CN108892192A - 用于南海岛屿旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于由蒸发器、冷凝管、冷凝器、浮筒、排气阀、石墨烯复合多孔泡沫面板、蒸发箱、蒸发器排水口、冷凝箱、纯净水收集箱、插装有棒或板的冷凝器底层面板、散热翘片、纯净水收集箱取水口，石墨烯泡沫面板亲水层、反渗析层、光热转化层组合构成，用于解决远离大本营的小岛旅游、探险、资源考查所需大量纯净水的供给需求，与现有海水淡化装置相比，具有结构简单、携带方便、装拆快捷、成本低廉、自驱动等显著技术效果，有利于南海岛屿旅游的发展。

Description

用于南海岛屿旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种用于南海岛屿旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置。
背景技术
随着海南自由贸易区的建设与发展，旅游特别是南海岛屿旅游将成为最新的热门。我国拥有的南海三大群岛中，以西沙群岛的岛屿数量最多，面积最大，拥有阳光、海水、沙滩、动植物等旅游资源，与著名海岛旅游胜地马尔代夫相比并不逊色；但是淡水奇缺，因此，满足旅游需要的淡水供应成为开拓发展星罗棋布岛礁旅游市场的瓶颈。本专利正是适应这一需要而开发；
本专利基于TRIZ创新原理中的组合原理，在大量调研现有海水淡化专利技术与工程案例基础上。将适宜南海岛屿自然资源特点的现有专利技术进行空间与时间组合，而开发的一种适宜南海岛屿使用的携带式自驱动太阳能海水淡化装置；其技术依据是：
一是南海岛屿的太阳能气象资源特点。以太阳能气象资源实测与研究较系统的三沙市所在地-永兴岛与曾母暗沙为例，如表1与附图1所示:：
表1 南海岛屿太阳能气象资源总体特征
从表1与图1所示南海岛屿水域能够最经济的利用太阳能制作海水淡化装置，一是太阳能辐射量大，而且分布均衡，日照时间长，天天都有太阳辐射能、常年气温、水温高，海水蒸发量大，据实测，在20cm的蒸发皿，平均蒸发量约为6.2ml/d，而且适合在海平面上建造简易的太阳能海水淡化装置，适合大多数海岸线低的小型岛屿使用，制取淡化与取用淡水十分方便；
二是已有适宜用于南海岛屿的太阳能海水淡化的专利技术问世。据选择与检索，专利号为20151085944.8的一种“用于海水淡化及净水处理的石墨烯光热转化材料制备方法”，所制成的用于光热转化淡水及净水的石墨烯复合多孔泡沫材料，能满足本专利制作的技术要求，其所用要点是：
第一、石墨烯复合多孔泡沫材料，是一种石墨烯纳米片无序堆垛形成的宏观黑体材料，密度为0.3g/cm3，能极其方便地制作为漂浮在海平面上的海水淡化装置；
第二、石墨烯复合多孔泡沫材料制作的料饼（或称泡沫面板）为多功能三层结构，如图2所示，一为接触海水的亲水层，对超疏水性的石墨烯进行改性，有利于初始状态下水对泡沫面板的浸润，二为超微孔结构下表面层（或称反渗析层），阻止水中盐类离子与杂质扩散到泡沫面板内部析出，导致微孔堵塞，确保水分子传递和蒸发的持续进行，三为大孔与中孔上表面层（或称光热转化层），主要用于光热转化，实现水转化为气的蒸发过程；石墨烯泡沫面板的三层，实现海水吸入、净化除盐、转化蒸发、再冷凝为纯净水的自驱动循环过程，这是其他石墨烯材料所不具有的特有功能；
第三、在日照充足的条件下，环境温度为10～50℃的范围内，利用石墨烯复合多孔泡沫面板，可以获得的水蒸发速率是相同面积水面自然蒸发速率的1000倍以上；而南海岛屿是我国太阳能资源丰富区，辐射强度大，分布均衡，太阳两次过天顶，日照时间全天12小时左右，气温、水温最低都在20℃以上，自然蒸发速度大且均衡，为该专利的推广应用创造了绝佳的环境条件，这是其他海域所不具有的；
第四、石墨烯具有极高的热导率和疏水性，利用石墨烯泡沫蒸发水分的热量利用率极高，所形成的水蒸气初始温度仅为50～60℃，便于冷凝；
第五、利用石墨烯泡沫制作淡化及净水装置结构简单、使用方便、成本低廉，且易于制成小型便携设备，不消耗电能或其它能源；
本专利正是利用石墨烯复合多孔泡沫材料与南海岛屿独特的太阳能气象资源，在空间上进行组合，而开发的一种用于南海岛屿旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置。
发明内容
本专利所要解决的技术问题是：应用TRIZ创新方法理论中的组合原理，将石墨烯复合多孔泡沫材料与南海岛屿太阳能气象资源进行空间组合，制作为用于南海岛屿旅游的便携式自驱动海水淡化装置，所述便携式就是采用携带方便的透明柔性可折叠的轻型结构，1人携带上岛，安装、拆卸、制水、取水一条龙自我完成，所述自驱动就是利用液态水转化为水蒸气的体积巨大膨胀的扩散力与冷凝水自重力，将透明柔性装置自动充气为运行的海水淡化装置，与此同时，利用水蒸气的上浮力，在石墨烯复合多孔泡沫面板的三层结构中实现海水吸取、海水除盐除杂净化、液态水光热转化为水蒸气以及水蒸气在冷凝箱中由气态水转化为液态水，靠自重，向下流入纯净水箱的高效自驱动循环，解决远离大本营的小岛、无人岛旅游、探险、资源考查所需大量纯净水的供给需求；与现有海水淡化装置相比，具有结构简单、携带方便、装拆快捷、成本低廉、自驱动等显著技术效果，有利于南海岛屿旅游的发展。
为解决上述技术问题与实现上述技术效果，采取的技术方案是：用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于由蒸发器、冷凝管、冷凝器、浮筒、排气阀、石墨烯复合多孔泡沫面板（简称石墨烯泡沫面板）、蒸发箱、蒸发器排水口（简称排水口）、冷凝箱、纯净水收集箱、插装棒或板的冷凝器底层面板(简称底层面板)、散热翘片、纯净水收集箱取水口（简称取水口），石墨烯泡沫面板亲水层（简称亲水层）、石墨烯泡沫面板反渗析层（简称反渗析层）、石墨烯泡沫面板光热转化层（简称光热转化层）组合构成；其中所述石墨烯泡沫面板、排水口与透明柔性可折叠的蒸发箱组合为蒸发器； 所述冷凝箱、纯净水收集箱、底层面板、散热翘片以及取水口组合为散热柔性可折叠的薄膜冷凝器；所述冷凝管为透明散热柔性可折叠的薄膜管，它将蒸发器的蒸发箱上部箱口与冷凝器的冷凝箱3-上部箱口连接为一体；所述石墨烯泡沫面板制作为亲水层、反渗析层、光热转化层三层结构；所述浮筒为扁平浮筒，以两个浮筒为一组，分别安放相距1.5m的蒸发器与冷凝器(3)，其中蒸发器(1)底部左右侧面分别与对应的浮筒两侧面底部粘贴为一体，确保石墨烯泡沫面板底部的亲水层浸润在海水中，而石墨烯泡沫面板上部的光热转化层被阳光全视角照射；冷凝器的插装有棒或板的底层面板平放在另一组浮筒面上，通过纯净水收集箱的水自重，将冷凝器压实在浮筒上；仅通过顶部冷凝管将蒸发器与冷凝器连接为一种用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置。
海水淡化装置安装、运行、拆卸过程是：一是确定旅游点，在200万平方公里的浩瀚南海岛屿旅游、探险、考查，不可能自由行，必须在旅游部门实际控制范围内具体安排，将折叠为背包的海水淡化装置携带到目的地岛屿；二是选址，选择离海岸近、方便取水的浅水海滩安装海水淡化装置；三是安装，按图3、图4所示结构的要求，将海水淡化装置所有轻于海水比重的部件摊开在海平面上，先将4个浮筒充气，用于承载、固定漂浮在海平面上的蒸发器与冷凝器，再将蒸发器与冷凝器分别安装在相对应两组浮筒上，蒸发器两侧底部与相对应两浮筒侧面底部，通过粘贴或扣挂连接，以克服蒸发器运行时水蒸气的上浮力，确保石墨烯泡沫面板底部的亲水层始终处于海水浸润状态，而石墨烯泡沫面板上部的光热转化层，处于阳光照射下；而冷凝器插装有棒或板的底层面板平放在对应的两个浮筒面上；运行时，通过存储纯净水收集箱的水重压实在两浮筒面上；在海面完成安装作业后，关闭排气阀、排水口与取水口阀门；四是运行，当阳光通过透明的蒸发器与冷凝管照射在石墨烯泡沫面板光热转化层表面时，利用太阳能的光效应和热效应，泡沫中的液态水很快加热到150～200℃，将巨大表面积上的液态水快速转化为气态水蒸气，体积增大1700倍，利用其上浮力，水蒸气自动将柔性折叠的蒸发器、冷凝管与冷凝器张开，充满为供海水淡化的使用的立体装置；水蒸气在冷凝管、冷凝箱表面及其安装在内的散热翘片进行冷却，又转化为向下流动的液态水并汇集到纯净水收集箱中；与此同时，气转化为水，体积又缩小1700倍，在阳光照射下，实现海水转化为气，气转化纯净水不间断的自驱动循环，用简易的无需外加动力的的方法，实现海水淡化、满足旅游用水的需要；五是拆卸，旅游结束，拆卸方式正好与安装相反，先将排气阀打开、与此同时也将排水口与取水口水阀打开，将残存在蒸发器、冷凝管与冷凝器中水与气排空，再打开浮筒气阀排出空气，然后折叠打包，携带回旅游的大本营；六是防范措施，为防范海浪冲击与潮起潮落对蒸发器稳定性的影响，放置蒸发器浮筒的长度要求大于蒸发器长度的≥1倍，通过加大浮筒的长度，来增强蒸发器在海平面上的稳定性 ；另外，为避免倒流的纯净水对石墨烯泡沫面板蒸发效率的影响，在蒸发器的底部设置排水口，及时将倒流在泡沫面板上的水排出，以免降低光热转化效率。
其中所述石墨烯泡沫面板为海水淡化装置的核心组件，选用20151085944.8号专利开发的密度0.3g/cm3、拉伸强度0.5-50MPa、具有亲水层、反渗析层、光热转化层结构的石墨烯光热转化多孔复合泡沫材料，制作为能漂浮于海平面上的正方形石墨烯泡沫面板或圆形面板；本专利实施例为正方形的石墨烯泡沫面板，其尺寸与规格\根据旅游组团人数与纯净水需求，测算出不同尺寸规格石墨烯泡沫面板的蒸发水量与纯净水量，如表2所示：
表2 不同尺寸规格石墨烯泡沫面板及其对应产出蒸发水量与纯净水量测算表
表中注1：日均蒸发率是以图1（A）用20cm口径蒸发皿上实测永兴岛海面日均蒸发量6.1125ml/d为据的换算值，注2：南海岛屿海域光照条件最优，为便于测算，将在石墨烯泡沫面板上的蒸发量设定为自然蒸发量的1500倍；
根据表2测算出不同尺寸的石墨烯泡沫面板蒸发量，再计算蒸发器、冷凝管、冷凝器容积、选材及其自重。
其中所述蒸发器、冷凝管、冷凝器的容积，依石墨烯泡面板蒸发水量而定，水转化为气，除阳光热能外，体积膨胀增大1700倍，是设计蒸发器、冷凝管与冷凝器容积的依据，而水蒸气转化为冷凝纯净水主要在冷凝器完成，冷凝管是蒸发器水蒸气进入冷凝器的通道，设计为高差≥40cm的向下倾斜管道，也具有水蒸气冷却转化为水向下流动的功能；因此，图3按此依据设计，在容积配比上，冷凝器容积大于蒸发器容积，本案以5分钟蒸发水量作为设计蒸发器、冷凝器与冷凝管的参数，选配容积比为2:1，即冷凝器+冷凝管为2，蒸发器为1，为避免冷凝水倒流，蒸发器高度大于冷凝器，而蒸发器底面积小于冷凝器底面积；在制作上，蒸发器容积为细长型棱台形状，冷凝器为矮胖型棱台形状，其具体测算参数如表3所示：
根据表3数值，设计制作蒸发器、冷凝器与连接蒸发器上底与冷凝器上底的冷凝管。
其中所述蒸发器的蒸发箱、冷凝器的冷凝箱、纯净水收集箱、底层面板与冷凝管，选用抗紫外线、透光率90%、环保食品级、耐老化、强度高、密度0.93g/cm3、厚度0.2mm、柔性的EVA塑料薄膜（全称乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料薄膜），采用吹塑或粘结法，将蒸发器、冷凝管、冷凝器连接为一体；根据海水淡化装置容积与表面积，进而测算出不同编号的海水淡化装置所用EVA塑料薄膜的体积与总重，如表4所示
表4 EVA薄膜制作不同大小海水淡化装置的容积与重量测算表不同编号
根据表4测算数据，就可估算出不同大小便携带海水淡化装置的总重量，测算数据如表5所示：
表5 不同大小海水淡化装置总重量估算表
从表5可清晰看出，小号与中号海水淡化装置的总重量1人携带即可，大号可将海水淡化装置与可分离附件，分别由2人携带，十分方便，体现其便携式特点。
为增多太阳能海水淡化装置在南海岛屿使用的功能，可在EVA塑料薄膜表面喷涂一层厚度95±5nm的透光性、散热性、耐温性、抗划痕性优于EVA薄膜的石墨烯涂料；据有关试验测定，石墨烯涂料薄膜的透光率97%以上，散热性是常用散热材料的两倍，耐温大于100℃以上。
其中所述石墨烯泡沫面板底部的亲水层为亲水高分子聚合物涂层，中部的反渗析层为孔径大于或等于0.1nm且小于1nm、厚度约500nm的超微孔结构层，主要用于过滤水中的盐分与杂质，,只允许水分子透过，上部的光热转化层为孔径大于0.1µm且小于或等于10µm的大孔与孔径1-100nm的中孔结构，其体积占石墨烯泡沫面板的99%以上，主要用于吸收光线生产水蒸气。
附图说明
图1为氷兴岛海洋站逐日实测蒸发量、风速、气温、空气水汽压及太阳辐射量分布示意图，其中图1(A)为永兴岛实测蒸发量月平均值曲线图， 图1(B) 为永兴岛实测风速月平均值曲线图，图1(C) 为永兴岛实测温度月平均值曲线图，图1(D) 永兴岛实测水汽压月平均值曲线图，图1(E)为永兴岛实测月总辐射量平均值曲线图；
图2为20151085944.8号专利的石墨烯泡沫光热转化材料微观结构示意图，其中图2(A)为石墨烯泡沫光热材料纵向截面微观结构示意图，图2(B)为石墨烯泡沫光热转化材料上、下表面扫描电子显微镜微观形貌图；
图3为用于南海岛礁旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置正视剖面结构示意图；
图4为用于南海岛礁旅游的便携式自驱动太阳能海水淡化装置俯视剖面结构示意；
图5 为石墨烯复合多孔泡沫面板结构（放大）示意图；
图3、4、5中，1是蒸发器、2是冷凝管、3是冷凝器、4是浮筒、5是排气阀、1-1是石墨烯复合多孔泡沫面板（简称石墨烯泡沫面板）、1-2是蒸发箱、1-3是蒸发器排水口（简称排水口）、3-1是冷凝箱、3-2是纯净水收集箱、3-3插装棒或板的冷凝器底层面板（简称底层面板）、3-4是散热翘片、3-5纯净水收集箱取水口（简称取水口），1-1-1是石墨烯泡沫面板的亲水层（简称亲水层）、1-1-2 是是石墨烯泡沫面板的反渗析层（简称反渗析层）、1-1-3是石墨烯泡沫面板光热转化层（简称光热转化层）。
具体实施方案
结合附图说明，具体的实施方案是： 用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，由蒸发器1、冷凝管2、冷凝器3、浮筒4、排气阀5、石墨烯复合多孔泡沫面板（简称石墨烯泡沫面板）1-1、蒸发箱1-2、蒸发器排水口（简称排水口）1-3、冷凝箱3-1、纯净水收集箱3-2插装有棒或板的冷凝器底层面板(简称底层面板)3-3、散热翘片3-4、纯净水收集箱取水口（简称取水口）3-5，石墨烯泡沫面板亲水层（简称亲水层）1-1-1、石墨烯泡沫面板反渗析层（简称反渗析层）1-1-2 、石墨烯泡沫面板光热转化层（简称光热转化层）1-1-3组合构成；其中所述石墨烯泡沫面板1-1、排水口1-3与透明柔性可折叠的蒸发箱1-2组合为蒸发器1；所述冷凝箱3-1、纯净水收集箱3-2、底层面板3-3、散热翘片3-4以及取水口2-5组合为散热柔性可折叠的薄膜冷凝器2；所述冷凝管2为透明散热柔性可折叠的薄膜管，它将蒸发器1的蒸发箱1-1上部箱口与冷凝器3的冷凝箱3-1上部箱口连接为一体；所述石墨烯泡沫面板1-1制作为亲水层1-1-1、渗析层1-1-2、光热转化层1-1-3三层结构；所述浮筒4为扁平浮筒，以两个浮筒4为一组，分别安放相距1.5m的蒸发器1与冷凝器3，其中蒸发器1底部左右侧面分别与对应的浮筒4两侧面底部粘贴为一体，确保石墨烯泡沫面板1-1底部的亲水层1-1-1浸润在海水中，而石墨烯泡沫面板1-1上部的光热转化层1-1-3被阳光全视角照射；冷凝器3的插装有棒或板的底层面板3-3平放在另一组浮筒4面上，通过纯净水收集箱3-2的水自重，将冷凝器3压实在浮筒4上；仅通过顶部冷凝管2将蒸发器1与冷凝器3连接为一种用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置；鉴于蒸发器1水转化为气与冷凝器3气转化为水的机制原理相反，受力方向也相反（蒸发器1气流上升，而冷凝器2水靠自重下流），同时为确保阳光照射蒸发器1的辐射强度与光照时长，因此蒸发器1与冷凝器3的底部分别安装在相互分离的两组浮筒上，仅通过顶部冷凝管2将蒸发器1与冷凝器3连接为一种用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置。
本专利海水淡化装置安装、运行、拆卸过程是：一是确定旅游点，在200万平方公里的浩瀚南海岛屿旅游、探险、考查，不可能自由行，必须在旅游部门实际控制范围内具体安排，将折叠为背包的海水淡化装置携带到目的地岛屿；二是选址，选择离海岸近、方便取水的浅水海滩安装海水淡化装置；三是安装，按图3、图4所示结构的要求，将海水淡化装置所有轻于海水比重的部件摊开在海平面上，先将4个浮筒4充气，用于承载、固定漂浮在海平面上的蒸发器1与冷凝器3，再将蒸发器1与冷凝器3分别安装在相对应两组浮筒4上，蒸发器1两侧底部与相对应两浮筒4侧面底部，通过粘贴或扣挂连接，以克服蒸发器1运行时水蒸气的上浮力，确保石墨烯泡沫面板1-1底部的亲水层1-1-1始终处于海水浸润状态，而石墨烯泡沫面板1-1上部的光热转化层1-1-3，处于阳光照射下；而冷凝器3插装有棒或板的底层面板3-3平放在对应的两个浮筒4面上；运行时，通过存储纯净水收集箱3-2的水重压实在两浮筒4面上；在海面完成安装作业后，关闭排气阀5、排水口1-3与取水口3-5阀门；四是运行，当阳光通过透明的蒸发器1与冷凝管2照射在石墨烯泡沫面板1-1光热转化层1-1-3表面时，利用太阳能的光效应和热效应，泡沫中的液态水很快加热到150～200℃，将巨大表面积上的液态水快速转化为气态水蒸气，体积增大1700倍，利用其上浮力，水蒸气自动将柔性折叠的蒸发器1、冷凝管2与冷凝器3张开，充满为供海水淡化的使用的立体装置；水蒸气在冷凝管2、冷凝箱3-1表面及其安装在内的散热翘片3-4进行冷却，又转化为向下流动的液态水并汇集到纯净水收集箱3-2中；与此同时，气转化为水，体积又缩小1700倍，在阳光照射下，实现海水转化为气，气转化纯净水不间断的自驱动循环，用简易的无需外加动力的的方法，实现海水淡化、满足旅游用水的需要；五是拆卸，旅游结束，拆卸方式正好与安装相反，先将排气阀5打开、与此同时也将排水口1-3与取水口3-5水阀打开，将残存在蒸发器1、冷凝管2与冷凝器3中水与气排空，再打开浮筒气阀，排出空气，然后折叠打包，携带回旅游的大本营；六是防范措施，为防范海浪冲击与潮起潮落对蒸发器1稳定性的影响，放置蒸发器浮筒4的长度要求大于蒸发器1长度的≥1倍，通过加大浮筒的长度，来增强蒸发器1在海平面上的稳定性 ；另外，为避免倒流的纯净水对石墨烯泡沫面板1-1蒸发效率的影响，在蒸发器1的底部设置排水口1-3，及时将倒流在泡沫面板1上的水排出，以免降低光热转化效率。
其中所述石墨烯泡沫面板1-1为海水淡化装置的核心组件，选用20151085944.8号专利开发的密度0.3g/cm3、拉伸强度0.5-50MPa、具有亲水层、反渗析层、光热转化层结构的石墨烯光热转化多孔复合泡沫材料，制作为能漂浮于海平面上的正方形石墨烯泡沫面板或圆形面板；本专利实施例为正方形的石墨烯泡沫面板1-1，其尺寸与规格\根据旅游组团人数与纯净水需求，测算出不同尺寸规格石墨烯泡沫面板1-1的蒸发水量与纯净水量，如表2所示：
表2 不同尺寸规格石墨烯泡沫面板及其对应产出蒸发水量与纯净水量测算表
表中注1：日均蒸发率是以图1(A)用20cm口径蒸发皿上实测永兴岛海面日均蒸发量6.1125ml/d为据的换算值，注2：南海岛屿海域光照条件最优，为便于测算，将在石墨烯泡沫面板1-1上的蒸发量设定为自然蒸发量的1500倍；
根据表2测算出不同尺寸的石墨烯泡沫面板1-1蒸发量，再计算蒸发器1、冷凝管2、冷凝器3容积、选材及其自重。
其中所述蒸发器1、冷凝管2、冷凝器3的容积，依石墨烯泡面板1-1蒸发水量而定，水转化为气，除阳光热能外，体积膨胀增大1700倍，是设计蒸发器1、冷凝管2与冷凝器3容积的依据，而水蒸气转化为冷凝纯净水主要在冷凝器3完成，冷凝管2是蒸发器1水蒸气进入冷凝器3的通道，设计为高差≥40cm的向下倾斜管道，也具有水蒸气冷却转化为水向下流动的功能；因此，图3按此依据设计，在容积配比上，冷凝器3容积大于蒸发器1容积，本案以5分钟蒸发水量作为设计蒸发器1、冷凝器3与冷凝管的参数，选配容积比为2:1，即冷凝器3+冷凝管2为2，蒸发器为1，为避免冷凝水倒流，蒸发器1高度大于冷凝器3，而蒸发器1底面积小于冷凝器3底面积；在制作上，蒸发器容积为细长型棱台形状，冷凝器为矮胖型棱台形状，其具体测算参数如表3所示：
表3表3 不同编号蒸发器、冷凝器、冷凝管容积尺寸测算表
根据表3测算数值，具体制作蒸发器1、冷凝器3与连接蒸发器上底与冷凝器上底的冷凝管2。
其中所述蒸发器1的蒸发箱1-2、冷凝器3的冷凝箱3-1、纯净水收集箱3-2、底层面板3-3与冷凝管2，选用抗紫外线、透光率90%、环保食品级、耐老化、强度高、密度0.93g/cm3、厚度0.2mm、柔性的EVA塑料薄膜（全称乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料薄膜），采用吹塑或粘结法，将蒸发器1、冷凝管2、冷凝器3连接为一体；根据海水淡化装置容积与表面积，进而测算出不同编号的海水淡化装置所用EVA塑料薄膜的体积与总重，如表4所示
表4 EVA薄膜制作不同大小海水淡化装置的容积与重量测算表不同编号
根据表4测算数据，就可估算出不同大小的便携带海水淡化装置总重量，测算数据如表5所示：
表5 不同大小海水淡化装置总重量估算表
从表5可清晰看出，小号与中号海水淡化装置的总重量1人携带即可，大号可将海水淡化装置与可分离附件，分别由2人携带，十分方便，体现其便携式特点。
为增多太阳能海水淡化装置在南海岛屿使用的功能，可在EVA塑料薄膜表面喷涂一层厚度95±5nm的透光性、散热性、耐温性、抗划痕性优于EVA薄膜的石墨烯涂料；据有关试验测定，石墨烯涂料薄膜的透光率97%以上，散热性是常用散热材料的两倍，耐温大于100℃以上。
其中所述石墨烯泡沫面板1-1底部的亲水层1-1-1为亲水高分子聚合物涂层，中部的反渗析层1-1-2为孔径大于或等于0.1nm且小于1nm、厚度约500nm的超微孔结构层，主要用于过滤水中的盐分与杂质，,只允许水分子透过，上部的光热转化层1-1-3为孔径大于0.1µm且小于或等于10µm的大孔与孔径1-100nm的中孔结构，其体积占石墨烯泡沫面板1-1的99%以上，主要用于吸收光线生产水蒸气。
上述 所有制作海水淡化装置的数据，都是以正方形石墨烯泡沫面板1-1为基准进行测算的，若选用圆形或矩形石墨烯泡沫面板制作海水淡化装置，其基本思路相同，只是运用的测算公式不同而已，仍然属于本专利所要保护的范围内，特此说明。

Claims (7)

1.用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于由蒸发器(1)、冷凝管(2)、冷凝器(3)、浮筒(4)、排气阀(5)、石墨烯泡沫面板 (1-1)、蒸发箱(1-2)、排水口(1-3)、冷凝箱(3-1)、纯净水收集箱(3-2)、底层面板(3-3)、散热翘片(3-4)、称取水口 (3-5)，亲水层）(1-1-1、反渗析层 (1-1-2) 、光热转化层(1-1-3)组合构成；其中所述石墨烯泡沫面板(1-1)、排水口(1-3)与透明柔性可折叠的蒸发箱(1-2)组合为蒸发器(1)； 所述冷凝箱(3-1)、纯净水收集箱(3-2)、底层面板(3-3)、散热翘片(3-4)以及取水口(2-5)组合为散热柔性可折叠的薄膜冷凝器(2)；所述冷凝管(2)为透明散热柔性可折叠的薄膜管，它将蒸发器(1)的蒸发箱(1-1)上部箱口与冷凝器(3)的冷凝箱(3-1)上部箱口连接为一体；所述石墨烯泡沫面板(1-1)制作为亲水层(1-1-1)、反渗析层(1-1-2)、光热转化层(1-1-3)三层结构；所述浮筒(4)为扁平浮筒，以两个浮筒(4)为一组，分别安放相距1.5m的蒸发器(1)与冷凝器(3)，其中蒸发器(1)底部左右侧面分别与对应的浮筒(4)两侧面底部粘贴为一体，确保石墨烯泡沫面板(1-1)底部的亲水层(1-1-1)浸润在海水中，而石墨烯泡沫面板(1-1)上部的光热转化层(1-1-3)被阳光全视角照射；冷凝器(3)的底层面板(3-3)平放在另一组浮筒(4)面上，通过纯净水收集箱(3-2)的水自重，将冷凝器(3)压实在浮筒(4)上；仅通过顶部冷凝管(2)将蒸发器(1)与冷凝器(3)连接为一种用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置。
2.根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于所述安装、运行、拆卸过程是：一是确定旅游点，在200万平方公里的浩瀚南海岛屿旅游、探险、考查，不可能自由行，必须由旅游部门实际控制范围内具体安排，将折叠为背包的海水淡化装置携带到目的地岛屿；二是选址，选择离海岸近、方便取水的浅水海滩安装海水淡化装置；三是安装，按图3、图4所示结构的要求，将海水淡化装置所有轻于海水比重的部件摊开在海平面上，先将4个浮筒(4)充气，用于承载、固定漂浮在海平面上的蒸发器(1)与冷凝器(3)，再将蒸发器(1)与冷凝器(3)分别安装在相对应两组浮筒(4)上，蒸发器(1)两侧底部与相对应两浮筒(4)侧面底部，通过粘贴或扣挂连接，以克服蒸发器(1)运行时水蒸气的上浮力，确保石墨烯泡沫面板(1-1)底部的亲水层(1-1-1)始终处于海水浸润状态，而石墨烯泡沫面板(1-1)上部的光热转化层(1-1-3)，处于阳光照射下；而冷凝器(3)插装有棒或板的底层面板（3-3）平放在对应的两个浮筒(4)面上；运行时，通过存储纯净水收集箱(3-2)的水重压实在两浮筒(4)面上；在海面完成安装作业后，关闭排气阀(5)、排水口(1-3)与取水口(3-5)阀门；四是运行，当阳光通过透明的蒸发器(1)与冷凝管(2)照射在石墨烯泡沫面板(1-1)光热转化层(1-1-3)表面时，利用太阳能的光效应和热效应，泡沫中的液态水很快加热到150～200℃，将巨大表面积上的液态水快速转化为气态水蒸气，体积增大1700倍，利用其上浮力，水蒸气自动将柔性折叠的蒸发器(1)、冷凝管(2)与冷凝器(3)张开，充满为供海水淡化的使用的立体海水淡化装置；水蒸气在冷凝管(2)、冷凝箱(3-1)表面及其安装在内的散热翘片(3-4)进行冷却，又转化为向下流动的液态水并汇集到纯净水收集箱(3-2)中；与此同时，气转化为水，体积又缩小1700倍，在阳光照射下，实现海水转化为气，气转化纯净水不间断的自驱动循环，用简易的无需外加动力的的方法，实现海水淡化、满足旅游用水的需要；五是拆卸，旅游结束，拆卸与安装錖正好相反，先将排气阀(5)打开、与此同时也将排水口(1-3)与取水口(3-5)水阀打开，将残存在蒸发器(1)、冷凝管(2)与冷凝器(3)中水与气排空，再打开浮筒(4)气阀，排出空气，然后折叠打包，携带回旅游的大本营；六是防范措施，为防范海浪冲击与潮起潮落对蒸发器(1)稳定性的影响，放置蒸发器浮筒(4)的长度要求大于蒸发器长度的≥1倍，通过加大浮筒的长度，来增强蒸发器(1)在海平面上的稳定性 ；另外，为避免倒流的纯净水对石墨烯泡沫面板(1-1)蒸发效率的影响，在蒸发器(1)的底部设置排水口(1-3)，及时将倒流在泡沫面板(1)上的水排出，以免降低光热转化效率。
3. 根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于所述石墨烯泡沫面板(1-1)为海水淡化装置的核心组件，选用20151085944.8号专利开发的密度0.3g/cm3、拉伸强度0.5-50MPa、具有亲水层、反渗析层、光热转化层结构的石墨烯光热转化多孔复合泡沫材料，制作为能漂浮于海平面上的正方形石墨烯泡沫面板或圆形面板；本专利实施例为正方形的石墨烯泡沫面板(1-1)，其尺寸与规格\根据旅游组团人数与纯净水需求，测算出不同尺寸规格石墨烯泡沫面板(1-1)的蒸发水量与纯净水量，如表2所示：
表2 不同尺寸规格石墨烯泡沫面板及其对应产出蒸发水量与纯净水量测算表
表中注1：日均蒸发率是以图1(A)用20cm口径蒸发皿上实测永兴岛海面日均蒸发量6.1125ml/d为据的换算值，注2：南海岛屿海域光照条件最优，为便于测算，将在石墨烯泡沫面板(1-1)上的蒸发量设定为自然蒸发量的1500倍；
根据表2测算出不同尺寸的石墨烯泡沫面板(1-1)蒸发量，再计算蒸发器(1)、冷凝管(2)、冷凝器3)容积、选材及其自重。
4. 根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于所述蒸发器(1)、冷凝管(2)、冷凝器(3)的容积，依石墨烯泡面板(1-1)蒸发水量而定，水转化为气，除阳光热能外，体积膨胀增大1700倍，是设计蒸发器(1)、冷凝管(2)与冷凝器(3)容积的依据，而水蒸气转化为冷凝纯净水主要在冷凝器(3)完成，冷凝管(2)是蒸发器(1)水蒸气进入冷凝器(2)的通道，设计为高差≥40cm的向下倾斜管道，也具有水蒸气冷却转化为水向下流动的功能；因此，图3按此依据设计，在容积配比上，冷凝器(3)容积大于蒸发器(1)容积，本案以5分钟蒸发水量作为设计蒸发器(1)、冷凝器(3)与冷凝管(2)的参数，选配容积比为2:1，即冷凝器(3)+冷凝管(2)为2，蒸发器(1)为1；为避免冷凝水倒流，蒸发器(1)高度大于冷凝器(3)，而蒸发器(1)底面积小于冷凝器(3)底面积；在制作上，蒸发器容积为细长型棱台形状，冷凝器为矮胖型棱台形状，其具体测算参数如表3所示：
表3 不同编号蒸发器、冷凝器、冷凝管容积尺寸测算表
根据表3测算数值，具体制作蒸发器(1)、冷凝器(3)与连接蒸发器上底与冷凝器上底的冷凝管(2)。
5. 根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于所述蒸发器(1)的蒸发箱(1-2)、冷凝器(3)的冷凝箱(3-1)、纯净水收集箱(3-2)、底层面板(3-3)与冷凝管(2)，选用抗紫外线、透光率90%、环保食品级、耐老化、强度高、密度0.93g/cm3、厚度0.2mm、柔性的EVA塑料薄膜，采用吹塑或粘结法，将蒸发器(1)、冷凝管(2)、冷凝器(3)连接为一体；根据海水淡化装置容积与表面积，进而测算出不同编号的海水淡化装置所用EVA塑料薄膜的体积与总重，如表4所示
表4 EVA薄膜制作不同大小海水淡化装置的容积与重量测算表
根据表4测算数据，就可估算出不同大小的海水淡化装置总重量，如表5所示：
表5 不同大小海水淡化装置总重量估算表
从表5可清晰看出，小号与中号海水淡化装置的总重量1人携带即可，大号可将海水淡化装置与分开的附件，分别由2人携带，十分方便，体现其便携式特点。
6.根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于为增多太阳能海水淡化装置在南海岛屿使用的功能，可在EVA塑料薄膜表面喷涂一层厚度95±5nm的透光性、散热性、耐温性、抗划痕性优于EVA薄膜的石墨烯涂料。
7.根据权利要求1所述用于南海岛屿使用的便携式自驱动太阳能海水淡化装置，其特征在于所述石墨烯泡沫面板(1-1)底部的亲水层(1-1-1)为亲水高分子聚合物涂层，中部的反渗析层(1-1-2)为孔径大于或等于0.1nm且小于1nm、厚度约500nm的超微孔结构层，主要用于过滤水中的盐分与杂质，,只允许水分子透过，上部的光热转化层(1-1-3)为孔径大于0.1µm且小于或等于10µm的大孔与孔径1-100nm的中孔结构，其体积占石墨烯泡沫面板（1-1）的99%以上，主要用于吸收光线生产水蒸气。
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