一种应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置的制作方法

本发明涉及一种集水装置，具体涉及的是一种可应用于高温差沙漠地区的具有热管结构的集水装置。

背景技术：

在高温差沙漠地区，由于天气炎热、地表温度高导致水资源匮乏，该地区的生产生活用水成为很大难题，严重制约地区的正常发展。故迫切需求开发高效、环保、能应对恶劣天气的集水装置，以满足炎热、干燥天气下对于用水的大量需求。目前出现的集水装置多为集水水塔或蒸发集水设备，均需采用较高的经济投入以及占地面积庞大的集水设备，不利于小规模使用，无法方便地解决缺水问题，缺水问题依旧制约着日常生产生活。基于热管原理的热管式集水装置充分利用热管性能，具有环保节能、经济高效、占地面积小、适宜小规模使用等优点，使其在解决高温差沙漠地区因恶劣气候环境导致的用水困难问题上有着广阔的应用前景。

热管式集水装置的核心部件是热管结构。热管作为一种近年来发展起来的换热元件，由于其良好的导热性以及环境适应性受到广泛应用。受生活中常见的热管结构的启迪，本发明将热管结构应用于集水装置设计，将热管安插在由复合材料构成的墙体中，并在夜间利用热管的良导热性在热管与室内环境间产生大温差，从而将室内内水蒸气在热管表面实现液化，使得液态水能够不断产生并收集到装置中，进而达到充分利用室内空间、实现水资源节能环保收集与利用、保证水资源的有效供应、一定程度上解决高温差沙漠地区用水等目的。

技术实现要素：

技术问题：

本发明所要解决的技术问题是针对现有的高温差沙漠地区集水装置投资大、占地面积大以及不适合小规模使用的缺点，提出了一种有热管结构、能应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置，来有效、节能地收集液态水。基于该装置能满足水资源的合理收集、充分利用当地气候条件以及节省房屋空间、适用于小规模的生产生活用水需求等要求。本发明的目的是设计一种应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置，采用热管结构将扇页式热管倾斜插入包含相变蓄热材料等复合材料的房屋墙体中，大大减小了集水装置体积，并且，利用热管结构在夜间与室内空间形成的大温差，可实现节能化、高效化、小规模的液态水生成及收集。

技术方案：为解决当前高温差沙漠地区集水装置存在的投资高、占地面积大的问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置，其特征在于：包括热管结构、房屋墙体以及液态水收集装置，所述的热管结构由端盖、管壳、管芯组成，所述的管壳两端为由多个扇形热交换面组成的扇页型，通过中间的圆形管壳相连，所述的房屋墙体为复合材料，由相变蓄热材料、良导热材料以及保温材料加工复合而成，所述的房屋墙体上装有湿度传感器和两个换气口，所述的液态水收集装置由收集漏斗、引出管、集水桶构成。所述的热管结构倾斜插入于所述的房屋墙体侧面，所述的液态水收集装置通过所述的收集漏斗与所述的热管管壳下部相连，所述的收集漏斗下部与所述的引出管相连。所述的热管结构中轴线与所述的收集漏斗的中轴线共轴；所述的引出管由母管和子管组成，所述的母管为引出管入口与收集漏斗相连的直接管道，所述的子管通过多根管道从母管末端引出，与所述的集水桶直接相连。所述的子管上带有控制开关，根据集水桶水量情况对水的分配加以控制，从而达到对所收集液态水的合理利用，实现了液态水的高效制备与储存。

所述的热管结构斜插于所述的房屋墙体侧面，所述热管结构的大部分高度位于所述的房屋墙体外侧，小部分位于所述的房屋墙体内侧。所述的热管结构管壳两端采用由多个扇形热交换面组成的扇页型结构，从而达到提高换热面积，增强热交换效率的目的。所述的收集漏斗通过圆柱结构与所述的热管结构连接。所述的引出管采用橡胶软管，通过橡胶接头与所述的收集漏斗末端连接。

所述的房屋墙体采用复合材料。墙体靠近室内的内层采用大导热系数的良导热材料以增强室内与墙体中间层的热交换，墙体中间层采用相变蓄热材料，墙体靠近室外的外层采用保温材料。当在白天室外温度较高时，所述的房屋墙体中间层通过相变过程吸热，在保证室内温度不致过高的同时进行储热；在夜晚室外温度较低时，所述的房屋墙体中间层通过相变过程放热，在保证室内温度不致过低的同时进行散热。

所述的房屋墙体的湿度传感器装于房屋墙体上采集室内外湿度信号，当室内含湿量与外界空气含湿量的差值大于2.5克/每千克干空气时传递信号给控制系统，控制墙体上方排气口以及墙体下方进气口打开进行换气，当室内外含湿量差值小于0.5克/每千克干空气时停止换气。

使用时，根据该地区气候条件与昼夜温差调整热管扇形交换面大小、管壳直径，进而调整收集漏斗口径，以达到对液态水收集速率及收集量的调整和控制。所述热管结构的表面由于其良导热性温度与环境温度几乎相同，从而在夜间热管表面与室内环境间形成大温差，使得室内水蒸气在热管表面受冷凝结液化，并大量产生。液态水滴不断在热管表面聚集并流下，并通过收集漏斗收集进入引出管。所生成的液态水通过引出管母管进入各个子管，最后通过控制各子管的控制开关即可使液态水到达对应的集水桶。所述的热管中间段管壳结构、收集漏斗、引出管截面均为圆形。

所述的热管材料根据工作条件、用水需求等不同，可以采用不同材料，如铜、铝、碳钢、不锈钢、合金钢等。管径长度也可以根据不同条件自行选取。收集漏斗及引出管的长度、管径与热管的长度、管径相适应。

本发明提供的应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置，引出管子管与控制开关数量可根据集水桶数量调整，不管子管与开关的数量如何，对所述的液态水制备过程也不会产生影响。

本发明提供了一种应用于高温差沙漠地区的热管式集水装置。在该装置使用中，水蒸气由于大温差影响，迅速在热管表面液化聚集，并沿热管表面迅速的从热管末端流入到收集漏斗对应的入口，继而不断流入引出管，通过引出管母管、子管以及对应的控制开关进入集水桶。与传统的集水装置相比，采用热管结构与复合材料墙体相结合的布置方式大大提高了空间利用率，另外由于热管结构的良导热性与环境适应性，实现了液态水的高效节能制备与收集。

有益效果：

本发明将热管结构应用于集水装置，形成了一种能够有效应对高温差沙漠地区的热管式集水装置，实现了集水装置在高温差沙漠地区的高效、节能使用，进而达到满足恶劣环境地区对于取水、用水的大量需求的目的。另外，热管结构与复合墙体的综合使用使得集水装置的空间利用率有了较大提高。

附图说明：

图 1 扇页型热管工作示意图。

图 2 房屋墙体示意图。

图 3 热管式集水装置平面示意图。

图 4 热管、收集漏斗及引出管连接示意图。

图中：1.绝热段；2.蒸发段；3.冷凝段；4.热蒸汽流；5.冷凝液；6.墙体内层；7.墙体中间层；8.墙体外层；9.扇页型热管；10.房屋墙体；11.室内环境；12.收集漏斗；13.引出管母管；14.引出管子管；15.控制开关；16.集水桶；17.出气口；18.进气口；19.湿度传感器；20.连接圆柱；21.胶管接头。

具体实施方式：

下面结合附图进行更进一步的详细说明：

图 1 给出了扇页型热管工作示意图。热管一段为蒸发端2，另外一段为冷凝端3，中间为绝热段1。当热管蒸发段2受热时，毛细管中的冷凝液5迅速蒸发，热蒸汽流4在微小的压力差下流向冷凝段3，并且释放出热量，重新凝结成冷凝液5，冷凝液5再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段2，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。

图 2 给出了房屋墙体示意图。房屋墙体采用复合材料。墙体靠近室内的墙体内层6采用大导热系数的良导热材料，墙体中间层7采用相变蓄热材料，靠近室外的墙体外层8采用保温材料。墙体内层6通过导热增强室内与墙体中间层7的热交换，从而使得墙体中间层7在白天蓄热、在夜间散热，而墙体外层8减少了房屋墙体10向外界环境的散热，起到良好的保温作用。

图 3 给出了热管式集水装置平面示意图。扇页型热管9倾斜插入于房屋墙体10的侧墙上，扇页型热管9的大部分位于房屋墙体10外部。夜间环境下，扇页型热管9表面温度较低，与室内环境11形成较大温差，室内水汽在扇页型热管9表面凝结，并沿热管表面流下，水滴汇集流入收集漏斗12，通过漏斗末端流入引出管母管13后流入多根引出管子管14，并且通过对控制开关15的控制，引出管子管14的液态水流入未满的集水桶16。装在房屋墙体10上的湿度传感器19感受室内外湿度变化，当室内含湿量与外界含湿量的差值大于2.5克/每千克干空气时，出气口17和进气口18打开，与外界进行空气交换，当室内外含湿量差值小于0.5克/每千克干空气时停止换气。

图 4 给出了扇页型热管、收集漏斗及引出管连接示意图。扇页型热管末端通过连接圆柱20以胶接或焊接方式与收集漏斗相连，收集漏斗末端通过胶管接头21与引出管相连。