专利名称：便携飘浮式太阳能净水器的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种供野外工作者、战地军事人员或海上遇险者个人生存急救时使用的，利用太阳热能蒸馏净化饮用水的装置。
目前我国野外工作者和部队战斗员尚缺乏一种简易、有效、方便携带又不消耗常规能源与药剂，能将自然水(包括海水和被污染的河、湖、池、泉水)直接蒸馏净化为饮用水的，可重复使用的装备。
至于利用太阳能蒸馏淡化海水的技术和设备，远在一百多年前就已在国外出现。我国自七十年代以来，在广东和沿海岛屿一带，也先后研制成太阳能淡化海水的大型固定装置。这类装置的典型结构为在斜坡型玻璃盖面下，设有水平放置的盛水盆，四周密封。阳光透过顶盖射到盛水盆内，使盆内海水受热蒸发，杂质和盐分残留在盆内。水蒸汽上升到达玻璃顶盖处，因玻璃受到外界大气的冷却，于是水蒸汽在顶盖内表面释放出热量，冷凝成蒸馏水。当水滴孕育到一定大小之后，在地球重力的作用下，开始向下沿玻璃斜面流入集水槽，再由集水槽汇聚到淡水容器内贮存备用，完成海水淡化的过程。现有的海水淡化设备，集热面积小的有近百平方米，大的可达数千平方米。每平方米集热面积，平均每天生产淡水2.5公斤左右。现有装置存在蒸馏与冷凝混同一室，阳光入射窗口与水蒸汽冷凝散热面共用一体的现象。从淡化流程来看，这种结构显然不尽合理。也许这是造成原系统效率低的原因所在。
本实用新型的目的是要提供一种改进的设计首先，将吸热与放热功能完全不同的蒸发室与冷凝室分开。为提高蒸发室的温度，给蒸发室的四周加装空气保温层。为加速水蒸汽的冷凝速度，充分利用自然水源来冷却散热面，并充分利用冷凝过程中释放出来的冷凝。两室之间的中间过渡室，可有效的将水蒸汽“压入”冷凝室，并阻止冷凝室内的水蒸汽逆行。其次，扩大系统的适应性。使其能在任何有太阳资源的地方，无论对海水，还是受污染的河、湖、池塘、小溪内的水，都能进行有效的净化处理。第三，改进材质及结构，将其“微型化”，以便折叠携带，方便单兵个人在遇险或紧急情况下，独立生存自救时使用。
本实用新型的目的是这样来实现的一、用双层中间充气的透明塑料薄膜，构成阳光入射窗口。这样做的好处有两个一可以防止外界大气通过对流和传导，给蒸馏室造成不必要的热损失。二可以提高两层透明塑料薄膜之间空气夹层的温度，使水蒸汽不易在阳光入射窗口内层薄膜面上冷凝，影响阳光有效透入，减少阳光的入射损失。很显然，这一点的机制与原装置利用阳光入射窗口的玻璃面作为水蒸汽冷凝器的作法，带有根本性的不同。
二、蒸发室的四周，用充气塑料薄膜园管组成。这种结构也有三个好处其一，充气吹涨起来的边框，可起到系统支撑和联接的作用。而排气之后整个系统便于折叠和收藏。其二，园管型充气侧壁，可同时起到为蒸馏室保温、减少热损失和确保系统有足够的浮力，以便在水面飘浮。其三、若四周园管的上内侧用透明塑料薄膜，下外侧用反光塑料薄膜构成，可增加阳光透过量，利于提高蒸馏室温度，降低冷凝室温度。
三、为了减少阳光入射损失，系统本身应有一个向阳的倾斜角。本实用新型用一个独立充气的园柱型气囊来实现倾斜支撑。这种设计可同时实现四个目的(1)、实现了系统的向阳倾斜，便于阳光入射；(2)、系统倾斜向阳后，蒸馏室形成一个斜向上的通道。这样从吸水芯上蒸发出来的水蒸汽，将遵循热气流上浮的规律，顺通道进入过渡室。同时在冷凝室内，因水蒸汽冷凝体积变小相对室压减小的作用下，源源不断灌入过渡室内的水蒸汽，必将向冷凝室内自由扩张，结果在那里被冷凝还原为水分子。(3)、园柱形支撑气囊充气后，与系统的下底和蒸馏室的下底，共同组成纵断面为三角形的背阴空腔，这就是系统的冷凝室。三角形的锐角处，由于浮力小，结构负重较大，系为冷凝室内位置最低处，因而恰好成为收集冷凝蒸馏水的最佳位置。蒸馏水在这里通过一个可装有逆止阀活门的细长漏管，将蒸馏水输入悬挂在外层的净水(淡水)贮藏室备用。(4)、由于大浮力的园柱型气囊的存在，可确保系统在任何意外情况下，不至发生系统向这一个方向上的翻转。须知，如果系统轻易发生向这个方向翻转，就有可能将未经蒸馏净化过的自然水倒灌入冷凝室，最后混入净水贮存室内，造成净化水的第二次污染。只要混入一滴，在某种特定情况下不仅前功尽弃，而且可导致系统内部被污染而不能再正常使用的严重后果。
四、系统的“盛水盆”——吸水芯设在蒸发室与冷凝室之间。即在四周充气园管的下切面，用一层加筋塑料薄膜从下向上密封一段(约占总长度90％左右)，构成所谓吸水芯的托架。在托架上用“纬格罗”尼龙扣“粘上”一层富于毛细管吸附作用的吸水芯。例如脱脂棉纤维黑色毛巾即可充做吸水芯。黑色毛巾的下端，通过充气园管下切面事先予留的夹缝，直接浸入自然水中。待处理的自然水，被黑色毛巾上的毛细管吸附进入蒸发室集热蒸馏。这种结构有两个目的第一、可充分利用系统内冷凝释放出来的冷凝热。因为吸满水份的黑色毛巾，直接铺在薄膜托架上，而薄膜的下底面正是冷凝室的上底。水蒸汽在这层薄膜上冷凝释放出的热量，将直接被黑色毛巾吸收，促进水的蒸发。冷凝速度越快，释放出的热量越多，水蒸汽冷凝后体积变小，产生的“负压”作用越明显，越利于将更多的水蒸汽“诱导”入冷凝室内冷凝。形成相互促进的良性流程，是提高系统净化效率的根本。第二、黑色毛巾下端直接浸泡在自然水中，不仅能实现吸附、集热、蒸发过程的自动化，而且便于人们对已被一般污染、混浊的水质，在进入系统蒸馏前进行处理。方法是将两包与毛巾宽度相同的活性炭小包，置于伸出系统外毛巾头的两侧，用一层泡沫塑料(海棉)将其包裹固定在毛巾头上。这样当自然水透过泡沫塑料和活性炭层，浸入到毛巾上时，即可被过滤除毒。
本实用新型与现有太阳能海水淡化设备或类似装置相比较由于蒸发室与冷凝室的分离；可起到将“热源”和“热汇”隔开的“绝热”过渡室的存在；以及蒸发室与冷凝室的上下叠合结构。不仅将过滤一吸入－集热蒸馏－冷凝－淡水汇聚，整个水的相态物理变化过程理顺，并且将其紧凑地组合在一个合理而相互补益的“
”字型空间内，不仅微缩了体积，而且提高了热效率。另外，系统备有简单而有效的过滤除毒装置，严防渗混的功能，因而不仅能淡化海水，也能蒸馏其他被一般污染了的河、湖、池、泉水。扩大了使用范围。系统从折叠便携状态，转变为工作状态，不需要任何专用或通用工具，以及专门操作技术。任何一个使用者，在打开包装之后，只须根据印制在系统相应部位处的指示和简单提示，分别通过专用气咀，将阳光入射窗保温气囊，边框园管气囊和支撑园柱形气囊吹满空气。栓好防飘失安全绳或配重定向锚绳。然后放入水中对正阳光，系统就能自行起动工作。由于系统主要是用无毒的塑料薄膜热粘接而成，因而成本低兼、工艺简单、重量轻微，便于折叠携带。而这些都是原装置所不具备的。
本实用新型的具体结构，由以下实施例及其附图给出。
附
图1为本实用新型提出的便携式太阳能净水器的纵向剖面示图。
附图2为本实用新型在附
图1E－E处横断面结构示意图。
以下结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。
参照附
图1，本实用新型的阳光入射窗口由两层透明塑料薄膜(1)组成。两层薄膜之间为独立密封的空气保温层(2)。系统的四周边框是用一半为透明塑料，一半为银白色塑料布热焊接起来的中间充气的闭合长方型塑料园管(3)。以上两部份加上沿园管(3)下切面，由下向上与园管粘合在一起的加筋塑料薄膜(4)，共同组成了系统的蒸发室(5)。蒸发室的面积，约占塑料园管(3)所围成的闭合长方形面积的90％左右，另10％被一块深色塑料布从下向上隔离，为所谓“绝热”过渡室(7)。分室塑料隔层(6)并不是把两室完全隔断，它只是从下向上隔断约2／3的断面面积。安装这个隔层的作用在于严防系统万一发生反向倾斜时，处于蒸发室内吸水芯上的自然水轻易混入冷凝室，造成蒸馏净化好的淡水的第二次污染。另外，把蒸发室与过渡室之间的通道断面收小之后，使蒸发室中在太阳热能加热作用下不断蒸发气化的水蒸汽，能源源不断以较高的动压“挤入”过渡室。迫使已早先进入过渡室里的水蒸汽不致逆流重返蒸发室搅乱我们为其规定的流向。蒸发室内的吸水芯(8)是这样一个部件，用一块经过脱脂处理的黑色毛巾或其他富于毛细管吸附能力的柔质材料，如人造海棉、泡沫塑料一类。四周用几小段“纬格罗”尼龙扣(20)“粘贴”在加筋塑料薄膜(4)上，这块吸附水份的材料下端从予留空隙中直接伸到系统外，浸泡在自然水域中。它的作用是将自然水不断吸附进入蒸发室，直接收太阳光辐射热能，在蒸发室的“高温”环境下，将水份蒸发变为水蒸汽。对于比较混浊或怀疑有毒的自然水，可在伸出系统的吸附材料的下端，两边各垫上一小长条活性炭粉包(9)，同时用一块泡沫塑料(10)将其包好，并用固定扣扣牢。这样当水份通过泡沫塑料(10)，再透过活性炭粉包(9)，最后到达吸水芯(8)，并被吸附进入蒸发室蒸馏时，其杂质就能得到很好的过滤清除。附图中的(11)为起吸附材料支撑作用的塑料薄膜(4)的加强筋。
在水蒸汽进入“绝热”过渡室(7)之后，由于过渡室位置较高，并在太阳热能的直接照射之下，所以这里的温度仍然较高，水蒸汽不易冷凝。这些高温饱和气体形成一定的正压并四处寻找出路。就在过渡室的斜下方，由于园柱形气囊(12)和充气边框(3)的支撑作用下，这里形成了一个下边浸泡在冷水中，上方被蒸发室严密盖住的“阴暗”角落，它就是我们的冷凝室(13)。水蒸汽“扩张”到冷凝室之后，由于这里以上底(4)，下底(14)都处于吸热状态，温度较低，因而水蒸汽将很快在这两个底上释放出冷凝热凝结成水份子。水蒸汽在冷凝室内释放出的热量，上底的很快就被吸附在吸水芯(8)中的水吸收，下底的则直接传递给了外界水域中的自然水。因此冷凝室内温度始终高不起来。由于水蒸汽在冷凝过程中体积大大缩小，所以冷凝室内不管先后进来多少水蒸汽，但压力一直比阳光照射下的过渡室要低。这样它就具有不断“诱导”水蒸汽大量进入，并将其迅速冷凝成水的无穷潜力。在上底(4)和下底(14)上冷凝成蒸馏水的小水珠。当体积扩张到一定程度之后，在地球重力的作用下，将向位势较低的下部流动，最后通过逆止漏管(15)，汇聚到淡水贮藏室内贮藏备用。
参照附图2，淡水贮藏室(16)是用无毒无味的食品包装塑料制成的一个水袋，袋里事先焊接好一个饮水管(17)，聚存在袋中的蒸馏水(18)，饮用者可通过拔开饮水管防污染保护罩(19)直接饮用，或者用手挤压贮藏水袋(16)，通过饮水管(17)将淡水排出它用。细长逆止漏管的存在是非常必要的，它可保确系统在野外条件下，任何大幅度颠簸甚至翻转时，也不致把点滴收聚起来的淡水重新倒灌入冷凝室造成抛洒损失。
本实用新型产品的材质选用结构大小和日产水量，可根据不同的使用对象和主要使用环境来专项设定。如舰船上为海难事故备用的，可用橡胶织物制作充气浮物，并配自动压缩空气充气瓶。集热面积可达一两平方米。较大的系统必要时还可充做生筏使用。山区、战地单人配用的，自然应小巧一些，集热面积可控制在0.3－0.5平方米范围，日产水量500－800克即可达到起码使用要求。
本实用新型结构简单，原材料选择范围广泛，价格低兼。加工造制简易，无须特殊的工模夹具和工装，任何塑料制品和儿童玩具生产厂家都能生产制造。
本实用新型不消耗常规能源，效率高、不需特殊的操作使用技术，结构重量轻微，便于折叠携带。因而是战地军事人员，舰船、航空人员，地质、勘探人员，探险、科学考察和旅游者理想的急救备用装备。
权利要求1.一种可折叠便携的飘浮式太阳能蒸馏净化水质装置，其特征为a、吸热与放热功能不同的蒸发室与冷凝室被过渡室(7)隔离为两个完全独立的部份。b、蒸发室与过渡室之间设有防止待处理水灌入的隔层(6)。c、蒸发室四周和阳光入射窗口均装有独立的保温层，并能部份回收利用冷凝热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有向阳倾斜支撑和防止反向翻转的充气浮体(12)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，系统的“盛水盆”一吸水芯浸泡入自然水源的一端装有过滤水中杂质(10)和吸附水中毒物(9)的装置。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置其特征在于，冷凝室与净水贮藏室之间设有逆止漏管(15)。
专利摘要一种用柔质材料制成的，可折叠便携充气成型的飘浮式太阳能净水器。由于将蒸发室与冷凝室分离，加强了对蒸发室的保温处理和冷凝热的回收利用，建立了蒸发—过渡—冷凝的良性流程，具有简易过滤、除毒功能。因而提高了效率扩大了用途。本实用新型原材料选择范围广泛，工艺简单，重量轻，是海陆空指战员、船员和野外地勘、探险、科考工作者，以及旅游者备用的遇险自救装备。
文档编号C02F1/14GK2030594SQ8721632
公开日1989年1月11日 申请日期1987年12月9日 优先权日1987年12月9日
发明者涂济民 申请人:涂济民