓄水箱连接。作为本专利技术的一种优选方案，所述蜂窝状转轮的制作方法为：首先，将蜂窝状硅胶基座浸泡在碱性20％的硅溶胶溶液中8h以上，在60℃的湿热烘干箱中充分干燥蜂窝状硅胶基座；之后，用40％的氯化锂溶液浸泡蜂窝状硅胶基座，并采用反复提拉的方式使氯化锂充分附着在蜂窝状硅胶基座上，吸附空气中水分后干燥蜂窝状，重复吸附、干燥步骤多次，由此制得新型复合吸附剂材料的蜂窝状转轮。作为本专利技术的一种优选方案，所述非均匀润湿性肋片表面的凸起顶端涂覆具有亲水性的二氧化钛以形成模仿甲虫背部的亲水性区域，所述非均匀润湿性肋片表面的凹部涂覆有蜡状性质的疏水材料以形成模仿甲虫背部的疏水性区域。作为本专利技术的一种优选方案，所述非均匀润湿性肋片的表面中部沿竖直方向设置疏水凹槽，所述非均匀润湿性肋片的尺寸为220*120*3mm，凸起部分当量直径约4mm，凸起高度约0.3mm，凸起之间的间距约2mm。作为本专利技术的一种优选方案，所述制水室上靠近下部的集水漏斗设置有排气口。作为本专利技术的一种优选方案，所述空气加热器与蜂窝状转轮的一侧下部对应。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术设计了一种仿沙漠甲虫制水原理的半导体制冷空气制水器，将已有的制冷结露法与吸附法结合，运用沙漠甲虫空气取水原理和半导体制冷技术，来达到空气取水的效果。2、本专利技术的整体尺寸较小，体积为0.0154立方米。3、本专利技术在使用时操作方便，易组装和拆解，运行成本较低。4、能量消耗低，耗功率相对较小，只需消耗370W电量。5、本专利技术装置集成化，便于携带。6、本专利技术无污染，属于清洁型装置；且适用于紧急情况的饮水制取以及离城镇、补给。附图说明图1为一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器制水的原理流程图；图2为一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器制水的结构示意图；图3为带硅胶吸附剂的转轮、制水室和蓄水箱配合的结构示意图；图4为蜂窝状转轮的结构示意图；图5为非均匀润湿性肋片的结构示意图。附图中：1—小功率风扇；2—空气加热器；3—带硅胶吸附剂的转轮；4—非均匀润湿性肋片；5—半导体制冷片；6—散热肋片；7—散热风扇；8—制水室；9—排气口；10—水过滤装置；11—蓄水箱；12—蜂窝状转轮；13—转轴；14—疏水凹槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，该仿生半导体空气集水器的制水原理如图1所示，首先空气经过空气加热器，使汇入气体温度升高；加热后的气体通过含有带硅胶吸附剂的转轮，带走其从外界空气中吸收的水分，并沿导管进入制水室中。其次制水室中的半导体制冷片在通电后，能够快速制冷，冷量迅速到达非均匀润湿性肋片，使非均匀润湿性肋片温度低于空气露点；最后热端通过散热肋片和散热风扇将热量排出，制水室的空气经排气口排出，而非均匀润湿性肋片收集的水最终沿制水室经水过滤装置流入蓄水箱，达到空气制水的目的。一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器的结构如图2和图3所示，该仿生半导体空气集水器的结构包括小功率风扇1、空气加热器2、带硅胶吸附剂的转轮3、非均匀湿润性肋片4、半导体制冷片5、散热肋片6、散热风扇7、制水室8、水过滤装置10和蓄水箱11。带硅胶吸附剂的转轮3包括蜂窝状转轮12、转轴13和电机；转轴13穿过蜂窝状转轮12的中部，转轴13由电机驱动。制水室8的上部为矩形框，制水室8的下部为集水漏斗；制水室8上部的矩形框内竖直插入多片相互平行的非均匀湿润性肋片4，非均匀湿润性肋片4的表面设置成像纳米布沙漠甲虫背部一样的结构。制水室8上部的矩形框外壁面上设置有半导体制冷片5，半导体制冷片5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，其特征在于：包括小功率风扇(1)、空气加热器(2)、带硅胶吸附剂的转轮(3)、非均匀湿润性肋片(4)、半导体制冷片(5)、散热肋片(6)、散热风扇(7)、制水室(8)、水过滤装置(10)和蓄水箱(11)；/n所述带硅胶吸附剂的转轮(3)包括蜂窝状转轮(12)、转轴(13)和电机；所述转轴(13)穿过蜂窝状转轮(12)的中部，转轴(13)由电机驱动；/n所述制水室(8)的上部为矩形框，制水室(8)的下部为集水漏斗；所述制水室(8)上部的矩形框内竖直插入多片相互平行的非均匀湿润性肋片(4)，所述非均匀湿润性肋片(4)的表面设置成像纳米布沙漠甲虫背部一样的结构；所述制水室(8)上部的矩形框外壁面上设置有半导体制冷片(5)，所述半导体制冷片(5)的制冷侧与矩形框外壁面贴合，所述半导体制冷片(5)的散热侧设置散热肋片(6)，所述散热肋片(6)的外侧设置散热风扇(7)；/n所述小功率风扇(1)的出风口与空气加热器(2)的进风口对应，所述空气加热器(2)的出风口与蜂窝状转轮(12)的一侧对应，所述蜂窝状转轮(12)的另一侧通过导管与制水室(8)的顶部内连通；所述制水室(8)下部的集水漏斗的出水口与水过滤装置(10)的进水口连接，所述水过滤装置(10)的出水口与蓄水箱(11)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，其特征在于：包括小功率风扇(1)、空气加热器(2)、带硅胶吸附剂的转轮(3)、非均匀湿润性肋片(4)、半导体制冷片(5)、散热肋片(6)、散热风扇(7)、制水室(8)、水过滤装置(10)和蓄水箱(11)；
所述带硅胶吸附剂的转轮(3)包括蜂窝状转轮(12)、转轴(13)和电机；所述转轴(13)穿过蜂窝状转轮(12)的中部，转轴(13)由电机驱动；
所述制水室(8)的上部为矩形框，制水室(8)的下部为集水漏斗；所述制水室(8)上部的矩形框内竖直插入多片相互平行的非均匀湿润性肋片(4)，所述非均匀湿润性肋片(4)的表面设置成像纳米布沙漠甲虫背部一样的结构；所述制水室(8)上部的矩形框外壁面上设置有半导体制冷片(5)，所述半导体制冷片(5)的制冷侧与矩形框外壁面贴合，所述半导体制冷片(5)的散热侧设置散热肋片(6)，所述散热肋片(6)的外侧设置散热风扇(7)；
所述小功率风扇(1)的出风口与空气加热器(2)的进风口对应，所述空气加热器(2)的出风口与蜂窝状转轮(12)的一侧对应，所述蜂窝状转轮(12)的另一侧通过导管与制水室(8)的顶部内连通；所述制水室(8)下部的集水漏斗的出水口与水过滤装置(10)的进水口连接，所述水过滤装置(10)的出水口与蓄水箱(11)连接。


2.根据权利要求1所述的一种利用吸附法和制冷结露法的仿生半导体空气集水器，其特征在于：所述蜂窝状转轮(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧珂洁，陈春旭，明六英，刘昕羽，田昭，庞彤彤，冉景煜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50