【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空气取水装置，尤其涉及一种基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置。
技术介绍
1、我国的沙漠和半干旱区域广阔，占国土面积的13.6％。这些地区极度干旱，现有的水资源获取方法已难以满足居民生活和农业需求。干旱问题不仅影响当地生态系统的平衡，还限制了经济和社会的发展。尤其是在这些地区，水资源的短缺已经成为制约发展的主要瓶颈。目前，用于水资源获取的方法主要依赖于地下水开采和远距离输水。这些方法不仅成本高昂，还会对环境造成长期损害。同时，在高温环境下，现有的冷凝装置往往效率低下，电量消耗巨大，进一步限制了它们的应用效果。联合国防治沙漠化公约国际合作处处长杨有林指出，仅1平方公里的光伏发电量在日照平均每年3000小时的条件下，可达10.62万千瓦。新疆北部、甘肃西部等沙漠或干旱地区年平均风速达8.0米/秒，这些区域具备丰富的太阳能和风能资源，为发展基于可再生能源的技术提供了得天独厚的条件。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其能够有效提高集水效率，降低能量消耗，满足干旱地区居民和农业的用水需求。
2、为解决上述问题，本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，包括发电装置和冷凝取水系统，冷凝取水系统包括预冷构件和冷凝集水构件，其中预冷构件用于对外界热空气进行初步冷却并且将其导向冷凝集水构件，冷凝集水构件包括集水构件和填充在集水构件内部的冷凝介质，集水构件的外部设置有集水
3、在本专利技术中，设置的预冷构件会对接触的外界热空气先进行降温实现一个初步的冷却，再通过冷凝集水构件降温将其凝结形成凝结水，相比于直接让热空气降温凝结形成凝结水，经过初步冷却后的空气凝结更加充分，使得空气中的水蒸气能够更多的被利用从而形成凝结水，这种结构设计提高了凝结水的采集量，具有更好的冷凝效果。
4、在本专利技术中，外界能源对发电装置发电，发电装置对冷凝取水系统供电从而获取凝结水，整个过程实现了能源的自予自足，降低了能量消耗。
5、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，集水构件的集水结构包括在圆周方向分布并且向外突出的多个冷凝集水部和形成在两相邻集水部之间的汇流渠，冷凝集水部上设置有对初步冷却空气在凝结时形成的水珠进行捕捉的棘刺体和接受棘刺体捕捉水珠的导流渠，导流渠将水珠导入汇流渠。
6、在本专利技术中，通过设置的导流渠和汇流渠，使得水蒸气凝结形成的凝结水能够通过导流渠快速引流导入汇流渠，并通过汇流渠向指定收集点流入以被收集使用，这样的结构设计极大的提高了凝结水的收集速度，方便在需要用水时能尽快投入使用。
7、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，冷凝集水部的横截面为三角形并横截面从下往上逐渐变小，棘刺体沿冷凝集水部的顶边缘设置并且自冷凝集水部的顶边缘向外伸展的多个，冷凝集水部的每一侧面上设置有多个凸肋体，导流渠由两两凸肋体之间的间隙形成。冷凝集水部横截面为三角形且从下往上逐渐变小的锥形结构使得水蒸气更多的停留在其附近凝结成核，增加了凝结水的成核率，并且，在冷凝集水部的顶边缘设置的多个棘刺体能够更多的捕捉到水蒸气在凝结过程中形成的细小水珠，从而提高集水效率。
8、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，每一棘刺体与相邻的凸肋体错位，对应于单一汇流渠，相邻两冷凝集水部上的凸肋体相错位。此处的第一个所谓错位是指棘刺体的位置位于两凸肋体之间，以使得自棘刺体上捕捉的水珠被顺利的导入到导流渠中，避免水珠不流入导流通道而造成浪费，影响凝结水的收集效果。此处的第二个所谓错位是指相邻两冷凝集水部上的凸肋体相对于两相邻集水部之间形成的汇流渠不呈对称分布，使得凝结成核的凝结水能够快速流入汇流渠，提高采集效率。
9、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，还包括冷凝装置，冷凝装置为半导体制冷片，半导体制冷片连接于冷凝集水构件的底部并且能够对冷凝介质起到额外的冷凝加强。
10、在本专利技术中，冷凝装置能够整体上提高冷凝取水系统的冷凝效果，此外的，本专利技术中的冷凝介质能够单独起到冷凝的效果，但是在冷凝装置的叠加作用下，冷凝介质的冷凝效果也会额外被大大增强。
11、并且，本专利技术中的半导体制冷片具有用于降低集水构件温度的冷端和降温过程中吸热而形成的热端，半导体制冷片的热端设置有散热部件，在半导体制冷片的热端设置散热部件是为了使让冷端降温所吸收的热量能够快速释放出去，从而减小装置能量的消耗，延长其使用寿命。
12、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，预冷构件包括螺旋管道结构和相变材料，相变材料铺设在螺旋管道结构内壁以对进入的外界热空气进行预冷。
13、在本专利技术中，相变材料通过温度的变化进行吸收或释放大量热量。在白天温度较高时，通过吸收热量降低周围环境温度从而达到对接触的热空气进行预冷的效果，而在晚上温度降低时，将吸收的热量释放出去，从而具有很好的节能效果，尤其是相变材料为石蜡相变材料时，节能效果更佳。
14、本专利技术中的冷凝介质为石墨烯相变材料，石墨烯具有极高的热导率，可以将吸收的热量快速传递至相变材料进行释放从而加快了相变材料的散热进程，具有极好的散热性能。在相变过程中，石墨烯相变材料吸收大量的热量使集水结构表面的温度快速降低，从而加剧凝结水的形成，并同时将吸收的热量快速释放出去，经过反复的吸收热量和释放热量，加快了凝结水的形成速度，提高了集水效率。
15、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，在集水构件的集水结构表面上涂抹涂层，涂层由coo和tio2纳米颗粒组成。
16、在本专利技术中，具有亲水性的tio2提供成核点，coo展现出疏水性，其能够有效改善集水结构表面的湿润性和凝结水在集水结构表面的成核率，从而提高凝结水的收集效率。
17、根据本专利技术的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，发电装置包括光能发电装置，光能发电装置包括折射元件、聚光元件和太阳能电池，折射元件设置在聚光元件上方用于改变入射光的入射方向并将其折射给聚光元件，聚光元件由多个菲涅尔透镜依次排列形成的菲涅尔透镜阵列和设置在菲涅尔透镜阵列下方并与每个菲涅尔透镜一一对应的多个圆周抛面结构构成，聚光元件的菲涅尔透镜阵列接收折射元件发出的折射光并聚光给其下方一一对应设置的圆周抛面结构，圆周抛面结构进一步聚光给下方设置的太阳能电池并进行光能发电。本专利技术中的圆周抛面结构是指竖向截面下为对称的抛物线结构。通过设置多个的菲涅尔透镜与其一一对应的圆周抛面结构的聚光元件实现对外界光线的聚焦，增大了对外界光线的利用率，并提高了聚光强度，尤其是当聚光元件的圆周抛面为上、下端开口结构且以自身轴线为轴对称分布时，聚光更加均匀，聚光强度更好，聚光效果更佳。
18、本专利技术的圆周本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，包括发电装置和冷凝取水系统，所述冷凝取水系统包括预冷构件(1)和冷凝集水构件(2)，其中预冷构件(1)用于对外界热空气进行初步冷却并且将其导向冷凝集水构件(2)，所述冷凝集水构件(2)包括集水构件和填充在集水构件内部的冷凝介质，所述集水构件的外部设置有集水结构(3)，所述集水结构(3)在冷凝介质的作用下将经过初步冷却的空气凝结为凝结水并对其进行收集。
2.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述集水构件的集水结构(3)包括在圆周方向分布并且向外突出的多个冷凝集水部和形成在两相邻集水部之间的汇流渠(29)，所述冷凝集水部上设置有对初步冷却空气在凝结时形成的水珠进行捕捉的棘刺体(4)和接受所述棘刺体(4)捕捉水珠的导流渠(6)，所述导流渠(6)将水珠导入汇流渠(29)。
3.根据权利要求2所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，其特征在于，所述冷凝集水部的横截面为三角形并横截面从下往上逐渐变大，所述棘刺体(4)沿冷凝集水部的顶边缘设置并
4.根据权利要求3所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，每一棘刺体与相邻的凸肋体错位，对应于单一汇流渠(29)，相邻两冷凝集水部上的凸肋体(5)相错位。
5.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，还包括冷凝装置，所述冷凝装置为半导体制冷片(7)，所述半导体制冷片(7)连接于冷凝集水构件(2)的底部并且能够对冷凝介质起到额外的冷凝加强。
6.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述预冷构件(1)包括螺旋管道结构(31)和相变材料，所述相变材料铺设在所述螺旋管道结构(31)内壁以对进入的外界热空气进行预冷。
7.跟据权利要求6所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述集水构件内部填充的冷凝介质为石墨烯相变材料(30)；所述相变材料为石蜡相变材料(32)。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，在所述集水构件的集水结构(3)表面上涂抹涂层，所述涂层由CoO和TiO2纳米颗粒组成。
9.根据权利要求8所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述发电装置包括光能发电装置，所述光能发电装置包括折射元件、聚光元件和太阳能电池，所述折射元件设置在聚光元件上方用于改变入射光的入射方向并将其折射给聚光元件，所述聚光元件由多个菲涅尔透镜(22)依次排列形成的菲涅尔透镜阵列和设置在菲涅尔透镜阵列下方并与每个菲涅尔透镜一一对应的多个圆周抛面结构(23)构成，所述聚光元件的菲涅尔透镜阵列接收折射元件发出的折射光并聚光给其下方一一对应设置的圆周抛面结构(23)，所述圆周抛面结构(23)进一步聚光给下方设置的太阳能电池进行光能发电。
10.根据权利要求8所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述发电装置还包括风能发电装置，所述风能发电装置包括风机、发电机和控制系统，所述风机包括叶片结构，所述叶片结构由中间保持部(15)和沿圆形保持面周向分布的多个叶片(14)构成，所述叶片(14)包括连接于中间保持部(15)的根部和远离中间保持部的边缘，所述叶片(14)为自根部向边缘的弯曲结构，所述叶片(14)的边缘端点和中间保持部中心的连线与边缘端点与根部端点的连线成6°～16°夹角，所述发电机的输出轴与所述叶片结构的中间保持部(15)连接，所述控制系统包括控制器，所述控制器的一端与温度传感器信号连接，另一端与风机信号连接，所述温度传感器用于感受外界空气温度并将信号传递给控制器，所述控制器根据需求调节风机的转速。
...【技术特征摘要】
1.一种基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，包括发电装置和冷凝取水系统，所述冷凝取水系统包括预冷构件(1)和冷凝集水构件(2)，其中预冷构件(1)用于对外界热空气进行初步冷却并且将其导向冷凝集水构件(2)，所述冷凝集水构件(2)包括集水构件和填充在集水构件内部的冷凝介质，所述集水构件的外部设置有集水结构(3)，所述集水结构(3)在冷凝介质的作用下将经过初步冷却的空气凝结为凝结水并对其进行收集。
2.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述集水构件的集水结构(3)包括在圆周方向分布并且向外突出的多个冷凝集水部和形成在两相邻集水部之间的汇流渠(29)，所述冷凝集水部上设置有对初步冷却空气在凝结时形成的水珠进行捕捉的棘刺体(4)和接受所述棘刺体(4)捕捉水珠的导流渠(6)，所述导流渠(6)将水珠导入汇流渠(29)。
3.根据权利要求2所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，其特征在于，所述冷凝集水部的横截面为三角形并横截面从下往上逐渐变大，所述棘刺体(4)沿冷凝集水部的顶边缘设置并且自冷凝集水部的顶边缘向外伸展的多个，冷凝集水部的每一侧面上设置有多个凸肋体(5)，所述导流(29)渠由相邻凸肋体(5)之间的间隙形成。
4.根据权利要求3所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，每一棘刺体与相邻的凸肋体错位，对应于单一汇流渠(29)，相邻两冷凝集水部上的凸肋体(5)相错位。
5.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，还包括冷凝装置，所述冷凝装置为半导体制冷片(7)，所述半导体制冷片(7)连接于冷凝集水构件(2)的底部并且能够对冷凝介质起到额外的冷凝加强。
6.根据权利要求1所述的基于风光耦合发电的多模态仿生凝结水收集装置，其特征在于，所述预冷构件(1)包括螺旋管道结构(31)和相变材料，所述相变材料铺设在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡启国，钱凯文，张俊强，陈悦，郑良娟，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。