阵风聚水设备.pdf

本发明公开了一种阵风聚水设备，其包括：从外界风中接收空气的装置(9，42、52)；以及用于将所接收的空气供给到压缩室(46、56)中的装置。限制装置(21、41)从压缩室通入冷凝室(18)。该限制装置使来自阵风的空气压力增高，以使空气损失能量并在冷凝室内被进一步冷却，从而在冷凝室内沉积液态水。

1.  一种阵风聚水设备，其特征在于，该阵风聚水设备包括：从外界风接收空气的装置；用于将从外界风接收的空气供给到压缩室中的装置；限制装置，其从所述压缩室通入冷凝室，以便在空气从所述压缩室进入所述冷凝室时，空气被冷却从而在所述冷凝室内沉积液态水。

2.  根据权利要求1所述的阵风聚水设备，其特征在于，该从外界风中接收空气的装置包括入口部，其具有通向所述压缩室的漏斗。

3.  根据权利要求2所述的阵风聚水设备，其特征在于，在远离所述漏斗的压缩室内设有风力涡轮机，以使离开所述压缩室的空气流经所述风力涡轮机进入所述冷凝室，所述风力涡轮机用作限制装置。

4.  根据权利要求3所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述冷凝室包括用于将冷凝水供应给收集装置和用于使空气流出的出口部。

5.  根据权利要求3或4所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述冷凝室包含一个或多个折流板，用以增大空气在所述冷凝室中的流动路径。

6.  根据权利要求2至5中的任一项所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述漏斗具有通入所述压缩室中的翼板，所述翼板设置为在高风压下打开，并在风压下降时关闭。

7.  根据权利要求2至6中的任一项所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述从外界风中接收空气的装置包括多个面向不同方向的入口。

8.  根据上述权利要求中的任一项所述的阵风聚水设备，其特征在于，风扇设置成用于将空气从所述漏斗引入所述压缩室。

9.  根据权利要求1所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述阵风聚水设备设置为以可转动的方式安装在柱体上。

10.  根据权利要求1所述的阵风聚水设备，其特征在于，所述阵风聚水设备包括：外壁，其形成有进气孔；内壁，其与所述外壁相隔开以形成进入室；以及管道，其从所述进入室通入所述压缩室。

阵风聚水设备
技术领域
本发明涉及一种阵风聚水设备。
背景技术
本发明旨在利用风压发生巨大变化及短期阵风通常具有超过平均风力的动力的事实。因此，为使其具有增大的压力而捕获(trap)的空气的温度将会升高，从而引起能量损失，促进水分从空气中凝结。
发明内容
根据本发明的一个方案，提供一种阵风聚水设备，其特征在于，该阵风聚水设备包括：从外界风接收空气的装置；用于将从外界风接收的空气供给到压缩室中的装置；限制装置，其从压缩室通入冷凝室，以便在空气从压缩室进入冷凝室时，空气被冷却从而在冷凝室内沉积液态水。
附图说明
现在，将参照附图通过实例来描述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的阵风聚水设备的第一实施例的水平截面示意图；
图2示出根据本发明的阵风聚水设备的第二实施例的竖直纵向截面示意图；
图3示出根据本发明的阵风聚水设备的第三实施例的竖直纵向截面图；
图4、图5和图6示出根据本发明的阵风聚水设备的第四实施例的各个视图；
图7示出根据本发明的阵风聚水设备的第五实施例的竖直纵向截面图；
图8示出根据本发明的阵风聚水设备的第六实施例的竖直纵向截面图；
图9、图9a和图10示出根据本发明的阵风聚水设备的第七实施例的各个视图；
图11示出根据本发明的阵风聚水设备的第八实施例的竖直截面图；
图12示出根据本发明的阵风聚水设备的第九实施例的竖直截面图；以及
图13示出根据本发明的阵风聚水设备的第十实施例的竖直截面图。
具体实施方式
在以下的说明中，相同的附图标记用于表示本发明各个实施例中的相同的零部件。
在根据本发明的阵风聚水设备的一个优选实施例中，由开口穿过的壁利用设置成用于控制该装置的取向的合适的风监测器，如风向标或风速计(anemometer)，而保持与风近似垂直，该设备可以安装在竖轴上或安装在沿圆形轨道行进的轮上。
图1中示出了一个这样的实施例20，其中风截取结构(wind-interceptingstructure)包括：前壁7，其具有垂直槽9和邻接所述垂直槽9设置的、成角度的导风翼板(wind-guiding flap)13。导风翼板13安装在坚固的杆或梁12上，以使吹入的风被引导穿过垂直槽9，随后风撞击不规则的后壁14。后壁14近似循着前壁7的路线，并具有与垂直槽9相对的实体壁部。因此，风由不规则的后壁14沿侧向引导并朝向风吹入的方向返回。后壁14在与梁12相对的位置被管道16截断，所述管道16向后延伸到压缩室17。吹入的风流出并进入管道16，然后进入压缩室17。
从压缩室17的流出是受限制的，本实施例中的流体限制方式为采用风力涡轮机21，风通过风力涡轮机流入冷凝室18，然后经过出口23排出到周围空气中。利用设置在冷凝室18内的折流板22来增大空气流动穿过冷凝室18的路径长度。冷凝室18的壁一般由具有大表面积的、为良好的导热体的材料构成。
使用中，风在大面积上被截取，在可行的情况下，利用在图1中以附图标记11表示的成角度的板(angled sheet)使该面积最大化。如需要的话，可在阵风聚水设备20的风截取面的顶部和侧面安装用于发电的风力涡轮机。导风翼板13优选为略具柔性，以使垂直槽9在风强度增大时变宽，而在风强度降到低水平时该垂直槽几乎关闭。按照这种方式，由于吹入的风的动量的储存，空气以增高的压力状态被捕获进管道16及压缩室17中，并且空气从压缩室17的流出由涡轮机21提供的流阻所限制。优选地，管道16设置为具有高的表面积，并且其外壁由具有良好导热性的材料，如铝板等构成，所述外壁暴露于在邻接的腔体(space)19内流通的周围空气中。腔体19设置在管道16之间，并且腔体19优选为尽可能自由地暴露于室外。
有利地，冷凝室18可安装有一个或多个热泵或制冷旋管(refrigerationcoil)，用以去除热量。此类装置可通过风力涡轮机或光电板(photovoltaicpanel)或其它收集太阳能的装置供给动力，这些装置可方便地安装在本发明的设备的上表面。
在运行中，阵风的动量引起管道16内的温度小幅上升。因此，热量通过管道16的壁而散失。在空气流过涡轮机21时的压力的降低导致温度下降，从而促使水的冷凝，冷凝的水向下排出到收集管25中。
图2示出本发明的阵风聚水设备40的优选替代形式，其中风被收集到大漏斗42中。图2中的漏斗42在其开口处可具有圆形、椭圆形或扁圆形截面，并向下逐渐变细以通入到压缩室46中。压缩室46经由阻挡件(resistance)，在此示为风力涡轮机41，而通入到冷凝室18中，冷凝室优选具有折流板22用以产生通向空气出口部43的较长的流动路径。在图2所示的实施例中，冷凝室18的空气出口部43通入文丘里管，由辅助漏斗44收集的空气以高速流过该文丘里管。这种设置的作用是降低冷凝室18内的压力。压缩室46优选为包括若干导管(tube)，这些导管由大表面积的、良好的导热材料组成。类似地，冷凝室18优选为具有大的表面积，以使冷凝的热量通过室壁快速散发。有利地，制冷单元或热泵单元可以冷却冷凝室18的壁的一部分，并且此类单元优选为由风力涡轮机供给电力。冷凝室18中冷凝的水能够排入到收集容器45中。所示出的整个设备安装在沿着圆形轨道34行进的轮33上，但也可以改为竖轴安装。优选地，使漏斗42捕获最大风量的取向通过响应例如由小型风向标检测到的风向的驱动器来实现。然而，在某些应用场合中，压缩室46的形状和冷凝室18的形状可设置成，使在该装置未正确对准时提供对着风的大的竖直面，以使这些竖直面跟随风向标的方式而恢复正确的定向。
图3中示出根据本发明的、结构略有不同的阵风聚水设备50。设备50的主要特征在于，进入漏斗52的风通过翼板53转向流入设置在漏斗52外表面的压缩室56中。翼板53设置为易于被阵风打开，而当风速下降或当压缩室56内的压力高时落下。流经压缩室56的空气的路径长度通过内部折流板而增大，并且表面积被制成尽可能大以使对环境的散热最大化。优选地，遮盖压缩室56的外表面以避免因太阳辐射引起的加热。
压缩室56的延伸部分57引导空气在涡轮机51上方流过，该涡轮机51为进入冷凝室18的空气流提供阻力。涡轮机51的电力输出可直接连到制冷系统或热泵的压缩机，所述制冷系统或热泵的压缩机优选为设置为用以冷却冷凝室18的壁或折流板22。优选地，冷凝室18的壁和折流板22的表面由这样的材料形成，所述材料促使蒸汽滴附着和聚结从而将使其下降到收集通道45中。适合的材料和表面涂层包括尼龙筛网和各种疏水的喷雾剂(spray)和涂料，其设计成用以产生与水滴具有大接触角的表面。
在本发明的阵风聚水设备的另一优选实施例60中，这种结构具有多个漏斗形开口，从而不必面向风转动。图4、图5和图6中示出了这种特别优选的设置。在本发明的阵风聚水设备的所有实施例中，通过将该设备靠近水面安装，例如将该设备安装在盐湖中的小岛、浮体或平台上，可提高从空气中收集水的效率。在图4、图5和图6中示出的设置可特别适于这种场所。然而，这种设置同样非常适合其它地点，并可方便安装在内陆的沙丘或高地上。在图4中，示出了水平截面图，并可以看出该设备具有近似圆形的基座61和一组六个竖直的径向壁62，所述一组壁提供开口71以便导入风。在图5中，示出了多个冷凝室18中的两个冷凝室的竖直截面图，并且通过底板72和顶板形成了漏斗结构。这些表面与径向壁62一起形成用于将吹入的空气导向中央室67的漏斗。中央室67的壁64包括铰接翼板64a，其能够容易地由吹入的风打开，而在风压下降时受重力作用影响而关闭。如图5所示，风吹入左侧漏斗并打开位于漏斗端部的壁64中的翼板64a。在右侧，漏斗被顺风地打开，从而没有风进入，并且壁64中的翼板64a关闭，因此空气被捕获到中央室67中。风扇66，在此所示为由竖轴式风力涡轮机69直接供给电力，将吹入的空气压缩到压缩室65中，空气可通过高阻力开口63离开压缩室65而进入任一个或所有的冷凝室18中。冷凝室18由导热板如铝制成，具有大的表面积，并由顶板68予以遮盖。空气从冷凝室18的流出通过合适的文丘里管或风扇设置，在附图中所示为安装在出口部23的风动式抽风扇，而加速。在图6中进一步示出了这些设置，图6示出了从风进入六个漏斗之一的方向观察的视图，但在此图中，壁64中的翼板64a因处于微风状态下而仅略微打开。
在运行中，强阵风进入中央室67，空气在压缩室65中被压缩，并且与压缩相关联的任何温度上升都导致热量从压缩室65的上下表面散逸。当空气流经限制装置63时，空气压力下降，从而促使包含在空气中的水分冷凝。优选地，风力涡轮机，光电板或其它动力源可用于为热泵提供电力以进一步冷却冷凝室18的部分。优选地，热量向周围空气的散逸可通过在各室的壁中包括流体通道而加速。这些密封的通道例如可包含水，其设置成通过对流而将热量传递到外表面。
为了节能，可安装简单的逻辑程序、合适的风湿度和温度传感器与计时器，以使热泵或制冷压缩机优先在这些设备产生冷凝的过程中产生最大效率时运行，在收集通道45处以最小的能量消耗而最大化地回收水。理想地，利用计算机模型优化各种空气流和压力，并且在某些条件下可优选的是，风扇66的风动输出电力足够高，以使顺风壁64中的翼板64a能够打开，并且除了主空气入口部之外，允许部分空气通过逆风壁64进入中央室67。
在另一优选实施例中，限制气流从压缩室进入冷凝室的涡轮机驱动或帮助驱动压缩机，该压缩机增大由漏斗捕获并流入压缩室中的空气流的压力。这种设置示于图7中，图7示出了根据本发明的阵风聚水设备70的优选实施例的竖直截面图。漏斗52可具有任何优选的横向截面，如椭圆形或扁圆形，并且开口优选为尽可能大。利用动力驱动系统或通过设置整个设备的空气动力形状使其顺着风向，使所述开口和整个设备定向成为面向吹来的风。优选地，驱动系统可以是风力涡轮机41的简单联接，其轴垂直于该驱动系统的主轴，以使该驱动系统在风与该系统主轴成一定角度吹来时发电，该涡轮机的旋转方向则通过直接联接而起到使该设备与风恢复对准的作用。
在漏斗52的狭窄的顺风端安装有离心式风扇86，以便该风扇84的旋转使由漏斗52捕获的空气流加速进入压缩室56。空气可从该压缩室流经管道57、经过动力风力涡轮机41而进入冷凝室18。风力涡轮机41可简单地通过安装在合适的轴承上的轴85而连接到风扇86。驱动离心式风扇86的能量部分来自阵风对风扇86的成角度的叶片的直接作用，部分来自管道57中所压缩的空气流过风力涡轮机41的作用。这些力的净作用是使压缩室56和管道57中的压力增大。所述压缩室和管道设置为具有大的表面积和高导热率的壁，以便由于其内部的空气压缩而引起的温度的任何上升都会产生热量向周围空气的散失。空气流经涡轮机41导致空气在进入冷凝室18时压力下降，从而使空气温度下降，进而促使在冷凝室18和折流板22的壁上发生冷凝，因而水排入到收集通道45。然后，空气通过出口部23离开冷凝室18，如果需要的话，可在出口部23设置风动式排气风扇或文丘里管，以便在风吹来时进一步降低冷凝室18中的压力。如果需要的话，风扇86的动力可例如通过联接到轴85的电马达来增大，并通过单独的风力涡轮机或光电板或风力涡轮机来提供。
类似的设置示于图8中，图8以竖直纵截面图示出了阵风聚水设备80，其中漏斗52迎风开口并且风扇91用于提高压缩室57中所捕获的空气的压力。在该优选实施例中，风扇91由电力驱动，并且风扇91和吹入的阵风的风力的结合作用用于提升盖92，以使空气进入压缩室57。当压缩室57中的压力高于由吹入的风所产生的压力和压缩风扇91的动力的组合时，盖92下降并关闭，从而阻止所捕获的空气倒流。压缩室57内的空气可流经管道16，随后经过风力涡轮机94进入冷凝室18，然后通过出口部23流出。风力涡轮机94优选为联接到交流发电机95用以发电，优选地，这可有助于为压缩风扇91提供电力。优选地，风力涡轮机可直接联接到制冷单元的压缩机单元，压缩机单元的蒸发旋管可方便地安装在冷凝室18的壁的一部分上，以便增加来自于经过该系统的空气中的水的冷凝速度。与本发明的其它实施例相同，理想地可利用电脑模型优化系统操作，并且在阵风聚水设备80中，有利的是在吹入空气的相对湿度较高时增大压缩风扇91的动力。
图9、图9a和图10中示出了一种不同的捕风系统，其由阵风聚水设备以90表示。本发明的该实施例的区别在于将风导入压缩室107的设置。所示的系统安装在柱体101上，并可绕该柱体旋转以使柱体101始终相对于该系统处于逆风位置。图9中以水平截面图示出的凸壁103形成冷凝室18的前壁，并用于使吹入的风沿侧向转向，因而风由侧向漏斗104截取。截取的风能够经过槽105流出并进入平的压缩室107，该压缩室107刚好安装在冷凝室18之后并与其以通风腔体106隔开。如图10中的竖直截面图所示，设备的通风腔体106至少在其顶部和底部通向周围空气。压缩室107由具有高导热性的板形成，以便促使压缩所产生的热量散失，所示的散热片(fin)109安装在外侧后壁上以帮助散热。流入压缩室107的空气可经过一个或多个导管108流入冷凝室18。对经过导管108的气流的高阻力确保冷凝室18中的压力低于压缩室107中的压力。空气可经过出口部23(参见图10)而从冷凝室18流出，并且优选地，经过出口部23的空气流可利用合适的排气涡轮机或文丘里管而被加速。折流板22优选地由有利于水滴在其表面上冷凝的筛网形成，并且折流板22优选为通过与冷凝室18的外侧壁热接触，或通过热泵或相变制冷旋管，来保持较低温度。优选地，热泵或制冷系统可通过外部风力涡轮机或安装在导管108中的风力涡轮机来提供电力。更优选的改进是包括止回式阵风翼板102，其在侧向漏斗104的开口处安装到压缩室107中。阵风翼板102设置为可由进入侧向漏斗104的阵风打开；并且在由压缩室107中的空气施加到该翼板上的压力超过由吹入的风引起的、作用于翼板102的外侧壁的压力时，该翼板关闭。在冷凝室18的壁和翼板上冷凝的水收集在收集室45中。
另一替代方案为阵风聚水设备100，其在图11中以竖直截面图示出。本发明的这种形式的设备类似于图4、图5和图6所示的阵风聚水设备60，但在该实施例中，只有一个开口112用于捕获阵风，并且最初风只流入一个室119。开口112占据了安装在轮33上的多边形或大致圆形的结构的外周的一部分，可能为三分之一，这些轮33安装在圆形轨道34上，轨道34设置于集水池35上方。实体壁118占据了室119的外周的大部分，可能为三分之二，并且该实体壁支撑一个类似于图5中的顶板68的顶板(未示出)。壁118还支撑压缩室65。从开口112进入室119的风可由风扇66来压缩，在该实例中，风力涡轮机114通过驱动轮系(drive train)116来驱动风扇66。压缩室65具有大的表面积和内部折流板，这些折流板增大了压缩空气的路径长度，从而使压缩空气能够冷却至周围温度。如果需要的话，由风力涡轮机、太阳能光电板或其它动力源来提供动力的热泵或制冷系统可进一步降低流经压缩室65的空气的温度。空气可离开压缩室65，经由受限制的开口63而被引入冷凝室18。冷凝室18的功能与本发明其它实施例中所述的冷凝室的功能类似。
在图12中以竖直截面图示出了本发明的另一优选实施例，其被示为阵风聚水设备110。该实施例的特征在于：第二漏斗126通向动力压缩风扇124，优选地，该风扇被编程为保持辅助压缩室128中的选定的、增大的压力。进入主漏斗52的阵风用于提升罩92，以使空气能够流入压缩室57。如果由阵风产生的压力超过由作用于辅助漏斗126所收集的风的压缩风扇124产生的压力，则翼板121抵靠止动件129而关闭，并且空气通过涡轮机21排出并进入冷凝室18，然后经过出口部23流出。随着阵风的减弱，罩92在重力作用的影响下下降并关闭，翼板121通过进入漏斗126的空气的作用与压缩风扇124的作用的组合而被打开。在前述实施例中，该设备被定向为使漏斗52和126朝向吹来的风开口，整个设备可安装在竖轴上或安装在圆形轨道的轮上。压缩风扇124可通过由涡轮机21和/或其它动力源，如外部风力涡轮机或光电板，驱动的发电机的输出来提供电力。
图13中以竖直截面图示出了本发明的阵风聚水设备120的替代实施例，并且可以看出大多数部件安装在固定的基座上，只有安装在圆形轨道123上的捕风漏斗可转动，以便通过适当的监测装置和驱动系统使开口面向风。捕风漏斗具有顶板112和部分地包封室119的壁118，但壁118具有约占室119外周的三分之一的开口，以便允许吹入的风自由进入。压缩风扇66穿过室119的底板安装。用于风扇66的驱动装置并未示出，但优选地，其可由电力或风力或其它能源来提供动力。压缩风扇66的竖轴优选为与捕风室119的旋转轴对准。设置在捕风室119下方的压缩室65经过一阻挡件而通向冷凝室18，该冷凝室通向出口部23，该阻挡件优选为采用风力涡轮机126的形式。
属于对本领域技术人员显而易见的修改和变型均被视为落在本发明的范围内。