太阳能漂浮式海水淡化装置的制作方法

本发明涉及一种海水淡化装置，尤其是漂浮式太阳能海水淡化装置。

背景技术：

水是人类的生命之源。地球上有着丰富的水资源，但其中绝大部分是不可饮用的海水，受污染的湖水、河水、浅层地下水和难以开采的深层地下水等，存在于河流、湖泊的及可供人类直接利用的地下淡水已不足总量的0.36%，总而言之，饮用水资源短缺已然成为一个全球性的问题。

为了解决上述问题，人们试图通过不同的途径获取饮用水，海水淡化就是其中的重点研究课题。海水淡化的重点在于获得海水蒸馏所需的热能，在各类能源中，太阳能凭借其可再生、获取成本低廉、不受区域限制等优点成为了部分新兴海水淡化技术的热能来源。

为了降低土地资源的占用和降低建造成本，部分太阳能海水淡化装置设置于海上，如中国发明专利，授权公告号cn203212342u，《一种太阳能海水淡化装置》公开了一种漂浮于海上的自动工作的太阳能海水淡化装置，该装置通过液面差将海水自动运送到装置中，太阳光透过透明棚顶加热蒸发太阳能集热器附近的海水，水蒸气在透明棚顶冷凝流入积水槽，最后运输到集水器中完成淡水的收集。然而，上述装置通过透明顶棚进行冷凝，透明顶棚受到阳光照射本身有一定的温度，因此冷凝效率有限，实用性上存在不足。

技术实现要素：

本发明要解决上述装置通过透明顶棚进行冷凝而导致的冷凝效率低下的技术问题，提供一种改变冷凝区域并强化冷凝的太阳能海水淡化装置，将冷凝区域由原先的透明顶棚转移至新增的容器中，同时将水蒸气液化时放出的热量用于加热蒸发区中的低密度海水，最大化利用太阳能资源。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：太阳能漂浮式海水淡化装置，包括透明顶棚、蒸发区、容器、蒸汽通道、吸水材料、下漂浮泡沫板、上漂浮泡沫板，其特征在于：透明顶棚的下方连通容器，容器为圆环形凹槽，容器的圆环形凹槽中容纳冷凝水（即透明顶棚内侧下方无缝隙连接容器外侧圆筒，容器纵剖为u字形，容器为u字形绕顶棚中心轴线旋转而成的旋转体，u字形为容器的母线），容器内圆筒所围区域为蒸发区（蒸发主要在上表面进行），容器与蒸发区通过蒸汽通道连通（蒸汽通道是无形的，表示容器与蒸发区在空间上是连通的，即蒸发区的蒸汽能够到达容器；即容器的内侧圆筒顶部平面高于蒸发区的上表面、容器的内侧圆筒顶部平面平行于蒸发区的上表面，容器的内侧圆筒顶部平面和蒸发区的上表面之间的距离在20-100cm），蒸发区的上表面为低密度海水，低密度海水是指利用吸水材料毛细现象从海水吸取部分水分使蒸发区的上表面的吸水材料湿润（类似从洗脸盆拿出的湿毛巾，低密度海水的目的在于提高蒸发区的温度）。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置，容器的外侧和底部为抽真空的隔热腔（目的在于减少热量散失）。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置，容器的底部通过软管连通一个聚乙烯塑料储水袋，聚乙烯塑料储水袋、管道和容器为连通的水容器（储水袋聚乙烯塑料仅仅起着隔绝海水与冷凝淡水的作用，冷凝淡水的增加会通过储水袋聚乙烯塑料向下沉降实现，由于聚乙烯塑料储水袋所增加的体积所产生的重力等于浮力，由于储水袋聚乙烯塑料两侧的介质都是水，所以冷凝水的增加不会导致装置整体下沉）。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置，透明顶棚固定在容器上方，或者透明顶棚和容器为一体结构。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置，蒸发区由两层泡沫板和吸水材料组成，两层泡沫板平行于海平面布置，分别称为上漂浮泡沫板和下漂浮泡沫板，上漂浮泡沫板下表面和下漂浮泡沫板上表面与容器内侧圆筒外壁围成中部空间，上漂浮泡沫板有嵌入孔，下漂浮泡沫板有进水孔（嵌入孔和进水孔本质上是相同的，仅仅是为了便于表述，而分别命名），吸水材料呈辐射状排布于上漂浮泡沫板，吸水材料为门字形，门字形的两侧竖线分别贯穿上漂浮泡沫板的嵌入孔和下漂浮泡沫板的进水孔，门字形的横线露在蒸发区的上表面接受太阳光，门字形吸水材料的两侧竖线的中段位于中部空间中，门字形吸水材料两侧竖线的下端接触海水，吸水材料利用两侧的竖线的毛细现象先将海水吸收到中部空间再进一步吸收到门字形的横线部分；吸水材料门字形的横线部分所含水分较海水的密度小，称为低密度海水。蒸发区的上表面能够覆盖一层纤维材料，进一步降低海水的密度，同时使蒸发区的上表面的海水更加均匀分布。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置进一步简化：容器取消，一个金属管一端（上端）开口于透明顶棚内侧、蒸发区上表面上方，金属管穿过上漂浮泡沫板，金属管在上漂浮泡沫板上表面和下漂浮泡沫板下表面之间被吸水材料缠绕，金属管另一端（下端）穿过下漂浮泡沫板后连通软管的一端、软管的另一端连通聚乙烯塑料储水袋，聚乙烯塑料储水袋存储冷凝水。为了延长金属管的长度，增加金属管将热量传递给吸水材料，金属管能够弯折（l型，或者u型弯折）。

上述太阳能漂浮式海水淡化装置，下漂浮泡沫板漂浮于海平面（使中部空间没有海水，有利于降低蒸发区上表面的海水密度、从而有利于达到更高的温度）。

本发明的有益效果是，本发明太阳能海水淡化装置将冷凝区域由原先的透明顶棚转移至新增的容器中，解决了将冷凝面设在受阳光直射的透明顶棚而导致的冷凝效率低下的问题；同时挥发的水蒸气在容器中与蒸发区的低密度海水换热液化，水蒸气液化时放出的热量用于加热蒸发区的海水，提高了蒸发区中的海水温度，进而改善蒸发效率，最大化利用太阳能资源；同时随着冷凝水增加，聚乙烯塑料储水袋逐渐下沉，由于增大的体积产生的浮力与储水袋内部增加的水的重量相等，避免了冷凝水重量增加对装置的影响；当冷凝水使储水袋涨鼓后，由于蒸发导致蒸发室气压增加，可以从嵌入孔和进水孔之间形成的通道溢出。蒸发区表面因为蒸发导致盐度增加，盐度增加后会借助吸水材料向下向海水扩散，从而维持一个稳定的浓度梯度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图；

图2为本发明剖面图；

图3为本发明吸水材料排布图。

图中1.透明顶棚，2.蒸发区，3.容器，4.蒸汽通道，5.软管，6.吸水材料，7.下漂浮泡沫板，8.上漂浮泡沫板，9.进水孔，10.嵌入孔，11.隔热腔，12.中部空间。

具体实施方式

太阳能漂浮式海水淡化装置，包括透明顶棚1，蒸发区2，容器3，蒸汽通道4，软管5，吸水材料6，下漂浮泡沫板7，上漂浮泡沫板8，透明顶棚1的下方连通容器3，容器3为圆环形凹槽（透明顶棚1和容器3都为旋转体），容器3的圆环形凹槽中容纳冷凝水，容器3内圆筒所围区域为蒸发区2，容器3与蒸发区2间通过蒸汽通道4连通，容器3下方接有软管5，蒸发区2的上表面为低密度海水，低密度海水是指通过利用纤维毛细现象从海水吸取部分水分使纤维湿润。

本发明的工作原理:海水通过吸水材料6变为低密度海水吸收至吸水材料6门字形的横线部分，太阳光透过透明顶棚1照射到低密度海水，低密度海水温度升高挥发，类似晒衣服，挥发的水分通过蒸汽通道4（挥发的水以气体或者小液滴的方式扩散）进入容器3中进行冷凝，由于容器3外侧和底部的隔热腔11，水蒸气的大部分热量都将传递给蒸发区2中的低密度海水，从而冷凝为水留在容器3的圆环形凹槽中。低密度海水利用纤维的毛细现象继续从海水中吸水，维持上端的低密度海水达到一个稳态的密度，低密度海水的盐的高浓度向下向海水扩散，达到一种动态平衡。容器3中冷凝水通过软管5流入聚乙烯塑料袋中，塑料袋（储水袋）盛装水分后，由于储水袋内外的水分温度差和密度差较小，从而内部增加的水量的重力与外部所受的浮力可认为是相等的，有利于减少冷凝水对装置悬浮状态的影响。

进一步简化，取消容器3，加入金属管后，蒸汽进入金属管，金属管向缠绕在外侧的吸水材料6传递热量，由于热水密度小具备向上移动的趋势，同时，由于蒸发区上方水分的挥发具备抽吸作用，有利于能量的重复利用。下漂浮泡沫板7为装置整体提供浮力，且成为维持蒸发区2与外界环境间海水浓度差的屏障。

下漂浮泡沫板7上表面和上漂浮泡沫板8下表面之间的部分称为中部空间12，金属管在中部空间能够弯折，有利于增加金属管管道的长度、延长金属管管道与吸水材料之间的热量交换，进一步提高太阳能的利用效率。下漂浮泡沫板7的孔洞称为进水孔9，上漂浮泡沫板8的孔洞称为嵌入孔10，进水孔9和嵌入孔10供吸水材料6通过、形成门字形吸水材料6，吸水材料6在中部空间12能够弯折以贴合金属管外侧。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形，均落入本发明的保护范围内。