技术领域

本发明涉及一种风力驱动集丝网和水压力淡水集水塔，属于淡水收集设备技术领域。

背景技术

随着人们对于资源的过度开发和使用使水资源越来越匮乏，人类对于淡水的需求量却越来越大。对于海边没有淡水水源的地方，淡水资源十分地稀缺，如何收集淡水成了一个重要的问题。现有的很多集水技术如海水淡化和光热蒸发，海水淡化一般是使用蒸馏法，反渗透法和电渗析法三种方法获取淡水都是十分消耗能源且复杂的方法。对于蒸馏方法和电渗透析法都是十分消耗能源的制取淡水的方法，并且相较所制取的淡水和消耗掉的能源是很不合理的方法。一般通过高价的长途运输淡水的方式来提供日常所需的淡水，或者通过地下深挖打井取水的方式获得淡水，且海边的淡水湖也越来越少，这种方式不仅消耗资源还很难获取到淡水。

空气中含有大量的水分，即使在沙漠里，空气中仍含有可利用的水分。在以色列内盖夫沙漠中，空气的年平均相对湿度是64%，相当于每立方米空气中含有11．5毫升水（百度百科空气中取水）。随着温度的升高，饱和水汽压显著增大。空气温度的变化，对蒸发和凝结有重要影响。对于压力而言，当空气中的水蒸汽分压力超过该温度和压力状态下的饱和水蒸汽分压力，那么就会产生凝结。例如空压机会不断出水。利用水压力对空气进行压缩，空气能同时受到各个方向的压力，保证出水量；风车上的人造蜘蛛丝纤维具有收集空气中的水蒸气凝结为大水滴，风车叶片两边的集水槽收集水滴达到收集淡水的作用。整个装置基本没有复杂的结构，操作简单，对场地、操作人员都无太高要求，能够调整压力大小以适应不同的环境。采用太阳能电池板节约能源降低环境资源的消耗。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是由传送带、气包、密闭储水箱、压力传感器、压力显示屏、太阳能电池板、齿轮、风车、人造蜘蛛丝纤维构成一种利用水压力制备淡水的装置，该装置利用压力使空气出水的新型制水方法，把水压力作为压力源；装有空气的气包放置在传送带上，传送带将气包带入有一定水位高度的密闭储水箱中，利用水产生的水压力对软质气包内的空气进行挤压，使空气中的水蒸气液化渗出并释放蒸发热，压出的水储存在密闭储水箱中。风车风力解决驱动传送带的问题，传送带解决输送气包的问题，压力传感器和压力显示屏解决水压力的检测及可视化问题。该种淡水收集装置操作简单、节能安全，同时还可以提供共热，优于传统的淡水收集装置。

本发明采用的技术方案是一种风力驱动集丝网和水压力淡水集水塔，包括：传送带、气泵、密闭储水箱、气包、气泵、太阳能电池板、人造蜘蛛丝纤维、转轴、齿轮、风车；风车的轴与齿轮连接，齿轮安装于传送带履带的下方，安装方向与传送带的运动方向垂直；风车带动齿轮驱动传送带运转；传送带的运动轨迹从密闭储水箱顶端的一内侧向下，一直运动到密闭储水箱的底部，通过底部后沿密闭储水箱另一内侧向上，到达密闭储水箱水平面上进行充气，以密闭储水箱中心线为轴，传送带在水面上左侧的运动轨迹和右侧对称；气包固定在传送带上，气包及传送带设置在密闭储水箱内部；气泵由太阳能电池板提供电能；风车上的叶片与相临叶片之间有人造蜘蛛丝纤维连接，人造蜘蛛丝纤维能够凝集空气中的水蒸气为大水滴，人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率，水滴从叶片上的两条沟渠汇入集水管，集水管内设有一个单向阀让水流入水箱中而不倒流；新鲜空气装满在气包中，布置在密闭储水箱内的传送带把装满空气的气包从密闭储水箱内的水面向下传送，随着气包所处的深度增加，气包所受到水压力逐渐增加，使包内的空气受压后渗出淡水，通过压力阀控泄水孔排出，随后传送带将压缩过的气包带出密闭储水箱水面通过换气管将扣压式密封盖扒下，由气泵抽气通过换气管对气包内的空气进行换气，即完成集水操作；人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率。人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率。还包括单片机、开关、压力传感器、压力显示屏；压力传感器和压力显示屏与单片机连接；开关、压力传感器和压力显示屏、气泵由太阳能电池板提供电能；压力传感器和压力显示屏连接；压力传感器和压力显示屏连接便于观测和调整水位便于观测和调整水位。

进一步的，风车转动，风车中心的转轴带动齿轮运转，集水槽安装在风车叶片下集水槽周围有人造的蜘蛛丝纤维凝集空气中的水蒸气为大水滴，水滴随着风车转动汇入集水槽，通过集水管流到水箱内，集水管内设有一个单向阀防止水箱内的水倒流；开关控制气泵的工作状态。

进一步的，风车外部设置有集水环，所述的集水环为一个具有凹槽的圆环，集水环底部设置有孔，集水环通过支架支撑，支架内部设置有接水管，接水管一端与集水环底部的孔连接，接水管另一端连接到密闭储水箱内；风车在高速旋转过程中充分与湿润空气接触，并对湿润空气进行降温，被降温的湿润空气凝结在人造蜘蛛丝纤维上；由于风车的离心作用，水珠被甩飞到风车外部被集水环收集，集水环收集的水随接水管流动密闭储水箱内部储存；接水管设有一个单向阀防止水箱内的水倒流。

进一步的，密闭储水箱为水塔内腔，塔内水深不少于65m，密闭储水箱为水塔内腔，其具体深度能够保证水池内的水能产生各种空气不同空气湿度时所需的最大水压力。密闭储水箱内具体水面高度根据（按照近似公式h=（100-t）/0.032可知,大约每升高1000米,沸点降3度。现在计算50Km高度气体产生的压强这个压强计算跟大气层的计算方法不一样，这是一个均值，取海拔为零的地方算海拔为0处1000米大气产生的压强为:P=ƿgv/s）。

密闭储水箱的内部底端安装有压力传感器，用于检测密闭储水箱底部的水压力，即最大水压力，也可进一步确定水面高度，压力显示器安装于密闭储水箱外侧便于工作人员观测的位置；密闭储水箱设有排水管和进水管，使用者可根据水面高度调整密闭储水箱内的最大水压力以适应不同空气湿度时所需的压力；密闭储水箱内外壁安装有与传送带运动轨迹重合的轨道，其作用是固定传送带并使传送带按照固定轨迹运动。

进一步气包为内含弹性钢丝柔性材料制成；气包两端设置有换气孔，换气孔由钢圈固定便于换气，钢圈外围安装有密闭橡胶圈给气包提供密闭环境，换气孔外侧安装硬质复位弹簧扣压式密封盖并与密封盖伸缩支架连接便于在气包压缩时进行收缩，密封盖伸缩支架的两侧装有固定支架，固定支架将换气孔和伸缩支架连接固定；扣压式密封盖通过硬质复位弹簧施加一个压力，密封住气包的换气孔，防止扣压式密封盖因水压被打开；气包外安装有换气管用于在扒开扣压式密封盖之后通过换气管对气包进行换气；气包底端安装有压力阀控泄水孔，如果压力增大并到一定值则会将水压入水箱内；密闭储水箱外部用于安装太阳能电池板提供装置运行时所需的电力，气包上设有一个卡扣，用于将气包固定在传送带上。

进一步传送带上的气包露出水面运行至接近顶端时，换气管的端头对回弹扣压式密封盖施加一个剪切力，将回弹扣压式密封盖向下扒开，露出换气孔，气泵通过换气管进行强制换气，充入新鲜空气，传送带上的气包继续运行至顶端，换气管的端头离开回弹扣压式密封盖，回弹扣压式密封盖向上回弹至原来位置，对换气孔进行重新密封。

进一步气泵为现有装置，独立工作，安装在换气管上，在不需要气泵通过换气管进行换气的时候，气泵可从阀口上取下，且阀口处于关闭状态；在需要气泵通过换气管进行换气的时候和阀口连接，且阀口处于打开状态。

进一步风车周围的人造蜘蛛丝纤维几十微米尺度的液滴能够在人造蜘蛛丝纤维上从一个区域移到另一个区域而展示了运动的方向性，并从微纳米结构层次上揭示了其集水的“多协同效应”机制，在突起结构上形成了无序分布的纳米纤维结构，而在链接结构上则形成了有序排列的纳米纤维结构；这些结构特性在突起结构和链接结构之间形成了表面能量梯度，同时由于曲率梯度还产生拉普拉斯压差；正是这些微观多结构的耦合，这两个梯度的力协同地作用到小尺度液滴上，使蜘蛛丝能够达成一个连续不断的水凝结，并完成凝结液滴从链接结构到突起结构的方向的传输，导致是较大的水滴能够被快速而高效率地收集，并稳定地挂在蜘蛛丝上，因而产生超强的水收集能力，为了达到最大的集水效果设置人造蜘蛛丝纤维的间隔应不大于1cm，水滴在风车旋转的过程中因为重力作用落入集水槽内，流入风车中心汇入集水管内，流进水箱。

进一步压力阀控泄水孔由限压阀和泄水孔构成，其中限压阀为现有产品，当压力超过规定值，阀门开启，小于规定值，阀门关闭。

进一步如果条件不适合建造高塔，可以采用挖掘深井的方式来实现。

进一步，淡水通过输水管12输出。

在该装置的系统电路图中，XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。RST相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。LCD1为压力显示屏，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。用于显示压力传感器的数值。U3为气泵驱动模块L278，起到放大电流的作用，单片机电流过小不能驱动气泵所以需要气泵驱动模块放大电流，驱动气泵。单片机6的型号是AT89C51。

压力传感器由弹性元件和电阻应变片组成。当弹性元件受到压力时，其表面发生应变，粘贴在弹性元件表面得电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变面而相应变化，通过测量电阻应变片的阻值变化，可以用来检测水的压力大小。

电路说明：该太阳能淡水收集水压供热塔，风力来驱动传送带，气包安放在传送带上，传送带将气包传送至密闭储水箱中，随着气包不断下降，所受到的水压力越来越大，软质气包中的空气受压而渗出水并释放蒸发热。渗出的水储存在水池中。压力传感器用于测量水压，并将测得的水压显示在液晶显示屏上，便于的最大水压力实时监测与调整；单片机6的型号是：AT89C51。

一种风力驱动集丝网和水压力淡水集水塔，其控制方法如以下步骤：

步骤1.向密闭储水箱内注入一定量的水，注水量根据所渗出水时所需的压力大小和密闭储水箱底部的压力传感器测得的水压力大小而定。

步骤2.将需要压缩的气包提前充满空气，装填空气量以填满整个气包为准，之后连接上气泵。

步骤3完成相应操作后启动装置总开关，风车开始转动，风车中心的转轴带动齿轮运转，风车转动时叶片两边安装有集水槽，集水槽周围有人造的蜘蛛丝纤维凝集空气中的水蒸气为大水滴，水滴随着风车转动汇入集水槽，通过集水管流到水箱内，集水管内设有一个单向阀防止水箱内的水倒流，集水管内设有一个单向阀；

步骤4.传送带被齿轮带动又开始运动。在传送带打开之后随着转速的增加水压增大，当水压达到一定程度后气包受到挤压，渗出水并释放蒸发热。

步骤5.渗出的水在气包底部，因为水压的压力被挤压从泄水孔挤进密闭储水箱中。

步骤6.一直开启传送带重复步骤3和步骤4即可一直储水，并在需要用水时打开出水口使用便可。

本发明的工作原理是：为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是由风车、人造蜘蛛丝纤维、传送带、气包、密闭储水箱、齿轮、压力传感器、压力显示屏、太阳能电池板构成一种利用水压力制备淡水的装置，该装置一方面利用压力使空气出水的新型制水方法，把水压力作为压力源；装有空气的气包放置在传送带上，传送带将气包带入有一定水位高度的密闭储水箱中，利用水产生的水压力对软质弹性气包内的空气进行挤压，使空气中的水蒸气液化渗出并释放蒸发热，压出的水储存在密闭储水箱中。另一方面通过新型材料人造蜘蛛丝纤维凝结空气中的水蒸气为大水滴，收集淡水；风力解决驱动传送带的问题，传送带解决输送气包的问题，压力传感器和压力显示屏解决水压力的检测及可视化问题。该种淡水收集装置操作简单、节能安全，优于传统的淡水收集装置。

与传统技术相比，本发明的有益效果是：1、淡水收集过程中避免了大量不必要的能源损耗，不需要大量的加热的蒸馏法制取淡水；2、在制水过程中不需要使用到高科技术的半透膜等降低了装置的费用加大了装置的便利性；3、淡水制取过程简单有效，降低了机械操作的危险性；4、利用自然力量制取淡水，实现节能减排；5、气包受到的水压力不是单纯来自一个方向，而是多个方向的水压力同时作用到气包上，空气能够充分受压增大出水率；6、同时利用两种集水方式加大了集水的效率和集水量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2-4为本发明的传送带局部结构示意图；

图5为本发明的系统电路图；

图6为本发明的外部风车结构示意图；

图7位为本发明的外部风车设置集水环后的结构示意图；

图8为本发明的集水环结构图。

图中各个标号为：1-传送带；2-齿轮；3-密闭储水箱；401-气包；402-回弹扣压式密封盖；403-密封盖伸缩支架；404-换气孔；405-压力阀控泄水孔；406-密封橡胶圈；407-硬质复位弹簧；408-固定支架；5-气泵；6-单片机；7-开关；8-压力传感器；9-太阳能电池板；10-压力显示屏；11-换气管；12-输水管；13-单向阀；14-转动轴；15-集水蜘蛛丝网；16-集水槽；17-集水管；18-风车；19-集水环；20-支架；21-接水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1至图8，本发明采用的技术方案是一种风力驱动集丝网和水压力淡水集水塔，包括：传送带、气泵、密闭储水箱、气包、气泵、太阳能电池板、人造蜘蛛丝纤维、转轴、齿轮、风车；风车的轴与齿轮连接，齿轮安装于传送带履带的下方，安装方向与传送带的运动方向垂直；风车带动齿轮驱动传送带运转；传送带的运动轨迹从密闭储水箱顶端的一内侧向下，一直运动到密闭储水箱的底部，通过底部后沿密闭储水箱另一内侧向上，到达密闭储水箱水平面上进行充气，以密闭储水箱中心线为轴，传送带在水面上左侧的运动轨迹和右侧对称；气包固定在传送带上，气包及传送带设置在密闭储水箱内部；气泵由太阳能电池板提供电能；风车上的叶片与相临叶片之间有人造蜘蛛丝纤维连接，人造蜘蛛丝纤维能够凝集空气中的水蒸气为大水滴，人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率，水滴从叶片上的两条沟渠汇入集水管，集水管内设有一个单向阀让水流入水箱中而不倒流；新鲜空气装满在气包中，布置在密闭储水箱内的传送带把装满空气的气包从密闭储水箱内的水面向下传送，随着气包所处的深度增加，气包所受到水压力逐渐增加，使包内的空气受压后渗出淡水，通过压力阀控泄水孔排出，随后传送带将压缩过的气包带出密闭储水箱水面通过换气管将扣压式密封盖扒下，由气泵抽气通过换气管对气包内的空气进行换气，即完成集水操作；人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率。人造蜘蛛丝纤维尽量排布紧密达到最大出水率。还包括单片机、开关、压力传感器、压力显示屏；压力传感器和压力显示屏与单片机连接；开关、压力传感器和压力显示屏、气泵由太阳能电池板提供电能；压力传感器和压力显示屏连接；压力传感器和压力显示屏连接便于观测和调整水位便于观测和调整水位。

风车转动，风车中心的转轴带动齿轮运转，集水槽安装在风车叶片下集水槽周围有人造的蜘蛛丝纤维凝集空气中的水蒸气为大水滴，水滴随着风车转动汇入集水槽，通过集水管流到水箱内，集水管内设有一个单向阀防止水箱内的水倒流；开关控制气泵的工作状态。

进一步的，风车外部设置有集水环，所述的集水环为一个具有凹槽的圆环，集水环底部设置有孔，集水环通过支架支撑，支架内部设置有接水管，接水管一端与集水环底部的孔连接，接水管另一端连接到密闭储水箱内；风车在高速旋转过程中充分与湿润空气接触，并对湿润空气进行降温，被降温的湿润空气凝结在人造蜘蛛丝纤维上；由于风车的离心作用，水珠被甩飞到风车外部被集水环收集，集水环收集的水随接水管流动密闭储水箱内部储存；接水管设有一个单向阀防止水箱内的水倒流。

密闭储水箱为水塔内腔，其具体深度能够保证水池内的水能产生各种空气不同空气湿度时所需的最大水压力；密闭储水箱的内部底端安装有压力传感器，用于检测密闭储水箱底部的水压力，即最大水压力，也可进一步确定水面高度，压力显示器安装于密闭储水箱外侧便于工作人员观测的位置；密闭储水箱设有排水管和进水管，使用者可根据水面高度调整密闭储水箱内的最大水压力以适应不同空气湿度时所需的压力；密闭储水箱内外壁安装有与传送带运动轨迹重合的轨道，其作用是固定传送带并使传送带按照固定轨迹运动。

风车周围的人造蜘蛛丝纤维几十微米尺度的液滴能够在人造蜘蛛丝纤维上从一个区域移到另一个区域而展示了运动的方向性，并从微纳米结构层次上揭示了其集水的“多协同效应”机制，在突起结构上形成了无序分布的纳米纤维结构，而在链接结构上则形成了有序排列的纳米纤维结构；这些结构特性在突起结构和链接结构之间形成了表面能量梯度，同时由于曲率梯度还产生拉普拉斯压差；正是这些微观多结构的耦合，这两个梯度的力协同地作用到小尺度液滴上，使蜘蛛丝能够达成一个连续不断的水凝结，并完成凝结液滴从链接结构到突起结构的方向的传输，导致是较大的水滴能够被快速而高效率地收集，并稳定地挂在蜘蛛丝上，因而产生超强的水收集能力，为了达到最大的集水效果设置人造蜘蛛丝纤维的间隔应不大于1cm，水滴在风车旋转的过程中因为重力作用落入集水槽内，流入风车中心汇入集水管内，流进水箱。

进一步压力阀控泄水孔由限压阀和泄水孔构成，其中限压阀为现有产品，当压力超过规定值，阀门开启，小于规定值，阀门关闭。

气包为内含弹性钢丝柔性材料制成；气包两端设置有换气孔，换气孔由钢圈固定便于换气，钢圈外围安装有密闭橡胶圈给气包提供密闭不透气环境，气孔外侧安装硬质复位弹簧扣压式密封盖并与密封盖伸缩支架连接便于在气包压缩时进行收缩，密封盖伸缩支架的两侧装有固定支架，固定支架将气孔和伸缩支架固定，便于换气；密封盖通过硬质复位弹簧与气包外侧连接防止扣压式密封盖因水压被打开；气包外安装有换气管便于在压力减小并且弹回原状时扒开扣压式密封盖并通过换气管对气包进行换气；气包底端安装有压力阀控泄水孔，如果压力增大并到一定值则会将水压入水箱内；密闭储水箱外部用于安装太阳能电池板提供装置运行时所需的电力，气包上设有一个卡扣，用于将气包固定在传送带上。

传送带上的气包露出水面运行至接近顶端时，换气管的端头对回弹扣压式密封盖施加一个剪切力，将回弹扣压式密封盖向下扒开，露出换气孔，气泵通过换气管进行强制换气，充入新鲜空气，传送带上的气包继续运行至顶端，换气管的端头离开回弹扣压式密封盖，回弹扣压式密封盖向上回弹至原来位置，对换气孔进行重新密封。

气泵为现有装置，独立工作，安装在换气管上，在不需要气泵通过换气管进行换气的时候，气泵可从阀口上取下，且阀口处于关闭状态；在需要气泵通过换气管进行换气的时候和阀口连接，且阀口处于打开状态；

压力阀控泄水孔由限压阀和泄水孔构成，其中限压阀为现有产品，当压力超过规定值，阀门开启，小于规定值，阀门关闭。

淡水通过输水管12输出。

单片机的型号是：AT89C51。

请参阅图1和图6，通过导管连接的气泵和气包固定在传送带的卡槽上。

请参阅图2、图3、图4，气包两端设置有换气孔，换气孔由钢圈固定并在钢圈上下两端装有弹性小球维持密闭性，钢圈外围安装有密闭橡胶圈，气孔外侧安装硬质复位弹簧和扣压式密封盖并与密封盖伸缩支架连接，密封盖伸缩支架的两侧装有固定支架，固定支架将气孔和伸缩支架固定；密封盖通过硬质复位弹簧与气包外侧连接，气包外安装有换气管，利用换气管将扣压式密封盖扒下通过换气管对气包进行换气。

请参阅图5，在该装置的系统电路图中，XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机6工作所必须的起震电路。RST相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。LCD1为压力显示屏，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。用于显示压力传感器的数值。U3为电机驱动模块L278，起到放大电流的作用，单片机电流过小不能驱动气泵所以需要驱动模块放大电流，驱动气泵。

风车由三片叶片构成，叶片之间有人造蜘蛛丝纤维连接，叶片两边有集水沟槽，收集人造蜘蛛丝纤维上的水滴，水滴通过集水槽汇入风车中央流入集水管，集水管内的单向阀防止水箱内的水倒流。

压力传感器由弹性元件和电阻应变片组成。当弹性元件受到压力时，其表面发生应变，粘贴在弹性元件表面得电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变面而相应变化，通过测量电阻应变片的阻值变化，可以用来检测水的压力大小。

电路说明：该一种风力驱动集丝网和水压力淡水集水塔，气包安放在传送带上，传送带将气包传送至密闭储水箱中，随着气包不断下降，所受到的水压力越来越大，软质气包中的空气受压而渗出水。压力传感器用于测量水压，并将测得的水压显示在液晶显示屏上，便于最大水压力的实时监测和调整；单片机的型号是：AT89C51。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。