一种基于烟囱效应的微型集水杯的制作方法

本发明属于通风技术和水资源开发的应用技术领域，涉及一种微型集水杯，尤其涉及一种基于烟囱效应的可以实现从空气获得饮用水的微型集水杯。

背景技术：

目前发展较为成熟的从空气中获得水资源的方式主要包括两种类型：制冷结露法和吸附解吸附法。由于制冷结露法的能源利用效率较低，故吸附解吸附法得到了更为广泛的应用。吸附解吸附法在吸附工作阶段，空气流经吸附剂，其中的水蒸气被吸附剂吸收保存。当吸附趋于饱和后进入解吸附工作阶段，吸附剂被电热膜加热将吸附阶段保存的水分释放出来，较热的水蒸气随温度降低逐渐在结露处液化。由上述工作过程可知，装置内空气流动效果将直接决定取水的效率。

烟囱效应指当气体从底部到顶部具有通畅的流通空间时，靠密度差的作用，沿着纵向通道快速流动的现象。该效应主要应用在建筑自然通风、建筑防火安全、废气排放等领域。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于烟囱效应的微型集水杯，将烟囱效应应用于集水杯中，大大促进了装置内部的空气流动，提高了集水效率，同时该装置具有体积小、便于携带等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于烟囱效应的微型集水杯，包括解吸附电热膜、吸湿材料、吸附电热膜、杯体和导流帽，其中：

所述杯体包括吸湿腔、通风管路、液化区域；

所述杯体的中央设有纵向通风管路，通风管路的底部设有吸湿腔，吸湿腔与通风管路连通；

所述通风管路外壁与杯体内壁之间设有液化区域和存水腔，存水腔位于液化区域下方、吸湿腔上方；

所述吸湿材料放置在杯体下部的吸湿腔内；

所述解吸附电热膜贴于吸湿材料的下表面；

所述吸附电热膜贴于通风管路的内壁；

所述导流帽与通风管路的顶部相连。

本发明具有如下优点：

1、本发明可实现从空气中吸收水蒸气产生饮用水。

2、本发明的微型集水杯成本低、体积小、携带方便、集水效率高。

3、本发明的微型集水杯在结构上利用烟囱效应，使其内部空气流动效果好。

4、本发明的微型集水杯在户外运动、军用、野外生存等领域都有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明微型集水杯的结构示意图；

图2为杯体工作区域示意图；

图3为本发明微型集水杯的工作原理框图；

图4为本发明微型集水杯的控制电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1和2所示，本发明的基于烟囱效应的微型集水杯包括解吸附电热膜1、吸湿材料2、吸附电热膜3、杯体4和导流帽5，其中：

所述解吸附电热膜1贴于吸湿材料2的下表面，用于加热吸湿材料2使其吸附的水分被释放出来。在363k加热条件下，烟囱效应能大大促进装置内部空气的流动，使装置内每秒产生约80立方厘米的空气流量。解吸附电热膜1可使用pi电热膜等贴片或薄膜式加热装置。

所述吸湿材料2放置在杯体4下部的吸湿腔6内。在吸附过程中，吸湿材料2吸收空气中的水蒸气；在解吸附过程中，吸湿材料2在吸附电热膜1的作用下将吸附的水分释放到杯体4中间的通风管路7中。吸湿材料2使用硅胶、分子筛、水凝胶等对水有较好吸附特性并在加热条件下可以释放已吸附的水达到解吸功能的吸湿材料。

所述吸附电热膜3贴于杯体4中间的通风管路7内壁上，用于在吸附阶段加热通风管路7的空气。在363k加热条件下，烟囱效应能促进装置内部空气的流动，使装置内每秒产生约50立方厘米的空气流量。吸附电热膜3可使用pi电热膜等贴片或薄膜式加热装置。

所述杯体4是装置的主体，包括吸湿腔6、通风管路7、液化区域8、存水腔9，杯体4的中央设有纵向通风管路7，通风管路7的底部设有吸湿腔6，吸湿腔6与通风管路7连通；液化区域8位于杯体4的上部、通风管路7的外部；通风管路7外壁与杯体4内壁之间设有液化区域8和存水腔9，存水腔9位于液化区域下方、吸湿腔6上方。杯体4材料可选择耐高温、绝热性能好、无毒害的有机材料。液化区域8要利用疏水化涂料进行处理。

所述导流帽5设置在杯体4通风管路7的顶部，一方面可以进一步促进装置内部空气流动，另一方面可在解吸附阶段将流经杯体4通风管路7的较热的水蒸气引导至液化区域并将液化后的水储存在存水腔9中。

由对烟囱效应的分析可得，若忽略速度损失和阻力损失，其通风主动力为：

δp＝(ρo-ρi)g(h2-h1)(1)；

式中：ρi-内部空气密度；ρo-外部空气密度；h1-入口处高度；h2-出口处高度；g-重力加速度值。

式(1)物理意义可解释为通风主动力来自相同高度差情况下，由于外部空气温度低、密度大，导致压降较大；内部空气温度高、密度小，导致压降较小。故在出口附近会产生一个内外压力差并由此促进空气循环。

本发明的微型集水杯中央含有一个纵向通风管路，如图1所示，在吸湿材料2吸附水分阶段，吸附电热膜3工作，解吸附电热膜1不工作，通风管路7内空气被加热，但不会使吸湿材料2脱离吸附的最佳温度范围。此时由于上述原理，装置内外空气循环加快，吸附效率提高。当吸附趋近于饱和时，解吸附电热膜1工作，吸附电热膜3不工作，装置进入解吸附阶段。此时热空气流动会将高温水蒸气带出并在装置体低温处液化。当解吸附完成后可重新进行吸附-解吸附的循环。利用烟囱效应可在无外界自然风条件下使装置内部产生10～100cm³/s数量级的主动通风量，大大促进了空气循环进而提高集水效率。电热膜与外界环境温差越大，提高装置内空气流量的效果越好，通风管路7出口截面流量与此温差之间成正比关系；此外在吸附阶段，吸附电热膜3与通风管路7出口间高度差越大，提高装置内空气流量的效果越好，通风管路7出口截面流量与此高度差之间成正比关系。

如图4所示，本发明可以通过定时控制电路控制吸附时间和解吸附时间，即控制解吸附电热膜1和吸附电热膜3分别在何时工作何时不工作。解吸附电热膜1和吸附电热膜3加热温度分别由两温度传感器控制，当吸湿腔6内温度大于传感器预先设定的阈值时，温度传感器i输出电平信号，该电平信号与电压比较器参考电压进行比较，并输出低电平，解吸附电热膜1停止加热，保持温度不上升；当吸湿腔6内温度小于传感器预先设定的阈值时，温度传感器i输出电平信号，经过电压比较器后输出高电平，解吸附电热膜1开始加热，使温度升高。由此控制吸湿腔6内加热时温度一直为吸湿材料2解吸附时所需温度。同理，可利用温度传感器ii和控制电路控制吸附阶段通风管路7内稳态温度进而控制空气流速。

从空气中取得的液态水将储存在存水腔9中，可供饮用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于烟囱效应的微型集水杯，所述微型集水杯包括解吸附电热膜、吸湿材料、吸附电热膜、杯体和导流帽，其中：所述杯体包括吸湿腔、通风管路、液化区域；所述杯体的中央设有纵向通风管路，通风管路的底部设有吸湿腔，吸湿腔与通风管路连通；所述通风管路外壁与杯体内壁之间设有液化区域和存水腔，存水腔位于液化区域下方、吸湿腔上方；所述吸湿材料放置在杯体下部的吸湿腔内；所述解吸附电热膜贴于吸湿材料的下表面；所述吸附电热膜贴于通风管路的内壁；所述导流帽与通风管路的顶部相连。本发明将烟囱效应应用于集水杯中，大大促进了装置内部的空气流动，提高了集水效率，同时该装置具有体积小、便于携带等优点。

技术研发人员：李松晶;蔡申
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2017.06.29
技术公布日：2017.11.03