[发明专利]一种机电一体化淡水收集器

说明书

本专利属于机电一体化的新设备，是主要用于干旱缺水地区获取淡水资源的一种新技术，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。

众所周知，除自然降水与挖井汲水外，目前国际上获取淡水的主要途径有两：一是海水淡化，如海湾国家用昂贵的石油来蒸馏淡化海水；另外是从南极搬冰山，用远水解近渴。据联合国有关组织统计，在西亚的沙特阿拉伯，淡水价格超过原油价格的几十倍，已不是“水贵如油”的概念了。[1]本专利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。

早在70年代，联合国已经发出了水情警报，然而近30年来全球缺水的情况越演越烈，目前全球有100多个国家缺水，23亿人缺少饮用水或饮用水不合卫生标准。尤其严重的，除历来缺水的中东与非洲地区外，现在连原本水资源充足的地区也闹起了水荒，并且范围在扩大。我国人均淡水占有量排名世界第109位(1996年)，也是个水资源非常短缺的国家。可见缺水的形势十分逼人，因此开辟汲取淡水的新途径、新技术，是本专利希达到的首要目的。

另外，简化淡水获取设备的构造，一方面可降低制造成本，二方面能使设备小型化，便于旅行者携带。这是本发明的第二个重要目的。

下面我们来介绍本专利的理论依据、技术方案的关键内容、具体指标与几种实施途径：

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，便有多余的水气凝(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成的一种机电一体化淡水收集器，见图1所示框图。图1中1是空气吸入压缩机；2是螺旋形冷凝管，置于降温室之中；3是致冷器或用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是降温室；5是储水箱，用于收集由螺旋形冷凝管流出的“露水”；6是隔板，减少收集的淡水蒸发，隔板上层是储水箱的气室；7是气室中的排气孔；8是水笼头，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、压送到螺旋形冷凝管的喇叭口，由于风压的作用，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须密封相连，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。

一种简化型的机电一体化淡水收集器之实施方式，见图2所示结构。图2中1是反置的排风扇，这里就成为吸风扇了；2是风扇支架；3是降温室，其左右前后及底壁，宜带夹层，夹层间填充绝热材料；4是凹形集流面(凹面的饱和水汽压比平面或凸面小)，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是储水箱，上面有个四周高中间低的盖板，盖板中央有个漏水孔，盖板表面也要求对水不浸润；6是致冷器，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是冷气输送管道；8是水笼头，取所集淡水之用。图2亦是一种机电一体化淡水收集器的刍型，能量利用率虽不十分高，但可以自已动手制造。为节省能源，这种机电一体化淡水收集器宜放在海或盐湖旁边，四面通风上有屋顶的遮荫棚里；能源可用太阳能电池。