本发明涉及一种取水系统，尤其涉及于空气中取水的空气取水装置及空气取水方法。
背景技术：
1、随着现代社会的飞速发展和世界人口数量的急剧增加，淡水资源短缺已经成为21世纪最严峻的全球性挑战之一。大气，这一可再生天然水库，含有大量水汽，可成为净水资源获取的保障。与传统的外地淡水运输相比，“就地取材”的空气取水法成本低、能源消耗少，取水效益高，不仅适用于远海岛礁，也适用于内陆缺水的高原荒漠地区。在我国，不同地区空气湿度存在较大差异。对于沿海平原地区来说，海洋提供了充足的水汽来源，空气湿度可达70％-90％以上；对于偏远山区、西北高原地区来说，季风的影响难以到达，空气湿度通常在60％以下；在荒漠等地区，天然缺乏水源，空气湿度可能低至30％。因此针对不同的应用场景，对空气取水技术也有不同的要求。
2、目前，从空气中取水的方法主要有三种：机械增压法、制冷结露法和吸附法。机械法和结露法能量转换环节多、耗能高、取水效率低，应用价值不高。吸附法利用吸附剂捕获空气中的水分，通过电力或太阳能辅助加热使吸附的水分脱附并在冷端冷凝获得淡水。该方法环保、节能，结构简单，被认为是未来解决淡水资源匮乏的有效方法。但传统的吸附式空气取水器由于起步较晚，目前的吸水材料对湿度要求较高，在空气湿度低的条件下水蒸气吸附能力弱导致产水率低。传统的吸附式空气取水装置复杂、体积较大且重量较大难以随身携带，并且，传统的吸附式空气取水的能量转化效率低，能耗大。因此，急需一种便携式的、高取水量的、低能耗的取水器件以满足人们野外出行时快速取水需求。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，一方面提供了一种空气取水装置，另一方面，提供了一种空气取水方法，该装置或方法借助吸水凝胶捕获空气中的水，然后借助半导体制冷片的热端加热释放水，并于冷端冷凝获得液态水，吸水凝胶捕获水过程中不需要消耗任何能量，在释放水过程中，半导体制冷片通电实现水的加热和水蒸气的冷凝，能耗低，且器件轻便，易于携带。
2、本发明所采取的技术方案为：空气取水装置包括
3、吸水凝胶：用于吸收空气中的液态水或气态水；
4、半导体制冷器件：包括冷端和热端，所述热端用于加热所述吸水凝胶，使所述吸水凝胶内的水形成水蒸气释放到空气中；所述冷端用于冷凝所述吸水凝胶释放的水蒸气；
5、容水腔体：用于收集所述半导体制冷器件上的冷凝水；
6、所述吸水凝胶内具有孔道结构，且所述孔道结构内负载有吸水晶体；
7、所述吸水凝胶贴合所述半导体器件的热端，且与所述热端通过化学键连接。
8、作为一种优选方案，所述容水腔体为金属外壳形成的腔体，半导体制冷件置于所述容水腔体内，且半导体制冷器件的热端连接所述金属外壳，用于导出或分散半导体制冷片上的热量，延长半导体制冷片的使用寿命。
9、作为一种具体的实施方式，在所述热端上涂覆硅脂，热端与吸水凝胶之间贴合设置，所述吸水凝胶与所述硅脂之间形成化学键，该化学键为1.羟基之间的氢键2.凝胶表面的羧基与半导体制冷器件热端亲水基团之间的氢键3.硅脂中解离的银离子与碳氧键之间的相互作用，主要形成方式是亲水基团之间的极性作用，该化学键使吸水凝胶与半导体制冷片之间紧密贴合，在长时间加热凝胶后，仍然能保持良好的贴合性，避免因凝胶卷曲导致的接触性不好。
10、作为一种优选方案，所述吸水凝胶内均匀分布的三维孔道结构孔径为5～10μm；负载在孔道内的吸水晶体为licl，孔道结构的孔径影响到吸水晶体的负载量，小于该孔径会使licl无法嵌入孔道结构内或负载量太少，大于该孔径会使licl在水蒸气脱附过程中流失。
11、作为一种优选方案，本发明中的吸水凝胶制备方法为：
12、a将设定质量比的sa和go分散体加入水中并混合均匀，形成第一均匀溶液；
13、b向所述均匀溶液中加入aps、mba和dmso并混合均匀得到第二均匀溶液；
14、c将第二均匀溶液置于第一温度下形成网状结构水凝胶；
15、d将所述水凝胶置于第二温度下冷冻和真空干燥获得具有孔道结构的吸水凝胶；
16、e将吸水凝胶置于吸水晶体溶液中，使吸水晶体负载在吸水凝胶的孔道中；
17、f干燥负载有吸水晶体的吸水凝胶；
18、制得。
19、在该制备方法中，sa即海藻酸钠，作为有机聚合物分子是构成凝胶网络结构的主体材料。go在实验中用的是氧化石墨烯纳米片，本身具有热导率高的特性，用于掺杂到凝胶中提升凝胶整体的热导率。aps即过硫酸铵，mba为n‘n-亚甲基双丙烯酰胺，分别作为凝胶化的引发剂和交联剂，在凝胶制备过程中，aps催化mba与sa的反应，mba两端的丙烯酰胺基团和两个sa聚合物分子链相连成键，由此形成交联式的网络结构。dmso为空隙调控剂，在凝胶过程中加入，在凝胶的冷冻干燥过程中，由于dmso与水互溶后极易升华，由此在凝胶中留下孔道结构。
20、作为一种优选方案，所述aps，mba以及dmso的质量比为2：3：5。
21、作为一种优选方案，步骤a的混合溶液中sa和go的质量分数分别为10％和0.5％。
22、作为一种优选方案，所述吸水凝胶制备过程中步骤c中第一温度为80℃，步骤d中第二温度低于-50℃，真空干燥24h，在冷冻干燥过程中由于dmso与水互溶后极易升华，由此在凝胶中留下孔道结构。
23、作为一种优选方案，步骤b具体为向所述均匀溶液中加入aps、mba和dmso，均匀混合物在0℃下搅拌2h后转入5×5cm模件，80℃保持2h形成水凝胶。在0℃下搅拌是为了避免搅拌过程中溶入气体，影响后续的凝胶化反应。于80℃下形成凝胶，温度过低无法保证溶液充分反应影响凝胶的均匀性，温度过高会导致有机物之间产生副反应影响凝胶性能或无法凝胶。
24、作为一种优选方案，所述吸水晶体溶液为licl溶液，浓度大于或等于10wt％，也可为cacl2。吸水晶体溶液浓度对于在凝胶空隙中充分搭载licl起到关键作用，溶液浓度低于10wt％，licl凝胶孔道中的搭载量低，无法保证吸水凝胶的吸水特性。
25、作为一种优选方案，第一均匀溶液中sa的质量浓度为4-6％，浓度过高会导致凝胶网络密度过大无法搭载吸水剂，浓度过低无法产水凝胶化反应。go浓度0.05-0.45wt％，浓度过高影响凝胶化的完整性，浓度过低对热导率提升无帮助。
26、作为一种优选方案，步骤b中dmso的添加量为0.02-0.08g，过高导致凝胶孔隙过大，会导致脱附过程中licl的流失。过低对孔径的调控效果有限。
27、另一方面，本发明提供了一种空气取水的方法，包括以下步骤
28、将吸水凝胶置于空气中，吸水凝胶吸收空气中的水分；
29、加热吸水凝胶释放水蒸气；
30、水蒸气冷凝后获得液态水；
31、所述吸水凝胶与半导体制冷器件相连，半导体制冷器件包括冷端和热端，通电后，热端用于加热所述吸水凝胶，释放水蒸气，冷端用于冷凝所述水蒸气。
32、作为一种优选方案，所述吸水凝胶的制备方法包括：a将设定质量比的sa和go分散体加入水中并混合均匀，形成均匀溶液；
33、b向所述均匀溶液中加入aps、mba和dmso并混合均匀；
34、c置于第一温度下，形成网状结构水凝胶；
35、d将所述水凝胶置于第二温度下冷冻和真空干燥获得具有孔道结构的吸水凝胶；
36、e将吸水凝胶置于吸水晶体溶液中，使吸水晶体负载在吸水凝胶的孔道中；
37、f干燥负载有吸水晶体的吸水凝胶；
38、制得。
39、本发明所产生的有益效果包括：1.本发明中的装置通过吸水凝胶、半导体制冷器件的结合，使其满足同样能量输入时，半导体制冷器件冷端维持较低温度以冷凝产水，热端利用余热蒸发产生水蒸气，且水蒸气蒸发带走多余热量以保证半导体制冷器件长时间稳定工作。既能满足器件小型化设计以便于携带，又能提升能量利用效率与器件工作稳定性，实现产水量大幅提升。
40、2.本发明中的吸水凝胶在不同湿度下具有高效吸附水蒸气能力的同时兼具高的热传导能力、与半导体制冷器件高的黏附能力，使其满足能量耦合设计需求，成为吸附阶段大量吸水与脱附阶段快速导热功能兼具的复合吸水材料。
41、3.本发明中的装置质量轻便，可以做成如下尺寸实现便携性，且不影响装置的效率，器件核心部分(吸水凝胶+半导体制冷器件)总质量不超过150g(6*6*3cm)，加上冷凝外壳后总质量不超过300g，且尺寸小(8*8*12cm)。装置在采用上述尺寸时同样具有高的能量利用效率与稳定的工作性能，具体为：0.9w能量输入情况下，rh80％(空气湿度80％)下单个装置产水量可达4l/天；rh40％(空气湿度40％)下单个器件产水量可达2l/天。
1.一种空气取水装置，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的空气取水装置，其特征在于：所述容水腔体为金属外壳形成的腔体，吸水凝胶及半导体制冷件置于所述容水腔体内，且半导体制冷器件的热端连接所述金属外壳。
3.根据权利要求1所述的空气取水装置，其特征在于：所述吸水凝胶贴合所述半导体器件的热端设置，在所述热端上涂覆有硅脂，所述吸水凝胶与所述热端的硅脂之间通过化学键连接。
4.根据权利要求1所述的空气取水装置，其特征在于：所述吸水凝胶结构满足以下其一或两者的结合：
5.根据权利要求1所述的空气取水装置，其特征在于：所述吸水凝胶的制备方法为：
6.根据权利要求5所述的空气取水装置，其特征在于：步骤a形成的均匀溶液中sa的质量浓度为4-6％，g0的质量分数为0.05-0.45％。
7.根据权利要求5所述的空气取水装置，其特征在于：步骤b中dms0的添加量为0.02-0.08g，步骤e中所述吸水晶体溶液为licl溶液，浓度为10wt％。
8.根据权利要求5所述的空气取水装置，其特征在于：所述吸水凝胶制备过程中的温度满足以下其一或其二的结合：
9.一种空气取水的方法，其特征在于：包括以下步骤
10.根据权利要求1所述的空气取水方法，其特征在于：所述吸水凝胶的制备方法包括
