專利名稱：微流控空氣取水裝置及采用該取水裝置的取水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空氣取水領(lǐng)域和微流體控制應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種微型取水裝置。
背景技術(shù)：
目前，市場中較成熟的空氣取水裝置主要有吸附式和冷凝結(jié)露式兩種。吸附式是采用吸附材料吸附空氣中的水蒸氣，再對(duì)材料加熱解吸，從而釋放出水的取水裝置。吸附式取水裝置的性能受吸附材料的性能影響，取水效率低。冷凝式是利用制冷結(jié)露原理通過制冷器降低空氣溫度，使空氣中水蒸氣含量達(dá)到飽和狀態(tài)從而析出水滴，再進(jìn)行水滴收集的取水裝置。冷凝式空氣取水裝置的制冷器一般利用冷卻液的汽化和壓縮液化循環(huán)制冷，因此這種取水裝置體積龐大，能源消耗多，能源利用效率低且價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有取水裝置取水效率低的問題，提出了微流控空氣取水裝置及采用該取水裝置取水的方法。本發(fā)明所述微流控空氣取水裝置，該裝置包括機(jī)械單元和電氣控制單元，所述機(jī)械單元包括單向閥、進(jìn) 氣流道、吸濕材料、加熱裝置、吸濕腔和冷凝流道；進(jìn)氣流道的進(jìn)氣口設(shè)置有單向閥，所述進(jìn)氣流道的出氣口與吸濕腔進(jìn)氣口連通，吸濕材料布滿設(shè)置在吸濕腔內(nèi)，加熱裝置用于給吸濕腔加熱，吸濕腔的出氣口與冷凝流道的進(jìn)氣口連通；單向閥用于控制空氣進(jìn)入進(jìn)氣流道；電氣控制單元包括溫度傳感器、溫度控制電路、加熱裝置和定時(shí)控制電路；溫度傳感器置于吸濕腔內(nèi)部，用于測量吸濕腔內(nèi)的溫度；溫度傳感器的溫度采集信號(hào)輸出端連接溫度控制電路的溫度采集信號(hào)輸入端，所述溫度控制電路的溫度控制信號(hào)輸出端連接加熱裝置的一號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端，定時(shí)控制電路的定時(shí)信號(hào)輸出端連接加熱裝置的二號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端。采用上述微流控空氣取水裝置取水的方法，該方法的具體步驟為:步驟一、打開單向閥，空氣通過單向閥和進(jìn)氣流道進(jìn)入吸濕腔，吸濕腔內(nèi)的吸濕材料吸收吸濕腔內(nèi)空氣中的水蒸氣；步驟二、通過設(shè)定定時(shí)控制電路來設(shè)定加熱時(shí)間，定時(shí)控制電路控制加熱裝置電源開關(guān)開啟，加熱裝置對(duì)吸濕腔進(jìn)行加熱η分鐘，η為正數(shù)；步驟三、采用溫度傳感器采集吸濕腔內(nèi)的溫度，并將該溫度值發(fā)給溫度控制電路；溫度控制電路判斷該溫度值是否超過預(yù)設(shè)的吸附閾值溫度，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三二 ；步驟三一、溫度控制電路控制加熱裝置停止加熱，吸濕腔內(nèi)的吸濕材料在該溫度下產(chǎn)生水蒸氣，所述水蒸氣從吸濕腔流入冷凝流道并形成水滴，完成微流控空氣取水；
步驟三二、采用溫度控制電路控制加熱裝置繼續(xù)加熱，并返回執(zhí)行步驟三。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)從空氣中吸收水蒸氣產(chǎn)生飲用水，相比于傳統(tǒng)利用循環(huán)制冷的空氣取水器，本發(fā)明產(chǎn)生單位體積水所需的能量少，采用微流控空氣取水裝置的取水方法便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到高效取水的目的，與現(xiàn)有取水裝置相比取水效率同比提高30%。


圖1為微流體空氣取水裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所述的微流體空氣取水裝置的A-A向剖面示意圖；圖3為電氣控制單元的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述微流控空氣取水裝置，該裝置包括機(jī)械單元和電氣控制單元，所述機(jī)械單元包括單向閥1、進(jìn)氣流道2、吸濕材料3、加熱裝置4、吸濕腔5和冷凝流道6 ；進(jìn)氣流道2的進(jìn)氣口設(shè)置有單向閥I，所述進(jìn)氣流道2的出氣口與吸濕腔5進(jìn)氣口連通，吸濕材料3布滿設(shè)置在吸濕腔5內(nèi)，加熱裝置4用于給吸濕腔5加熱，吸濕腔5的出氣口與冷凝流道6的進(jìn)氣口連通；單向閥I用于控制空氣進(jìn)入進(jìn)氣流道2 ；電氣控制單元包括溫度傳感器7、溫度控制電路8、加熱裝置4和定時(shí)控制電路9 ；溫度傳感器7置于吸濕腔5內(nèi)部，用于測量吸濕腔5內(nèi)的溫度；溫度傳感器5的溫度采集信號(hào)輸出端連接溫度控制電路8的溫度采集信號(hào)輸入端，所述溫度控制電路8的溫度控制信號(hào)輸出端連接加熱裝置的一號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端，定時(shí)控制電路9的定時(shí)信號(hào)輸出端連接加熱裝置的二號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端。本實(shí)施方式所述微流控空氣取水裝置，可實(shí)現(xiàn)從空氣中吸收水蒸氣產(chǎn)生飲用水，相比于傳統(tǒng)利用循環(huán)制冷的空氣取水器，本發(fā)明產(chǎn)生單位體積水所需的能量少，能源利用率高。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上利用微流控技術(shù)，使其易于實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，可以方便攜帶，控制產(chǎn)水速率。另外，裝置使用壽命長，價(jià)格低廉，采用微流控技術(shù)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到高效取水的目的。在結(jié)構(gòu)上利用微流控技術(shù)，使其易于實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，方便攜帶，價(jià)格低廉，且能源利用率高，減少了資源浪費(fèi)。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的微流控空氣取水裝置的進(jìn)一步說明，冷凝流道6為蛇形或螺旋形。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的微流控空氣取水裝置的進(jìn)一步說明，定時(shí)控制電路9采用555定時(shí)器。本實(shí)施方式通過555定時(shí)器控制吸附時(shí)間和加熱時(shí)間，兩時(shí)間均為I到200分鐘可調(diào)，時(shí)間的調(diào)整由兩 個(gè)滑動(dòng)變阻器控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸附和加熱兩種狀態(tài)的循環(huán)。當(dāng)吸濕腔5內(nèi)溫度大于傳感器預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，溫度傳感器5輸出低電平信號(hào),該低電平信號(hào)與電壓比較器的參考電壓進(jìn)行比較，并輸出低電平，停止加熱，保持溫度不上升；當(dāng)吸濕腔5內(nèi)溫度小于低預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，溫度傳感器輸出的電平信號(hào)，經(jīng)過電壓比較器后輸出高電平，開始加熱，使溫度升高。由此控制吸濕腔內(nèi)加熱時(shí)溫度一直為吸濕材料解吸時(shí)所需溫度。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一具體實(shí)施方式
二或具體實(shí)施方式
三所述的微流控空氣取水裝置的進(jìn)一步說明，加熱裝置4采用PI電熱膜、打印電極貼片或薄膜式加熱裝置。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一具體實(shí)施方式
二或具體實(shí)施方式
三所述的微流控空氣取水裝置的進(jìn)一步說明，吸濕材料3采用硅膠、改性硅膠、活性氧化鋁、分子篩、水凝膠或高分子吸濕材料。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一所述的微流控空氣取水裝置取水的方法，該方法的具體步驟為:步驟一、打開單向閥1，空氣通過單向閥I和進(jìn)氣流道2進(jìn)入吸濕腔5，吸濕腔5內(nèi)的吸濕材料3吸收吸濕腔5內(nèi)空氣中的水蒸氣；步驟二、通過設(shè)定定時(shí)控制電路9來設(shè)定加熱時(shí)間，定時(shí)控制電路9控制加熱裝置電源開關(guān)4開啟，加熱裝置4對(duì)吸濕腔5進(jìn)行加熱η分鐘，η為正數(shù)；步驟三、采用·溫度傳感器采集吸濕腔5內(nèi)的溫度，并將該溫度值發(fā)給溫度控制電路8 ;溫度控制電路8判斷該溫度值是否超過預(yù)設(shè)的吸附閾值溫度，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三二 ；步驟三一、溫度控制電路控制加熱裝置停止加熱，吸濕腔5內(nèi)的吸濕材料在該溫度下產(chǎn)生水蒸氣，所述水蒸氣從吸濕腔5流入冷凝流道6并形成水滴，完成微流控空氣取水；步驟三二、采用溫度控制電路控制加熱裝置4繼續(xù)加熱，并返回執(zhí)行步驟三。
權(quán)利要求
1.微流控空氣取水裝置，其特征在于，該裝置包括機(jī)械單元和電氣控制單元，所述機(jī)械單元包括單向閥(I)、進(jìn)氣流道(2)、吸濕材料(3)、加熱裝置(4)、吸濕腔(5)和冷凝流道(6)； 進(jìn)氣流道(2)的進(jìn)氣口設(shè)置有單向閥(I)，所述進(jìn)氣流道(2)的出氣口與吸濕腔(5)進(jìn)氣口連通，吸濕材料(3)布滿設(shè)置在吸濕腔(5)內(nèi)，加熱裝置(4)用于給吸濕腔(5)加熱，吸濕腔(5)的出氣口與冷凝流道(6)的進(jìn)氣口連通； 單向閥(I)用于控 制空氣進(jìn)入進(jìn)氣流道(2); 電氣控制單元包括溫度傳感器(7)、溫度控制電路(8)、加熱裝置(9)和定時(shí)控制電路(10)； 溫度傳感器⑵置于吸濕腔(5)內(nèi)部，用于測量吸濕腔(5)內(nèi)的溫度； 溫度傳感器(5)的溫度采集信號(hào)輸出端連接溫度控制電路(8)的溫度采集信號(hào)輸入端，所述溫度控制電路(8)的溫度控制信號(hào)輸出端連接加熱裝置的一號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端，定時(shí)控制電路(10)的定時(shí)信號(hào)輸出端連接加熱裝置的二號(hào)開關(guān)量信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控空氣取水裝置，其特征在于，冷凝流道(6)為蛇形或螺旋形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控空氣取水裝置，其特征在于，定時(shí)控制電路(10)采用555定時(shí)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微流控空氣取水裝置，其特征在于，加熱裝置(4)采用PI電熱膜、打印電極貼片或薄膜式加熱裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微流控空氣取水裝置，其特征在于，吸濕材料(3)采用硅膠、改性硅膠、活性氧化鋁、分子篩、水凝膠或高分子吸濕材料。
6.采用權(quán)利要求1所述的微流控空氣取水裝置取水的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、打開單向閥(1)，空氣通過單向閥(I)和進(jìn)氣流道(2)進(jìn)入吸濕腔(5)，吸濕腔(5)內(nèi)的吸濕材料(3)吸收吸濕腔(5)內(nèi)空氣中的水蒸氣； 步驟二、通過設(shè)定定時(shí)控制電路(10)來設(shè)定加熱時(shí)間，定時(shí)控制電路(10)控制加熱裝置電源開關(guān)(9)開啟，加熱裝置(4)對(duì)吸濕腔(5)進(jìn)行加熱η分鐘，η為正數(shù)； 步驟三、采用溫度傳感器采集吸濕腔(5)內(nèi)的溫度，并將該溫度值發(fā)給溫度控制電路(8);溫度控制電路(8)判斷該溫度值是否超過預(yù)設(shè)的吸附閾值溫度，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟三二 ； 步驟三一、溫度控制電路控制加熱裝置停止加熱，吸濕腔(5)內(nèi)的吸濕材料在該溫度下產(chǎn)生水蒸氣，所述水蒸氣從吸濕腔(5)流入冷凝流道(6)并形成水滴，完成微流控空氣取水； 步驟三二、采用溫度控制電路控制加熱裝置(4)繼續(xù)加熱，并返回執(zhí)行步驟三。
全文摘要
微流控空氣取水裝置及采用該取水裝置的取水方法，屬于空氣取水領(lǐng)域和微流體控制應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種收集飲用水的微型取水裝置。本發(fā)明為解決了現(xiàn)有取水裝置取水效率低的問題，本發(fā)明的進(jìn)氣流道的進(jìn)氣口設(shè)置有單向閥，所述進(jìn)氣流道的出氣口與吸濕腔進(jìn)氣口連通，吸濕材料布滿設(shè)置在吸濕腔內(nèi)，加熱裝置用于給吸濕腔加熱，吸濕腔的出氣口與冷凝流道的進(jìn)氣口連通；單向閥用于控制空氣進(jìn)入進(jìn)氣流道；電氣控制單元包括溫度傳感器、溫度控制電路、加熱裝置和定時(shí)控制電路；溫度傳感器置于吸濕腔內(nèi)部，用于測量吸濕腔內(nèi)的溫度；溫度傳感器的溫度采集信號(hào)輸出端連接溫度控制電路的溫度采集信號(hào)輸入端，本發(fā)明適用于空氣取水。
文檔編號(hào)E03B3/28GK103225331SQ20131018997
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者李松晶, 李爻, 賈偉亮 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)