[发明专利]一种机电一体化淡水收集器

权利要求书

1、一种机电一体化淡水收集器

一种机电一体化淡水收集器，是一种主要用于干旱缺水地区获取淡水资源的机电一体化新设备，特别对于海岛、滨海或盐湖沿岸的干旱缺水地区，更有实用价值。其特征是利用暖湿水汽遇冷会凝结成液态水(以下简称“水”)的物理原理设计而成的，用这种方式来获取淡水的机电一体化设备，目前在国际上尚属首例。还由于本专利淡水收集器构造简单，因而可降低制造成本；另方面能使设备小型化，便于旅行者携带。

2、本专利的理论依据与技术方案

下面我们来阐述权利要求“1．一种机电一体化淡水收集器”的理论依据与技术方案。不少海岛、滨海或盐湖沿岸地区，往往十分缺乏淡水而相当干、热。我们知道空气(大气)温度越高，海水或湖水的蒸发越大，而空气也越难达到饱和，这因为热空气的饱和水汽压比冷空气的高，换言之热空气能承载的水汽量或称绝对湿度a(克/米³)比较大，对应的水汽分压力即水汽压e(毫米汞柱)也较大。但当该处气温从t℃降低到t₀℃时，若原来的水汽压e=E₀时，E₀为t₀℃所对应的饱和水汽压，则此时t₀℃即称为该时刻下的空气露点温度(简称露点)t_d℃。如果气温再继续下降到t₁℃,t₁∈(0,t_d)时，则有e＞E₁,E₁为t₁℃温度下空气的饱和水汽压；此时空气承载不了那么多的水汽，便有多余的水汽凝(结)液化成露水，从空气中析出，直到使此时空气的水汽压降至e₁≤E₁为止。而空气中析出的这些露水，正是我们要集取的“淡水”。本专利就是利用上述一系列物理原理设计而成的一种机电一体化淡水收集器，它由下列部件组成：(1)空气吸入压缩机；(2)螺旋形冷凝管，置于降温室之中；(3)致冷器或用足量的碎冰块放置于降温室内，使降温室的温度降至露点以下，但大于0℃；(4)降温室；(5)储水箱，用于收集由螺旋形冷凝管流出的“露水”；(6)储水箱的隔板，盖住收集的淡水，减少水份蒸发，隔板上层是储水箱的气室；(7)气室中的排气孔；(8)水笼头，取所集淡水之用。其运作程序为，空气吸入压缩机先将湿热空气吸入、压缩，并送到螺旋形冷凝管的喇叭口，由于空气吸入压缩机的压力，湿热空气便沿着冷凝管往下走，边走边冷却至0⁺℃；从而使空气中多余的水汽结成露水，顺螺旋形冷凝管下端出水口流入储水箱，而压缩空气则从储水箱上半部的气室侧壁上的排气孔溢散出去。可见，空气吸入压缩机的排风口与螺旋形冷凝管的喇叭口，必须是密封相连的，而整个螺旋形冷凝管又得置于密封的降温室之中；降温室上下、左右、前后诸壁，宜带夹层，夹层间应填充绝热(保温)材料，如岩棉(石棉)、膨胀珍珠岩，绝热性能越好，获取淡水的能量损耗越小。有条件，储水箱周围诸壁亦可设置保温夹层，使所储淡水处于低温状态，减少蒸发。为节约能源，这种机电一体化淡水收集器宜放在海或盐湖边，四面通风上有屋顶的遮荫棚里；能源可用太阳能电池，最好就放在遮荫棚的顶上。另外，若有足量冰块置于降温室内，则本专利淡水收集器工作时致冷器可暂停工作。

若以毫米汞柱(mmHg)作为压强单位来表示水汽压e时，则它与绝对湿度a(克/米³)有下列数量关系：

a=289.e/T(克/米³)      (1)其中，绝对温度T=(273+t),t为此时气温摄氏温度值。并据由clapeyron方程经积分导得的饱和水汽(蒸气)压方程：

P_w=C_oexp[-μL_v/(RT)]   (2)C_o为积分常数，则对应于T₁°K与T₂°K的饱和水汽压P_w1与P_w2之比为：

ln(P_w1/P_w2)=-(μL_v/R)[(1/T₁)-(1/T₂)]    (3)式中μ为水的摩尔质量，L_v为水的汽化热，R为气体普适常数。便有表1数据。表1.                  t=15℃-35℃时的有关湿度数据表

  空气温度  (t℃)  相对湿度    (％)绝对湿度(克/米³)露点温度(t_d℃)空气温度 (t℃)  相对湿度    (％)绝对湿度(克/米₃)露点温度(t_d℃)    15 9010.3711.6    26    3520.9423.2 9011.6713.3    9222.7724.6    16 8111.1012.7    27    8522.1824.3 9012.4614.4    9224.0925.7    17 8111.8913.7    28    8523.5725.3 9013.2515.4    8325.5426.7    18 8212.6814.3    29    8624.9626.4 9114.1116.4    8326.9827.7    19 8213.5415.9    30    8626.4627.4 9115.0417.5    9328.5628.7    20 8314.4716.9    31    8025.8727.1 8115.9718.5    8627.9628.4    9330.2029.7    21 8315.3918.0    32    8027.4428.1 9116.9619.5    8629.6029.4    9331.9030.7    22 8316.3819.1    33    8029.0029.2 8218.0220.6    8731.3030.5    9333.6631.8    23 8417.4420.1    34    8130.6930.2 8219.1421.6    8733.0531.5    9335.4932.3    24 8418.5621.2    35    8132.4531.2 8220.2622.6    8734.9432.5    9337.4433.8    25 8419.6822.2    0⁺    824.02-2.7 9221.5223.6   1004.910.0                  (湿球未结冰)

借助于表1数据，可计算出在一定的气温与湿度条件下，此种机电一体化淡水收集器的相应集水指标。

3、一种机电一体化淡水收集器的刍型

据权利要求“2．本专利的理论依据与技术方案”，我们可自制一种简化型的机电一体化淡水收集器。它由下列部件组成：(1)反置的排风扇，这里就成为吸风扇了；(2)与集流面相固定的风扇支架；(3)降温室，其左右前后及底壁，宜带夹层，夹层间填充绝热材料；(4)凹形集流面(凹面的饱和水汽压比平面或凸面小)，它又是降温室上方斜置的面板，其下端搁置在储水箱的盖板内，集流面最好用不锈钢铁皮制成，表面宜抹一层石蜡，使之不浸润，便于集流；(5)储水箱，上面有个四周高中间低的盖板，盖板中央有个漏水孔，盖板表面要求对水不浸润；(6)致冷器，若有足量冰块置于降温室内，则该淡水收集器工作时，致冷器可不开启，暂停工作；(7)冷气输送管道，将冷气由致冷器输到降温室，使之降温；(8)水笼头，取所集淡水之用。这亦是该种机电一体化淡水收集器的刍型，能量利用率虽不十分高，但可以自己动手制造。其运作程序是，吸风扇将湿热空气吸入、压向集流面，由于集流面被致冷至接近0⁺℃，显然大大小于该时刻空气的露点温度t_d℃，于是就会有很多“露水”凝结在集流面上，因集流面对水是不浸润的，露(水)珠便会迅速沿着倾斜的集流面，滚落到储水箱盖板上，因盖板也是外高中低，又对水不浸润，故滚落到盖板上的露水，会很快经盖板的中孔汇入储水箱里。