一种热量缓释控制方法及热压驱动式空气取水器

文档序号:25989741发布日期:2021-07-23 21:00阅读:180来源:国知局
一种热量缓释控制方法及热压驱动式空气取水器

本发明涉及一种相变材料热量缓释系统,尤其涉及一种热量缓释控制方法及热压驱动式空气取水器。



背景技术:

目前没有相关针对相变材料热量缓释控制的研究。通过对其他领域涉及到的热量缓释控制研究,例如针对同步辐射光源中应用的晶体进行热量的缓释,利用了水、液氮等作为冷却介质进行间接或直接的低温冷却,达到热量缓释的作用,但是在热压驱动式空气取水器中,不便于添加冷却介质进行低温冷却,且低温冷却造成的热量损耗会影响装置的工作效率;例如针对利用太阳能的地板热量缓释中,利用了相变材料对储存太阳能热量的地板达到热量缓释的作用,但是在热压驱动式空气取水器中,难以利用双层相变材料达到热量缓释。



技术实现要素:

为解决上述问题,本发明提出热量缓释控制方法及热压驱动式空气取水器,具体技术方案为:

一种热量缓释控制方法,包括以下步骤:

(1)建立相变层,相变层内装填相变材料,所述相变层外侧设置外夹层,其内侧设置内夹层;

(2)所述内夹层上开设集水通道,所述集水通道内设置集水帆;

(3)高温环境下,内夹层和外夹层的夹层内部均建立稠密的空气状态,利用相变材料储存热量;

(4)降温时,内夹层和外夹层的夹层内部均建立稀薄的空气状态,减缓相变材料热量的释放;

(5)低温且高湿度的环境下,内夹层和外夹层的夹层内部重新建立稠密的空气状态,相变材料快速释放热量,使空气中水蒸气在集水通道内液化,经集水帆收集后流入容器内。

进一步地,所述内夹层和外夹层的夹层内的空气状态可根据环境温度来自动控制。

一种热压驱动式空气取水器,包括集水箱和气箱,所述集水箱为外侧设置有外夹层的圆柱环,所述集水箱的内部设置有多个集水管,所述集水管的顶部与大气相连通,所述集水管的内侧设置有集水帆,正对所述集水管的底部设置集水容器,所述集水容器与集水管的底部之间设置可供空气流通的吸气口,所述集水管均为外侧设置有内夹层的圆柱环,所述集水管与集水箱内部之间的间隙装填有相变材料;所述气箱通过导气管与外夹层、内夹层的夹层内部相连通,所述气箱上设置控制器,所述控制器根据环境的温湿度来控制气箱内的气体进入外夹层和内夹层的夹层内部,从而控制其内部空气的稠密或稀薄状态。

进一步地,所述气箱的上部设置有补压管,所述补压管上设置有第一控制阀,所述导气管上设置有第二控制阀,所述气箱上设置有加热器、湿度传感器、第一气流传感器和第一温度传感器,所述湿度传感器设定高阈值以控制加热器的启动,所述第一温度传感器设定高阈值以控制加热器的停止和第二控制阀的开启,所述第一温度传感器设定低阈值以控制第一控制阀的开启,所述第一气流传感器设定低阈值以控制第一控制阀的关闭;所述外夹层和内夹层的顶部相连通地设置泄压管,所述泄压管上设置有第三控制阀,所述集水箱上设置有第二温度传感器和第二气流传感器,所述第二温度传感器设定低阈值以控制第三控制阀的开启,所述第二气流传感器设定低阈值以控制第三控制阀的关闭。

进一步地,所述导气管在第二控制阀后设置成内分配管和外分配管,所述内分配管连通内夹层,其上设置第四控制阀,所述外分配管连通外夹层,其上设置有第五控制阀,所述第二控制阀与第五控制阀之间的外分配管上设置缓冲罐,所述第一温度传感器的高阈值控制第四控制阀的开启,所述第二温度传感器设定高阈值以控制第五控制阀的开启。

进一步地,所述缓冲罐的容积不小于外夹层的夹层内部的容积。

进一步地,各个传感器均可在控制器内设置适应于不同使用环境而相匹配的高、低阈值。

进一步地,所述集水帆包括设置在集水管内中轴处的固定杆和多个集水叶片,多个所述集水叶片向上倾斜地交错设置于固定杆上,各集水帆的固定杆的顶部相连接固定。

进一步地,所述集水叶片的表面设置成蜂窝状的表面结构。

有益效果:

(1)本发明可适应于白昼温差较大的区域,对相变材料的热量缓释控制来收集空气中的水蒸气;

(2)本发明可自动控制相变材料的内、外夹层内的空气状态,从而实现相变材料的热量缓释;

(3)本发明利用热压驱动式空气取水,可根据使用环境来调整温湿度对取水器的控制,适用范围广,自动控制程度高,取水效果好。

附图说明

图1为本发明实施例的整体示意图。

图2为本发明的集水箱内部示意图。

图3为本发明的集水管内安装集水帆的示意图。

图4为本发明的循环取水程序框图。

图中:1集水箱,101集水管,102固定杆,103集水叶片,104集水容器,105吸气口,106排气管,107泄压管,108外夹层,109内夹层,110第二温度传感器,111第二气流传感器,112固定框架;2气箱,201控制器,202补压管,203加热器,204湿度传感器,205第一温度传感器,206第一气流传感器,3内分配管,4外分配管,5缓冲罐,6第一控制阀,7第二控制阀,8第三控制阀,9第四控制阀,10第五控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述:

一种应用于热压驱动式空气取水器的热量缓释控制方法,包括以下步骤:

(1)建立相变层,相变层内装填相变材料,所述相变层外侧设置外夹层108,其内侧设置内夹层109;

(2)所述内夹层109上开设集水通道,所述集水通道内设置集水帆;

(3)高温环境下,内夹层109和外夹层108的夹层内部均建立稠密的空气状态,利用相变材料储存热量;

(4)降温时,内夹层109和外夹层108的夹层内部均建立稀薄的空气状态,减缓相变材料热量的释放;

(5)低温且高湿度的环境下,内夹层109和外夹层108的夹层内部重新建立稠密的空气状态,相变材料快速释放热量,使空气中水蒸气在集水通道内液化,经集水帆收集后流入容器内。

优选地,所述内夹层109和外夹层108的夹层内的空气状态可根据环境温度来自动控制。

根据上述热量缓释控制取水的方法,可设计一种热压驱动式空气取水器。

如图1、2所示,一种热压驱动式空气取水器,包括集水箱1和气箱2,所述集水箱1为外侧设置有外夹层108的圆柱环,所述集水箱1的内部设置有多个集水管101,所述集水管101的内侧设置有集水帆,正对所述集水管101的下部设置集水容器104,所述集水容器104与集水管101的底部之间预留可供空气流通的吸气口105,集水箱1的顶部设置有排气管106,所述集水管101的顶部均与排气管106相连通;所述集水管101均为外侧设置有内夹层109的圆柱环,所述集水管101与集水箱1内部之间的间隙装填有相变材料。所述气箱2通过导气管与外夹层108、内夹层109的夹层内部相连通,所述气箱2上设置控制器201,所述控制器201根据环境的温湿度来控制气箱2内的气体进入外夹层108和内夹层109的夹层内部,从而控制其内部空气的稠密或稀薄状态。

根据使用场景的气候条件,可以选择合适的相变材料作为储热介质。本实施例以th-sl28为例,th-sl28的相变温度为28℃,相变潜热210j/g,密度0.86g/cm3,比热容2.0j/g·k。其热循环稳定性可通过dsc和t-history方法进行测量,经过60000次循环,相变材料依然具有稳定的相变温度和储能密度,损耗率约5%。

所述集水箱1和气箱2的工作过程是利用控制器201来实现自动控制的。具体控制方案为:

在一个实施例中,所述气箱2的上部设置有补压管202,所述补压管202上设置有第一控制阀6,所述导气管上设置有第二控制阀7,所述气箱2上设置有加热器203、湿度传感器204、第一气流传感器206和第一温度传感器205,所述湿度传感器204检测外界空气的湿度,其设定高阈值以控制加热器203的启动,所述第一温度传感器205检测气箱2内的空气温度,其设定高阈值以控制加热器203的停止和第二控制阀7的开启,所述第一温度传感器205设定低阈值以控制第一控制阀6的开启,所述第一气流传感器206检测补压管202的流量,其设定低阈值以控制第一控制阀6的关闭;所述外夹层108和内夹层109的顶部相连通地设置泄压管107,所述泄压管107上设置有第三控制阀8,所述集水箱1上设置有第二温度传感器110和第二气流传感器111,所述第二温度传感器110检测外界空气的温度,其设定低阈值以控制第三控制阀8的开启,所述第二气流传感器111检测泄压管107的流量,其设定低阈值以控制第三控制阀8的关闭。

作为上述实施例的优化,所述导气管在第二控制阀7后设置成内分配管3和外分配管4,所述内分配管3连通内夹层109,其上设置第四控制阀9,所述外分配管4连通外夹层108,其上设置有第五控制阀10,所述第二控制阀7与第五控制阀10之间的外分配管4上设置缓冲罐5,所述第一温度传感器205的高阈值控制第四控制阀9的开启,所述第二温度传感器110设定高阈值以控制第五控制阀10的开启。

其中,所述缓冲罐5的容积不小于外夹层108的夹层内部的容积,打开第五控制阀10后,缓冲罐5内存储的空气进入外夹层108的夹层内部,从而增加外夹层108的夹层内部空气的稠密度,使变相材料足以进行储存热量。

各个传感器和控制阀均与控制器201相电连接,各传感器均可在控制器201内设置适应于不同使用环境而相匹配的高、低阈值,当传感器检测的实际值触发阈值报警时,控制器201按设定的控制程序来控制相应的各个控制阀的启闭或加热器203的启停。

优选地,如图2、3所示,所述集水帆包括设置在集水管101内中轴处的固定杆102和多个集水叶片103,多个所述集水叶片103向上倾斜地交错设置于固定杆102上,各集水帆的固定杆102的顶部相连接形成固定框架112。

为了增加空气与集水叶片103表面的接触面积,所述集水叶片103的表面设置成蜂窝状的表面结构,并在固定杆102上设计了三级集水叶片103;将集水叶片103设计成一种曲面结构,在接受受到文丘里效应影响的气流时,能进一步将气流引导至下一级集水叶片103表面。

此外,对集水叶片103表面的纹理进行了设计,利用了蜂窝仿生原理,并进行了一定的实验,设计一种类蜂窝的表面结构,大大消除了了接触角滞后带来的负面影响。利用水热反应在砂纸上均匀地平铺一层tio2层,再使用全氟硅烷对其表面进行超疏水处理,形成一种超疏水表面;然后利用特制的蜂窝仿生模具,使用紫外灯进行选择性地照射,被照射的集水表面改性,形成亲水部分,构成蜂窝状的亲水膜,以此制作出含有浸润性梯度且具有较小接触角滞后现象的仿生集水表面。

如图4所示,根据上述控制控制方案和取水过程,在控制器201内设定传感器的高、低阈值以及具体的循环控制程序。

首先根据工作环境设置各传感器的阈值参数,并假设工作环境的变化来触发各传感器的阈值。假设条件如下:

10时,环境中空气的温度为达到第二温度传感器110所设定的高阈值;

16时,环境中空气的温度为达到第二温度传感器110所设定的低阈值;

24时,环境中空气的湿度为达到湿度传感器204所设定的高阈值;

加热器203停止后6h,所述气箱2内的温度达到第一温度传感器205所设定的低阈值;

所述控制器201内设置计时器,计时结束后所述缓冲罐5、内夹层109的夹层内部与气箱2的压力达到平衡;

所述控制器201内设置计时器,计时结束后所述缓冲罐5与外夹层108的夹层内部的压力达到平衡;

所述第一气流传感器206、第二气流传感器111的低阈值均为0。

如图3所示,所述控制器201启动控制程序前,各控制阀处于关闭状态,相变层内装填th-sl28相变材料,且相变材料已充分吸收并储存热量,气箱2内充满空气;以24时作为起点,来详细说明取水器取水过程的循环控制程序。

s01:24时,外界的空气湿度触发湿度传感器204的高阈值,加热器203启动,气箱2内空气温度升高,压强增大;

s02:气箱2内的空气温度触发第一温度传感器205的高阈值,加热器203停止,同时第二控制阀7、第四控制阀9打开,气箱2内的空气进入缓冲罐5、内夹层109的夹层内部,使其内空气形成稠密状态,内夹层109的导热性能加强;

s03:第二控制阀7和第四控制阀9均打开后,计时器触发,计时结束后第二控制阀7、第四控制阀9关闭;

此时,相变材料充分感受到自身温度和外界温度的较大温差,发生剧烈的相变反应,从而释放大量的热量,最大程度地使得集水管101内的空气流速加快,从而加快空气中的水蒸气与集水帆的接触,液化成小液滴,小液滴落入集水容器104中被收集;

s04:加热器203停止后,气箱2内的空气温度随环境温度逐渐降低,气压降低;6h后,气箱2内的空气温度触发第一温度传感器205的低阈值,第一控制阀6打开;

s05:外界中空气从补压管202进入气箱2内,当第一气流传感器206检测值为0时,第一控制阀6关闭,气箱2内重新充满空气;

s06:随着温度的升高,10时,外界的空气温度触发第二温度传感器110的高阈值,第五控制阀10打开,缓冲罐5内的稠密空气进入外夹层108的夹层内部,从而使外夹层108具有较强的导热性,相变材料能充分感受并吸收外界的热量;

s07:第五控制阀10打开后,计时器触发,计时结束后第五控制阀10关闭;

s08:日落之后,外界温度急剧下降,16时,外界的空气温度触发第二温度传感器110的低阈值,第三控制阀8打开;此时,内夹层109和外夹层108的夹层内部的空气压强和温度均大于外界环境,在温差和压差的作用下,夹层内部的空气向外逸出,使得夹层内部的空气变得稀薄,隔热性加强,减弱相变材料对外界温度降低的感应,避免相变材料在此时即发生剧烈的相变反应。

s09:内夹层109和外夹层108的夹层内部的空气从泄压管107逸出,当第二气流传感器111检测值为0时,第三控制阀8关闭;

至此,取水器完成一次取水的控制程序;再次到24时,开始循环上述取水程序。

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