本發(fā)明涉及缺水地區(qū)采集淡水工程領域，尤其涉及一種自然循環(huán)的淡水采集裝置及淡水采集方法。

背景技術：

我國的黃土高原、干旱沙漠地區(qū)、遠離陸地的海島等地區(qū)淡水資源貧乏，這直接影響了這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人類的生活質量。由于缺少有效的降雨和充沛的地表河水供給，我國西北大部分地區(qū)的地表植物難于存活和生長，水土流失和荒漠化現象日趨嚴重，影響到沙漠治理和生態(tài)恢復與保護等問題。對于我國幅員遼闊的干旱地區(qū)，單純依靠修筑水利設施的方法引水上山、引水入沙漠解決淡水資源短缺的問題是不現實的。應該把眼光放在如何利用空氣中所包含的水汽資源上，如何能夠以最小的能源消耗獲得足夠的淡水資源供給植被生存的需要。

申請?zhí)枮?01210058105.3的中國專利公開了一種基于風能的從空氣中收集水的裝置，其包括塔筒，塔筒的頂端設有風力發(fā)電機；所述塔筒的內壁上設有制冷器，所述制冷器由所述風力發(fā)電機供電；所述塔筒的底部設有淡水收集池，所述塔筒的側壁上設有透氣孔。該發(fā)明的基于風能的從空氣中收集水的裝置，可以實現高空氣濕度環(huán)境下的自動淡水采集操作，且設備簡單，無須外部能源，可靠性高，即可實現規(guī)模性生產淡水，也可以根據需要小規(guī)模應用。利用本發(fā)明對海水進行間接淡化，比直接淡化得到的淡水更清潔。

然而上述發(fā)明存在以下缺陷：首先，為得到更大的風能，所述的塔體建設高度較高，其建設成本較高，且占地面積較大；其次，上述發(fā)明收集淡水的效率受到天氣的影響較大，在無風的天氣或地區(qū)，采用上述發(fā)明涉及的設備進行淡水采集顯然效率很低。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，結合行業(yè)的需求，提供了一種利用溫差驅動濕熱空氣在地下低溫管道中流動，使空氣中的水汽冷凝從而獲得淡水的技術。

為了達到目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

本發(fā)明涉及的一種自然循環(huán)的淡水采集裝置，其特征在于：其包括集熱箱、回氣管和若干水汽冷凝管，所述的集熱箱為帶空腔的長方體結構，其通過支架固定在地面上，集熱箱整體傾斜設置，朝上的最大面采用玻璃板，其余五個面均采用集熱板，集熱板的內壁鋪貼吸熱層，集熱箱的頂面設有若干排氣槽，底面與回氣管的頂端密封連接，所述的回氣管的底端埋入土體；所述的水汽冷凝管橫向埋于土體中，水汽冷凝管的進氣端暴露在地面上，出氣端與回氣管的底端密封連接，水汽冷凝管的下部管壁上設有若干排水孔。

本發(fā)明的工作原理是：集熱箱收集太陽輻射能量加熱空氣，空氣受熱膨脹后從集熱箱的頂部排出，回氣管和水汽冷凝管內部的空氣壓力減小而產生煙囪效應，帶動空氣從各個水汽冷凝管的進氣端進入埋在地下的水汽冷凝管，空氣中的水汽在低溫的水汽冷凝管壁上冷凝獲得淡水。

優(yōu)選地，所述的水汽冷凝管和回氣管均采用塑料管，水汽冷凝管與回氣管的連接處采用熱熔或膠結的方式連接。

優(yōu)選地，所述的回氣管與集熱箱之間采用塑料或金屬波紋管進行密封連接，避免因溫度變化造成連接失效。

優(yōu)選地，所述的水凝冷氣管的進氣端設有網狀的進氣口罩，防止動物和較大顆粒的砂石進入水汽冷凝管。

優(yōu)選地，所述的排水孔的孔徑為2～3mm。

優(yōu)選地，所述的水汽冷凝管的外側包裹有透水土工布，能夠防止土體進入水汽冷凝管影響水汽的流動，并且能夠順利地排出冷凝水。

優(yōu)選地，所述的支架的頂端與玻璃板相對的集熱板的外壁鉸接連接。

一種采用權利要求1所述的自然循環(huán)的淡水采集裝置的淡水采集方法，其特征在于，其包括以下步驟：

(1)太陽光透過集熱箱的玻璃板照射在集熱板上，集熱箱內的空氣被加熱，密度變小，水汽冷凝管的進氣端和集熱箱內形成氣壓差；

(2)地表的濕熱空氣進入水汽冷凝管內，由于水汽冷凝管的管壁溫度低于濕熱空氣的溫度，濕熱空氣中的水汽在冷凝管的管壁上冷凝形成冷凝水，不斷匯集的冷凝水通過排水孔滲入周圍的土體中，為植物的根部提供充足可靠的水源；

(3)干燥空氣匯集在回氣管中，通過集熱箱加熱，最終通過排氣槽排出。

采用本發(fā)明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明涉及的自然循環(huán)的淡水采集裝置利用太陽能加熱原理驅動空氣的自然循環(huán)，并借助溫差實現空氣中的水汽凝結采集淡水。在整個過程中不消耗任何能源，無排放、無污染，環(huán)境效益好。

自然循環(huán)的淡水采集裝置制作簡單，成本低廉，安裝方便，可以根據地形條件采用多種方式靈活地布置水汽冷凝管。沒有任何的機械和電氣部件，不需要修建水利設施和供電設施，維護方便，壽命長經濟效益好，特別適合在荒山、荒漠等人煙稀少、生存條件差的干旱地區(qū)使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明自然循環(huán)淡水采集裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的集熱箱構造示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的水汽冷凝管構造示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例一提供的水汽冷凝管布置示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例二提供的水汽冷凝管布置示意圖

圖6是本發(fā)明提供的自然循環(huán)淡水采集裝置的工作示意圖。

圖示說明：集熱箱1、干熱空氣2、濕熱空氣3、進氣口罩4、水汽冷凝管5、回氣管6、冷凝水7、土體8、支架9、玻璃板10、集熱板11、排氣槽12、排水孔13、透水土工布14。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內容，結合實施例對本發(fā)明作詳細描述，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例一：

結合附圖1所示，本發(fā)明涉及的一種自然循環(huán)的淡水采集裝置包括集熱箱1、回氣管6和若干水汽冷凝管5，本實施例中回氣管6和若干水汽冷凝管5均采用pvc管。所述的集熱箱1為扁平的長方體結構，其內部存在空腔，集熱箱1的朝上且面積最大的側面采用玻璃板10，其余三個側面、頂面及底面均采用集熱板11，集熱板11采用導熱系數低的絕熱材料制成，集熱板11的內壁鋪貼黑色的吸熱層，便于集熱箱1最大程度地吸收太陽能，與玻璃板相對的集熱板的外側鉸接一根支架9，支架9的底部插入土體8中，用于固定集熱箱1并調整集熱箱1放置的傾斜角度。結合附圖2所示，集熱箱1的頂面設有若干排氣槽12，集熱箱1的底面與回氣管6的頂端采用金屬波紋管進行密封連接，避免因溫度變化造成連接失效。結合附圖1所示，回氣管6的底端埋入土體8，本實施例中回氣管6垂直與土體表面設置。所述的水汽冷凝管5橫向埋于土體中(埋設深度能夠保證土體溫度比地表空氣溫度低5℃以上)，水汽冷凝管5的布設方式如圖4所示，呈環(huán)狀布置，水汽冷凝管5的進氣端暴露在地面上，并且進氣端安裝有網狀的進氣口罩4，防止動物和較大顆粒的砂石進入水汽冷凝管，水汽冷凝管5的出氣端與回氣管的底端采用熱熔的方式密封連接，結合附圖4所示，水汽冷凝管5的下部管壁上設有若干孔徑為2mm的排水孔13，水汽冷凝管5的外側包裹有透水土工布14，防止土體堵塞排水孔13而影響冷凝水的流動。

上述自然循環(huán)的淡水采集裝置的工作原理為：集熱箱1收集太陽輻射能量加熱空氣，空氣受熱膨脹后從集熱箱1的頂部排出，回氣管6和水汽冷凝管5內部的空氣壓力減小而產生煙囪效應，帶動空氣從各個水汽冷凝管5的敞開端進入埋在地下的水汽冷凝管，空氣中的水汽在低溫的水汽冷凝管壁上冷凝獲得淡水。

結合附圖5所示，采用本發(fā)明涉及的自然循環(huán)的淡水采集裝置進行淡水采集的方法包括以下步驟：

步驟一：太陽光透過集熱箱1的玻璃板10照射在集熱板11上，集熱箱內的空氣被加熱，密度變小，水汽冷凝管的進風口和集熱箱內形成氣壓差；

步驟二：地表的濕熱空氣3通過進氣口罩4進入水汽冷凝5管內，由于水汽冷凝管5的管壁溫度低于濕熱空氣3的溫度，濕熱空氣3中的水汽在水汽冷凝管的管壁上冷凝形成冷凝水7，不斷匯集的冷凝水7通過排水孔13滲入周圍的土體8中，為植物的根部提供充足可靠的水源；

步驟三：干燥空氣2匯集在回氣管6中，通過集熱箱1加熱，最終通過排氣槽12排出。

綜上所示，該裝置可以實現淡水的采集，并直接用于周圍植物的灌溉。

實施例二：

結合附圖1所示，本實施例涉及的一種自然循環(huán)的淡水采集裝置包括集熱箱1、回氣管6和若干水汽冷凝管5，本實施例中回氣管6和若干水汽冷凝管5均采用pvc管。所述的集熱箱1為扁平的長方體結構，其內部存在空腔，集熱箱1的其中一個面積最大的側面采用玻璃板10，其余三個側面、頂面及底面均采用集熱板11，集熱板11的內壁鋪貼黑色的吸熱層，便于集熱箱1吸收太陽能，與玻璃板相對的集熱板的外側鉸接一根支架9，支架9的底部插入土體8中，用于固定集熱箱1并確定集熱箱放置的傾斜角度。結合附圖2所示，集熱箱1的頂面設有若干排氣槽12，集熱箱1的底面與回氣管6的頂端密封連接，結合附圖1所示，回氣管6的底端埋入土體8，本實施例中回氣管6垂直與土體表面設置。所述的水汽冷凝管5橫向埋于土體中(埋設深度能夠保證土體溫度比地表空氣溫度低5℃以上)，水汽冷凝管5的布設方式如圖5所示，呈矩陣式布置，水汽冷凝管5的進氣端暴露在地面上，并安裝有網狀的進氣口罩4，水汽冷凝管5的出氣端與回氣管的底端采用膠結的方式密封連接，結合附圖4所示，水汽冷凝管5的下部管壁上設有若干孔徑為3mm的排水孔，水汽冷凝管5的外側包裹有透水土工布14，防止土體堵塞排水孔13。

本實施例中的自然循環(huán)的淡水采集裝置的工作原理及采集淡水的方法與實施例一相同，本實施例不再闡述。

以上結合實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，但所述內容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內。