CN105293636B - 一种救生式海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋救生设备技术领域，涉及一种救生式海水淡化装置，主体结构包括顶盖、杯型渗透芯、透水护罩、吸管、渗透层、单向吸嘴、吊绳、绕绳器、膨胀气室、包胶压铅、淡水腔、海水腔、杯体和密封圈，以石墨烯为淡化主材制造海洋环境中的应急式海水淡化装置，为海洋环境中的被困人员提供饮用水，实现海水淡化过程的零能耗，为海水淡化设备的微型化提供基础，具有体积小、重量轻和使用便捷可靠的特点，随行装配在轮船、飞机和海上作业平台的救生衣和救生筏等救生装备上，供普通人群在极端条件下使用，能够不间断为海上被困人员提供饮用淡水；其结构简单，原理科学合理，操作性强，使用环境友好，提高被困人员生还几率，易于推广使用。
Description
技术领域：
本发明属于海洋救生设备技术领域，涉及一种救生式海水淡化装置，以石墨烯为淡化主材制造海洋环境中的应急式海水淡化装置，为海洋环境中的被困人员提供饮用水。
背景技术：
舰船、飞机失事，海上作业人员意外落水事故时有发生，根据权威资料显示：在常温下，海上落水人员漂浮在有阳光直射的海面上，连续24小时不喝水即出现生理性机能障碍，36小时即失去意识直至死亡。目前，舰船、飞机及海上作业平台上配备的救生衣、救生筏等救生装备因技术原因，不能解决为海上落水人员提供饮用淡水，一旦在海上发生失事或人员意外落水，若得不到及时营救，一般会因没有饮用淡水支持或被迫饮用海水而中毒身亡。有尝试在救生衣、救生筏等海上救生装备上配备电动式或手动式海水淡化器，均因体积大、电能支持困难、操作复杂、普通人群无法使用等技术原因，至今没有解决为海上落水人员提供饮用淡水的问题。
石墨烯是由碳原子组成的蜂巢型网状二维晶体材料，其厚度只有0.33nm，比表面积可达2630m2/g,具有超强的机械强度和良好的生物互溶性，如用石墨烯制成厚度100nm的包装袋，可承受2T物品重量。石墨烯与高分子材料制备出的石墨烯改性复合聚酯材料，具有重量轻、强度大、耐腐蚀和稳定性好等特点；用石墨烯制备出的海水淡化膜，厚度只有几纳米到几十纳米，其强度是现有海水淡化膜的几十倍到几百倍，纳米级的微孔能有效保证水分子通过并阻隔水合氯离子及其它溶质,石墨烯材料为救生海水淡化器微型化提供了基础，经综合测试，石墨烯材料是设计制造海上救生海水淡化器的最好材料。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种以石墨烯为淡化主材适于海洋环境救生用的携带轻便形的救生式海水淡化装置，用于落水者随身使用，或安装于救生衣、救生筏和降落伞中配套使用，供给淡水。
为了实现上述目的，本发明涉及的救生式海水淡化装置的主体结构包括顶盖、杯型渗透芯、透水护罩、吸管、渗透层、单向吸嘴、吊绳、绕绳器、膨胀气室、包胶压铅、淡水腔、海水腔、杯体和密封圈；杯体由杯型渗透芯和渗透层配合构成，杯体的左右两侧壁设置有杯型渗透芯，杯型渗透芯与带有密封圈的顶盖内螺纹连接，透水护罩与顶盖外螺纹连接，杯型渗透芯内部空间形成膨胀气室和淡水腔，膨胀气室为顶盖下方3cm空间的范围，杯型渗透芯的外部与透水护罩之间的空隙形成海水腔，海水腔的底部设置1-3块包胶压铅，吊绳的下端与顶盖固定连接，吊绳的上端与绕绳器缠绕式固定连接，吸管的下端通过顶盖插入杯体的底部，吸管的上端与单向吸嘴连通，吸管与顶盖之间和吸管与单向吸嘴之间分别对接密封；各部件配合构成救生式海水淡化装置，安装于船舶、飞机、救生筏、救生衣和降落伞体上配合使用，实现不间断地为海洋被困人员提供饮用淡水，提高被困人员的生存机率。
本发明涉及的耐压式的吸管为0.6×0.8cm的无毒聚碳酸酯材质，长度为60cm；渗透层厚度为1-6mm，在海水压力作用下供海水分子进入淡水腔，对水合氯离子及其它溶质的阻隔率达99％，渗透层由杯体两端各留出3cm，在中间段上制有直径为2.5mm的密集透水孔，选用孔径纳米级的石墨烯海水淡化膜沿杯体的外表面敷设3-9层，杯体的两端无孔段将石墨烯海水淡化膜与杯体和石墨烯海水淡化膜与膜层之间胶合一体形成渗透层；单向吸嘴为无毒聚碳酸酯材质，能够浮在水面上，便于饮水、排气、防止海水倒灌；吊绳是直径为2.5mm，长度为10m的脱水性能和柔性良好的伞绳；膨胀气室能够反冲杯型渗透芯为饮用者提供饮水助力；包胶压铅经过防腐蚀处理，用以调整救生式海水淡化装置的负浮力使其重心与海平面保持垂直，保证吸管和单向吸嘴的一端向上；淡水腔的容积大于300mL，用以集存淡水；杯体为石墨烯改性复合无毒硬质聚酯材料，高15cm，厚0.5cm，外径5cm；密封圈为食品机械专用的无毒抗老化橡胶。
本发明涉及的救生式海水淡化装置高度为20cm，直径为7cm，渗透面积大于18cm2，初始负浮力为75g，工作水温为5-45℃，工作深度为0.5-10m，总重量小于0.35kg，除盐率在99％以上，淡水PH值为6.5-7.5，能够随行装配在舰船、飞机和海上作业平台的救生衣和救生筏上，能够不间断的为海洋被困人员提供饮用淡水。
本发明涉及的救生式海水淡化装置利用自然压差渗透原理和变深增压技术，救生式海水淡化装置入水后在负浮力作用下自然下沉，下沉到0.5m时缓慢进行海水淡化，海水在压力的作用下，穿过透水护罩进入海水腔，通过杯型渗透芯淡化成淡水后进入淡水腔，水合氯离子及颗粒大于水分子的其它溶质被阻隔在淡水腔的外面，淡水腔的内部空气一部分扩散到海水中，一部分经吸管由单向吸嘴排出，剩余部分被压缩在膨胀气室内，随着时间的推移，淡水逐渐充满淡水腔，经吸管进入单向吸嘴的前端，被困人员通过单向吸嘴用很小的吸力就能喝到淡水，饮水吸力使淡水腔产生负压，海水在压力作用下自然渗透补充淡水，实现不间断提供饮用淡水的功能；放出吊绳，加大救生式海水淡化装置的投放深度，能明显提高海水淡化效率；放出吊绳，加大救生式海水淡化装置的入海深度后快速提起，膨胀气室释压对渗透层反冲，实现清除杯型渗透芯表面聚集溶质的目的；本装置在深度为0.5m时，淡水充满淡水腔用时22min，在深度为5m时，淡水充满淡水腔11用时6min，在深度为9m时，淡水充满淡水腔11用时2min。
本发明涉及的救生式海水淡化装置装配在救生筏上使用时，能够将海水淡化救生装置反复提出水面饮用淡水。
本发明涉及的救生式海水淡化装置放大5-10倍，增加杯型渗透芯的厚度和渗透面积，扩大淡水腔的容积，增加入水深度，能够在无电力支持的条件下为海岛、海上作业平台和小型舰船人员提供应急生活淡水。
本发明与现有技术相比，实现海水淡化过程的零能耗，为海水淡化设备的微型化提供基础，具有体积小、重量轻和使用便捷可靠的特点，随行装配在轮船、飞机和海上作业平台的救生衣和救生筏等救生装备上，供普通人群在极端条件下使用，能够不间断为海上被困人员提供饮用淡水；其结构简单，原理科学合理，操作性强，使用环境友好，提高被困人员生还几率，易于推广使用。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明的工作原理示意图。
图3为本发明涉及的海水淡化效率曲线图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的救生式海水淡化装置的主体结构包括顶盖1、杯型渗透芯2、透水护罩3、吸管4、渗透层5、单向吸嘴6、吊绳7、绕绳器8、膨胀气室9、包胶压铅10、淡水腔11、海水腔12、杯体13和密封圈14；杯体13由杯型渗透芯2和渗透层5配合构成，杯体13的左右两侧壁设置有杯型渗透芯2，杯型渗透芯2与带有密封圈14的顶盖1内螺纹连接，透水护罩3与顶盖1外螺纹连接，杯型渗透芯2内部空间形成膨胀气室9和淡水腔11，膨胀气室9为顶盖1下方3cm空间的范围，杯型渗透芯2的外部与透水护罩3之间的空隙形成海水腔12，海水腔12的底部设置1-3块包胶压铅10，吊绳7的下端与顶盖1固定连接，吊绳7的上端与绕绳器8缠绕式固定连接，吸管4的下端通过顶盖1插入杯体13的底部，吸管4的上端与单向吸嘴6连通，吸管4与顶盖1之间和吸管4与单向吸嘴6之间分别对接密封；各部件配合构成救生式海水淡化装置，安装于船舶、飞机、救生筏、救生衣和降落伞体上配合使用，实现不间断地为海洋被困人员提供饮用淡水，提高被困人员的生存机率。
本实施例涉及的耐压式的吸管4为0.6×0.8cm的无毒聚碳酸酯(PC)材质，长度为60cm；渗透层5厚度为1-6mm，在海水压力作用下供海水分子进入淡水腔11，对水合氯离子及其它溶质的阻隔率达99％，渗透层5由杯体13两端各留出3cm，在中间段上制有直径为2.5mm的密集透水孔，选用孔径纳米级的石墨烯海水淡化膜沿杯体13的外表面敷设3-9层，杯体13的两端无孔段将石墨烯海水淡化膜与杯体13和石墨烯海水淡化膜与膜层之间胶合一体形成渗透层5；单向吸嘴6为无毒聚碳酸酯(PC)材质，能够浮在水面上，便于饮水、排气、防止海水倒灌；吊绳7是直径为2.5mm，长度为10m的脱水性能和柔性良好的伞绳；膨胀气室9能够反冲杯型渗透芯2为饮用者提供饮水助力；包胶压铅10经过防腐蚀处理，用以调整救生式海水淡化装置的负浮力使其重心与海平面保持垂直，保证吸管4和单向吸嘴6的一端向上；淡水腔11的容积大于300mL，用以集存淡水；杯体13为石墨烯改性复合无毒硬质聚酯材料，高15cm，厚0.5cm，外径5cm；密封圈14为食品机械专用的无毒抗老化橡胶。本实施例涉及的救生式海水淡化装置高度为20cm，直径为7cm，渗透面积大于18cm2，初始负浮力为75g，工作水温为5-45℃，工作深度为0.5-10m，总重量小于0.35kg，除盐率在99％以上，淡水PH值为6.5-7.5，具有体积小、重量轻和使用便捷的特点，能够随行装配在舰船、飞机和海上作业平台的救生衣和救生筏等救生装备上，能够不间断的为海洋被困人员提供饮用淡水。
本实施例涉及的救生式海水淡化装置利用自然压差渗透原理和变深增压技术，入水后在负浮力作用下自然下沉，下沉到0.5m时缓慢进行海水淡化，海水在压力的作用下，穿过透水护罩3进入海水腔12，通过杯型渗透芯2淡化成淡水后进入淡水腔11，水合氯离子及颗粒大于水分子的其它溶质被阻隔在淡水腔11的外面，淡水腔11的内部空气一部分扩散到海水中，一部分经吸管4由单向吸嘴6排出，剩余部分被压缩在膨胀气室9内，随着时间的推移，淡水逐渐充满淡水腔11，经吸管4进入单向吸嘴6的前端，被困人员通过单向吸嘴6用很小的吸力就能喝到淡水，饮水吸力使淡水腔11产生负压，海水在压力作用下自然渗透补充淡水，实现不间断提供饮用淡水的功能；放出吊绳7，加大救生式海水淡化装置的投放深度，能明显提高海水淡化效率；放出吊绳7，加大救生式海水淡化装置的入海深度后快速提起，膨胀气室9释压对渗透层5反冲，实现清除杯型渗透芯2表面聚集溶质的目的；本装置在深度为0.5m时，淡水充满淡水腔11用时22min，在深度为5m时，淡水充满淡水腔11用时6min，在深度为9m时，淡水充满淡水腔11用时2min。
本实施例涉及的救生式海水淡化装置装配在救生筏上使用时，能够将海水淡化救生装置反复提出水面饮用淡水。
实施例2：
本实施例涉及的救生式海水淡化装置按照实施例1的比例放大5-10倍，增加杯型渗透芯2的厚度和渗透面积，扩大淡水腔11的容积，增加入水深度，能够在无电力支持的条件下为海岛、海上作业平台和小型舰船人员提供应急生活淡水，具有应用推广价值。
Claims (6)
1.一种救生式海水淡化装置，其特征在于主体结构包括顶盖、杯型渗透芯、透水护罩、吸管、渗透层、单向吸嘴、吊绳、绕绳器、膨胀气室、包胶压铅、淡水腔、海水腔、杯体和密封圈；杯体由杯型渗透芯和渗透层配合构成，杯体的左右两侧壁设置有杯型渗透芯，杯型渗透芯与带有密封圈的顶盖内螺纹连接，透水护罩与顶盖外螺纹连接，杯型渗透芯内部空间形成膨胀气室和淡水腔，膨胀气室为顶盖下方3cm空间的范围，杯型渗透芯的外部与透水护罩之间的空隙形成海水腔，海水腔的底部设置1-3块包胶压铅，吊绳的下端与顶盖固定连接，吊绳的上端与绕绳器缠绕式固定连接，吸管的下端通过顶盖插入杯体的底部，吸管的上端与单向吸嘴连通，吸管与顶盖之间和吸管与单向吸嘴之间分别对接密封；各部件配合构成救生式海水淡化装置，安装于船舶、飞机、救生筏、救生衣和降落伞体上配合使用，实现不间断地为海洋被困人员提供饮用淡水，提高被困人员的生存机率。
2.根据权利要求1所述的救生式海水淡化装置，其特征在于所述耐压式的吸管的材质为无毒聚碳酸酯，长度为60cm；渗透层厚度为1-6mm，在海水压力作用下供海水分子进入淡水腔，对水合氯离子及其它溶质的阻隔率达99％，渗透层由杯体两端各留出3cm，在中间段上制有直径为2.5mm的密集透水孔，选用孔径纳米级的石墨烯海水淡化膜沿杯体的外表面敷设3-9层，杯体的两端无孔段将石墨烯海水淡化膜与杯体和石墨烯海水淡化膜与膜层之间胶合一体形成渗透层；单向吸嘴为无毒聚碳酸酯材质，能够浮在水面上，便于饮水、排气、防止海水倒灌；吊绳是直径为2.5mm，长度为10m的脱水性能和柔性良好的伞绳；膨胀气室能够反冲杯型渗透芯，为饮用者提供饮水助力；包胶压铅经过防腐蚀处理，用以调整救生式海水淡化装置的负浮力使其重心与海平面保持垂直，保证吸管和单向吸嘴的一端向上；淡水腔的容积大于300mL，用以集存淡水；杯体为石墨烯改性复合无毒硬质聚酯材料；密封圈为食品机械专用的无毒抗老化橡胶。
3.根据权利要求1所述的救生式海水淡化装置，其特征在于救生式海水淡化装置高度为20cm，直径为7cm，渗透面积大于18cm2，初始负浮力为75g，工作水温为5-45℃，工作深度为0.5-10m，总重量小于0.35kg，除盐率在99％以上，淡水pH 值为6.5-7.5，能够随行装配在舰船、飞机和海上作业平台的救生衣和救生筏上，能够不间断的为海洋被困人员提供饮用淡水。
4.根据权利要求1所述的救生式海水淡化装置，其特征在于利用自然压差渗透原理和变深增压技术，救生式海水淡化装置入水后在负浮力作用下自然下沉，下沉到0.5m时缓慢进行海水淡化，海水在压力的作用下，穿过透水护罩进入海水腔，通过杯型渗透芯淡化成淡水后进入淡水腔，水合氯离子及颗粒大于水分子的其它溶质被阻隔在淡水腔的外面，淡水腔的内部空气一部分扩散到海水中，一部分经吸管由单向吸嘴排出，剩余部分被压缩在膨胀气室内，随着时间的推移，淡水逐渐充满淡水腔，经吸管进入单向吸嘴的前端，被困人员通过单向吸嘴用很小的吸力就能喝到淡水，饮水吸力使淡水腔产生负压，海水在压力作用下自然渗透补充淡水，实现不间断提供饮用淡水的功能；放出吊绳，加大救生式海水淡化装置的投放深度，能明显提高海水淡化效率；放出吊绳，加大救生式海水淡化装置的入海深度后快速提起，膨胀气室释压对渗透层反冲，实现清除杯型渗透芯表面聚集溶质的目的；本装置在深度为0.5m时，淡水充满淡水腔用时22min，在深度为5m时，淡水充满淡水腔用时6min，在深度为9m时，淡水充满淡水腔用时2min。
5.根据权利要求1所述的救生式海水淡化装置，其特征在于装配在救生筏上使用时，能够将海水淡化救生装置反复提出水面饮用淡水。
6.根据权利要求1所述的救生式海水淡化装置，其特征在于将救生式海水淡化装置放大5-10倍，增加杯型渗透芯的厚度和渗透面积，扩大淡水腔的容积，增加入水深度，能够在无电力支持的条件下为海岛、海上作业平台和小型舰船人员提供应急生活淡水。
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