【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及空氣取水裝置，尤其涉及一種基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置。
技術介紹
1、我國的沙漠和半干旱區域廣闊，占國土面積的13.6％。這些地區極度干旱，現有的水資源獲取方法已難以滿足居民生活和農業需求。干旱問題不僅影響當地生態系統的平衡，還限制了經濟和社會的發展。尤其是在這些地區，水資源的短缺已經成為制約發展的主要瓶頸。目前，用于水資源獲取的方法主要依賴于地下水開采和遠距離輸水。這些方法不僅成本高昂，還會對環境造成長期損害。同時，在高溫環境下，現有的冷凝裝置往往效率低下，電量消耗巨大，進一步限制了它們的應用效果。聯合國防治沙漠化公約國際合作處處長楊有林指出，僅1平方公里的光伏發電量在日照平均每年3000小時的條件下，可達10.62萬千瓦。新疆北部、甘肅西部等沙漠或干旱地區年平均風速達8.0米/秒，這些區域具備豐富的太陽能和風能資源，為發展基于可再生能源的技術提供了得天獨厚的條件。
技術實現思路
1、針對上述現有技術，本專利技術要解決的技術問題是提供一種基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其能夠有效提高集水效率，降低能量消耗，滿足干旱地區居民和農業的用水需求。
2、為解決上述問題，本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，包括發電裝置和冷凝取水系統，冷凝取水系統包括預冷構件和冷凝集水構件，其中預冷構件用于對外界熱空氣進行初步冷卻并且將其導向冷凝集水構件，冷凝集水構件包括集水構件和填充在集水構件內部的冷凝介質，集水構件的外部設置有集水
3、在本專利技術中，設置的預冷構件會對接觸的外界熱空氣先進行降溫實現一個初步的冷卻，再通過冷凝集水構件降溫將其凝結形成凝結水，相比于直接讓熱空氣降溫凝結形成凝結水，經過初步冷卻后的空氣凝結更加充分，使得空氣中的水蒸氣能夠更多的被利用從而形成凝結水，這種結構設計提高了凝結水的采集量，具有更好的冷凝效果。
4、在本專利技術中，外界能源對發電裝置發電，發電裝置對冷凝取水系統供電從而獲取凝結水，整個過程實現了能源的自予自足，降低了能量消耗。
5、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，集水構件的集水結構包括在圓周方向分布并且向外突出的多個冷凝集水部和形成在兩相鄰集水部之間的匯流渠，冷凝集水部上設置有對初步冷卻空氣在凝結時形成的水珠進行捕捉的棘刺體和接受棘刺體捕捉水珠的導流渠，導流渠將水珠導入匯流渠。
6、在本專利技術中，通過設置的導流渠和匯流渠，使得水蒸氣凝結形成的凝結水能夠通過導流渠快速引流導入匯流渠，并通過匯流渠向指定收集點流入以被收集使用，這樣的結構設計極大的提高了凝結水的收集速度，方便在需要用水時能盡快投入使用。
7、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，冷凝集水部的橫截面為三角形并橫截面從下往上逐漸變小，棘刺體沿冷凝集水部的頂邊緣設置并且自冷凝集水部的頂邊緣向外伸展的多個，冷凝集水部的每一側面上設置有多個凸肋體，導流渠由兩兩凸肋體之間的間隙形成。冷凝集水部橫截面為三角形且從下往上逐漸變小的錐形結構使得水蒸氣更多的停留在其附近凝結成核，增加了凝結水的成核率，并且，在冷凝集水部的頂邊緣設置的多個棘刺體能夠更多的捕捉到水蒸氣在凝結過程中形成的細小水珠，從而提高集水效率。
8、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，每一棘刺體與相鄰的凸肋體錯位，對應于單一匯流渠，相鄰兩冷凝集水部上的凸肋體相錯位。此處的第一個所謂錯位是指棘刺體的位置位于兩凸肋體之間，以使得自棘刺體上捕捉的水珠被順利的導入到導流渠中，避免水珠不流入導流通道而造成浪費，影響凝結水的收集效果。此處的第二個所謂錯位是指相鄰兩冷凝集水部上的凸肋體相對于兩相鄰集水部之間形成的匯流渠不呈對稱分布，使得凝結成核的凝結水能夠快速流入匯流渠，提高采集效率。
9、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，還包括冷凝裝置，冷凝裝置為半導體制冷片，半導體制冷片連接于冷凝集水構件的底部并且能夠對冷凝介質起到額外的冷凝加強。
10、在本專利技術中，冷凝裝置能夠整體上提高冷凝取水系統的冷凝效果，此外的，本專利技術中的冷凝介質能夠單獨起到冷凝的效果，但是在冷凝裝置的疊加作用下，冷凝介質的冷凝效果也會額外被大大增強。
11、并且，本專利技術中的半導體制冷片具有用于降低集水構件溫度的冷端和降溫過程中吸熱而形成的熱端，半導體制冷片的熱端設置有散熱部件，在半導體制冷片的熱端設置散熱部件是為了使讓冷端降溫所吸收的熱量能夠快速釋放出去，從而減小裝置能量的消耗，延長其使用壽命。
12、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，預冷構件包括螺旋管道結構和相變材料，相變材料鋪設在螺旋管道結構內壁以對進入的外界熱空氣進行預冷。
13、在本專利技術中，相變材料通過溫度的變化進行吸收或釋放大量熱量。在白天溫度較高時，通過吸收熱量降低周圍環境溫度從而達到對接觸的熱空氣進行預冷的效果，而在晚上溫度降低時，將吸收的熱量釋放出去，從而具有很好的節能效果，尤其是相變材料為石蠟相變材料時，節能效果更佳。
14、本專利技術中的冷凝介質為石墨烯相變材料，石墨烯具有極高的熱導率，可以將吸收的熱量快速傳遞至相變材料進行釋放從而加快了相變材料的散熱進程，具有極好的散熱性能。在相變過程中，石墨烯相變材料吸收大量的熱量使集水結構表面的溫度快速降低，從而加劇凝結水的形成，并同時將吸收的熱量快速釋放出去，經過反復的吸收熱量和釋放熱量，加快了凝結水的形成速度，提高了集水效率。
15、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，在集水構件的集水結構表面上涂抹涂層，涂層由coo和tio2納米顆粒組成。
16、在本專利技術中，具有親水性的tio2提供成核點，coo展現出疏水性，其能夠有效改善集水結構表面的濕潤性和凝結水在集水結構表面的成核率，從而提高凝結水的收集效率。
17、根據本專利技術的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，發電裝置包括光能發電裝置，光能發電裝置包括折射元件、聚光元件和太陽能電池，折射元件設置在聚光元件上方用于改變入射光的入射方向并將其折射給聚光元件，聚光元件由多個菲涅爾透鏡依次排列形成的菲涅爾透鏡陣列和設置在菲涅爾透鏡陣列下方并與每個菲涅爾透鏡一一對應的多個圓周拋面結構構成，聚光元件的菲涅爾透鏡陣列接收折射元件發出的折射光并聚光給其下方一一對應設置的圓周拋面結構，圓周拋面結構進一步聚光給下方設置的太陽能電池并進行光能發電。本專利技術中的圓周拋面結構是指豎向截面下為對稱的拋物線結構。通過設置多個的菲涅爾透鏡與其一一對應的圓周拋面結構的聚光元件實現對外界光線的聚焦，增大了對外界光線的利用率，并提高了聚光強度，尤其是當聚光元件的圓周拋面為上、下端開口結構且以自身軸線為軸對稱分布時，聚光更加均勻，聚光強度更好，聚光效果更佳。
18、本專利技術的圓周本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，包括發電裝置和冷凝取水系統，所述冷凝取水系統包括預冷構件(1)和冷凝集水構件(2)，其中預冷構件(1)用于對外界熱空氣進行初步冷卻并且將其導向冷凝集水構件(2)，所述冷凝集水構件(2)包括集水構件和填充在集水構件內部的冷凝介質，所述集水構件的外部設置有集水結構(3)，所述集水結構(3)在冷凝介質的作用下將經過初步冷卻的空氣凝結為凝結水并對其進行收集。
2.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述集水構件的集水結構(3)包括在圓周方向分布并且向外突出的多個冷凝集水部和形成在兩相鄰集水部之間的匯流渠(29)，所述冷凝集水部上設置有對初步冷卻空氣在凝結時形成的水珠進行捕捉的棘刺體(4)和接受所述棘刺體(4)捕捉水珠的導流渠(6)，所述導流渠(6)將水珠導入匯流渠(29)。
3.根據權利要求2所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，其特征在于，所述冷凝集水部的橫截面為三角形并橫截面從下往上逐漸變大，所述棘刺體(4)沿冷凝集水部的頂邊緣設置并
4.根據權利要求3所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，每一棘刺體與相鄰的凸肋體錯位，對應于單一匯流渠(29)，相鄰兩冷凝集水部上的凸肋體(5)相錯位。
5.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，還包括冷凝裝置，所述冷凝裝置為半導體制冷片(7)，所述半導體制冷片(7)連接于冷凝集水構件(2)的底部并且能夠對冷凝介質起到額外的冷凝加強。
6.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述預冷構件(1)包括螺旋管道結構(31)和相變材料，所述相變材料鋪設在所述螺旋管道結構(31)內壁以對進入的外界熱空氣進行預冷。
7.跟據權利要求6所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述集水構件內部填充的冷凝介質為石墨烯相變材料(30)；所述相變材料為石蠟相變材料(32)。
8.根據權利要求1～7中任一項所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，在所述集水構件的集水結構(3)表面上涂抹涂層，所述涂層由CoO和TiO2納米顆粒組成。
9.根據權利要求8所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述發電裝置包括光能發電裝置，所述光能發電裝置包括折射元件、聚光元件和太陽能電池，所述折射元件設置在聚光元件上方用于改變入射光的入射方向并將其折射給聚光元件，所述聚光元件由多個菲涅爾透鏡(22)依次排列形成的菲涅爾透鏡陣列和設置在菲涅爾透鏡陣列下方并與每個菲涅爾透鏡一一對應的多個圓周拋面結構(23)構成，所述聚光元件的菲涅爾透鏡陣列接收折射元件發出的折射光并聚光給其下方一一對應設置的圓周拋面結構(23)，所述圓周拋面結構(23)進一步聚光給下方設置的太陽能電池進行光能發電。
10.根據權利要求8所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述發電裝置還包括風能發電裝置，所述風能發電裝置包括風機、發電機和控制系統，所述風機包括葉片結構，所述葉片結構由中間保持部(15)和沿圓形保持面周向分布的多個葉片(14)構成，所述葉片(14)包括連接于中間保持部(15)的根部和遠離中間保持部的邊緣，所述葉片(14)為自根部向邊緣的彎曲結構，所述葉片(14)的邊緣端點和中間保持部中心的連線與邊緣端點與根部端點的連線成6°～16°夾角，所述發電機的輸出軸與所述葉片結構的中間保持部(15)連接，所述控制系統包括控制器，所述控制器的一端與溫度傳感器信號連接，另一端與風機信號連接，所述溫度傳感器用于感受外界空氣溫度并將信號傳遞給控制器，所述控制器根據需求調節風機的轉速。
...【技術特征摘要】
1.一種基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，包括發電裝置和冷凝取水系統，所述冷凝取水系統包括預冷構件(1)和冷凝集水構件(2)，其中預冷構件(1)用于對外界熱空氣進行初步冷卻并且將其導向冷凝集水構件(2)，所述冷凝集水構件(2)包括集水構件和填充在集水構件內部的冷凝介質，所述集水構件的外部設置有集水結構(3)，所述集水結構(3)在冷凝介質的作用下將經過初步冷卻的空氣凝結為凝結水并對其進行收集。
2.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述集水構件的集水結構(3)包括在圓周方向分布并且向外突出的多個冷凝集水部和形成在兩相鄰集水部之間的匯流渠(29)，所述冷凝集水部上設置有對初步冷卻空氣在凝結時形成的水珠進行捕捉的棘刺體(4)和接受所述棘刺體(4)捕捉水珠的導流渠(6)，所述導流渠(6)將水珠導入匯流渠(29)。
3.根據權利要求2所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，其特征在于，所述冷凝集水部的橫截面為三角形并橫截面從下往上逐漸變大，所述棘刺體(4)沿冷凝集水部的頂邊緣設置并且自冷凝集水部的頂邊緣向外伸展的多個，冷凝集水部的每一側面上設置有多個凸肋體(5)，所述導流(29)渠由相鄰凸肋體(5)之間的間隙形成。
4.根據權利要求3所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，每一棘刺體與相鄰的凸肋體錯位，對應于單一匯流渠(29)，相鄰兩冷凝集水部上的凸肋體(5)相錯位。
5.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，還包括冷凝裝置，所述冷凝裝置為半導體制冷片(7)，所述半導體制冷片(7)連接于冷凝集水構件(2)的底部并且能夠對冷凝介質起到額外的冷凝加強。
6.根據權利要求1所述的基于風光耦合發電的多模態仿生凝結水收集裝置，其特征在于，所述預冷構件(1)包括螺旋管道結構(31)和相變材料，所述相變材料鋪設在所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡啟國，錢凱文，張俊強，陳悅，鄭良娟，
申請(專利權)人：重慶交通大學，
類型：發明
國別省市：
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