一种雾水收集装置

技术领域

本发明属于生态工程技术领域，尤其涉及一种雾水收集装置。

背景技术

现如今，全球的淡水资源极舆匮乏，越来越满足不了人类对水的正常需求。如何能够高效环保地获取淡水资源是个极大的难题。幸运的是，大自然给予了我们些许启发，比如，生活在纳米布沙漠上的甲壳虫，其背部表面包含了相间的亲水和疏水区域，这是它们能够在空气中收集水的重要原因。晚间，从大西洋吹过来的雾气快速地沉积在亲水区域，慢慢的长大，长大到足以克服毛细作用力时从亲水位置滚落到疏水区域，而疏水区域可以将水运输到另一个亲水区域，如此周而复始，使得这种亲水疏水相间的表面就可以收集雾气中的水分并转移到嘴部。这些可以在空气中捕获水汽的生物给科研工作者提供了众多的灵感，从而，大量高效稳定，性能优异的仿生水收集材料被制备出来并投入使用。可以从干旱的沙漠中捕获水汽，供给自身的水需求。

雾水收集装置可以捕捉空气里的水珠，是解决供水不足问题的一种有效办法。CN101000289A公开的一种适用于野外环境下采集雾水样品的雾水收集器，该雾水收集装置主要由雨水挡拦盖、两层雾水吸收网、雾水汇集皿、连接柄和支脚共同组成。该雾水收集装置存在以下几点问题：(一)储水瓶的容量较小并且容器较少，收集的容量有限；(二)储水罐使用时需要经常进行拿取安装，在使用时非常不方便；(三)导流管的长度有限，集水槽较小，缓存量有限；(四)不能随着环境的改变调整箱体内温度。

发明内容

本发明的目的是针对目前雾水采集装置普遍存在雾水收集率过低的问题，提供一种雾水收集装置，以获得较高的雾水收集率，且能够最大程度的保留雾水中的原有物质。

一种雾水收集装置，包括：

一壳体，所述壳体为圆筒形；

一入风口，所述入风口安装在所述壳体的上部；

一排风扇，所述排风扇安装在所述壳体的下部，所述入风口与所述排风扇呈对角线布置；

一集水箱，所述集水箱安装在所述壳体的底部；

一支撑件，所述支撑件安装在所述壳体内，所述支撑件由六个支撑壁板围成六棱柱形，定向疏导雾水的流动方向；

多个图案化超浸润材料板，所述图案化超浸润材料板悬挂安装在所述支撑壁板的外侧面，每个支撑壁板安装多个图案化超浸润材料板，图案化超浸润材料板与雾气的接触面由仿甲壳虫表面的微纳米级图案构成；

多个U形管，U形管安装在所述图案化超浸润材料板的下方，用于盛接从图案化超浸润材料板流下来的水，每个图案化超浸润材料板的下方均安装一U形管，U形管横向设置，与水平面具有一定的倾角，使水可以从U形管流出；

多个导水管，所述导水管安装在相邻的两个支撑壁板的接缝处、竖向设置，用于盛接从U形管流出的水，并将水导入所述集水箱；

一螺旋冷凝管，所述螺旋冷凝管安装在所述支撑件六个支撑壁板围成的内腔中。

进一步地，还包括一取水管，所述取水管安装在所述集水箱的底部，所述取水管具有进水端及出水端，所述取水管的进水端与所述集水箱连通连接。

进一步地，还包括一水泵，所述水泵与所述取水管的出水端连接。

进一步地，还包括一过滤网，所述过滤网安装在所述入风口内。

进一步地，还包括一风向标，所述风向标安装在所述壳体的顶部。

进一步地，还包括一底座及多个地脚螺栓，所述底座为环形，套装在所述壳体的底部外壁，位于所述集水箱的上方，所述地脚螺栓径向均匀间隔安装在所述底座上，将底座与地面固装连接。

进一步地，所述壳体及集水箱的内壁均附隔热保温材料。

进一步地，所述图案化超浸润材料板包括两层结构，底层为微纳米级的超疏水结构层，在超疏水结构层的上方制出超浸润图案层，所述超浸润图案为均匀间隔排布的方形、圆形、三角形、椭圆形、规则或不规则的多边形的一种或两种以上的组合图案。

进一步地，在正对入风口的支撑壁板上至上而下排布三个图案化超浸润材料板，在正对排风扇的支撑壁板上至上而下依次排布两块超疏水板及一块图案化超浸润材料板，其中图案化超浸润材料板正对排风扇，其它四块支撑壁板与正对入风口的支撑壁板相同，均至上而下排布三个图案化超浸润材料板。

进一步地，所述图案化超浸润材料板上的超浸润图案为均匀间隔排布的方形。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明通过定向疏导雾水的流动方向，使雾水沿六棱柱内壁面流动，多向切边增加雾水和超浸润性材料板面的接触时间和接触面积，使气体布满整个箱体来提高雾水收集的效率。

2.本发明通过激光加工得到微纳结构表面，再复合月桂酸、加热处理，通过调节激光加工参数以及加热温度，制备得到具有超亲/疏水性能的不锈钢金属表面。激光刻蚀超浸润表面具有简单可控，稳定，环保。

3.本发明发现了正方形图案的雾水净收集量最高，因此将除正对排风扇的其它支撑壁板上均悬挂正方形图案超浸润材料板，有利于雾水的快速收集。正对排风扇的支撑壁板处气流速度慢，将其上部悬挂两块超疏水板容易附着更多水珠且更快离开表面，同时，考虑到出风口风速的影响，在其正对排风扇的位置放置正方形图案超浸润材料板，防止成型水珠因重量较轻而被风带离出箱体。

附图说明

图1为本装置的整体外形结构示意图；

图2为本装置的内部结构示意图；

图3为本装置入风口侧外形图；

图4为U形管及导水管安装用部件外形结构示意图；

图5为附有正方形亲水层的图案化超浸润材料板面形状示意图；

图6为附有圆形亲水层的图案化超浸润材料板面形状示意图；

图7为附有椭圆形亲水层的图案化超浸润材料板面形状示意图；

图8为附有三角形亲水层的图案化超浸润材料板面形状示意图；

图9为附有长方形亲水层的图案化超浸润材料板面形状示意图；

图10为支撑件的俯视示意图；

图11为正对入风口的支撑壁板上悬挂图案化超浸润材料板的结构示意图；

图12为正对排风扇的支撑壁板上悬挂超疏水板及图案化超浸润材料板的结构示意图。

图中：1-风向标；2-壳体；3-排风扇；4-地脚螺栓；5-水泵；6-取水管；7-集水箱；8-底座；9-入风口；10-螺旋冷凝管；11-支撑件；11-1正对入风口的支撑壁板；11-2正对排风扇的支撑壁板；12-图案化超浸润材料板；13-挂钩；14-U形管；15-导水管；16-过滤网；17-不锈钢角码；18-超疏水板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如图1～图4示出本发明一种雾水收集装置的整体结构示意图及部件示意图。

本发明另提供了一种雾水收集装置，所述雾水收集装置包括：

一壳体2，所述壳体2为圆筒形。

一入风口9，所述入风口9安装在所述壳体2的上部，与所述壳体2一体制出。所述入风口9为外展内缩式的喇叭口形状。通过入风口增加风速将空气中的雾水迅速导入至雾水收集装置中。

一过滤网16，所述过滤网16安装在所述入风口9内。

一排风扇3，所述排风扇3安装在所述壳体2的下部。所述入风口9与排风扇3呈对角线布置。通过排风扇保持箱体内气压平衡和稳定，此外与底部收集板接触利于底部空气储存，通过风向标及时旋转箱体，最大程度的提高箱体的进气量。

一风向标1，所述风向标1安装在所述壳体2的顶部。

一集水箱7，所述集水箱7安装在所述壳体2的底部。所述集水箱7为圆筒形，与所述壳体同轴设置。所述集水箱7设置于地面以下。

一取水管6，所述取水管6安装在所述集水箱7的底部，所述取水管6具有进水端及出水端，所述取水管6的进水端与所述集水箱7连通连接。需要保证集水箱7与取水管6之间连接处紧密连接，以防止漏水。

一水泵5，所述水泵5与所述取水管6的出水端连接。所述水泵5为按压式，方便取水。

一底座8，所述底座8为环形，套装在所述壳体2的底部外壁，位于所述集水箱7的上方。

多个地脚螺栓4，所述地脚螺栓4径向均匀间隔安装在所述底座8上，用于将底座8与地面固装连接。可根据风向标的方向对应地进行壳体2及入风口9的旋转。

一支撑件11、所述支撑件11安装在所述壳体2内，所述支撑件11由六个支撑壁板围成六棱柱形。可以定向疏导雾水的流动方向，使雾水沿六棱柱内壁面流动，多向切边增加雾水和超浸润性材料板面的接触时间和接触面积，使气体布满整个箱体来提高雾水收集的效率，此外六棱柱壁便于疏水板的安装和更换。

多个图案化超浸润材料板12、所述图案化超浸润材料板12悬挂安装在所述支撑壁板的外侧面，每个支撑壁板安装2-6个图案化超浸润材料板12，图2中所示为3个，3个图案化超浸润材料板12至上而下均匀排列。图案化超浸润材料板12与雾气的接触面由仿甲壳虫表面的微纳米级图案构成，提高了雾水收集效率，降低了雾水损失率。

多个U形管14、U形管14安装在所述图案化超浸润材料板12的下方，用于盛接从图案化超浸润材料板12流下来的水，每个图案化超浸润材料板12的下方均安装一U形管14，U形管14横向设置，与水平面具有一定的倾角，使水可以从U形管14流出。

多个导水管15，所述导水管15安装在相邻的两个支撑壁板的接缝处、竖向设置，用于盛接从U形管14流出的水，并将水导入所述集水箱7。

一螺旋冷凝管10、所述螺旋冷凝管10安装在所述支撑件11六个支撑壁板围成的内腔中。当外界热空气或常温空气接触被冷凝管冷却的低温的超疏水材料板面后，由于雾水的热冷温差大，能够以微纳米级的超浸润表面为载体，迅速冷凝为液态，并在通过纳秒脉冲激光刻蚀及化学修饰而制成的微纳米级的超浸润表面上形成球状水珠，在重力作用下，滴入正下方U形管14中，沿着导水管15流入地下集水箱7中，通过水泵5将收集的水提取出来。

为了便于固定或安装，所述图案化超浸润材料板12采用挂钩13安装。

当雾水收集装置内部的雾凝结成雾水并在自身表面张力作用下在微纳米级的图案化超浸润材料板12上形成球状水珠，这些水珠与该微纳米级的图案化超浸润材料板12的接触面积不及2％，摩擦力极小，便会顺着微纳米级的图案化超浸润材料板12自由垂直滚落，再沿着U形管14与导水管15的内壁迅速流入集水箱7中。这样收集到的雾水更大程度的保留了雾水中的原有成分。

在具体选材方面，优选地，所述壳体2及集水箱7的内壁均为隔热保温材料；所述图案化超浸润材料板12内壁由厚度为1～5mm的不锈钢材料制成，外壁部分表面附有微纳米级的超疏水结构层，且易于更换，这样保证了整个装置坚固持久耐用。

凝结是气体遇冷而变成液体，如水蒸气遇冷变成水。雾水凝结的条件一是空气冷却，二是一定的空气湿度。生活中常见的雾水凝结现象如秋冬季节水珠的形成，就是由于空气遇冷而形成的。秋冬季节地面散热迅速，温度较高的空气遇冷凝结成小液滴。而本装置的雾水凝结思路即来源于此，通过控制箱体内的冷却温度，实现在某一特定的空间内部实现类似于秋季的气候条件，从而利于雾水的凝结。本装置实现在不同季节不同地域，提供适宜雾水冷却最佳温度。以北方城市天津为例，春季平均气温1～12℃，夏季平均气温19～29℃，秋季平均气温23～31℃，那么对应分别设置螺旋冷凝管温度春季0～8℃，夏季10～15℃，秋季12～20℃，从而达到即节约能源又实现雾水收集的目的。

本装置的的使用方法为：

将图案化超浸润材料板12、U形管14及导水管15安装在内置支撑件11上，其中图案化超浸润材料板12依靠自身重力安装于挂钩13上，U形管14及导水管15依靠不锈钢角码17固定安装；

在集水箱7中放入少量矿物油，以减少雾水蒸发；将集水箱7与取水管6之间进行组装，确保连接处的密闭性，避免漏水；将所述集水箱7放入地面以下，用水泵5与集水箱7下部的取水管6相连接；

将所述雾水收集装置地上部分放在整理好的地面上，并用地脚螺栓4将其固定平稳；

打开排风扇3，使箱体中气体循环并保持在稳态；打开所述螺旋冷凝管10，使壳体2内部的温度控制在春季0～8℃，夏季10～15℃，秋季12～20℃。

本发明进一步提供了一种图案化超浸润材料板12的制备方法，采用纳秒激光刻蚀法，其原理是采用高能脉冲激光束在零件表面刻蚀出宽度为10～505μm、深度为5～1001μm的微细小槽，以改善材料表面润滑特性。实验中通过激光加工得到微纳结构表面，再复合月桂酸、加热处理，通过调节激光加工参数以及加热温度，制备得到具有超亲/疏水性能的不锈钢金属表面。该方法操作便捷，空气污染性低，成本低且适用广泛，除加工各类金属材料外，还可加工陶瓷、玻璃等材料，适用范围广。且激光刻蚀超浸润表面具有简单可控，稳定，环保等优点，有望实现工业化生产。

本实施例对六组相同不锈钢材料表面采用纳秒脉冲激光刻蚀及化学修饰，其表面面积均为400mm

六组对比实验保持相同的收集时间，均为10min，保持每组收集皿质量相同，雾水流动速度及输出量相同，附有图案的亲水表面占比保持在31％-36％左右。由实验结果可得正方形图案的雾水净收集量最高，收集速度最快。

具体的加工步骤如下：

1.预处理，将厚度为1～5mm的不锈钢材料浸入盛有消毒酒精的烧杯中，放入超声波清洗机中进行清洗消毒10min，取出后在空气中自然干燥。

2.将清洗后的不锈钢材料上表面用纳秒脉冲激光以扫描速度：400～1400mm/s，扫描间距：0.003～0.09mm进行刻蚀。激光是Hans激光EP-20-SHG(平均功率：8W；波长：532nm；光斑点尺寸：20nm；焦距：224mm；脉冲重复频率：10-200KHZ)。

3.将刻蚀后的板面使用月桂酸进行化学修饰，在真空加热箱加热，加热温度为100-200摄氏度，制成附有微纳米级的超疏水结构层，其超疏水表面接触角为150°～164°，滚动角1～10°。加热结束后取出，在空气中自然冷却。

4.雾水收集：雾水通过本装置自动汇集并流入集水箱7内；集水箱7中雾水一般在凌晨到日出之前通过水泵5取出，以减少雾水蒸发；将集水箱7中收集的雾水倒入预先准备好的储存瓶中并密封；用去离子水清洗装置并擦拭干净；拆卸装置装入包装箱内并运走。

5.后续处理：将储水瓶在避光的条件下水平运送至化验单位，时间在12个小时之内为佳，如保存时间过长应在相应低温装置中储存并运输。

本发明进一步提供了一种图案化超浸润材料板12的摆放方式。

如图10所示，11-1为正对入风口的支撑壁板；11-2为正对排风扇的支撑壁板。

如图11所示，在正对入风口的支撑壁板11-1上至上而下排布三个图案化超浸润材料板12。

如图12所示，在正对排风扇的支撑壁板11-2上至上而下依次排布两块超疏水板18及一块图案化超浸润材料板12，其中图案化超浸润材料板12正对排风扇。

其它四块支撑壁板与正对入风口的支撑壁板相同，均至上而下排布三个图案化超浸润材料板12。

上述图案化超浸润材料板12上优选的图案为均匀间隔排布的正方格图案。由实验结果可得正方格图案的雾水净收集量最高，且入风口处风速最大，因此将除正对排风扇的其它支撑壁板上均悬挂图案化超浸润材料板12有利于雾水的快速收集。正对排风扇的支撑壁板11-2处气流速度慢，将其上部悬挂两块超疏水板18容易附着更多水珠且更快离开表面，同时，考虑到出风口风速的影响，在其正对排风扇的位置放置图案化超浸润材料板12，防止成型水珠因重量较轻而被风带离出箱体。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。