專利名稱：一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器的制作方法
技術領域：
本發明涉及到利用毛細現象增大蒸發表面，從而實現利用太陽能進行海水淡化的技術與裝置，屬于海淡化技術領域。
背景技術：
眾所周知，地球上的水幾乎都儲存在海洋中，依靠太陽能的蒸發作用將海水轉變成氣態的云輸運到陸域，最后以雨雪的形式降到地面，成為江河湖泊的地表水及滲透地下的地下水。由于受各種自然因素的影響，地球上的淡水資源分布在時空上均很不平衡，缺水與洪澇在不同地區及同一地區的不同時間都會發生。尤其是沿海地區，淡水資源大都十分匾乏，如何實施海水淡化是人們長期研究的熱點之一。
目前，研究海水淡化方法主要有反滲透技術、閃蒸技術等，其中，蒸發是人們研究最多的海水淡化方法之一，這種方法是將海水通過不同的能源加熱使海水蒸發，然后將蒸汽冷卻而制備成冷凝水，而供應使用。蒸發法在熱能資源豐富的沿海地區具有很大的吸引力，特別是新型的閃蒸技術，廢熱及低品位熱能的綜合利用，可以實現經濟的海水淡化過程，一般可以達到地表水的制水成本，但如果應用新鮮蒸汽則經濟上尚有疑問，成本將會在8-10元/噸水；反滲透技術是目前工業化應用頗多的海水淡化技術，其制水成本最低可以達到5-8元/噸水；但設備投資較大，在淡水資源十分匾乏的場合采用；利用太陽能進行海水淡化是人們研究的另一熱點，在已有技術中，最典型的是在阿爾及利亞由R·AND C.ouahes設計，2001年發表在Desalination 137(2001)31-38期刊上，以及1995年在Renewable Energy Vol，6，1 PP.77-79介紹的海水太陽能蒸發器，采用毛細膜層或漂浮在聚苯烯板上的黑色黃麻布作蒸發器，并與冷凝單元構成淡化裝置。這種裝置已經用于撒哈拉干旱地區和偏遠地區來解決生活用水，但也存在如下問題1)生產過程成本較高；2)設備結構復雜；3)蒸發器平面或傾角布置占用箱體空間大；4)蒸發器采用單面蒸發利用率低。
發明內容
本發明的目的是要克服已有技術存在的①成本高，結構復雜；②蒸發器占用空間大和單面蒸發利用率低的不足，并提供一種結構簡單、成本低、毛細吸附海水、立體蒸發、海水直接冷卻且效率高的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，特提出本發明的技術解決方案。
本發明的基本構思是利用太陽能這一低品位熱能；利用黑色物體吸光能力強，提高熱能利用率的特性；利用多孔性黑色活性炭纖維比表面積大，可增加傳熱面積的特點，制作活性炭纖維毛細管蒸發器，使其變平面蒸發為立體蒸發，利用海水溫度低和箱體內溫度高的特點，采用直接毛細氈料吸入海水蒸發和直接利用海水冷卻冷凝板的結構方式；采用蒸發器和冷凝板平行相間排列并垂直箱體底面的緊湊結構形式；本發明所提出的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，包括固定錨[1]。浮筒[2]、淡化器箱、淡水收集、海水蒸發器和冷凝板，其特征在于所采用的淡化器箱是由透光密封淡化器箱體[6]和透光密封淡化器箱蓋[8]，通過螺栓[1]及密封墊片[11]緊固在一起而構成，在淡化器箱內所設有的支撐架[10]的上方，與活性炭纖維毛細管蒸發器[4]頂端相對應位置處，設計有沖洗布水管[9]，箱體的底部則作為淡水[12]的收集處，在淡化器箱體的底面上還開有多個相間并平行的插口[16]和插縫[15]，淡水泵[13]置于箱體底面內側的一端頭位置，在靠近淡水泵并與插口或插縫平行的側面，留有淡水管[14]出口和沖洗布水管[9]進口，裝配后應密封；所采用的海水蒸發器，是垂直于箱底面的活性炭纖維毛細管蒸發器[4]，它是用活性炭纖維制作的多個黑色矩形毛細纖維氈料，將其展開，兩個端頭邊朝向海面，中間部位搭在支撐架[10]橫桿的兩側，作為上端部(或稱蒸發端)，其兩個端頭邊則穿過淡化器箱體底面上的圍堰槽[3]、插口[16]而伸進海水[17]中，作為下端部(或稱吸水端)；冷凝板[5]是采用不銹鋼制作的多個薄板狀結構，其下端頭邊通過插縫[15]而伸進海水[17]中，垂直定位于箱體底面后，密封固定在插縫[15]中，冷凝板[5]的冷卻是直接采用溫度較低的海水，對其浸入海水端進行降溫，通過熱傳導而實現冷卻目的；儲存在透光密封淡化器箱體[6]底部的淡水[12]，通過淡水泵[13]、淡水管[14]和沖洗布水管[9]，送至用戶或用于定期沖洗活性炭纖維毛細管蒸發器[4]；殘留在活性炭纖維毛細管蒸發器[4]上的鹽類，是通過設置在蒸發器上端的沖洗布水管[9]定期用所滴淋有淡水而被沖洗到海水中實現脫除的；海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器的底部，固定在兩個或多個浮筒[2]的上面，放在海中用固定錨[1]定位或與船體相連隨船而行。
本發明的進一步特征在于搭在支撐架[10]橫桿兩側的活性炭毛細纖維氈料[18]，其雙層厚度作為活性炭纖維毛細管蒸發器[4]的厚度，其值為5-8mm，其寬度應小于或等于透光密封淡化器箱體[6]內側的寬度，其高度應小于箱體內腔的高度，并要求其處在箱體內部分的高度與箱體外部海水中的高度之比應為4∶1-3∶1；冷凝板[5]其厚度為2-3mm，其高度應小于或等于活性炭纖維毛細管蒸發器[4]的高度，并要求處在箱體內腔的高度與處在箱體外部海水中的高度之比應為4∶1-3∶1；在透光密封淡化器箱體[6]的內底面，于插口[16]的周邊的外側，還設有尺寸大于插口尺寸，而其高度不小于100-200mm圍堰槽[3]活性炭纖維毛細管蒸發器[4]與冷凝板[5]是呈相互平行相間分布，其間距為活性炭纖維毛細管蒸發器高度的1/4-3/4。
本發明的具體計算的參數是依據下列參數進行的海水溫度平均為10℃海水鹽濃度35％(NaCI)淡化水溫度40℃冷凝水溫度15℃本發明所提出的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，其尺寸的大小是由產水量的多少來確定，產水量大則要求的透光密封淡化器箱體就大，與此相應的活性炭纖維毛細管蒸發器相應尺寸就大，取值時就應取上限，而冷凝板尺寸也隨之應取上限值，并且，與此相應的其蒸發器和冷凝板的數量也應取上限值。具體參數值，均已列入表1-4的數據中，更大的規模的海水淡化器可以以此為基準類推計算出。
本發明的主要優點是1)充分利用活性炭纖維的發達比表面積增大海水的蒸發面積，使平面蒸發成為立體蒸發，提高了單位體積海水蒸發器的蒸發負荷；2)利用黑色活性炭纖維的吸光能力強，從而蒸發溫度高的優點，加大蒸發推動力，提高蒸發量；3)利用透光的箱體罩將水蒸氣有效地封閉于罩內，并利用海水溫度低的特點直接利用海水冷卻冷凝板，使水蒸氣及時冷凝成液體；4)整個設備充分利用了太陽能屬于低品位能源，實現了海水淡化價只有2-3元/噸的目標。
本發明設有4個附表，所列各參數可作為實施例的特征值，分別說明如下表1是不同規格淡化器的接受太陽能輻射面積及箱體體積計算結果表中指出，不同的產水量，要求不同的受熱面積和不同的箱體體積，而且，產水量越大，需要的受熱面積越大，箱體體積也越大，并按產水量倍數增加。
表2是不同規格淡化器的各部分體積計算結果表中顯示不同的產水量，所要求的炭纖維氈料體積、空腔體積、冷凝板體積是不同的，而且，產水量越大，上述各參數體積的數字也越大，并按產水量的相應倍數增加。
表3是不同規格淡化器的炭纖維氈各規格計算結果。
該表表示出不同的產水量、炭纖維氈料的長、寬、高及數量，各參數其長度和個數是隨產水量的增大而明顯增大和增多，其寬度和高度則保持不變。
表4是不同規格淡化器的冷凝板規格計算結果表中顯示不同的產水量淡化器的冷凝板規格，長度要求增加、寬度和高度不變，而個數要明顯增多。
本發明共設計3個附圖。圖1是本發明所提出的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器正視剖面結構示意圖，圖2是圖1的俯視結構示意圖，圖3是圖1的A-A斷面結構示意圖。分別說明如下圖1是本發明所提出的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器正視剖面結構示意中顯示，海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，是透光密封淡化器箱體[6]和透光密封淡化器箱蓋[8]，通過螺栓[7]及密封墊片[11]緊固在一起而構成，在海水淡化器的箱體內，垂直箱體底面，平行相間設有活性炭纖維毛細管蒸發器[4]和冷凝板[5]，在它們的上方，對應活性炭纖維毛細管蒸發器的頂端，設計有沖洗布水管[9]，它們的下端頭分別通過平行相間的插口[16]和插縫[15]而伸入海水[17]中，在插口[16]的周邊處的箱體底部內表面上，設計有其尺寸大于插口尺寸的圍堰槽[3]，冷凝板[5]在通過插縫[15]定位后，與插縫密封固定，活性炭纖維毛細管蒸發器[4]是用活性炭纖維制作的黑色矩形毛細纖維氈料，將其展開，兩個端頭邊朝下，中間部位搭在支撐架[10]橫桿的兩側，而從支撐架塔拉下來的兩個端頭邊，通過圍堰槽[3]、插口[16]而伸進海水[17]中，并把箱體內的部分稱為上端部或蒸發部，其箱體外的部分稱為下端部或吸水部，箱體的底部作為淡水[12]的儲存處，內底面一端部設有淡水泵[13]，并通過談水管[14]和沖洗布水管[9]，供淡水于用戶或沖洗活性炭纖維毛細管蒸發器上的鹽類。整個海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器的箱體內各零部件裝配完畢后，將箱體與箱蓋合上緊固密封，最后將箱底固定在浮筒[2]上，漂浮海水中，或與船體相連隨船而行，或在海邊附近用固定錨[1]定位扎寨于海面，圖中的虛線是用來標示箱體內外的淡水和海水。A-A為斷面符號。
圖2是圖1的俯視結構示意中顯示，設在活性炭纖維毛細管蒸發器[4]和冷凝板[5]上方的沖洗布水管[9]，是由箱體內的淡水泵[13]引出來的，經一個主管而在每個活性炭纖維毛細管蒸發器的上部向兩側分去支管，對應其頂部位置，沖洗時，供應淡水(圖中略去水的標志)滴淋沖洗，并自上而下，沿活性炭纖維毛細管蒸發器[4]經圍堰槽[3]通過插口而流入海水中。虛線表示浮筒[2]被箱體所遮蓋的部分，其它符號同圖1。為了圖面清晰，圖中的淡水和海水均未作標示，圖中的箭頭方向表示淡水供給用戶或沖洗時的流動方向。
圖3是圖1的A-A斷面結構示意中顯示，活性炭纖維毛細管蒸發器[4]是由支撐架[10]和搭在其上的用黑色活性炭纖維制作的矩形毛細纖維氈料[18]所構成，將其矩形毛細纖維氈料展開，中間搭在支撐架的橫桿上，兩個端頭邊從支撐架的兩側塔拉下來，通過箱體底面的圍堰槽[3]、插口[16]而伸進海水[17]中，同時看出，由于圍堰槽[3]的尺寸大于插口[16]的尺寸，所以它與活性炭毛細纖維氈料[18]是不接觸的，當滴淋沖洗后的水沿其下流時，不會流進箱體底部儲存的淡水[12]中。同時，淡水由于圍堰槽的阻擋也不會流入海中。毛細纖維氈料[18]伸入海水后，則于基本身的毛細管作用，海水便沿纖維氈料上升，直至整個蒸發器的上端部，邊上升邊蒸發不停，其他各符號均同圖1，細虛線表示淡水和海水，粗虛線表示被毛細纖維氈料[18]遮蓋的圍堰槽[3]和插口[16]的長邊。
具體實施例方式
實施例1漁民出海作業，都要自帶水桶、水箱等器具，所帶的淡水多了影響打魚的載重量，少了又不能滿足用水的需要，有時帶水量不足，只能提前返航，錯過打魚的好機會，影響產量。采用本發明技術，制作一種小型海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，隨船遠航作業，其規格要求是每天需用淡水量為0.24噸，供8-10人生活用水，其步驟如下第一步 結構材料的選擇海水淡化器的箱體和箱蓋均是由透光材料制作，用螺栓及密封墊片緊固密封而成；活性炭纖維毛細管蒸發器的支撐架是用不銹鋼制作，其搭在支撐架上的是黑色的活性炭毛細纖維氈料，而冷凝板采用的則是不銹鋼材料。
第二步 海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器特征尺寸的確定淡化器箱的內腔尺寸經計算，確定長為7.3m，寬為7.3m，高為0.5m，用螺栓及密封墊片密封沿長度方向平行其箱體的端面，將活性炭纖維毛細管蒸發器[4]和冷凝板[5]平行相間125mm垂直裝配在箱體的底面，以一個活性炭纖維毛細管蒸發器和一個冷凝板為一組，共16組，活性炭纖維毛細管蒸發器厚度為7.7mm(即雙層活性炭毛細纖維氈料的厚度)，高度為0.5m，長度為7.3m，而冷凝板的厚度為2mm，高度為0.5m，長度為7.3m。圍堰糟[3]的高度為200mm，活性炭纖維毛細管蒸發器的活性炭毛細纖維氈料[18]兩個端頭邊朝向底面，經圍堰槽[3]通過插口[16]伸進海水[17]中的長度為100mm，淡水泵設在箱體的底面內側的一端頭位置處，整個箱體固定在兩個浮筒[2]上，平時用固定錨[1]固定，當船起航時，起錨隨船而行。
第三步 海水淡化過程制備好的海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，放到海水中后，在陽光的照射下，便開始海水的淡化過程。伸進海水中的黑色活性炭毛細纖維氈料，由于活性炭的毛細作用，將海水沿氈料上升進入淡化器箱體的上部，又由于該箱體的內部是由透光材料制作的密封裝置，和用支撐架支撐的黑色活性炭毛細纖維氈料構成的，箱體內的溫度高，產生立體式的蒸發，其蒸發量大，與此同時，冷凝板其下端在較低溫度的冷卻下，由于熱傳導的作用使其上端溫度也較低，蒸汽碰到它后，就會在其上冷凝成水珠而順不銹鋼板冷凝向下流入箱體底部，淡水根據需要啟動淡水泵，就可將淡水供給使用。但是在活性炭纖維毛細管蒸發器上的海水不斷蒸發，其上面的鹽類濃度越來越大，最后會結晶在其表面，此時，應定時給以清除，其辦法是，開啟淡水泵，將沖洗布水管打開，這時，在其上面與活性炭纖維毛細管蒸發器相對應的沖洗布水管中的淡水開始滴淋沖洗，其水就順其活性炭毛細纖維氈料流下來，通過圍堰槽和插口而流入海中，沖洗后，關閉沖洗水管，蒸發又繼續進行，如此反復完成了預期的海水淡化的目的。實施結果表明其淡水的產量達到10kg/h。
實施例2××某漁業公司一捕撈船隊有工作人員100人，每天用淡水量2.4噸，采用本發明海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，隨船供應生活用淡水步驟如下第一步 海水淡化器的結構材料選擇同實施例1，在此略。
第二步 海水淡化器的主要技術特征尺寸確定淡化器箱的內腔尺寸經計算確定為長73m，寬73m，寬0.5m，活性炭纖維毛細管蒸發器[4]和冷凝板[5]相間375mm為一組，共設158組，在箱體內底面沿長度方向平行其端面，平行相間垂直于箱底分布，活性炭纖維毛細管蒸發器厚度(兩層活性炭毛細纖維氈料的厚度)為7.7mm，高為0.5m，長度為73m，其158個，而冷凝板其厚度為2mm，高為0.5m，長為73m，其158個，圍堰槽[3]的高度為100mm，活性炭纖維氈料和冷凝板伸進海水中的長度均為125mm，在箱體底部一端頭上設有淡水泵，整個箱體被固定在10個浮筒上，隨船而行。實施結果淡水的生產量達到1000kg/h，可以滿足船上的生活需要。
第三步 海水淡化過程同實施例1，在此略。
表1 不同規格淡化器的接受太陽能輻射面積及箱體體積計算結果
表2 不同規格淡化器的各部分體積計算結果
表3 不同規格淡化器的碳纖維氈規格計算結果
表4 不同規格淡化器的冷凝板規格計算
權利要求
1.一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，包括固定錨[1]、浮筒[2]、淡化器箱、淡水收集、海水蒸發器和冷凝板，其特征在于a)所采用的淡化器箱是由透光密封淡化器箱體[6]和透光密封淡化器箱蓋[8]，通過螺栓[7]及密封墊片[11]緊固在一起而構成，在淡化器箱內所設計的支撐架[10]的上方，與活性炭纖維毛細管蒸發器[4]頂端相對應位置處，設計有沖洗布水管[9]，箱體的底部則作為淡水[12]的收集處，在淡化器箱體的底面上，還開有多個相間并平行的插口[16]和插縫[15]，淡水泵[13]置于箱體底面內側的一端頭位置，在靠近淡水泵并與插口或插縫平行的側面，留有淡水管[14]出口和沖洗布水管[9]進口，裝配后應密封；b)所采用的海水蒸發器，是垂直于箱底面的活性炭纖維毛細管蒸發器[4]，它是用活性炭纖維制作的多個黑色矩形毛細纖維氈料[18]，將其展開，兩個端頭邊朝向海面，中間部位搭在支撐架[10]橫桿的兩側，作為上端部，其兩個端頭邊則穿過淡化器箱體底面的圍堰槽[3]、插口[16]而伸進海水[17]中，作為下端部；c)冷凝板[5]是采用不銹鋼制作的多個薄板狀結構，其下端頭邊通過插縫[15]而伸進海水[17]中，垂直定位于箱體后，密封固定在插縫[15]中，冷凝板的冷卻是直接采用溫度較低的海水對其該端進行降溫，通過熱傳導而實現的；d)儲存在透光密封淡化器箱體[6]底部的淡水[12]，通過淡水泵[13]、淡水管[14]和沖洗布水管[9]，將淡水送至用戶飲用或定期沖洗活性炭纖維毛細管蒸發器[4]；e)殘留在活性炭纖維毛細管蒸發器[14]上的鹽類，是通過設置在蒸發器上端的沖洗布水管[9]定期用所滴淋的淡水而被沖洗到海水中實現脫除的；f)海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器的底部，固定在兩個或多個浮筒[2]的上面，放在海中用固定錨[1]定位或與船體相連隨船而行。
2.根據權利要求1所述的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，其特征在于搭在支撐架[10]橫桿的兩側的活性炭毛細纖維氈料[18]，其雙層厚度作為活性炭纖維毛細管蒸發器[4]的厚度；其值為5-8mm，其寬度應小于透光密封淡化器箱體[6]內側的寬度；其高度應小于箱體內腔的高度，并要求其處在箱體內部分的高度與箱體外部海水中的高度之比應為4∶1-3∶1。
3.根據權利要求1所述的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，其特征在于冷凝板[5]，其厚度為2-3mm，其高度應小于或等于活性炭纖維毛細管蒸發器[4]的高度，并要求處在箱體內腔的高度與處在箱體外部海水中的高度之比應為4∶1-3∶1。
4.根據權利要求1或2所述的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，其特征在于在插口[16]的周邊外側于箱體底面內部還設有尺寸大于插口尺寸，而其高度不小于100-200mm的圍堰槽[3]。
5.根據權利要求2或3所述的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，其特征在于活性炭纖維毛細管蒸發器[4]與冷凝板[5]是呈相互平行相間分布，其間距為活性炭纖維毛細管蒸發器高度的1/4-3/4。
全文摘要
海水淡化領域中的一種海上型太陽能毛細蒸發海水淡化器，包括淡化器箱、海水蒸發器和冷凝板，特征淡化器箱是由透光密封淡化器箱體[6]和箱蓋[8]緊固密封而構成，其內于沖洗布水管[9]下方垂直箱底平行相間設有活性炭纖維毛細管蒸發器[4]和冷凝板[5]，蒸發器[4]是由支撐架[10]和活性炭纖維制作的氈料[18]構成，下端頭伸入海水中，而冷凝板則伸入海水中定位后密封固定，箱體底部固定于浮筒[2]上面，用固定錨[1]定位于海上或隨船運行。優點直接吸收海水至箱內蒸發和直接用海水冷卻，使用方便，減少投資；用黑色活性炭纖維其吸熱多、蒸發比表面積大，形成立體蒸發，提高單位蒸發負荷；太陽能成本低；海水價格只有2－3元/噸。
文檔編號C02F1/14GK1583584SQ20041002062
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月25日 優先權日2004年5月25日
發明者周夢然, 周集體 申請人:周夢然