CN1233229A - 生产淡水的太阳能蒸馏器 - Google Patents
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Abstract
该装置为一用轻微剩余气压的空气充气的细长圆筒(10),包括一蒸发室(12)、第一凝结室(14)和第二凝结室(30);该蒸发室(12)有一绝热透明盖(46b),其外壁由一黑色不透水薄膜构成,该薄膜内表面上有一亲水覆盖层;第一凝结室(14)有一不透水壁,一隔壁(16)把它与蒸发室(12)隔开,该室(12)的亲水覆盖层叠置在该隔壁上;第二凝结室(30)与上述两室连通,其壁包括一不透水薄膜和一暴露在空气中、用一供水管始终保持湿润的外部亲水覆盖层;一鼓风机(28)把空气吹入这三室中的一闭合回路中,有关部件(54—56)使这些室的内部保持剩余气压;淡水收集在第二凝结室(30)底部(64);盐水收集在蒸发室(12)底部(66)。本发明可用来在干燥地区经济地生产淡水。
Description
本发明涉及生产淡水的太阳能蒸馏器，即利用太阳能用天然非饮用水生产脱盐水的家用或工业用蒸馏器。当该非饮用水为海水时，这类蒸馏器还生成有用的副产品盐水。
各种海水脱盐装置(蒸馏和过滤)的经济和技术问题在AndyCoghlan的题为＂Fresh water from sea＂(见1991年8月31日的NewScientist第37-40页)的文章中有详细介绍。该文章指出，为了满足地球上干燥地区对淡水的指数增长的需要，开发有效、低成本的海水脱盐技术已刻不容缓。
为了解决这一问题，人们提出了各种蒸馏海水的方法，它们用用之不尽的太阳辐射能代替由矿物燃料生成的昂贵的能量。这些方法是许多专利和文章的主题，其中两篇与本申请特别有关而用作本申请的参考材料。
由三菱公司申请、1994年公开的欧洲专利0,612,691公开了一种生产淡水的现有太阳能装置，其中，一存有海水的黑底水池装在一具有一倾斜屋顶的透明空间底下。沿该空间的垂直壁流下的淡水被回收到这些壁底部的两沟槽中。为了防止凝结在还用来反射一部分太阳能辐射的屋顶的内表面上的淡水水滴回落到水池中，该表面上有一透明或至少半透明的可湿覆盖层，防止形成水滴。此外，为了降低该空间的屋顶的温度而提高水蒸气的凝结，不断用海水浇到该屋顶上。从而提高该装置的产量。但仍至少有两个缺点：(1)太阳不断加热的水量过多，因此水池中水体的最高温度下降而不利于蒸发；(2)水蒸气凝结的潜热全部丧失。
上述New Scientist中的文章在第39页简要介绍了一种使用太阳能生产淡水的高产量家用蒸馏器。由P.Le Goff开发的该蒸馏器在一透明塑料薄膜的底下有一可转向的镜子把太阳能反射到一垂直放置的第一铝板的黑色正面上。该第一铝板的反面有一丝网层，海水靠重力供应给该丝网层。其上都有该亲水覆盖层的若干相同铝板互相隔开几厘米地串联在一起。太阳能把第一铝板加热到约94℃，从而使在反面覆盖层中流动的较大量水蒸发。生成在第一与第二铝板之间空间中的水蒸气凝结在第二铝板的正面上，从而加热第二铝板，这又使在其反面上流动的盐水蒸发。这一过程一直进行到第六铝板上，第六铝板被加热到45℃。从第二铝板开始凝结到各铝板正面上的淡水用一收集器收集。用另一未示出的收集器收集各覆盖层底部的盐水。该制造商宣布受太阳照射的一铝板每平方米可日产20升淡水。之所以有如此高的产量，是因为第一到第五铝板的始终保持湿润的高热覆盖层所生成的水蒸气的凝结的潜热在第二到第六铝板上得到回收。按照该文章作者的说法，这一产量大大高于现有太阳能海水蒸馏装置的产量(每平方米日产2-3升)。该装置可有效地用作家用蒸馏器，但其某些部件(定日镜和铝板)的制作成本较高。
在下文中，我们把太阳能蒸馏器的淡水产量定义为下面两值之比，一个值为每小时平均光照、吸收太阳能辐射的每平方米表面实际生成的淡水量，另一值为每平方米表面积、每小时所吸收的太阳热量所蒸发的理论水量Q(在干燥地区1千瓦/平方米的平均光照的Q=1.5公斤/小时.平方米)。
本发明的第一个目的是构作生产淡水的改进的太阳能蒸馏器。
本发明的第二个目的是构作产量尽可能高，但投资较低、运行和维护成本特别低的蒸馏器。
本发明的第三个目的是提供尽可能回收水蒸气凝结潜热的生产淡水的太阳能蒸馏器。
本发明的第四个目的是提供可在特别运行条件下运行的太阳能蒸馏器。
本发明的第五个目的是提供可经受强风的生产淡水的太阳能蒸馏器。
本发明的第六个目的涉及通过蒸馏海水生产淡水、由多个太阳能蒸馏器构成的工业太阳能设备。
本发明的第七个目的涉及把一通过蒸馏海水生产淡水的太阳能设备与一由该厂排放的盐水所生成的盐碱滩结合在一起的工业设备。
本发明的第八个目的涉及一种新型复合产品，特别可用来构作本发明生产淡水的改进的太阳能蒸馏器。
按照本发明的最宽泛方面，提供一种生产淡水的太阳能蒸馏器，包括：
-可吸收太阳能辐射、容纳待蒸馏的水的一装置；
-由该装置的水的加热所生成的水蒸气能在其上凝结的一凝结表面；
-收集从该凝结表面淌下的淡水的部件；
-其特征在于：
-所述装置包括一布置在阴影中、受太阳能照射的柔性、张紧、黑色、不透水薄膜，一靠毛细管作用和重力把水供应其上的亲水羊毛构成所述薄膜的一覆盖层；
-回收盐水的部件布置在所述羊毛底部。
不难看出，一种材料的亲水性或多或少决定于它对湿润它的液体的毛细管作用的强弱。在这些条件下，一可湿润、但亲水性不大的羊毛通过把待蒸馏水浇在其上而靠重力供水。与此相反，亲水性大的羊毛只须把其边缘之一浸没在水中就可靠毛细管作用供水。然后，羊毛的即使很小的毛细管作用加上重力就可确保水在羊毛中向下流动过程中的扩散、保持和流动。对于亲水性很大的羊毛来说，如此吸收的水的每单位浸没宽度的流量随着羊毛在水面上方的最大高度的增加而减小。
由于本发明的上述结构，所得生产淡水的太阳能蒸馏器避免了现有蒸馏海水的太阳能蒸馏器的若干缺点。事实上，由太阳加热的水量在这里减小到最小值，即只限于每时每刻保持在亲水羊毛中的不断更新的极少量水。在这些情况下，水的温度高于现有太阳能蒸馏器中的水的温度，从而紧邻亲水羊毛空间中的饱和水蒸气压力显著增加，从而蒸发加强。
此外，由于海水在该装置中的停留时间很短(最多只有几分钟)，因此即使连续工作几个月羊毛上也不会生成海藻和海苔。由于受黑色薄膜遮蔽的湿润羊毛只受到很少太阳辐射，因此更不会生成海藻和海苔。
按照该蒸馏器的第一特别实施例，
-所述薄膜构成一装在透明遮蔽部件底下的一较长蒸发室的壁；
-所述透明遮蔽部件为一密封较好的封闭空间，其壁的内表面构成所述凝结表面；
-该装置有一鼓风机，在该蒸发室与一由所述蒸发室外部所述空间构成的凝结室之间的一闭合回路中生成气流。
按照该太阳能蒸馏器的第二特别实施例：
-该黑色薄膜构成一装在一透明绝热覆盖层底下的较长蒸发室的外壁；
-该凝结表面为该蒸发室底下、用一纵向共同隔壁与之隔开的一凝结室的不透水壁的不透水内表面，这两个室用隔开它们毗连端部的底部的横向隔壁上方的开口互相连通；
-所述凝结室的外壁有一用任何合适方法保持湿润、至少局部地暴露在空气中的亲水覆盖层；
-该装置有一鼓风机造成从一室到另一室的闭合气流回路；
-与所述鼓风机相联的合适部件使所述两室充气而在其中保持轻微剩余压力。
按照该蒸馏器的第三特别实施例：
-该黑色薄膜构成一装在一透明绝热覆盖层底下的较长蒸发室的外壁；
-该凝结表面为不用一共同壁布置在该蒸发室旁的一凝结室的不透水壁的内表面，这两个室用隔开它们毗连端部的底部的横向隔壁上方的开口互相连通；
-该凝结室的外壁包括一不受阳光照射、用任何合适方法保持湿润、至少局部地暴露在空气中的亲水覆盖层；
-该装置有一鼓风机在这两个室内部造成一封闭的气流回路；
-与所述鼓风机相联的合适部件使所述两室充气而在其中保持轻微剩余压力。
在上述本发明三个特别实施例中，蒸发室和凝结室中的闭合回路气流大大有利于把蒸发室生成的水蒸气传送到凝结表面上。在所述第一特别实施例中，从封闭空间顶部落下的凝结水滴由于在到达淡水收集装置前碰到不透水薄膜而不再丧失。此外，在上述本发明其他两个实施例中，应该强调装在蒸发室受太阳照射壁部上方的绝热层的作用。该绝热层防止生成凝结水滴和成为太阳辐射的一屏障，从而该壁部可每时每刻接受更多热量，从而增加亲水羊毛中的水的蒸发强度。不但热量增加，而且凝结表面的温度降低，在这里，凝结表面的温度决定于该表面暴露在空气中的湿润覆盖层的温度并从而决定于外部空气的露点温度和相对湿度。举例说，该透明覆盖层为一塑料薄片，其边缘焊接到黑色薄膜上，从而其中截留有几公分厚的干燥空气；也可以使用传热率很低的一较厚塑料片。
还可看到，本发明第二实施例凝结室中水蒸气的一部分凝结可在隔开该室与蒸发室的隔壁上回收潜热，这使得本发明第二实施例的单位产量有所提高。然后可以看到，本发明第二和第三实施例可装在任何地点(地面上、一平台上或一片水中)；由于保持在轻微剩余压力下的蒸发室和凝结室外壁张得较紧，因此可承受强风。
拦住待蒸馏的水、包括本发明一太阳能蒸馏器的该特别装置的另一个优点涉及盐水。事实上，可以看到，只要由亲水羊毛散布到由太阳加热的不透水薄膜上的海水的流量足够高，盐就无法沉积。该流量随该地点的太阳能辐射的最大强度而变。它决定于海水与盐水的流量之比，该比始终远小于8，例如为4。这些数字决定于两个数值，海水的盐的浓度一般为30克/升，而盐水中盐发生结晶的盐浓度阈值约为240克/升。如这些条件得到满足，在亲水羊毛中流动的海水的盐都排入被回收的盐水中，从而盐无法沉积在羊毛中。
按照实施本发明最佳形状的一般方面，一生产淡水的太阳能蒸馏器的特征在于：
-它包括一蒸发室、第一凝结室和第二凝结室；
-该蒸发室有一柔性壁，其外层为一黑色不透水薄膜，内层为一亲水覆盖层，该室较长、受太阳照射、装在一透明绝热层底下；
-其中供应有待蒸馏的水的一导管靠毛细管作用和重力湿润衬在该蒸发室中的亲水羊毛；
-第一凝结室有由不透水薄膜构成的柔性壁，所述薄膜至少之一的外部有靠毛细管作用和重力供应有水的亲水覆盖层构成把第一凝结室与所述蒸发室隔开的共同隔壁；
-所述蒸发室的下游端用一可防止待蒸馏的水流过的开口与所述第一凝结室的进口连通；
-所述第一凝结室的下游端通入第二凝结室，该第二凝结室的外壁上有一亲水覆盖层暴露在空气中、不受太阳照射、始终用供水管保持湿润；
-第二凝结室经一可防止待蒸馏的水流过的开口与该蒸发室连通；
-该蒸馏器有一电动鼓风机在该蒸发室中、然后在第一凝结室和第二凝结室中生成一气流闭合回路；
-与所述鼓风机相联的合适部件使这三个室充气，从而在其中保持轻微剩余压力；
-一盐水排放管终止在所述蒸发室底部；
-一淡水排放管终止在所述第二凝结室底部。
按照一次要特性，第一凝结室和蒸发室的几何形状相互依赖而使该第一室与外部的热交换尽可能少，而这两个室之间的热交换尽可能多。
按照另一特征，连通第一与第二凝结室的连接件使得流出第一室的气流与第二凝结室外壁内表面之间的热交换尽可能多。
按照本发明生产淡水的太阳能蒸馏器第一特别优选实施例，该蒸馏器呈横截面为圆形的一细长圆筒，其中装有这三个室，把蒸发室与第一凝结室隔开的共同隔壁形成两个布置成V形的平面。
按照第二特别优选实施例，该生产淡水的太阳能蒸馏器为一由多个蒸馏单元构成的大气垫；
-互相串联的蒸馏单元各包括一蒸发室和两个凝结室，即第一和第二凝结室；
-当各蒸馏单元串联时，一单元的第二凝结室为下一个单元的蒸发室的预备室；
-一装在由各蒸馏单元构成的气垫外部的鼓风机使得空气在该蒸馏装置各单元的所有室的一闭合回路中流动；
-连接到该蒸馏装置两个表面上的对称、斜向共同隔壁把蒸发室与第一凝结室隔开而使这些室的横截面呈狭长弧形；
-一绝热透明盖盖住所述蒸馏装置受太阳照射、由各蒸发室的邻接热区构成的表面部分。
由于这些新颖结构，按本发明优选实施例改进的这些生产淡水的太阳能蒸馏器可以极高产量蒸馏海水和大多数天然非饮用水。
这首先由于上述本发明的特征，这些特征不再赘述。相反，应该注意下述几点。
在蒸发室内，受太阳照射的热区的湿润亲水覆盖层的温度较高并显然高于共同隔壁在阴影中的覆盖层的温度。流出蒸发室后流入第一凝结室的湿热空气的温度介于这两个温度之间。
由于把上述各蒸馏单元的蒸发室与第一凝结室隔开的共同隔壁的特别的横截面形状，这些隔壁的表面积比受太阳照射的黑色壁的表面积大。而且，在一太阳能蒸馏器由若干蒸馏单元构成的情况下。构成蒸发室的较低温度壁的共同隔壁的总表面积可为受太阳照射的热区的表面积的数倍。在这些条件下，这两个室之间的热交换很强而大大有利于水蒸气的凝结，这在下文详述。
在其第一凝结室与外部绝热的蒸馏器中，把该室与蒸发室隔开的共同隔壁形成一组较冷区，从蒸发室流出的湿热空气遇到这些较冷区。该气流在总表面积较大的这些共同隔壁上扩散，从而它所传送的水蒸气迅速凝结。随着气流在第一凝结室中前进，其温度和湿度下降，凝结度递减。在通过这整个第一凝结室时，水蒸气凝结的潜热的大部分立即由这些共同隔壁的不透水表面回收，从而不断循环而参与由盖住这些管的外表面的亲水羊毛所扩散的水的蒸发。可以看出，当第一凝结室被蒸发室全部围住时可获得相同、甚至更好结果。
第二凝结室的壁较冷，由于第二凝结室外部的湿润覆盖层暴露在空气中并不受太阳照射，因此该壁的温度始终接近周围空气的露点(即在干燥地区特别低)。此外，第一与第二凝结室之间的连接件使得从第一凝结室流出的气流最佳地扫过第二凝结室外壁的内表面。对各种蒸馏器来说，第二凝结室的相对长度按照常规试验确定，以便从其中流出的气流的温度最佳。
空气在本发明蒸馏器中的一循环周期中，其在第二凝结室中的流动构成生产淡水的最后一步。在这些条件下，流入一蒸馏单元的蒸发室的空气较冷而较干燥。如下所述，这特别有利于空气在蒸发室中起到双重作用，即(1)在流动过程中被不断加热、从而携带最大量的水蒸气；以及(2)使得然后在第一凝结室中凝结的水蒸气的潜热有效回收。
在这方面，应该看到，第二凝结室的存在是通过把第一凝结室与蒸发室隔开的共同隔壁或多或少全部回收潜热的必要条件。在第二凝结室中，气流在返回蒸发室前温度大大下降的现象构成了经共同隔壁转移潜热的必要条件。事实上，由于气流在返回蒸发室前的这一最后冷却，在共同隔壁的整个长度上的两边始终确立起两个很大的正温度差。第一正温度差为下列两温度T1与Tc之间的差，T1为蒸发室出口的湿润空气在流过第一凝结室的管子过程中的下降温度；Tc为共同隔壁的不透水壁从第一凝结室的进口直到出口也在不断下降的温度。从第一凝结室的进口到出口在整个共同隔壁上，始终有关系式T1＞Tc。第二正温度差为下列两温度Tc与T2之间的差，Tc为从蒸发室的进口直到出口在共同隔壁的整个长度上的湿润亲水覆盖层的温升；T2为在蒸发室中流动过程中扫过这些湿润覆盖层的空气层的也是上升的温度。从蒸发室的进口直到出口在共同隔壁的整个长度上，始终有关系式Tc＞T2。因此，这一现象真正是空气在一蒸馏单元中循环周期中所传送的水蒸气的潜热大幅度回收的必要条件。这一现象使得本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的产量显著提高，其值大大超过1。应该看到，这一产量随着水蒸气凝结潜热在其上循环的共同隔壁的总表面积与蒸发室的热区的表面积之间的比值的增加而增加。
从上可得，空气在本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的一蒸馏单元的相继三个室中循环的各阶段的工作情况最佳。这大大有利于提高该蒸馏器的产量。
此外，这一改进的太阳能蒸馏器便于就地安装(不管是地面上还是一片水中)并能承受强风。其原因是室壁及其合适充气的绝热层的张力大于正常强风所施加的压力，另一个原因是用来紧固该装置的有效部件安装简便。这些优点对于由多个蒸馏单元构成的蒸馏器来说特别明显，因为对于同样的吸热面积，高度减小，从而所占体积减小。
从结合附图对本发明例示性实施例的下述说明中可更清楚看出本发明的这些特征和优点，附图中：
图1为本发明一特别优选实施例的生产淡水的太阳能蒸馏器的侧视图；
图2为一装在地面上的摇架中的图1蒸馏器的剖面图；
图3为装在一片水中的该蒸馏器的剖面图；
图4为本发明第二特别优选实施例的生产淡水的太阳能蒸馏的立体图；
图5为本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的一有用实施例的剖面图。
图1为本发明一特别优选实施例的生产淡水的太阳能蒸馏器的侧视图。该蒸馏器包括一有柔性壁的袋10，从而可充气而赋予它一定刚性并使它呈横截面为圆形的圆筒形。在图1中，袋10的右端10a和左端10b用分别伸展在该图平面中、与之垂直的焊线封口。在这些条件下，较硬的圆形横截面圆筒袋10在右端两边形成两个突起＂喇叭＂10c、10d。举例说，蒸馏器10长10米、直径为1米。
从图1和2可见，该袋10的内部有一受太阳照射的蒸发室12和布置在阴影中的第一凝结室14，这两个室12和14用一纵向共同隔壁16隔开，该隔壁由互相正交的两对称平面16a、16b构成。
蒸发室12的两端有横向隔壁18和20。蒸发室12的左隔壁18不透水，其顶端有一弧形(或者说是直边月牙形)开口22，其中部的边缘焊接在蒸发室12的外壁上。该隔壁18的底部焊接在共同隔壁16的两平面16a和16b的左边缘上，这两个平面的连接线焊接到第一凝结室14的底线上。因此，第一凝结室14包括其横截面呈对称弧形或者说是直边月牙形)的两个管子14a和14b。第一凝结室14的两上游开口通入袋10的左端10b。该端10b构成一具有一黑色不透水柔性壁的中部24，使得蒸发室12的出口与第一凝结室14的进口连通。
蒸发室12右端隔壁20的顶部有一圆形开口26，一电动鼓风机28装在该开口中。此外，隔壁20的边缘焊接在蒸发室12的圆形壁和共同隔壁16的平面16a和16b的直线边缘上。
两凝结管子14a、14b的下游端经从这两个管子伸出的两套筒14c、14d通入袋10的右端10a。该端10a构成使第一凝结室14的出口与蒸发室12的进口连通的中部30。
蒸发室12受太阳照射的壁部包括用合适粘胶粘在一起的黑色不透水外部薄膜36a(例如厚度为50-100微米的黑色聚乙烯片材)和内部亲水羊毛38a(例如较厚的非织造纤维素)。共同隔壁16的两平面16a、16b同样在蒸发室12一边上有亲水羊毛38b；而在构成第一凝结室14、其横截面呈对称弧形的两管子14a、14b一边上有一不透水薄膜36b(可用于食品包装的那种不透水薄膜)。
蒸发室12内部、沿其顶部母线装有一供应有待蒸馏的水的导管40，该导管靠毛细管作用和重力湿润亲水羊毛38a。导管40的一端有一管接头42a，另一端有一端塞44。该导管40的一实施例在下文详述。一管子42b把管接头42a连接到另一个紧固在该袋端部10a＂喇叭＂10d的角顶上的管接头42c上。
第一凝结室14的两管子14a、14b所共有的外壁的内部有一不透水薄膜36c(与薄膜36b相同)，其外部有一较长绝热层46a至少盖住第一凝结室14外底的左边部分。第一凝结室14的右边部分可有一湿润亲水羊毛38c，其一部分暴露在空气中。是否使用绝热层46a、亲水羊毛38c和绝热层46a的长度以及可能间距由实验决定。
蒸馏器10右端10a中部30的壁的内部有一不透水薄膜36d(与薄膜36b、36c相同)，其外部有一暴露在空气中、用一遮阳板(未示出)而不受太阳照射、始终用水湿润的亲水覆盖层38d，这在下文交代。在这些条件下，中部30构成第二凝结室以及蒸发室12之前的一室。
为了确保亲水羊毛38a、38b、38c、38d尽可能保持其初始毛细管作用和柔性，把这些羊毛粘结到不透水薄膜36a、36b、36c、36d上的粘胶只稍有流动性，最终密实如塑料。
蒸发室12受太阳照射的壁位于一透明、可充气绝热层46b底下，该绝热层中截获有一薄层(例如厚3cm)干燥空气。绝热层46b的两边沿共同隔壁16与两室14和12的壁的连接线焊接到蒸馏器10上。可用任何合适方法对绝热层46b充气。一管接头48用于充气，该管接头在充气后塞住。截获在绝热层46b底下的空气层的容积随温度上升而增加，但其压力几乎不变。
蒸馏器10的右端10a紧固在一支杆50上，支杆50的纵向上有4根管子52、54、56和58，分别用来把海水供应给导管40和外壁亲水覆盖层38c、38d以及排放蒸馏水和盐水。一未示出的流量不变的电动泵把高处一水池62中的海水以不变流量经一漏斗60和供水管52供给该蒸馏器。垂直管52中高度可变的水柱使得蒸馏器10的进口的流率不随压力的变动(例如10-50hPa)和太阳辐射的变动而变。
排放第一凝结室14的两管子14a、14b和第二凝结室30中的蒸馏水的垂直管54与装在蒸馏器右端10a底部＂喇叭＂的角顶上的一管接头64连接。盐水排放管56与装在共同隔壁16的两平面16a、16b的连线右端处的管接头66连接。用未示出的虹吸管或泵抽出淡水和盐水。管子58终止于一导管70，该导管装在第二凝结室30上方，有一透水壁，用来湿润这两个凝结室的外部覆盖层38c、38d。
图2为一装在一摇架72上的太阳能蒸馏器10的剖面图，该摇架确保凝结室14底部悬空而暴露在空气中。为此，摇架72装在固定在地面上(或一片浅水的底面上)的腿74上。摇架72包括两个圆形横截面的纵向刚性件76、78，它们用横档件80以及用任何合适装置紧固到纵向件76、78上的织物带82连接在一起。这些织物带82上有导管84a、84b，与导管40和70一样，用管子58供应海水或用管子56供应盐水，从而始终湿润第一凝结室14两管子14a、14b的外底的亲水覆盖层38c。
沿蒸发室12顶部，一具有两层36e和38e的较宽带的两边以U形缝制在一起，同样，室12的壁的36a和38a缝制在一起(见放大图2a)。亲水层38e位于内部而与蒸发室12的亲水羊毛接触，不透水层36e在外部。这样，可用导管40向蒸发室12供应海水而靠毛细管作用和重力湿润衬在室12内部的两亲水羊毛38a、38b。为了确保薄膜36a不透水，用同样材料制成的带36f、g焊接其上，从而在其上形成接缝。
从图1可见，蒸馏器10的右端壁10a上有一细长开口10e。该开口10e用来安装电动鼓风机28而对该装置充气。然后用任何合适方法封闭成气密。此外，为电动鼓风机配备一未示出的电插座。
沿室12和14的壁、共同隔壁16和盖46的两纵向连接线装有两绳索86a、b，连接件88a、b钩住在其上，从而把蒸馏器10紧固到摇架72上。当蒸馏器10装在地面上时，一沟槽90用来回收盐水。
图3为一装在一片水上的太阳能蒸馏器10＇。该蒸馏器10＇与蒸馏器10的不同之处主要是稳定装置为沿该圆筒形袋的母线对称焊接的充水镇重装置92a、b。第一凝结室14的主要部分14a、14b所共有的底部的左边部分上有一绝热层46a，而在该底部的右边部分上无需使用亲水覆盖层38c。蒸发室12和第一凝结室14的外壁使用用于可充气船的船用材料。这些镇重装置上装有系环(未示出)。盐水排放管56垂直浸没在水中。其长度使得蒸馏器10＇的内部压力限于一任意给定值(例如对50hPa来说长度为50cm)。
标号与图1对应的图4为一生产淡水的太阳能蒸馏器110的立体图。蒸馏器110的形状为一由多个蒸馏单元(该图中为5个蒸馏单元)串联而成的大气垫。每一个蒸馏单元包括一蒸发室12-1-12-5，一第一凝结室14-1-14-5和一第二凝结室30-1-30-5。这三种室与图1的室12、14和30一样有双层壁(黑色不透水薄膜和亲水羊毛)。蒸发室12-1-12-5的内部亲水羊毛38a、b用导管40-1-40-5供应待蒸馏的水，凝结室14-1-14-5和30-1-30-5的外部亲水羊毛38c、d用未示出、但与图1和2中管子和导管58、70、84相同的管子和导管供水。
如图4所示，由蒸馏器110构成的气垫的一边有与图1的中部24对应的套筒24-2-24-5连接一对对室12-2/14-2-12-5/14-5的相邻端部。为了示出这些室相邻端部的壁上的开口，未示出连接室12-1与14-1的套筒。
该蒸馏器的第一蒸发室12-1和最后一个凝结室14-5上分别连接有保护室112a、112b。这两个保护室112a、b的横截面呈半圆形。室12-1和112a的共同隔壁16c和室14-5和112b的共同隔壁16d上有一些使室112a、b充满非更新湿润空气的小孔。一可充气透明盖114罩在5个蒸发室12-1-12-5的受太阳照射的壁上。蒸馏器110的蒸发室和第一凝结室的外壁鼓起，它们的共同隔壁为平面。这些室呈顶角约为40°的扇形，蒸发室的顶角向下，第一凝结室的顶角朝上。在这些条件下，这些扇形的两个半径的总长度比圆弧线大3倍。
蒸馏器110的共同隔壁16-1-16-9的边缘以两种不同方式连接到对应室的外壁上。如为第一凝结室的顶角，由于相继两蒸发室(例如12-1和12-2)的邻接热区的内部亲水覆盖层38a与第一凝结室(例如14-1)的外部亲水覆盖层38b接触，因此该连接为接缝。这些接缝然后用任何合适方法相对截获在透明盖114下方的干燥空气层与外部密封。另一种连接为蒸发室的外部薄膜36b和两相邻第一凝结室的两内部薄膜36c的顶边之间的焊接。
排放由各蒸馏单元生成的蒸馏水和盐水的管子(未示出)与集管装置连接，该集管装置如图1与两管子54和56连接。
如图4所示，第二凝结室30-5包括供鼓风机128的进口套管116连接其上的一出口(无法看到)。同样，蒸发室12-1的右端共同隔壁包括供鼓风机128的出口套管118连接其上的一进口。一涡轮机120的出口与该套管118连接，该涡轮机的进口与外界连通。该涡轮机120的作用是不管温度和压力条件的变动保持各蒸馏单元内部相对外界的压力差不变(1-2hPs)。
第一凝结室14-1-14-5通入第二凝结室30-1-30-5，第二凝结室30-1-30-5构成蒸发室12-1-12-5的预备室。各蒸馏单元的蒸发室与第一凝结室或经一套筒间接连通，或经它们的共同隔壁上的一开口直接连通。
举例说，蒸馏器110可包括10个蒸馏单元，每一蒸馏单元宽40cm、长60m、高60cm。
蒸馏器110可装在地面上、一片水中或一气垫上。装在地面上时，第一凝结室的共同外底上既无绝热层42a又无湿润亲水覆盖层38c，但第二凝结室的湿润亲水覆盖层38d用任何合适方法与地面完全隔离。此外，其外部室112a、b上装有系环。
由于上述结构，提供了生产淡水的蒸馏器10-10＇和110，它们便于制造、成本较低(相当于充气船的成本)、产量高、运行和维护简单、可承受强风。
事实上，从图1(同样从图4)可知，由于截获在透明密封盖底下的薄干燥空气层罩住蒸发室12的热区，因此该热区所吸收的热量大大多于现有太阳能蒸馏器的热区所吸收的热量。这是因为引言所引专利中的一个问题得以克服，即在凝结表面由该空间的内表面构成的情况下，由较大量凝结水滴生成的遮蔽会造成吸热降低。
在到达第一凝结室14后，从蒸发室12流出的高热空气所携带的水蒸气立即扩散而凝结，在第一凝结室14的共同隔壁16a、b的较低温度的不透水壁36c上回收潜热。起始于第一凝结室的进口的较长绝热层46a防止水蒸气含量很高的高热空气向受外界冷却的区域漂移，造成该水蒸气的局部凝结而不回收潜热。如上所述，伴随回收潜热的这一凝结现象在整个第一凝结室14中不断进行，空气的温度和湿度随之下降，直到该空气在第二凝结室中最终冷却后返回蒸发室中。
随着空气在第一凝结室14中不断向前流动，其温度和湿度不断下降，从而凝结的潜热的回收越来越无效。为了补偿这一下降，在凝结室14的外底的右边部分内壁和第二凝结室的内壁上进行第一和第二辅助、但不回收潜热的凝结。在这两种情况下，其外壁上有暴露在空气中、始终保持湿润的亲水覆盖层38c、d，使得它们的温度接近该空气的露点温度，在干燥地区露点温度特别低。应该看到，这些外壁亲水覆盖层38c、d必然会磨损，从而用合适材料制成，例如高质量棉花纤维。
从上可得，所吸收热量大大增加，多个凝结区的第一区有良好的潜热回收性，而最后一个凝结区的温度特别低，因此本发明优选实施例的生产淡水的太阳能蒸馏器的产量大于所有现有蒸馏器的2倍，或无论如何大大高于所有现有蒸馏器。除了技术上优越，经济、结构、运行和维护各方面也特别优越。
本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的大小和形状(圆筒形或气垫形)适合于有关市场。生产淡水的工业设备包括多个蒸馏器，每一个蒸馏器有较大吸热表面。在该工业设备中，每一公顷地面每天可生产200立方米的淡水。在家用情况下，可使用装在地面或阳台上的吸热表面约为10平方米的气垫形蒸馏器(或一组圆筒形蒸馏器)。这使得一个家庭每天可使用200升淡水。在海难中，可使用吸热表面为1-2平方米的装有充水镇重装置的气垫形(或圆筒形)蒸馏器。在旅游船中，可使用吸热表面为10-20平方米的飘浮在水上的蒸馏器。
图5为本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的一非优选、但有用的实施例的剖面图。该蒸馏器150包括一具有一密封得较好的透明壁154的封闭空间152。例如它为农用暖房型，其透明聚乙烯壁装在环箍156上，这些环箍等距装在地面中。封闭空间152例如长数十米、高数米、宽数米。供应海水的刚性沟槽158用吊架160悬挂在环箍156上。封闭空间152内部有蒸发室162，其纵向壁由外部黑色不透水聚乙烯薄膜164和由亲水羊毛166构成的内部覆盖层构成。该薄膜和羊毛的边缘用夹子(未示出)固定在沟槽158的边缘上，从而薄膜164和羊毛166浸没在沟槽158的海水中。一装在一悬挂在封闭空间152的一环箍156上的支架上的电动鼓风机168位于蒸发室162的上游端壁处。工作时，鼓风机168对蒸发室162充气而使其壁呈圆形横截面细长圆筒。鼓风机168停转时，室162放气，其底部贴靠地面。蒸发室162下游端壁的顶部有一很宽的开口。一盐水排放管172连接在该蒸发室基线底部。封闭空间152的底部包括一不透水覆盖层153。此外，底部153沿纵向稍稍倾斜并包括两对称横向斜面，这两个横向斜面终止于封闭空间152垂直壁底部的淡水收集沟槽176-178。这些沟槽与未示出的排放淡水的外部导管装置连接。
太阳能蒸馏器150的工作情况与图1所示蒸馏器大致相同。不同之处在于，凝结表面由封闭空间152的透明壁的内表面构成，而不只由一凝结室的壁构成。在这些条件下，凝结在封闭空间内表面上的水滴减小了蒸发室162黑色壁所吸收的太阳辐射，尽管凝结水滴在其自重作用下落在不透水薄膜164上，但最终流到淡水收集沟槽装置176-178中。从而引言所引专利所述现有太阳能蒸馏器的缺点之一得以消除。应该看到，水蒸气凝结生成的潜热的一定量的回收最可能发生在蒸发室162在阴影中的壁上。该蒸馏器的产量比现有蒸馏器高，但显然比图1和4所示蒸馏器低得多。
本发明不限于上述实施例。事实上，在图5所示生产淡水的太阳能蒸馏器中，可不使用鼓风机，圆筒形蒸发室可代之以一伸展在一支架上的平面，其方向正对太阳，使用一有一亲水覆盖层的黑色不透水薄膜。同样，在图1所示小型太阳能蒸馏器中，鼓风机可与第一凝结室一起省略，蒸发室可折叠成U形，其余的凝结室布置在蒸发室两端之间。在这两个例子中，水蒸气从高热、湿润亲水羊毛向一较冷的凝结表面自然扩散。在第二个例子中，产量降低的蒸馏器所生产的每日淡水量可满足海难人员或野营者的需要。
如从本发明生产淡水的太阳能蒸馏器的制造和运行的经济性来说，可以看出，它们的主要部件为把一黑色聚乙烯薄膜粘合到一非织造纤维素亲水羊毛上而成的新颖材料。这一材料的成本不到每平方米1法国法郎。
首先由于由大量本发明太阳能蒸馏器构成的生产淡水的太阳能工业设备的运行和维护成本很低，其次由于部件更新成本很低(薄膜的寿命估计为1-2年)，这一设备在接近海岸线的干燥地区生产的每一立方米淡水的成本最多与地球温带地区从河流和水表供应的饮用水的成本相当。对于日产淡水上千立方米的大型太阳能设备来说，极有利的是所回收的盐水收集在盐碱滩中。卖盐的收入就可分摊到淡水和盐水的生产成本上，从而大大降低每立方米淡水的生产成本。
如此生产的蒸馏水在经合适处理后的使用与在温带地区的干净水的使用(家用、工业用和农用)相同。
本发明的实施依靠可用来形成生产淡水的太阳能蒸馏器的蒸发室的外壁的一种新型工业制品。该新型工业制品包括两种部件。其中之一是具有良好机械强度、能承受紫外线辐射和盐水侵蚀的黑色不透水柔性薄膜(例如黑色聚乙烯薄膜)。另一种部件是能承受盐水侵蚀的亲水羊毛(最好是非织造纤维素)。这两种部件用不损害它们的特性的粘胶粘合在一起。至于所述共同隔壁，薄膜的颜色无关紧要，在这些条件下，可使用在医院中通常用来保护床垫的其上有纤维素涂层的不透水白色薄膜，这种薄膜能承受盐水侵蚀并可与食品接触。
Claims (10)
1、一种生产淡水的太阳能蒸馏器，包括：
-可吸收太阳能辐射、容纳待蒸馏的水的一装置；
-一凝结表面，该装置中的水加热所生成的水蒸气能在其上凝结；
-收集从该凝结表面淌下的淡水的部件；
-其特征在于：
-所述装置包括一布置在阴影中、受太阳能照射的柔性、张紧、黑色、不透水薄膜(36a)，一靠毛细管作用和重力把水供应其上的亲水羊毛(38a)构成所述薄膜的一覆盖层；
-回收盐水的部件(66)布置在所述羊毛底部。
2、按权利要求1所述的太阳能蒸馏器，其特征在于：
-所述不透水薄膜(164)及其亲水覆盖层(166)构成一较长、装在透明遮蔽部件(152)下方的蒸发室(162)的壁；
-所述透明遮蔽部件(152)为一密封较好的封闭空间，其一壁(154)的内表面(156)构成所述凝结表面；
-该蒸馏器有一鼓风机(168)在该蒸发室(162)与一由所述蒸发室(162)外部的所述封闭空间(152)构成的凝结室之间的一闭合回路中生成气流。
3、按权利要求1所述的太阳能蒸馏器，其特征在于：
-该黑色、不透水薄膜(36a)及其亲水覆盖层(38a)构成一较长、装在一透明绝热层(46b)下方的蒸发室(12)的外壁；
-该凝结表面为该蒸发室(12)底下、用一纵向共同隔壁(16)与其隔开的一凝结室(14)的一壁的不透水内表面(36b)，这两个室(12、14)经隔开两室毗连端部的所述横向壁(18、20)顶部的开(22、26)互相连通；
-所述凝结室(14)的外壁有一用任何合适部件(58、70)保持湿润、至少局部暴露在空气中的亲水覆盖层(38c)；
-该蒸馏器有一鼓风机(28)在两室(12、14)之间的一闭合回路中生成气流；
-与所述鼓风机(28)相联的合适部件(10e、54)使得可对所述两室(12、14)充气而在该两室中保持轻微剩余压力。
4、按权利要求1所述的太阳能蒸馏器，其特征在于：
-该黑色、不透水薄膜(36a)及其亲水覆盖层(38a)构成一较长、装在一透明绝热层(46b)下方的蒸发室(12)的外壁；
-该凝结表面为没有一共同壁、与该蒸发室(12)邻接的一凝结室(30)的壁的不透水内表面，这两个室(12、30)经隔开两室毗连端部的壁(18、20)顶部的开(22、26)互相连通；
-该凝结室(30)的外壁有一用任何合适部件(58、70)保持湿润、至少局部暴露在空气中的亲水覆盖层(38d)；
-该蒸馏器有一鼓风机(28)在两室(12、30)内部造成气流的闭合回路；
-与所述鼓风机(28)相联的合适部件(10e、54)使得可对所述两室(12、30)充气而在该两室中保持轻微剩余压力。
5、生产淡水的高产量太阳能蒸馏器(10)，其特征在于：
-它包括一蒸发室(12)、第一凝结室(14)和第二凝结室(30)；
-该蒸发室(12)有一柔性壁，其外层为一黑色不透水薄膜(36a)，内层为一亲水覆盖层(38a)，该室(12)较长、受太阳照射、装在一透明绝热层(46b)底下；
-其中供应有待蒸馏的水的一导管(40)靠毛细管作用和重力湿润衬在该蒸发室(12)中的亲水羊毛(38a、b)；
-第一凝结室(14)有由内部不透水薄膜(36b、c)构成的柔性壁，所述薄膜的至少一部分(36b)的外部覆盖有靠毛细管作用和重力供应有水的亲水覆盖层(38b)，从而构成把第一凝结室与所述蒸发室(12)隔开的纵向共同隔壁(16a、b)；
-所述蒸发室(12)的下游端用至少一个可防止待蒸馏的水流过的开口与所述第一凝结室(14)的上游端连通；
-所述第一凝结室(14)的下游端通入第二凝结室(30)，该第二凝结室(30)的外壁上有一亲水覆盖层(38d)暴露在空气中、不受太阳照射、始终用供水管(58)保持湿润；
-第二凝结室(30)经至少一个可防止待蒸馏的水流过的开口(26)与所述蒸发室(12)的进口连通；
-该蒸馏器(10)有一电动鼓风机(28)在该蒸发室(12)中、然后在第一凝结室(14)和第二凝结室(30)中生成一气流闭合回路；
-与所述鼓风机(28)相联的合适部件(10e、54)使这三个室(12、14、30)充气，从而在其中保持轻微剩余压力；
-一盐水排放管(56)终止在所述蒸发室(12)底部(66)；
-一淡水排放管(54)终止在所述第二凝结室(30)底部(64)。
6、按权利要求5所述的太阳能蒸馏器，其特征在于，第一凝结室(14)和蒸发室(12)的横截面几何形状相互依赖而使该第一室与外部的热交换尽可能少，而这两个室(12、14)之间的热交换尽可能多。
7、按权利要求6所述的太阳能蒸馏器，其特征在于，第一凝结室(14)与第二凝结室(30)之间的连接件(14c、d)使得流出第一室(14)的气流与第二凝结室(30)外壁内表面之间的热交换尽可能多。
8、按权利要求6和7所述的太阳能蒸馏器，其特征在于：
-该蒸馏器呈横截面为圆形的细长圆筒(10)，其中充有空气、环绕三个室(12、14、30)；
-把蒸发室(12)与第一凝结室(14)隔开的共同隔壁(16a、b)为两成V形的平面，其中线固定在第一凝结室(14)的底部上。
9、按权利要求6所述的太阳能蒸馏器，其特征在于：
-该蒸馏器呈一由多个蒸馏单元构成的大气垫(110)；
-互相串联的蒸馏单元各包括一蒸发室(12-1-12-5)和两个凝结室，即第一凝结室(14-1-14-5)和第二凝结室(30-1-30-5)；
-当各蒸馏单元串联时，一单元的第二凝结室(30-1)为下一个单元的蒸发室(12-1)的预备室；
-一装在该气垫(110)外部的鼓风机(128)与这些蒸馏单元连接，使得空气相继在各单元的所有室的一闭合回路中流动；或分别在各蒸馏单元的各室的一闭合回路中流动；
-连接到该蒸馏器(110)两个表面上的对称、斜向共同隔壁(16-1-16-9)把蒸发室(12-1-12-5)与第一凝结室(14-1-14-5)隔开并使这些室(12-1-12-5,14-1-14-5)的横截面呈狭长弧形；
-一绝热透明盖(114)盖住所述蒸馏器(110)受太阳照射、由各蒸发室(12-1-12-5)的邻接热区构成的表面部分。
10、一种用来构成按上述任一权利要求所述的生产淡水的太阳能蒸馏器的蒸发室的外壁的工业制品；
-其特征在于：
-它包括相同尺寸的两种部件；
-这两种部件之一为一黑色、不透水柔性薄膜(36a)，它具有良好的机械强度，可承受紫外线辐射和盐水侵蚀，最好为黑色聚乙烯薄膜；
-另一种部件为可承受盐水侵蚀的亲水羊毛(38a)，最好为非织造纤维素；
-这两种部件用不损害它们的特性的粘胶粘合在一起。
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