CN106698569A - 一种应急海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应急海水淡化装置，属于海水淡化领域。该装置采用气胀式结构，利用蒸发、冷凝原理，夹套间接传热的方式淡化海水。使用前为胶囊状打包，入水后自动充气打开整体呈伞状。自上而下依次是上外膜、隔热空气层、集热传导系统、隔热空气层、回水系统，隔热空气层、下外膜、冷凝水层、冷凝导热膜。中部为蒸发器，设有冷凝器倒锥体、冷凝器导管、海水容器及加热夹套导热片。所述海水容器底部开有球形底阀，并连接一取水过滤器。伞形下表面冷凝导热丝汇聚一起连接稳定锤，传导热量并降低重心增加伞形稳定性。海水进水及冷凝水出水均是通过压取式气囊手动完成。设备冷凝效率高、淡化效果好、使用简单、收纳方便，可广泛应用于海难事故中。

Description

一种应急海水淡化装置

技术领域

本发明专利属于海水淡化领域，具体是涉及一种应急海水淡化装置。

背景技术

相对于海水及苦咸水而言，淡水作为全球性紧缺资源，更是维持人体生命与健康的基本物质。尤其处于岛屿、海上等地区时，虽有丰富的海水资源，但都无法作为生产饮用淡水。特别是长时间漂泊在海面上的轮船、岛屿勘探人员或漂浮被困小岛人员，一般都需要准备足够的淡水以满足最基本的生命需要，一旦遭遇海难抑或突发其他海洋事故时，或临时变故淡水用尽，在返航及等待救援的过程中，淡水的余量就等同于生命的长度。

诚然，海水淡化技术目前已十分成熟，如海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法，以及碳酸铵离子交换法等，然而这些方法更多的是条件完备时的工业化规模生产，其中大多工艺复杂，能耗巨大，成本高昂，较难适用紧急条件下应急使用。而且，在海难或灾害等其他事故发生时，还必须考虑海水淡化装置的动力、场地、体积及各种环境条件限制，所以，诸如此类的规模化生产，在失去其应有的必要条件时，很难在真正紧急需要时发挥作用，提供淡水。

根据以上现状，如何能够生产出一种装置，既能在应急事故中正常使用，为遇难人员提供生存所必须的干净淡水，又能够便于收纳携带，是我们长久以来努力的方向，工作的重点。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种应急海水淡化装置，克服现有海水淡化技术装置应急使用中的缺陷，弥补其不足，本发明装置无需额外动力，可独立工作，且操作简单，满足应急使用中的一切要求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术路线是：一种应急海水淡化装置，为气胀式充气结构，在未打开使用时，可被打包收纳成胶囊状，十分便于携带。

需要使用时，可采用内置气瓶自动充气或人工充气，充气完成彻底打开后，整个装置为一伞状，四周为支撑气囊，支撑该装置外形，并能使其完全漂浮于水面上。所述装置中心位置顶部为一凸起双层真空隔热观察罩，所述凸起观察罩顶尖位置安装有一LED示踪灯，在紧急必要情况下可发送求救信号并定位救援位置。

所述双层真空隔热观察罩为透明结构，该腔室为海水储存蒸发室，该腔室内部四周，直径与观察罩大小范围内一圈，为加热夹套导热片，底部为隔热垫层，并开有一进水球形底阀，通过下垂管道连接一海水过滤器，浸没水中，中心位置装有一冷凝器导管，顶端露出水面，防止海水进入冷凝水腔室，所述导管四周包裹隔热材料，由上向下直通冷凝水腔室，腔室顶部为一冷凝器倒锥体，所述观察罩及其内部结构，最大限度地保证了海水蒸发腔室内产生的水蒸气可直接通过冷凝器导管通至冷凝水腔室直至液化，又能杜绝海水蒸发之后形成的部分水蒸气在海水蒸发腔室内就快速冷凝滴至海水腔室内，发生无效蒸发分离，同时还能实时观测腔室内海水容积及蒸发效果。

一种应急海水淡化装置，外表面“伞脊”斜面部分统一为透明胶质上外膜覆盖，充气完成后，不仅可以固定整个装置的外形，还能进行有效隔离，使整个装置与外界形成一个独立的环境，互不干扰。

紧贴上外膜下层为隔热空气层，隔热空气层下为集热传导系统，分别为表层涂覆吸热材料的吸热膜，吸热膜下紧贴的布热水通道，下层为涂覆二氧化硅气凝胶的下层隔热膜，上、下双层膜之间布热水通道为鼓胀式结构，内有吸水纤维及导热超细金属丝网。太阳透过上层膜及隔热空气层，直接照射吸热膜，吸热膜吸收太阳光照后，加热布热水通道内的水，根据冷热水密度差的原理，布热水通道内的热水由设置其内的导热金属丝和吸水纤维辅助向上运动，与顶部蒸发器内的加热夹套导热片发生热交换，通过加热夹套导热片间接加热观察罩腔室内的海水，海水受热蒸发，如前所述，蒸汽通过冷凝器导管直接进入装置底部冷凝、液化，形成淡水，在加热蒸发过程开始时，少量蒸汽在海水观察罩腔室内快速冷凝成的水也可通过冷凝器倒锥体滴入冷凝器导管内，提高效率，并一并贮存在冷凝水腔室内。

布热水夹层通道内的热水与加热夹套导热片完成热交换后，温度降低，借助回水系统，通过回水通道，顺流而下，流至循环水管，一个流程完成，准备进入下一个热交换循环。回水通道与布热水通道结构相似，分上、下两层膜，回水管膜和涂覆二氧化硅气凝胶的回水下层隔热膜，中间为凸起鼓胀式水管路，与回水通道不同，布热水通道内设有吸水纤维和导热超细金属丝网，但回水系统与集热传导系统夹层相同，均是通过黏胶压制密封。其中，布热水通道和回水通道中间为隔热空气层，一方面支撑装置结构，另一方面可很好地隔绝集热水夹层内的热水还未将热量传导至加热夹套导热片就直接与回水管内冷水发生热交换，保证热传导效率。

从回水通道下层隔热膜向下依次为隔热空气层、下外膜、冷凝水层、冷凝导热膜，冷凝水层为临时贮存由冷凝汽导管引流下的水蒸气液化成的淡水，冷凝导热膜直接与海水接触，其内设导热丝，采用编织结构，上部分散植入冷凝导热膜，下部连接稳定锤，一方面传导热量，另一方面降低重心增加伞体稳定性。

冷凝水层内通过一吸水软管与外部相连，并接一压取式取水气囊，外向吸气，内向出水，单向相通。工作一段时间后，冷凝水层内贮存足够的淡水后，可通过手动挤压压取式取水气囊，将冷凝室内的淡水吸出至贮水罐内饮用。

当冷凝室内淡水通过压取式取水囊完全吸出后，继续挤压，使该腔室内形成负压，而该腔室与顶部蒸发器通过冷凝汽导管互通，通过气压差作用打开真空隔热观察罩内海水腔室底部的球形底阀，将海水通过淹没在海水面内的海水取水过滤器，抽进海水蒸发腔室。

一种应急海水淡化装置，伞脊斜面预留一个真空隔热观察罩内海水蒸发腔室的溢水管，并通过阀门控制，垂直高度低于冷凝器导管顶口，可防止取水时海水满溢至冷凝器导管，并当海水蒸发腔室内有其他杂物堆积时，可通过压取式取水气囊连续进水，并打开溢水管阀门，清洗腔室内污垢。

一种应急海水淡化装置，为气胀式结构，所以在紧急状况下，本装置还可以作为救生筏使用。

一种应急海水淡化装置，外形为伞形结构，可最大程度接受阳光的照射，提高海水淡化效率。

一种应急海水淡化装置，采用夹套间接加热的方式，避免直接加热海水造成的诸如，结垢、冷凝水阻挡阳光降低蒸发效率等问题。

本发明装置构造巧妙，思路新颖，十分便于携带，且在使用过程中，完全不需要借助额外的动力能源，可以安全、高效、稳定地运行，产生淡水。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

附图1是本发明装置打开使用时的剖面图示意图。

附图2是本发明装置打开使用时的上层平面图示意图。

附图3是本发明装置打开使用时的下层平面图示意图。

附图4是本发明装置中集热传导系统断面结构。

附图5是本发明装置中回水系统断面结构。

其中，如附图中所示：1、上外膜；2、隔热空气层；3、集热系统4、隔热空气层；5、回水系统；6、LED示踪灯；7、冷凝器倒锥体；8、冷凝器导管；9、双层真空隔热观察罩；10、海水腔室；11、加热夹套导热片；12、隔热空气层；13、下外膜；14、冷凝水层；15、冷凝导热膜；16、隔热垫层（二氧化硅气凝胶）；17、底阀；18、海水取水过滤器；19、支撑气囊；20、导热丝（上部编入导热膜）；21、稳定锤；22、溢水管（阀门控制）；23、压取式取水气囊；24、贮水罐；25、水管；26、循环水管；27、救生绳索；28、吸热膜；29、布热水通道；30、吸水纤维；31、导热超细金属丝网；32、集热膜；33、下层隔热膜（涂覆二氧化硅气凝胶）；34、回水管膜；35、回水通道；36、回水下层隔热膜（涂覆二氧化硅气凝胶）；37、层间黏胶压制密封；38、海水面；39、水环流方向。

具体实施方式

将本发明装置打开后，利用气瓶或通过人工方式，从进气口，使该装置气囊充满气体，缓缓放置于海水中，稳定锤（21）牵引下坠，支撑气囊（19）及整个装置的提供浮力，使整个装置稳定地漂浮于水面（38）上。

将压取式取水气囊（23）与取水管（25）连接，不断挤压压取式取水气囊（23），使海水腔室（10）形成负压，在气压差的作用下，海水腔室底部底阀（17）打开，海水通过取水过滤器（18）进入海水腔室（10）。阳光透过上外膜（1）和隔热空气层（2），直接照射表层涂覆吸热材料的吸热膜（28），吸热膜（28）受热直接加热布热水通道（29）内的水，根据冷热水密度差的原理，布热水通道（29）内的热水向上运动，或通过布热水通道（29）内的吸水纤维（30）和导热超细金属丝网（31）向上传递热量，将热量传导至加热夹套导热片（11），加热夹套导热片（11）受热加热海水腔室（10）内的海水，海水蒸发的水蒸气通过冷凝器导管（8）进入冷凝水层（14），冷凝水层（14）底部冷凝导热膜（15）传导海水温度，预冷，从而将蒸汽液化形成淡水。一部分水蒸汽在热交换伊始，即在海水腔室（10）内顶部就迅速液化，独特的冷凝器倒锥体（7）外形构造，也可以最大限度地保证初期形成的冷凝水滴入冷凝器导管（8）中，一并汇入冷凝水层（14），暂时贮存在其内。

布热水通道（29）内的热水与加热夹套导热片（11）发生热交换后，温度降低，向下通过回水通道（35）流至循环水管（26）内，形成一个如附图1中（39）所示的水环流方向，完成一个热交换循环。

布热水通道（29）和回水通道（35）之间的隔热空气层（4）可有效防止布热水通道（29）内的热水还未与加热夹套导热片（11）发生热交换就直接将热量传递给回水通道（35）内的冷水，降低热交换效率。

当冷凝水层（14）内产生了一定量的淡水，将贮水罐（24）通过水管（25）与压取式取水气囊（23）相连，手动挤压压取式取水气囊（23），将冷凝水层（14）中的淡水吸至贮水罐（23）中，即可饮用。

在该装置工作过程中，通过双层真空隔热观察罩（9）发现海水腔室（10）内存在杂质异物影响海水蒸发时，可打开溢水管（22）阀门，连续挤压压取式取水囊（23），让海水大量进入海水腔室（10）中，以达到冲洗海水腔室（10）的目的；另一方面，当由于操作失误过量补充海水时，也可以打开溢流管（22）阀门排除一部分海水，保障海水蒸发的正常进行。

当然，所描述的实例仅是本发明一个实例，并非代表全部，也非对本发明的保护限定，基于本发明的实施例，本领域普通专业技术人员在没有做出创造性劳动前，依据本实施例的设计思路所做的同能变化，所获得的其他实施例，均落入本案的保护范围。

Claims (9)

1.一种应急海水淡化装置，其特征在于打开之后形状似伞，借助浮力漂浮于水面上，包括顶部的LED示踪灯、双层真空隔热观察罩，内部的冷凝器倒锥体以及冷凝导管等；伞脊面的顶层为上外膜，依次为隔热空气层、集热传导系统、隔热空气层、回水传导系统、隔热空气层，下外膜、冷凝水层及冷凝导热膜；所述双层真空隔热观察罩内为盛海水区及蒸发区，底部连通海水取水过滤器，并安装有一球形底阀；伞脊侧面一边设有阀门控制溢水管，四周一圈为支撑气囊，蒸发腔室海水进水及冷凝淡水出水均是经过压取式取水囊借助压强差手动吸取完成；所述装置主体结构底部编入导热膜中的导热丝汇聚到一起牵引一稳定锤，降低重心保持整个装置的稳定性。

2.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于所述海水淡化器主体采用气胀式结构，可采用气瓶自动充气，或人工充气，充气完成后打开形状为一伞形，边缘一圈为支撑气囊，增加浮力，使整个装置漂浮于海水面上，且底部有一由编入导热膜中的导热丝连接的牵引重锤，保证整个装置的平衡稳定性，未充气时可打包收纳为一胶囊状，体积小，易携带。

3.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于集热传导系统由吸热膜（涂覆吸热材料）、布热水通道、吸水纤维、导热超细金属丝、集热膜、下层隔热膜（涂覆二氧化硅气凝胶）组成，一方面，吸热膜上涂覆的吸热材料，能够很好地吸收太阳光照热量，透过上外膜和隔热空气层直接受热后加热布热水通道内的水，另一方面，集热膜通过隆起的布热水通道间隙受热，并利用导热超细金属丝传导热量加热布热水通道内的水，进一步提高加热效率，而后利用冷热水密度差原理，热水通过布热水通道内的吸水纤维及导热超细金属丝均匀向上传导热量，与加热夹套导热片发生热交换，间接加热海水腔室内的海水，使其受热蒸发，涂覆二氧化硅气凝胶的下层隔热膜能有效防止受热升温后的布热水通道内的热水还未与加热夹套导热片发生热交换热量就无效流失了。

4.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于回水系统由回水管膜、回水通道、回水下层隔热膜（涂覆二氧化硅气凝胶）组成，集热传导系统布热水通道内的热水与加热夹套导热片发生热交换后，温度降低，通过回水通道向下流动，暂时储存在循环水管内，依此往复，构成一个闭合的加热水循环回路，涂覆二氧化硅气凝胶的下层隔热膜隔绝热量无效散失。

5.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于在顶部蒸发器内设有冷凝器倒锥体及冷凝器导管，所述导管外壁使用隔热材料包裹，可以让海水蒸发产生的蒸汽更多地通过冷凝导管直接进入装置底部（冷凝水腔室），利用底部导热膜与海水进行热交换冷凝成水，所述冷凝椎体是保证在顶部产生的部分冷凝水也可以顺利进入冷凝水腔室，并可适应海区的风浪，防止海水进入淡水区。

6.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于布水循环通道内的热传导介质与加热夹套导热片发生热交换后加热海水产生的蒸汽通过冷凝导气管导入到冷凝水层液化冷凝成水，所述冷凝水腔室底部冷凝导热膜中有导热丝，呈放射状分布，中间汇总后以编织的形式形成股，下部连接稳定锤，一方面传导热量，通过海水降低冷凝水腔室温度液化水蒸汽，另一方面降低整个装置重心，进而增加伞体稳定性。

7.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于海水腔室底部装有一球形底阀，通过进水管连接，另一端装有一海水取水过滤器淹没于海水中，通过手压式取水囊手动挤压取出冷凝淡水至贮水罐的同时，可在蒸发器中形成负压，一方面可降低蒸发所需的温度，另一方面可为蒸发器补水。

8.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于本装置采用夹套间接加热的方式，避免直接加热海水造成的诸如结垢、冷凝水阻挡阳光降低蒸发效率等问题。

9.根据权利要求1所述，一种应急海水淡化装置，其特征在于本装置为伞形结构，受热面积大，且各断面通过布水通道均可独立完成热交换循环，可最大限度接受阳光的照射，提高吸热及海水淡化效率。