便携的充气式太阳能清洁水生产装置的制作方法

本实用新型属于太阳能利用与清洁水生产领域，具体而言，涉及便携的充气式太阳能清洁水生产装置。

背景技术：

一些沿海地区或者岛屿虽然海水丰富，但是淡水资源较少，而海水含盐量很高，不能够作为工业和生活用水直接使用，需要进行淡化处理才能够使用；出海捕鱼、海上航行、海上救援等海上作业，缺乏有效的淡水供应方式；此外，在一些盐碱地区，没有充足的淡水供给；在很多地区，湖水、河水、地下水等容易受到工厂等的污染，导致水质变坏，无法直接进行使用。因此，海水淡化以及污水净化再利用具有十分重要的意义。

传统的大型海水淡化方式包括低温多效蒸馏法，反渗透法等，但低温多效蒸馏法存在体积大、需要额外的能量输入、装备费用很高以及成本高等缺点，而反渗透法存在膜污染、海水预处理要求高且需要额外的能量输入等缺点；传统的太阳能海水淡化方式包括被动式太阳能蒸馏系统与主动式太阳能蒸馏装置，目前被动式装置大多数都是用硬质材料制作而成，不可折叠，便携性大打折扣；而主动式太阳能蒸馏器需要额外的能量输入，需要配备附属设备，导致体积变大，便携性也受到很大的影响。另外，传统的污水处理方法包括物理、化学等方法，传统物理处理法包括过滤、沉淀、离心分离等手段，只能够除去水中的大颗粒物，污水处理效果不理想；化学法是通过中和、氧化、还原、分解、化学沉积等方式使污染物沉淀，可能会引入新的污染物，而且处理工艺复杂，不易于操作。基于上述问题，急需一种便携式的、节能的清洁水生产装置。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出便携的充气式太阳能清洁水生产装置。该装置结构简单、成本低、绿色无污染、轻便，易于收纳和携带、使用方便且不需要额外能量输入，清洁水出水效率高、可以广泛应用于海水淡化或污染水处理领域，尤其适用于出海捕鱼、海上航行、海上救援等海上作业使用。

根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提出了一种充气式太阳能清洁水生产装置。根据本实用新型的实施例，该装置包括：

充气支架，所述充气支架由圆环囊底座和多个支撑囊柱组成，所述圆环囊底座的上表面形成有环状集水槽，所述环状集水槽具有穿过外周壁的出水口，所述多个支撑囊柱在周向上沿所述圆环囊底座间隔分布，且所述多个支撑囊柱的底端与所述环状集水槽的外周壁相连，顶端汇聚相连且交汇点位于所述圆环囊底座的上方，当所述充气支架被充气后呈圆锥型；

吸光布，所述吸光布呈圆形，且所述吸光布的外沿与所述圆环囊底座内周壁可拆卸相连；

多个引水条，所述多个引水条设置在所述吸光布底面上；

冷凝膜，所述冷凝膜呈圆锥形，所述冷凝膜的外表面与所述多个支撑囊柱相抵且相连，所述冷凝膜的底沿与所述环状集水槽的外周壁相连。

根据本实用新型上述实施例的充气式太阳能清洁水生产装置，充气支架用于支撑整个装置结构，并且通过在吸光布底面设置引水条不仅可以避免吸光布与待处理水面直接接触，还可以对待处理水起到一定的过滤作用。该装置在使用过程中，冷凝膜呈圆锥形并位于吸光布的上方，引水条将待处理水引到吸光布，吸光布吸收太阳光并将光能转化为热能，促使待处理水蒸发，水蒸气与冷凝膜接触后冷凝并流至环状集水槽，经出水口排出。由此，该充气式太阳能清洁水生产装置至少具有以下优点：(1)结构简单、成本低，且绿色无污染；(2)采用充气式结构，不仅轻便，还可以拆卸和折叠，方便收纳和携带；(3)采用引水条将待处理水引到吸光布上，吸光布不与待处理水的水面直接接触，由此不仅可以有效避免吸光布与过多的待处理水接触而影响水的蒸发效率，还可以对待处理水起到一定的过滤作用，避免待处理水中的颗粒物等杂质被引到吸光布上；(4)在使用过程中不需要额外的能量输入，仅需将装置充气后将置于有阳光的水面即可快速出水，不需要对海水或污水进行预处理，不仅使用方便，而且节能环保；(5)可以广泛应用于海水淡化或污染水处理领域，尤其适用于出海捕鱼、海上航行、海上救援等海上作业使用。

另外，根据本实用新型上述实施例的充气式太阳能清洁水生产装置还可以具有如下附加的技术特征：

任选地，所述圆环囊底座的外周壁上设置有多个均匀分布的挂钩。由此，通过在挂钩上悬挂重物可以进一步提高装置的稳定性，避免装置在刮风或大浪等工况下倾覆。

任选地，所述支撑囊柱与所述圆环囊底座所在平面的夹角为10～80度。由此不仅可以降低冷凝水直接滴落的几率，还可以提高整个装置的稳定性以及系统在光照下的升温速率，从而达到提高待处理水的蒸发效率和清洁水收率的目的。

任选地，所述支撑囊柱与所述圆环囊底座所在平面的的夹角为20～60度。由此不仅可以进一步降低冷凝水直接滴落的几率并进一步提高整个装置的稳定性，还可以显著提高太阳光透过冷凝膜照射到吸光布的强度，从而能够进一步提高吸光布以及装置内部的升温速度，显著提高待处理水的蒸发效率，从而能够显著提高清洁水的出水速度和收率。

任选地，所述支撑囊柱与所述圆环囊底座所在平面的夹角为30～50度。由此不仅可以进一步降低冷凝水直接滴落的几率并确保整个装置的稳定性，还能进一步提高太阳光透过冷凝膜照射到吸光布的强度，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率以及清洁水的出水速度和收率。

任选地，所述吸光布与所述圆环囊底座内周壁的连接位置低于所述圆环囊底座上沿且高于所述圆环囊底座的底面。由此可以尽可能避免吸光布与过多的待处理水接触而影响水的蒸发效率，从而影响清洁水的出水率

任选地，所述吸光布由黑色布料制成。由此不仅可以显著提高吸光布对太阳光的吸收能力，还能显著降低原料成本并进一步有利于整个装置的折叠和携带。

任选地，所述黑色布料中添加有光热转换材料。由此可以进一步提高吸光布将光能转化为热能效率。

任选地，所述光热转换材料为金纳米颗粒和/或还原后的氧化石墨烯。由此可以更进一步地提高吸光布将光能转化为热能效率，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率和冷凝水的出水率。

任选地，所述引水条由亲水材料制成。由此，不仅避免吸光布与过量的待处理水直接接触而影响水的蒸发效率，还可以对待处理水起到一定的过滤作用。

任选地，所述冷凝膜为透明疏水薄膜，所述透明疏水薄膜的透光率不低于65％。由此不仅方便折叠，还可以显著提高透过冷凝膜照射到吸光布的光照强度，而且透明疏水薄膜的疏水性可以促使水蒸气在冷凝膜上凝结后快速聚股流下，从而能够进一步提高冷凝膜的透光率和清洁水的出水效率。

任选地，所述透明疏水薄膜的透光率为85～95％。由此可以进一步提高待处理水的蒸发效率和整个装置的性价比。

任选地，所述冷凝膜与所述多个支撑囊柱和所述环状集水槽的外周壁通过胶粘相连、扣子相连或拉链相连。由此可以单独对冷凝膜或充气支架进行维护或更换。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的充气式太阳能清洁水生产装置的结构示意图。

图2是根据本实用新型一个实施例的充气式太阳能清洁水生产装置的剖面图。

图3是根据本实用新型一个实施例的充气支架的结构示意图。

图4是根据本实用新型又一个实施例的充气式太阳能清洁水生产装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提出了一种充气式太阳能清洁水生产装置。根据本实用新型的实施例，如图1-3所示，该装置包括：充气支架10、吸光布20、多个引水条30、和冷凝膜40，其中，充气支架10由圆环囊底座11和多个支撑囊柱12组成，圆环囊底座11的上表面形成有环状集水槽13，如图2所示，环状集水槽13具有穿过外周壁的出水口14，多个支撑囊柱12在周向上沿圆环囊底座11间隔分布，且多个支撑囊柱12的底端与环状集水槽13的外周壁相连，顶端汇聚相连且交汇点位于圆环囊底座11的上方，当充气支架10被充气后呈圆锥型；吸光布20呈圆形，且吸光布20的外沿与圆环囊底座11内周壁可拆卸相连；多个引水条30设置在吸光布20底面上；冷凝膜40呈圆锥形，冷凝膜40的外表面与多个支撑囊柱12相抵且相连，冷凝膜40的底沿与环状集水槽13的外周壁相连。

根据本实用新型上述实施例的充气式太阳能清洁水生产装置，充气支架10用于支撑整个装置结构，并且通过在吸光布20底面设置引水条30不仅可以避免吸光布20与待处理水面直接接触，还可以对待处理水起到一定的过滤作用。该装置在使用过程中，冷凝膜40呈圆锥形并位于吸光布20的上方，引水条30将待处理水引到吸光布20，吸光布20吸收太阳光并将光能转化为热能，促使待处理水蒸发，水蒸气与冷凝膜40接触后冷凝并流至环状集水槽13，经出水口14排出。由此，该充气式太阳能清洁水生产装置至少具有以下优点：(1)结构简单、成本低，且绿色无污染；(2)采用充气式结构，不仅轻便，还可以拆卸和折叠，方便收纳和携带；(3)采用引水条将待处理水引到吸光布上，吸光布不与待处理水的水面直接接触，由此不仅可以有效避免吸光布与过多的待处理水接触而影响水的蒸发效率，还可以对待处理水起到一定的过滤作用，避免待处理水中的颗粒物等杂质被引到吸光布上；(4)在使用过程中不需要额外的能量输入，仅需将装置充气后将置于有阳光的水面即可快速出水，不需要对海水或污水进行预处理，不仅使用方便，而且节能环保；(5)可以广泛应用于海水淡化或污染水处理领域，尤其适用于出海捕鱼、海上航行、海上救援等海上作业使用。

需要说明的是，本实用新型中所述的“上”、“下”、“上表面”、“下表面”、“底面”和“底沿”是基于图2所示的“从下到上”的方向而言的，是针对充气后的充气式太阳能清洁水生产装置来说的，所述“外沿”、“内”、“内周壁”“外”和“外周壁”基于冷凝膜和吸光布形成的腔体而言的，所述腔体内部为内，所述腔体外部为外，所述冷凝膜的外表面指的是冷凝膜背离所述腔体内部的一侧。

下面参考图1-4对本实用新型上述实施例的充气式太阳能清洁水生产装置进行详细描述。

根据本实用新型的一个具体实施例，圆环囊底座11和多个支撑囊柱12可以为相互连通的囊状结构，由此，对充气支架10仅需设置一个充气口即可满足圆环囊底座11和多个支撑囊柱12的充气需要。

根据本实用新型的再一个具体实施例，本实用新型中通过将出水口14与出水管相连，可以选择性的将冷凝水输送到集水袋或其他储水装置中。需要说明的是，本实用新型中所述的冷凝水即为最终得到的清洁水。

根据本实用新型的又一个具体实施例，多个支撑囊柱12可以在周向上沿圆环囊底座11均匀分布，由此可以进一步提高整个装置的稳定性。任选地，多个支撑柱12的个数可以不少于3个，例如，可以为3个、4个、5个、6个或更多，由此不仅可以使冷凝膜40在充气支架的作用下更有利于伸展为圆锥形结构，还能进一步提高整个装置的稳定性；优选地，多个支撑柱12的个数可以3个或4个，发明人发现，若支撑柱的个数过多，虽然有利于冷凝膜成型，但会显著降低冷凝膜的透光面积，进而显著降低吸光布接受到的太阳光，从而导致待处理水蒸发效率降低，清洁水出水量少，本实用新型中通过控制支撑柱12的个数为3个或4个，可以在确保整个装置稳定性的基础上进一步提高冷凝膜40的透光率，从而显著提高导致待处理水蒸发效率和清洁水的出水量。

根据本实用新型的又一个实施例，如图4所示，圆环囊底座11的外周壁上可以设置有多个均匀分布的挂钩15，本实用新型中通过采用上述设置，可以直接或通过绳索在挂钩15上悬挂多个重物，由此可以进一步提高该充气式太阳能清洁水生产装置在使用过程中的稳定性，避免其在刮风或大浪等工况下倾覆。其中，挂钩的个数可以不少于3个，例如可以为3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多，从而可以根据实际使用工况选择所需悬挂的重物的个数。

根据本实用新型的又一个实施例，支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角可以为10～80度，例如可以为15度、25度、35度、45度、55度、65度或75度等，发明人发现，支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角决定了冷凝膜40与水平面的夹角，若冷凝膜40与水平面的夹角过小时，水蒸气在冷凝膜上凝结并聚集成的水珠容易在重力作用下直接滴落到吸光布上，导致清洁水出水率降低，而若冷凝膜40与水平面的夹角过大时，虽然有利于冷凝水顺利流入环状集水槽内，但冷凝膜与吸光布之间的最大高度也较高，不仅容易出现头重脚轻的现象，还会显著增大装置的受风面积，严重影响整个装置的稳定性，尤其是在大风工况下装置的稳定性；并且，冷凝膜与吸光布之间的最大高度过高还会增加冷凝膜面积和蒸发冷凝空间的体积，导致系统温度难以提高，严重影响待处理水的蒸发效率。本实用新型中通过控制支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角为10～80度，可以使冷凝膜40与水平面的夹角也满足10～80度，由此不仅可以降低冷凝水直接滴落的几率，还可以提高整个装置的稳定性以及系统在光照下的升温速率，从而达到提高待处理水的蒸发效率和清洁水收率的目的。

进一步地，支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角可以优选为20～60度，例如可以为20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度或60度，发明人发现，当冷凝膜40与水平面的夹角为10～20度时，水蒸气在冷凝膜上凝结并聚集成的水珠在重力作用下直接滴落到吸光布的风险仍然存在，本实用新型中通过控制支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角为20～60度，可以使冷凝膜40与水平面的夹角也满足20～60度，由此一方面可以进一步降低冷凝水直接滴落的几率，从而显著降低冷凝水的损失，另一方面能够进一步降低整个装置的高度，由此不仅能够进一步提高整个装置的稳定性，还能显著提高系统的升温速率，进而能够显著提高待处理水的蒸发效率和清洁水的收率；此外，地理位置决定了我国的太阳高度角一般为25～75度，多为30～70度，本实用新型中控制支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角为20～60度时，太阳光的照射方向与冷凝膜的垂直方向夹角较小，一般不大于45度，太阳光直射冷凝膜的几率显著提高，由此可以进一步提高照射到吸光布的光照强度，提高吸光布及系统的升温速率，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率。更优选地，支撑囊柱12与圆环囊底座11所在平面的夹角可以为30～50度，此时冷凝膜40与水平面的夹角也满足30～50度，由此，不仅可以进一步降低冷凝水直接滴落的几率并确保整个装置的稳定性，还可以进一步降低太阳光的照射方向与冷凝膜的垂直方向之间的角度范围，确保太阳光透过冷凝膜照射到吸光布时具有较高的光照强度，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率以及清洁水的出水速度和收率。

根据本实用新型的又一个实施例，吸光布20与圆环囊底座11内周壁可以通过拉链相连或者扣子相连，由此可以更有利于吸光布20与充气支架10的连接和拆卸。任选地，吸光布20与圆环囊底座11内周壁通过扣子相连时，扣子的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以通过实际需要进行选择，例如，可以通过魔术扣或按扣相连。

根据本实用新型的又一个实施例，吸光布20与圆环囊底座11内周壁的连接位置应低于圆环囊底座11上沿且高于圆环囊底座11的底面，吸光布20与圆环囊底座11内周壁的连接位置应低于圆环囊底座11上沿可以有效避免待处理水污染环状集水槽中的冷凝水，而吸光布20与圆环囊底座11内周壁的连接位置高于圆环囊底座11的底面可以尽可能避免吸光布与过多的待处理水接触而影响水的蒸发效率，从而影响清洁水的出水率。优选地，吸光布20与圆环囊底座11内周壁的连接位置位于圆环囊底座11的上部且低于圆环囊底座11上沿，由此不仅进一步提高吸光布与待处理水水面之间的距离，并提高引水条对待处理水的过滤作用，还可以有效避免待处理水污染环状集水槽中的冷凝水。

根据本实用新型的又一个实施例，吸光布10可以由黑色布料制成，本实用新型中通过选择黑色布料作为吸光布，不仅可以使吸光布具有一定的储水能力，还可以显著提高吸光布对太阳光的吸收能力，以便将更多的光能转化为热能，促进水的蒸发；此外，黑色布料价格低廉、轻便，且易于折叠，由此可以进一步降低原料成本，同时更有利于该清洁水生产装置的收纳和携带。

根据本实用新型的又一个实施例，制备吸光布的黑色布料中可以添加有光热转换材料，本实用新型中通过在黑色布料上添加有助于可见光吸收的光热转换材料，可以进一步提高吸光布对光能的转化率，进而可以将更多的光能转化为热能，提高水的蒸发效率。优选地，光热转换材料可以为金纳米颗粒和/或还原后的氧化石墨烯，发明人发现，经过还原后的氧化石墨烯能强烈的吸收红外光，并且金纳米颗粒的光热转换效率也十分显著，由此通过在制备吸光布的黑色布料中添加还原后的氧化石墨烯和/或金纳米颗粒，可以更进一步地提高吸光布将光能转化为热能效率，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率和冷凝水的出水率。

根据本实用新型的又一个实施例，引水条30可以由亲水材料制成，发明人发现，若吸光布与待处理水的水面直接接触，通过吸光布的热能使待处理水全部蒸发所需的时间较长，效率极低，而本实用新型中通过采用亲水材料制备引水条，不仅可以利用引水条的亲水性和毛细作用将待处理水引到吸光布，避免吸光布与过量的待处理水直接接触而影响水的蒸发效率，从而显著提高待处理水的蒸发效率；而且引水条还可以对待处理水起到一定的过滤作用，避免待处理水中可能存在颗粒物等被引到吸光布。任选地，引水条可以为脱脂棉花制作的棉棒或棉布条，由此可以使引水条具有较好的吸水性和过滤性。

根据本实用新型的又一个实施例，冷凝膜40可以为透明疏水薄膜，所述透明疏水薄膜的透光率不低于65％，例如可以为70％、75％、80％、85％、88％、90％、92％、95％、97％、98％或99％等，发明人发现，若冷凝膜的透光率过低，不利于太阳光的吸收，本实用新型中通过选用透光率不低于65％的透明疏水薄膜作为冷凝膜，不仅方便折叠，还可以显著提高透过冷凝膜照射到吸光布的光照强度，而且透明疏水薄膜的疏水性可以促使水蒸气在冷凝膜上凝结后快速聚股流下，从而能够进一步提高冷凝膜的透光率和清洁水的出水效率。优选地，透明疏水薄膜的透光率可以为85～95％，本实用新型中通过选用透光率为85～95％透明疏水薄膜，由此不仅可以进一步提高透过冷凝膜照射到吸光布的光照强度，还可以在确保冷凝膜具有优异透光率的基础上进一步降低冷凝膜的原料成本，从而能够进一步提高待处理水的蒸发效率和整个装置的性价比。

根据本实用新型的又一个实施例，优选地，冷凝膜40可以为耐磨透明疏水薄膜，由此不仅可以提高冷凝膜的使用寿命，还可以进一步避免由于冷凝膜磨损而对透光率和冷凝水产率造成方负面影响。

根据本实用新型的又一个实施例，本实用新型中透明疏水薄膜的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，冷凝膜40可以为具有高透光率的疏水薄膜，也可以为在透明薄膜的上喷涂疏水层或粘贴疏水膜形成。

根据本实用新型的又一个实施例，冷凝膜40与多个支撑囊柱12和环状集水槽13的外周壁可以固定相连或可拆卸相连，例如，冷凝膜40与多个支撑囊柱12和环状集水槽13的外周壁可以通过胶粘的方式固定相连，由此对充气支架进行充气时可以进一步有利于冷凝膜形成圆锥形结构；冷凝膜40与多个支撑囊柱12和环状集水槽13的外周壁也可以通过扣子或拉链可拆卸相连，由此可以单独对冷凝膜或充气支架进行维护或更换。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。