CN103057674B - 救生筏用太阳能海水淡化保温顶棚 - Google Patents

Abstract

一种救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，由最外的增透膜层和最内的隔热层围成，在隔热层之上是导热层，在该导热层上是吸热层和毛细层，毛细层的下端和所述的增透膜层的下端呈裙边形状，顶棚由六根柔性伞骨和一根伞柄撑起后，毛细层和增透膜层的裙边置于储水舱中，储水舱与外界海水之间由渗水层隔开，在吸热层和毛细层与所述的增透膜之间构成蒸发空腔，该蒸发空腔的上端是该顶棚之顶部的成漏斗形的凝结层，在凝结层的下方是集水结构。在热带海区使用时，救生筏入水充气后，毛细层向蒸发空腔中注入海水，透光层加速上空腔内的温室效应，将吸收的太阳辐射转化为海水内能使其蒸发；水蒸气在凝结层上冷凝，产生淡水。

Description

救生筏用太阳能海水淡化保温顶棚

技术领域

本发明涉及救生筏，特别是一种救生筏用的太阳能海水淡化保温顶棚，可提高海难遇险人员生存概率的救生筏顶棚，具体的说，是一种利用TPU膜和PE膜等新型材料构成双层结构，达到在寒带保温，热带降温并能提供淡水的救生筏顶棚。

背景技术

国际航行船舶的航线往往要经过多种气候带，如印度洋海域通常气候炎热，而北大西洋海域水低，风浪大。另外，海难经常在极端天气条件下发生，在高温或低温条件下遇险海员的生存率将大大下降。因此，海难救生装置必须尽量保证遇险人员的温度条件，以提高其生存率。然而现有救生筏仅针对温带海洋设计，在寒冷海域无保温装置，在热带海域无降温装置，导致遇险人员登筏后因体温过低(寒带)或脱水(热带)死亡率居高不下。

救生筏采用传统的充气式救生筏结构，平时就以压缩的方式储存在船舶的舷侧、甲板等空余空间。当发生海难时，救生筏利用已有的充气装置迅速展开，提供可靠的救生平台供遇险人员搭乘。

经过对现有技术文献的检索发现，中国专利号CN200710302009.8提供了一种太阳能多功能全自动展开不倾覆救生筏，虽然提供了海水淡化的相关想法，但其主要内容仍是依靠救生筏中原来配备的资源进行被动救生，且没有给出具体淡化的方法。同时其动力及升空系统在远洋救援的现实中并无太大应用价值，并且这种刚性结构可能会损坏气胀式救生筏。中国，专利号CN200910165804.6提供了一种发光救生筏，虽然提供了夜间发光的功能，以期增大获救几率，但其结构功能单一，无法应付远洋海况复杂、救援时间长的现实情况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，该顶棚能够在极端气温和水温条件下有助海难遇险人员生存，保证筏内可以长时间维持在适于遇难人员生存的温度。同时实现海水淡化功能，为遇难人员提供必要的淡水保证，提高人员生存的几率。

本发明的技术解决方案如下：

一种救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，该顶棚由六根柔性伞骨和一根伞柄撑起，其特点在于该顶棚由最外的增透膜层和最内的隔热层围成，在所述的隔热层之上是导热层，在该导热层上是吸热层和毛细层，所述的隔热层、导热层和吸热层和毛细层粘连在一起，所述的增透膜层的上端与凝结层和遮光板相连，所述的隔热层、导热层和吸热层的上端与集水结构相连，所述的毛细层的下端和所述的增透膜层的下端呈裙边形状，所述的顶棚由所述的六根柔性伞骨和一根伞柄撑起后，所述的毛细层和增透膜层的裙边置于储水舱中，所述的储水舱与外界海水之间由渗水层隔开，在所述的吸热层和毛细层与所述的增透膜之间构成蒸发空腔，该蒸发空腔的上端是该顶棚之顶部的成漏斗形的凝结层，在所述的凝结层的上方有所述的遮光板遮光，在所述的凝结层的下方是与所述的隔热层、导热层和吸热层的上端相连的集水结构。

所述的集水结构由具有螺纹管出水口的水平托盘式集水盘和具有螺纹连接管的储水罐构成，该水平托盘式集水盘通过螺纹与储水罐连接。

所述的凝结层为可变形金属箔。

所述的吸热层由黑色吸光材料铜镀黑铬组成。

所述的导热层由PE材料上表面覆盖金属箔构成。

所述的隔热层由硅酸盐类复合涂料组成。

所述的毛细层由PVC发泡塑料混合天然吸水材料组成。

所述的渗水层由天然纤维材料组成。

本发明的技术效果如下：

本装置有效的解决的遇险人员的淡水需求，为后续的救援工作争取了更多的时间。对于装置的可行性分析如下：

取普通世面上的小型救生筏为例，直径大约2.5m，额定人数为8人。

影响水分蒸发速度的因素主要有面积、风速、温度、相对湿度，暂时忽略其它的次要因素。希望得到单位面积的液面在单位时间内的蒸发量与风速、温度、相对湿度的量化关系式或数据表。本装置采用黑铬涂层，黑铬镀层吸收率a和反射率y之比可大于10。

正常人每天通过皮肤和尿液流失的水分在1800cc到2000cc，在静卧不动的情况下，水分流失会相应减少，但一个人每天所必需的水量因人而异，假设遇难人员需要存活3天，每天每人1000cc水是一定能够保证人员的生命安全的。按普通小型救生筏计算，人员数量设定为8人。所需供水量为8升。

地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m²，相当于每天单位面积上的能量密度为17280kj/m²。根据黑铬涂层的吸收率和反射率之比为10，可以计算出太阳能的利用率t＝91％；太阳能通过增透膜能量也有部分损失，认为利用率为60％；考虑到顶棚由于热传导及热辐射两方面产生的能量损失，效率在75％左右；小型救生筏直径约为2.5m。吸收太阳能的等效地球表面积为4.9m²。计算得每天能够产水14.063升,可满足8个人的基本生存用水。

与现有的盘式太阳能海水淡化器相比，本装置有独特的优点，主要包括以下几点：

1、本发明装置特殊的结构将明显提高海水淡化的产水量。

2、双层结构在不进行海水淡化时将有利于在寒冷气候下筏体的保温性。

3、在热带海域人体需水量将大大增加，中暑和脱水的危险极高，因此对于在热带海域遇险的船员来说，保证救生筏内的阴凉与获得充足的淡水供应同样重要。本装置冷凝层在起到冷凝作用的同时，将有效降低舱内温度，提高舒适性，降低水分损失，提高遇险船员的生存概率。

4、整个装置结构简单，成本低，重量轻，不会升高船体重心，同时由于其完全是软式结构，可以方便地装进救生筏胶囊中，不需对现有装置进行大幅改动，通用性好。

附图说明

图1是本发明海水淡化装置的顶棚结构剖面示意图

图2是救生筏顶棚的出水装置结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

先请参阅图1，图1是本发明海水淡化装置的顶棚结构剖面示意图，由图可见，本发明救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，该顶棚由六根柔性伞骨和一根伞柄撑起，该顶棚由最外的增透膜层1和最内的隔热层7围成，在所述的隔热层7之上是导热层6，在该导热层6上是吸热层5和毛细层8，所述的隔热层7、导热层6和吸热层5和毛细层8粘连在一起，所述的增透膜层1的上端与凝结层3和遮光尖顶2相连，所述的隔热层7、导热层6和吸热层5的上端与集水结构4相连，所述的毛细层8的下端和所述的增透膜层1的下端呈裙边形状，所述的顶棚由所述的六根柔性伞骨和一根伞柄撑起后，所述的毛细层8和增透膜层1的裙边置于储水舱11中，所述的储水舱11与外界海水之间由渗水层10隔开，在所述的吸热层5和毛细层8与所述的增透膜1之间构成蒸发空腔9，该蒸发空腔的上端是该顶棚之顶部的成漏斗形的凝结层3，在所述的凝结层3的上方有所述的遮光板2遮光，在所述的凝结层3的下方是与所述的隔热层7、导热层6和吸热层5的上端相连的集水结构4。

请参阅图2，所述的集水结构4由具有螺纹管出水口13的水平托盘式集水盘12和具有螺纹连接管的储水罐14构成，该水平托盘式集水盘12通过螺纹与储水罐14连接。

所述的凝结层3为可变形金属箔。所述的吸热层5由黑色吸光材料铜镀黑铬组成。所述的导热层6由PE材料上表面覆盖金属箔构成。所述的隔热层7由硅酸盐类复合涂料组成。所述的毛细层8由PVC发泡塑料混合天然吸水材料组成。所述的渗水层10由天然纤维材料组成。

各结构间的相互布置关系为：

顶棚整体由增透膜1和隔热层7围成，这两层结构除完成透射阳光和隔热作用外，还支撑起整个结构。导热层6紧贴于隔热层7之上。在导热层6上方布置有吸热层5和毛细层8，各层结构粘连在一起。在截面的下端开口处布置有储水舱11，上述的毛细层8的下端浸泡在储水舱11中。储水舱11与外界海水之间由渗水层10隔开。在截面的上部开口处连接有凝结层3。在凝结层3上方布置遮光尖顶2，下方螺纹连接储水罐14。

本发明的工作步骤为：

海水从渗水层10进入顶棚内，同时进行第一次过滤；之后被毛细层8利用毛细效应吸收；再由吸热层5吸收太阳的光能，并将热能通过导热层6传给毛细层8，使之加热并加速其上海水的蒸发。水从导热层6传来的能量中获得汽化热成为水蒸气，并沿腔体上升，在顶棚的顶端接触凝结层3。凝结层3通过金属导热性好的优点使水蒸气的汽化热迅速排出，使水蒸气得以凝结，并顺着凝结层3流入储水罐14。

本发明的保温装置同样布置与顶棚当中。在救生筏顶棚的最内部增加一层隔热层，减少救生艇内部热量的散失，从而起到保温的作用，延缓救生艇内部温度的降低速度。

综合经济性和实用性等各方面的考虑，我们选取的隔热涂料为硅酸盐类复合涂料。

这是一种阻隔型隔热涂料。它是以天然矿物纤维材料、人造硅酸盐纤维材料为主，再辅以填料、助剂、粘结剂等，按一定比例，经过松散、混合、打浆、鼓泡而制成的粘稠浆体。硅酸盐类复合涂料摆脱了有机物，是一种无毒、无味的“环保”型涂料。

硅酸盐复合绝热涂料是一种固体基质连接的封闭孔网状结构，在保温层内部不形成沟状热流，这样大大减少了热流量，显著降低了导热系数，从而起到隔热保温的效果。

硅酸盐复合绝热涂料的导热系数为0.05～0.06W/(m·K)(常温)。工程应用实例表明，如在24cm厚实心砖墙内抹2.85cm厚的JD－1环保型硅酸盐复合绝热涂料，相当于62cm砖墙的保温性能，可见硅酸盐复合绝热涂料保温性能好，且质轻、层薄。此外，该种材料还具有原材料易得，生产设备简单，投入少产出大，且施工相对简单等优点，是一种生产工艺简单、能耗低的绿色环保型涂料。而其缺点是抗冲击能力弱，吸湿率大，且使用寿命短，但对于救生艇这种一次性投入使用的设施，其缺点几乎可以忽略。

将救生筏置于水中，顶棚用一碳纤维支撑架固定在救生筏上，渗水层放入水中，其余部分覆盖在支架上，将储水罐螺旋固定在凝结层下部的端口。遇难人员全部置身于救生筏顶棚内部。当外界条件恶劣，出现狂风、暴雨、低温等恶劣海况时，救生筏顶棚会密闭内部空间，保持一定的温度，使遇难人员安全度过难关。

同时顶棚还为筏上人员提供了必要的淡水供应。如图1所示，当救生筏置于海水中时，海水会透过渗水层进入储水舱，同时将海中的杂物、漂浮物、微生物等隔离在渗水层之外。经过过滤后的海水被毛细层吸收，逐渐向上爬升并充满毛细层。此时太阳光经过增透膜照在吸热层上，绝大部分热量被吸收并传至导热层。导热层整体温度升高，包括下方与毛细层接触的部分。这样毛细层被下方的导热层加热，使得水分蒸发，充满与腔体中。由于腔体空间不断被太阳光加热，导致内部温度升高，水蒸气受热上升，遇到顶部的凝结层迅速放热液化为液态水，并随着弧形导流线流入储水罐中，供人员引用。

毛细层的水被蒸发掉之后，后续的海水还会继续补充，这样使得不断的有新的水蒸气蒸发、冷凝。腔体内上部不断有水汽冷凝，导致上部的蒸汽饱和度降低，同时由于下部与海水接触，使得下部长期处于水汽饱和状态。这样的湿度差更加促进了水汽的扩散运动，为达到平衡而不断上移至凝结层出，为救生筏提供更多的淡水保证。

Claims (8)

1.一种救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于该顶棚包括充气支柱、外棚和内棚，所述的外棚由增透膜层(1)和遮光尖顶(2)构成，在所述的增透膜层(1)和遮光尖顶(2)连接处还连接一个钟乳形凝结层(3)，所述的增透膜层(1)的下裙边与储水舱(11)的外壁相连，所述的内棚包括底层和棚顶的集水结构(4)构成，所述的底层自内向外三层构成，内层是隔热层(7)、中间层是导热层(6)，外层由相连接的主体吸热层(5)和周边的毛细层(8)构成，该毛细层(8)的裙边与所述的储水舱(11)的内壁相连，所述的集水结构(4)位于所述的钟乳形凝结层(3)的下方，所述的储水舱(11)的外壁通过渗水层(10)与外界海水相通，所述的底层固定在充气支柱上，构成顶棚六边形结构，在所述的吸热层(5)和毛细层(8)与所述的增透膜层(1)之间构成蒸发空腔(9)。

2.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的集水结构(4)包括具有带螺纹口出水管(13)的水平托盘式集水盘(12)和具有螺纹口连接管的储水罐(14)构成，所述的出水管(13)与储水罐(14)通过相匹配螺纹口连接。

3.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的凝结层(3)为可变形金属箔。

4.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的吸热层(5)由黑色吸光材料铜镀黑铬组成。

5.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的导热层(6)由PE材料上表面覆盖金属箔构成。

6.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的隔热层(7)由硅酸盐类复合涂料组成。

7.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的毛细层(8)由PVC发泡塑料混合天然吸水材料组成。

8.根据权利要求1所述的救生筏太阳能海水淡化保温顶棚，其特征在于所述的渗水层(10)由天然纤维材料组成。