CN102015543B - 太阳能蒸馏器 - Google Patents

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Abstract

本说明书公开了适用于从进料处理液体生产期望冷凝物的太阳能蒸馏器装置的太阳能蒸馏器模块(10)，该太阳能蒸馏器模块(10)具有处理室(85)，其包括位于上部太阳能透射壁(35)下方的处理元件(18)，以在使用中接收从那里通过的太阳能，太阳能蒸馏器模块(10)具有将处理液体供应给处理元件(18)的第一区域(25)的上端(26)的处理液体供应装置(27)，以使处理液体在其上以液体膜流重力作用地向下流动，而所述处理液体的组分在上部太阳能透射壁(35)的内表面(81)上至少部分地蒸发并冷凝而形成冷凝物(53)，该冷凝物(53)在上部太阳能透射壁(35)的所述内表面(81)上重力作用地向下流动，并在下部位置通过冷凝物收集和排放装置(54，57)收集，所述上部太阳能透射壁(35)由光亮或高度透明的聚合物材料形成，其中内表面(81)相对于所述冷凝物是亲水性的，所述处理元件(18)由薄金属材料形成为具有构成所述第一区域(25)的塔盘基底(19)的塔盘，周壁(20)沿着所述塔盘基底(19)的至少侧部边缘和下部边缘从所述塔盘基底向上延伸，以及向外延伸法兰(21)从所述周壁(20)的上部区域延伸，所述法兰(21)被支撑在支撑框架(11)上。

Description

太阳能蒸馏器
技术领域
本发明涉及用于通过施加太阳能从液体供应流生产期望冷凝物(浓缩物或冷凝液，condensate)的太阳能蒸馏器(太阳能蒸发器，solar still)的改进。典型地，但并不排他地，所期望的冷凝物可以是从盐水、含盐或其它载有污染物的供应流产生的干净或新鲜水。冷凝物也可以是从含醇供应流蒸发，其被冷凝并从太阳能蒸发器单独地移出的醇，如乙醇。
在混合装置(混杂布置，hybrid arrangement)中，根据本发明的蒸馏器能够利用，例如来自工业或地热应用的热水供应源进行操作，其中该蒸馏器能够利用最低的或不使用太阳能进行操作。
背景技术
本说明书将描述本发明主要关于生产干净或新鲜水供应作为所产生的冷凝物方面的内容，但是应该理解到，其它应用也是可能的。对于各种各样的目的，包括提供饮水，以及用于在通常与使用自廉水相关的地质结构中没有盐积累情况下灌溉庄稼，提供足够干净或新鲜的水的能力对于地球越来越成为问题。这对于相对干燥和荒芜地区如澳大利亚的情形尤其如此，但对于世界上的许多其它地区也是一个问题。太阳能蒸馏器是已知的，其中其它方面不可用的水如自廉水、海水，或污染水源如来自矿井或工业的水，能够通过暴露于太阳而进行加热，冷凝为干净新鲜水并收集用于后续使用。然而，对于太阳能蒸馏器存在许多提议，一般它们的特征都在于生产和使用相对于生产的干净新鲜水的量是成本高昂的。目前使用的太阳能蒸馏器是用于特定的应用，其中干净新鲜水生产的成本不是主要问题，例如生存应用。
以商标名SUNSURE可获得的一种已知太阳能蒸馏器模块包括一个基本上气密性的面板结构，适于以倾斜模式支撑以接收对上部玻璃壁施加的太阳能。塑料塔盘元件(盘形构件，tray member)位于玻璃壁之下并限定了一个小池或储器(reservoir)的阵列，由此待处理的盐水或类似液体能够位于其中从而经受通过上部壁透射的太阳能。产生的水蒸汽在玻璃壁下侧上冷凝并被收集以从该模块排放。
其它对于太阳能蒸馏器装置构造的提议的一些实例可以参见美国专利No.7008515、美国公开No.2003/0033805、WO91/14487、UK2345002、DE19704046、DE10044344和WO2008/043141。这些现有专利公开的承认不应该当作是承认这些公开内容是太阳能蒸馏器工业中的公知常识。对于合理的较大规模清洁新鲜水生产，尽管采用相对免费的能源，但是太阳能蒸馏器通常仍然是十分昂贵的选择。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的太阳能蒸馏器模块，其为一种更简单的构造并且在由液体进料液流生产干净冷凝物，尤其是但不排他地用于从污染的、含盐的或盐水供应源生产干净水中也是有效的。简单的构造旨在实现包括一个或多个这样的太阳能蒸馏器模块的装置(安装，installation)的投资成本更低。
因此，本发明可以提供一种太阳能蒸馏器模块，具有处理室，该处理室包括位于所述处理室的上末端(upper extremity)下方(之下，below)的处理元件、向所述处理元件的第一区域的上端(upperend)供应处理液体的处理液体供应装置，该第一区域在使用中具有至少一个倾斜的朝上表面(upwardly facing surface)以促进所述处理液体以一个或多个液流在所述处理元件的所述第一区域上重力作用地向下流动，所述第一区域的所述朝上表面或多个朝上表面相对于所述处理液体是亲水性的，由此处理液体在所述第一区域的所述朝上表面或多个朝上表面上铺展成薄膜，所述第一区域进一步包括至少部分地覆盖这个或每一个所述朝上表面或多个朝上表面的至少一个多孔材料层，所述处理室具有位于处理元件的所述第一区域上方(之上，above)的上部太阳能透射壁(upper solar energytransmission wall)，能够将太阳能至少施加至处理元件的所述第一区域，从而在所述第一区域上至少部分地蒸发所述处理液体的(一个)组分，所述蒸发的组分在所述上部太阳能透射壁的内表面上至少部分地冷凝而形成冷凝物，所述冷凝物从那里(therefrom)通过从所述处理室引出的冷凝物收集和排放装置在一个下部位置或多个下部位置处被收集。
优选地，所述第一区域的该朝上表面或多个表面是导热性的和/或能够反射太阳能。方便地，所述第一区域的该朝上表面或多个朝上表面是导热性的。优选地，处理面板元件是一个预制(preformed)薄板金属元件，其具有形成所述第一区域的第一倾斜壁。方便地，该预制薄板金属元件具有薄壁结构。优选地，薄板金属元件是铝或铝合金，或者是铜或铜合金。在一个可能的替换方式中，薄板金属元件可以是不锈钢材料。优选地，预制薄板金属元件是由薄壁(化)金属箔材料压制而成的。在一个优选的实施方式中，薄板金属元件是塔盘元件，其至少具有直立侧壁和连接这些侧壁的下端(1owerend)的下部直立壁(lower upstanding wall)。在另一个优选布置(装置或设计，arrangement)中，可以将一个层粘结至第一区域的朝上表面或多个朝上表面，该层具有其上形成的朝上亲水性表面。
在一个优选的布置中，构成处理面板元件的塔盘元件可以被支撑在具有两个相对侧臂和两个相对端臂的矩形周边框架(perimeterframe)上。方便地，塔盘元件可以具有长度约3m而宽度约1～2m的尺寸。使用中，塔盘元件可以被支撑为较长侧边以10～55°，优选约30°的角度倾斜。
在一个优选的实施方式中，多孔材料层是处理液体吸收性或亲水性的材料，其可以是纺织或非纺织的材料。方便地，当从蒸馏器模块生产干净水时，多孔材料层具有不超过200gm/m2，优选在10～80gm/m2的重量/面积。合适的材料包括但不限于天然纤维材料如羊毛、丙烯、聚酯以及聚酯掺混材料，包括聚酯与人造纤维的掺混物。期望的是材料是亲水性的，即将会吸收处理液体。如果可能，纤维材料也应该是UV稳定的以提供更有效的使用期。如果期望多孔材料捕获和保留可能从处理液体沉淀出来的材料，则多孔材料层可以比以上所述的重量/面积更重或更厚。毡制材料如丙烯酸树脂毡制材料可以用于这样的应用。
在另一优选的实施方式中，上部太阳能透射壁可以包括光亮(clear)或高度透明(translucent)的相对于其中形成的冷凝物是亲水性的内表面。这使得冷凝物能够形成为薄膜并且在该表面上在重力加载下易于向下流动，从而在一个下部收集位置或多个位置处被收集。已发现该内表面上的冷凝物的液膜净化该表面并且改进太阳能由此通过已被施加至处理元件上的处理液体，同时没有不利地影响该内表面上的冷凝物的向下流动。方便地，该亲水性表面通过机械方式如酸蚀形成柔性薄板的聚合物材料内表面或通过向内表面施加涂层或层如氧化物层，方便地是氧化硅、氧化钛或氧化铝而形成。在一种可替换的布置中，聚合物薄板材料或其内表面可以是疏水性的。这允许冷凝物在内表面上成珠以及在其上向下流动，然而，所实现的性能显著地低于通过具有亲水性内表面所实现的性能。如果使用疏水性表面，则可以采用氟化聚合物材料涂层或层，如聚四氟乙烯(PTFE)。在一个特别优选的实施方式中，上部太阳能透射壁可以由预制柔性聚合物材料的第一薄板形成。方便地，该聚合物材料是能够通过施加热而形成的材料。聚合物材料可以是聚碳酸酯、聚酯、PET、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸树脂或乙酰树脂(乙酰基塑料，acetyl)。优选地，聚合物材料包括UV稳定的材料以最小化由于太阳光暴露产生的任何退化。这样的聚合物材料能够构建成薄壁柔性薄板材料，其在使用中足够耐用而承受太阳能蒸馏器模块可能忍受的正常磨蚀和撕扯。玻璃薄板也是可能的，但是可能是一种更昂贵的选择。期望地，太阳能透射壁具有可以是柔性的但并不是完全恢复原状或弹性的薄壁结构。形成上部太阳能透射壁的聚合物材料是光亮或高度透明的以允许太阳能由此通过。
太阳能蒸馏器模块可以进一步包括至少一个隔离元件(spacerelement)，当使用时，能够使柔性预制薄壁化聚合物材料薄板元件在处理元件的第一区域上方隔离地定位。这样的间隔确保处理元件上的处理液体和在薄壁化聚合物薄板材料上形成的冷凝物之间的实际分离。这种间隔也使得能够在处理元件上方对流空气/蒸汽流向上流动以及沿着处理元件的后表面向下流动。该隔离元件或多个隔离元件可以与处理面板元件整体形成或可以单独地形成并定位在其上方。处理室可以包括与液体处理元件的下末端(lower extremity)隔开的下壁，下壁由预制薄壁化柔性聚合物材料的第二薄板形成。下壁可以由与上部太阳能透射壁类似的材料制成，尽管下壁当然不需要是光亮或高度透明的。形成处理室的上壁和下壁可以沿着周边边缘固定在一起以包围处理元件。上壁和下壁靠近处理元件布置但与处理元件间隔开。隔离元件也可以提供在处理元件的上或下边缘处或附近，以确保形成太阳能蒸馏器模块的外部封套的上壁和下壁之间的隔离。这样的附加隔离元件可以与处理元件的上和下端啮合以便在太阳能蒸馏器模块运行期间保持前面的冷凝物和处理液体之间的隔离以及使得在处理元件周围对流空气/蒸汽流动。方便地，这种间隔在10～40mm的范围。
根据第二方面，本发明提供一种太阳能蒸馏器模块，具有处理室，该处理室包括位于处理室的上末端处或(上末端)上方的由聚合物薄板材料形成的上部太阳能透射壁，所述太阳能透射壁至少在用于将太阳能透射到所述处理室中的第一区域中是光亮或高度透明的，所述太阳能透射壁提供一个亲水性内表面，其上蒸发的组分冷凝而形成冷凝物。方便地，所述第一区域的内表面可以通过包括酸蚀聚合物薄板材料内表面的机械方式形成。可替换地，第一区域的内表面可以通过亲水性材料涂层或层如包括氧化硅、氧化钛或氧化铝的氧化物形成。然而，这些材料在使用中与其上的冷凝物液膜应该都是光亮或高度透明的。
根据另一方面，本发明提供一种太阳能蒸馏器模块，具有处理室，该处理室包括位于所述处理室的上末端下方(below)的处理元件，将处理液体供应至至少所述处理元件的第一区域的上端的处理液体供应装置(treatment liquid supply means)，所述处理元件的所述第一区域由薄金属薄板形成，由此通过所述处理液体供应装置递送的所述处理液体在所述第一区域上以一个薄处理液体膜流或多个膜流进行分布(排布或配置，dispose)，从而在其上重力作用地向下流动，所述处理室具有位于所述处理元件的所述第一区域上方的上部太阳能透射壁，能够将太阳能至少施加至所述第一区域，以蒸发所述处理液体的组分的至少一部分，所述蒸发的组分在所述上部太阳能透射壁的内表面上至少部分地被冷凝从而在其上形成冷凝物，所述处理室的所述上部太阳能透射壁由预制聚合物材料的第一薄板形成，在使用中所述上部太阳能透射壁与相对于所述冷凝物是亲水性的内表面是光亮的或高度透明的，由此其上形成的冷凝物铺展成液膜而在其上向下流动至用于收集的所述下部位置或多个下部位置。
根据另一方面，本发明提供一种太阳能蒸馏器模块，具有处理室，该处理室包括位于所述处理室的上末端下方的处理元件，将处理液体至少供应至所述处理元件的第一区域的上端的处理液体供应装置，处理元件的第一区域由薄金属薄板材料形成，由此通过所述处理液体供应装置递送的处理液体在所述第一区域上以薄处理液体膜流或多个膜流进行分布，所述处理室具有位于处理元件的第一区域上方的上部太阳能透射壁，能够将太阳能至少施加至处理元件的所述第一区域从而蒸发所述处理液体的组分的至少一部分，所述蒸发的组分在所述上部太阳能透射壁的内表面上至少部分地冷凝而形成冷凝物，其从那里通过从所述处理室引出的冷凝物收集和排放装置在下部位置或多个下部位置处被收集，所述处理室由聚合物薄板材料的第一上部元件(first upper member)以及由聚合物薄板材料的第二下部元件(second lower member)形成，所述第一上部元件和所述第二下部元件的至少一些边缘区域具有从那里横向地(侧向地，laterally)并沿着所述边沿区域延伸的隆起结构(脊形构造，ridge formation)，所述太阳能蒸馏器模块进一步包括至少一个其内具有纵向形成的狭缝的管状固位元件(tubular retainermember)，所述固位元件啮合于所述第一上部元件和所述第二下部元件的所述边缘区域上方(over)，由此将所述隆起结构保持在所述管状固位元件中。方便地，第一元件沿着一个所述边缘区域整体地结合至所述第二下部元件。优选地，所述管状固位元件沿着第一上部元件和第二下部元件的下部边缘区域定位，所述固位元件提供基本上封闭的内部区域以从至少形成所述太阳能透射壁的上部第一上部元件的所述内表面收集所述冷凝物。优选地，沿着所述下部边缘区域定位的管状固位元件朝着太阳能蒸馏器模块的一侧向下倾斜。这允许在固位元件内收集的冷凝物朝所述一侧流动，以从太阳能蒸馏器模块排出。
根据本发明的另一方面，提供了太阳能蒸馏器模块，具有处理室，该处理室包括位于所述处理室的上末端下方的处理元件，将处理液体供应至至少所述处理元件的第一区域的上端的处理液体供应装置，由此通过所述处理液体供应装置递送的处理液体在第一区域上以薄处理液体膜流或多个膜流进行分布从而在其上重力作用地向下流动，所述处理室具有位于处理元件的第一区域上方的上部太阳能透射壁，能够将太阳能至少施加至处理元件的所述第一区域以蒸发所述处理液体的组分的至少一部分，所述蒸发的组分在所述上部太阳能透射壁的内表面上至少部分地冷凝而形成冷凝物，其从那里通过从所述处理室引出的冷凝物收集和排放装置在下部位置或多个位置处被收集，所述处理室的所述上部太阳能透射壁由具有相对于所述冷凝物是亲水性的内表面的光亮或高度透明聚合材料层形成，所述水处理元件由薄金属材料形成为具有构成所述第一区域的塔盘基底(tray base)，周壁(perimeter wall)从所述塔盘基底沿着所述塔盘基底的至少侧部边缘和下部边缘向上延伸，以及向外延伸法兰从所述周壁的上部区域延伸，所述法兰被支撑在支撑框架上。方便地，处理元件的第一区域具有至少一个朝上的亲水性表面。优选地，该亲水性表面在所述第一区域上由氧化物层形成。优选地，处理元件包括预制的铝或铝合金金属箔塔盘元件，并且所述氧化物层是氧化铝层。在一种可替换方式中，处理元件可以由不锈钢制成。
优选地，至少一个隆起结构沿着处理元件的第一区域延伸，将所述第一区域分成至少两个分开的通道，其中处理液体能够沿该通道流动。这个或前述隆起结构中的至少一个可以啮合上部太阳能透射壁的内表面。方便地，处理液体供应装置可以包括位于处理元件第一区域的上端处或邻近其的处理液体储器(treatment reservoir)，提供管芯材料以将所述处理液体从处理液体储器转移至处理元件的所述第一区域的上端，从而在其上重力作用地向下流动。优选地，一个薄多孔层或多个薄多孔层至少部分地覆盖所述第一区域。该薄多孔层或多个薄多孔层也可以起到管芯材料的作用。处理室可以由构成太阳能透射壁的第一上壁、以及第二下壁限定，所述第一上壁和所述第二下壁中的每一个基本上与所述处理元件间隔开。
结合施加太阳能或没有施加太阳能，有可能利用加热的水，例如来自工业的、采矿的或地热应用的水。根据这样的一方面，本发明提供一种蒸馏器模块，在使用中相对于垂直(方向)倾斜，具有由柔性聚合物薄板材料的第一上壁和柔性聚合物薄板材料的第二下壁限定的处理室，位于所述处理室内的处理元件在所述第一上壁下方且在所述第二下壁上方间隔开，由此在所述处理元件上方和下方形成对流热流空间，所述处理元件是由薄金属材料形成为具有构成处理元件的第一区域的塔盘基底的塔盘，所述第一区域具有相对于供应至其的处理液体是亲水性的一个朝上表面或多个朝上表面，用于将处于预热条件的所述处理液体供应至处理元件的所述第一区域的至少一个上端区(upper end zone)的液体供应装置，由此处理液体在所述第一区域上以在其上重力作用地向下流动的薄处理液流或多个液流进行分布，所述第一区域的所述朝上表面或多个朝上表面至少部分地被多孔的(优选吸收性的)材料层覆盖，在所述第一区域上所述预热的处理液体的组分至少部分地蒸发并冷凝，从而在蒸馏器模块所述第一上壁的朝内表面(inwardly facing surface)上形成冷凝物，所述第一朝内表面具有相对于所述冷凝物的亲水性表面，由此冷凝物在其上向下流动以被收集并从所述蒸馏器模块排出。方便地，蒸馏器模块可以能够组合进行操作，由此太阳能也施加至第一上壁，第一上壁是光亮的或高度透明的以允许太阳能进入处理室。本文中所描述的其它特征或方面可以等同地应用于这种混杂型的蒸馏器模块。
在上述蒸馏器模块中利用的处理液体可以是盐水如海水、钻井水或自廉水，或受不期望材料或物质包括，例如在工业、采矿或其它应用中产生的例如藻类污染的水。利用这样的处理液体形成的冷凝物可以是干净水。虽然新鲜或干净水的生成是如本文中公开的蒸馏器的一个主要应用，但是其它应用可以包括从液体进料源分离醇如乙醇，其中醇通过蒸发进行分离并形成收集的冷凝物。在大多数应用中，本文中描述的多个太阳能蒸馏器模块可以在一个装置中使用，其中在通过一个太阳能蒸馏器模块之后剩余的任何处理液体可以作为向下游太阳能蒸馏器模块输入的至少一部分加以利用。在其中进料处理液体是盐水或含盐的水如海水的其它应用中，太阳能蒸馏器模块也可以用于浓缩在所处理的进料液体中的盐水平，从而最终从其生产盐。
向处理元件供应处理液体的控制，可以经由进料至蒸馏器模块的处理液体进料管道中的开/关阀，其响应于太阳辐射传感器、传感处理元件的温度的温度传感器或传感处理元件的湿度的传感器而被控制。期望维持向处理元件稳定供应处理液体，同时没有到达处理元件下部水平而不得不由此排出的过量液流。
优选的实施方式下文中将参照附图进行描述。
附图说明
图1是根据本发明的一个第一优选实施方式构建的太阳能蒸馏器模块的透视图；
图2是根据本发明的一个第二优选实施方式构建的太阳能蒸馏器模块的透视图；
图3是沿着图1的线III-III的剖视图，但包括进一步优选的变形；
图4是示出了对于图1和图2中所示的太阳能蒸馏器模块外层封套的上下外部薄板元件的边缘区域的一种可替换连接布置的部分剖视图；
图5是类似于沿着图2的线V-V截取的类似于图3的剖视图；
图6和6a是沿图2的线VI-VI的部分剖视图，示出了两种可替换的布置；和
图7和7a是沿图2的线VII-VII的部分剖视图，示出了对于向太阳能蒸馏器模块的进料处理液体的可能的可替换布置。
具体实施方式
参照图1和2，根据本发明的优选实施方式的太阳能蒸馏器模块10具有大体上矩形的周边支撑框架11，该支撑框架11具有较长侧边缘元件12、13和较短端边缘元件14、15。使用中，支撑框架11由前支脚16和后支脚17支撑，以使支撑框架11以及由此太阳能蒸馏器模块10以相对于水平的倾斜角度被支撑。也可以采用任何其它形式的支撑结构。方便地，周边支撑框架11由电镀金属管材或管子形成，但是也可以采用任何其它形式的细长支撑框架材料。使用中，倾斜的角度为10～50°，优选约30°。
以塔盘80形式的处理面板元件(treatment panel member)18，其具有基底壁(base wall)19、直立周壁20和上部向外延伸法兰21，提供有被支撑在周边支撑框架11上的法兰21。处理面板元件18，通过将铝或铝合金箔或薄板材料压制成具有如下文所描述的在使用中足以自支撑的厚度的所期望形状和构造而方便地形成。处理面板元件18的塔盘80优选由导热性材料制成，并且也可以使用其它金属，包括铜和铜合金或不锈钢。当然，也可以使用其它非金属材料，然而，大多数金属将提供从基底壁19朝上的热辐射反射表面。
处理面板元件18的基底壁19可以提供一个朝上的平整表面或如图1中所示的，多个朝上平整表面25由沿着基底壁19纵向延伸的加强肋22、23和24划分开。加强肋22、23和24可以永久地形成在基底壁19的壁厚度中。表面25中的每一个可以经过处理以在该表面上提供亲水性液体流。这可以经由直接处理该表面或通过施加在其上形成的具有这样的表面的光亮或透明涂层。可以提供在其表面上酸蚀或用氧化硅、氧化铝、氧化钛或另一合适材料涂覆的聚合物材料的光亮或透明层，以覆盖朝上表面或多个朝上表面25从而在其上提供亲水性表面。还认识到，在铝表面上形成的氧化铝在朝上表面25上自然地形成亲水性表面25。亲水性表面允许表面25中的液流以薄液膜铺展开，与结珠成滴或液流状流动相反，已发现这实质性地改进了太阳热能向液体的传递并由此改进了期望组分从该液体的蒸发。
位于处理面板元件18的上端26处的是用于将处理液体递送到处理面板元件18的上端26的递送装置27(delivery arrangement)。在如图1和2中举例说明的优选实施方式中，递送装置27包括集管28，该集管28沿着其长度具有多个间隔开的排放开口29。排放开口29方便地是在集管28中形成并在外周(或竖立)方向上延伸的狭缝。集管28方便地由能够耐受在蒸馏模块10内经历的温度的材料制成。方便地，可以使用金属管，但是也可以使用其它合适的耐高温材料。递送管30将处理液体从外部来源(未示出)进料至集管28。排放开口29将处理液体递送至横跨处理面板元件18的基底壁19的间隔开的位置，并且具体地在如图1中举例说明的实施方式中的表面25。尽管附图仅显示了在表面25上端处的一个上部集管28，但是在沿着表面25的中间位置提供多个供应装置也是可能的。在每一个表面25上，多孔材料层31基本上横跨表面25延伸并且基本上沿着表面25从太阳能蒸馏器模块10的上端26延伸至下端30、32。在另一可能的实施方式中可以提供覆盖基底壁19的整个上表面的单个多孔材料层31。处理液体流在多孔材料层31上流动和通过，从而以薄膜流横跨基底壁表面25铺展。如下文描述的太阳能加热这种薄膜流，并且期望的组分被蒸发而作为蒸汽向上通过多孔层31或从其穿过。多孔层31可以是纺织或非纺织材料，并且可以是吸收性或亲水性的。合适的材料包括聚丙烯、聚酯和聚酯掺混材料，例如聚酯和人造纤维的掺混物。这些材料在可能情况下应该是UV稳定的以改进其在使用中的寿命。也可以使用天然纤维(包括羊毛)，如以羊毛毡制材料的形式。优选地，所述层或多个层31的材料对于处理液体是吸收性的，并且具有低于200gm/m2，并优选在10～80gm/m2的重量。该多孔材料层或多个层31可以是织物材料或成网状材料(netting material)，并且该层或每个层31可以在至少一个位置出固定至在下方的处理面板元件18。连接可以经由Velcro紧固装置或其它合适的可拆卸装置，以使该材料层或多个层31能够按照需要随时替换。在处理液体中的材料也可以沉降出来并保留在该多孔材料层或多个层31中。如果这些材料具有价值，则在使用之后，该多个层31能够经过处理而回收这些材料。这可以包括例如贵重矿物、金属包括金、以及其它物质。
到达太阳能蒸馏器10下端32的任何处理液体能够被收集并通过位于处理面板元件18中的排出口33合适地排出。从排出口33引出的合适排出管(未示出)，可以提供用于引导通过蒸馏器模块的下部薄板，从而将该液体引导至收集点或再循环以再引入到其中或另一太阳能蒸馏器模块。
太阳能蒸馏器模块10的外部封套34优选由光亮或高度透明的柔性或半刚性塑料材料的上薄板35以及柔性塑料材料的下薄板36形成。上和下薄板35、36的塑料材料可以是半刚性的、通常不是恢复原状或弹性的，但是在使用中是耐久的和耐磨的。优选地，它也是抗冲击的。合适的材料包括PET塑料薄板材料、聚碳酸酯薄片材、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸树脂、乙酰树脂或类似的聚合物薄板材料。优选该材料通过热成型或类似方式能够被预制成期望形状，从而形成如下文更详细描述的能够与柔性紧固装置一起使用的协同操作的上和下塔盘或边缘结构。优选至少塑料材料的上薄板35的材料对预计形成的冷凝物表现出亲水性特性，或至少塑料材料的上薄板35的内表面表现出这样的亲水性特性。这可以通过将这样的亲水性层层压至塑料材料的薄板35的内表面上而实现。这样的材料可以是氧化物材料，如氧化硅、氧化钛、氧化铝，或表现出合适亲水性特性的类似材料。内表面层可以单独地形成并通过光亮或高度透明的粘合剂粘附于内表面上，或它可以通过共挤出或任何其它技术(包括涂覆技术)层压至上薄板材料35的基底材料上。可替换地，上薄板元件35的整个材料可以由表现出亲水性特性的材料形成。在另一种可能方式中，亲水性表面可以通过酸蚀基底层聚合物材料而形成。使用中，当在亲水性表面上形成冷凝物时，其形成液膜而铺展在该表面上并在其上向下流动。在这种情况下，上壁净化而改进其太阳能传输质量。下薄板元件36可以类似构建，但是下薄板元件36不需要是光亮或高度透明的，尽管如果需要时它可以是。至少提供是亲水性的上薄板元件35的内表面37，允许其上形成的冷凝物更快地流到下部收集点(如下文所述的)，同时铺展开成薄液膜，由此也最小化了冷凝物对进入太阳能蒸馏器模块10的太阳能构成的可能障碍。下薄板元件36也可以期望地具有亲水性或疏水性内表面38(至少)，因为如以下更详细描述的，一些冷凝物也可能在该表面38上形成并流到收集位置，然而，通过这种壁的太阳能透射利用所述模块的性能，并不是一个相关问题。
如图1中所示，可以提供至少一个隔离元件(spacer member)40，优选地在纵向方向上延伸以保持上薄板元件35的内表面37在处理面板元件18的基底壁19上方间隔开。期望地，内表面37，至少近似地，在基底壁19上方保持相对均匀的距离，其中这个距离相对较小以最小化太阳能蒸馏器模块10中的体积。隔离元件40可以是丝、杆或类似网状材料或相对光亮/透明塑料材料，其对引向处理面板元件18的该表面或多个表面25的太阳能提供最小的障碍。图2举例说明了一种可能的优选可替换方式，其中隔离元件40用从处理面板元件18的基底壁19压制或辊轧形成的延长法兰元件41代替，其纵向延伸并维持上薄板元件35的内表面81与底壁表面25间隔开(参见图5)。一个或多个隔离元件42可以提供在处理面板元件18的基底壁19的后表面43和下薄板元件36的内表面82之间。该隔离元件或多个隔离元件42可以纵向或横向地延伸，并且可以通过可膨胀元件或通过网状材料或类似材料构造以允许气体或蒸气在蒸馏器模块内循环，在下薄板元件36和基底壁19的后表面43之间形成的空间内。该后部隔离元件或多个隔离元件42也应该构造成最小化在下薄板元件36的内表面82上的冷凝物流动的障碍，因为一些冷凝物也形成于其上并向下流到冷凝物收集区。在一些应用中，该后部隔离元件或多个隔离元件42也可以省去，其中重力确保在下薄板元件36和处理面板元件18之间所需的间隔。处理室85由此形成在上和下薄板元件35、36的内表面81、82之间，其中上部区域86在处理元件18上方而下部区域87在处理元件18下方。隔离元件(未示出)可以位于处理面板元件18的上端和下端处以确保对流循环空间形成在处理面板元件18上方、下方和周围。对流流动在使用中在处理面板元件18上方向上地并在处理面板元件18下方向下地出现。
如图3和5所示，上和下薄板元件35、36可以预制成塔盘或壳状元件，其中它们的周边边缘区域44、45相互啮合并由胶带46或任何其它合适装置包括夹子固定。尽管太阳能蒸馏器10应该提供很大程度上封闭的内部环境，但是内部空间完全是气密性的并不是必须的。尽管图3和5示出了作为塔盘或壳状的薄板元件35、36，但是等同地可以具有一个或另一个形成为平板元件。图4举例说明了在上和下薄板元件35、36的相邻边缘区域之间的优选连接的另一种形式。在这种构造中，每一个边缘区域47、48具有在使用中布置成相互面对的半圆形边缘区域隆起结构49、50。然后具有其内形成的纵向狭缝52的圆形固位管(retainer tube)51在相对边缘结构49、50上滑动，使得它们随后被防止相对于固位管51侧向或横向地发生移动。如图1和2看到的，太阳能蒸馏器模块10的相对侧边缘以及上和下端边缘中的每一个可以通过固位管51固定。如果太阳能蒸馏器模块10的内部区域需要以任何方式使用，则将一个或多个固位管51滑出该装置从而允许进入太阳能蒸馏器模块10的内部区域将是一个很轻松的过程。
所附附图的图6在部分剖视图中示出了用于在太阳能蒸馏器模块10的下端32处收集冷凝物53的一个优选构造。上和下薄板元件35、36的下端通过类似于图3中所示的紧固装置而连接在一起。在这种情况下，纵向狭缝52具有一定宽度，其允许在上薄板元件35内表面81上形成的冷凝物53可以通过重力作用在内表面81上向下流动并进入由边缘区域结构49、50以及固位管51限定的内部区域57中。在下薄板元件36的内表面82上形成的任何冷凝物53也在重力作用下向下流动并进入空间57中。如在图1和2中所看到的，下部固位管51可以向下地朝一侧倾斜，以使其中收集的冷凝物能够在重力作用下流向该侧，并经由冷凝物管道54排出。当冷凝物53是干净水时，可以期望的是还提供用于收集降落在如图6a所示的上薄板元件35外表面55上的雨水59的装置。在这样的布置中，降落在外表面55上的雨水可以在其上向下流动以被向上转动的法兰56截流并由此引入到内部区域57。如果期望，则可以沿着在管颈58和薄板元件35的外表面55之间的固位管51的长度提供一个或多个增加宽度的区域以改进流入内部区域57中的水流。
图7和图7a举例说明了优选实施方式，其中用于处理液体的递送装置27可以是延伸横跨面板元件18的上端26的沟槽储器(troughreservoir)60，沟槽储器60接收来自合适的递送管如图1、2中的管30的处理液体61。随后处理液体从沟槽储器通过管芯材料层62吸走(通过毛细作用)。管芯材料层62可以是多孔材料层或多个层31的延长部分(图7)或者它可以是如图7a中所示的单独层。这样的布置使其对于处理面板元件18在横向上保持基本水平从而实现向该表面或多个表面25均匀供应处理液体变得不太关键。
已经实施了根据本发明构建的太阳能蒸馏器模块的测试，其中对比了SUNSURE现有太阳能蒸馏器模块。根据本发明的三个脱盐太阳能蒸馏器模块安装在澳大利亚的墨尔本维多利亚州北部45km的房屋上，其中每一个蒸馏器模块面向朝北方向。这些太阳能蒸馏器模块的标识为A的第一个总体上是根据图1所示的蒸馏器模块进行构建。分别标识为B和C的第二和第三个蒸馏器模块总体上是根据图2进行构建的。
从现场的罐抽出的钻井水用作向太阳能蒸馏器模块A、B和C的进料。地下水预先对于总溶解固体(TDS)、pH和污染物进行了检测。这些试验的目的不是验证水的质量超过整个生产过程中产品水的电导率的随机检测值。所实施的测试证实，在测试期间内对于递送到蒸馏器中的进料水的TDS浓度为1700ppm数量级。对生产的蒸馏水(冷凝物)也进行了检测，其中TDS浓度在1～20ppm范围。来自太阳能蒸馏器模块A、B和C的废水达到了高达2500ppm的TDS，证实了废水流中的盐浓度。
太阳能蒸馏器在每两天的上午9:00开始运行，其中通过蒸馏器模块的流速调节为大约4L/h。蒸馏的水在蒸馏器底部收集并用管道送至接收容器。该小时内生产的水的体积使用500mL量杯测定。泵在下午6:00停止并且整夜蒸发的水在启动之前的次日凌晨收集。
为了验证这些装置的太阳能效率，测定每小时所接收的太阳辐射水平。Campbell科学气象站预先现场建立，也是面朝北。建立这个气象站以每小时和每天记录现场接收的太阳辐射。
另外，为了进一步验证效率，还运行SUNSURE((标识为)S)太阳能蒸馏器。这种蒸馏器在每日上午9:00用水填充并允许在没有再填充的情况下整天运行。在每个生产日结束时，测定生产的水的体积并对比计算的效率。
为了计算太阳能蒸馏器模块的太阳能效率，这个小时期间接收的太阳辐射从气象站收集并用于计算能够生产的水的理论极限，由以下方程表示：
PT＝RS/HVAP(方程1)
其中，
●PT＝基于100％效率的水的理论生产速率(L/m2)
●Rs＝该小时期间接收的太阳辐射(MJ/m2)
●HVAP＝水的汽化热(kJ/L)
然后通过测定该小时期间生产的水体积除以能够生产的水理论极限而计算效率，由以下方程表示：
nS＝(PR/PT)x100(方程2)
其中，
ns＝太阳能效率，
PR＝该小时内生产的水的实际生产速率(L/m2)，
PT＝基于100％效率的水的理论生产速率(L/m2)
在测试的第一天，测试结果如下表1中所示：
表1
装置 生产的水的体积(L) 水的生产速率(L/m2) 最终太阳能效率
A 15.10 5.03 53.0％
B 16.34 5.45 60.5％
C 15.47 5.16 55.3％
S 1.825 3.80 40.0％
在测试的第二天，几个生产小时由于云而中断；然而，温度升高至约35℃。下表2列出了四种太阳能蒸馏器模块A、B、C和S的结果。
表2
装置 生产的水体积(L) 水生产速率(L/m2) 最终太阳能效率
A 9.925 3.31 46.7％
B 11.30 3.77 50.9％
C 11.10 3.70 49.9％
S 1.20 2.55 35.4％
下表3中显示了测试结果的总结：
表3
第一天 第二天
最高温度 30.6℃ 35.5℃
阳光照射小时数 11.0 8.7
太阳能效率(A，B，C) 55-61％ 50-51％
太阳能效率(S) 40％ 35％
产品 废水
测定的TDS，ppm 1.0-15.0 2250-2500
测试结果证实了根据本发明的太阳能蒸馏器模块具有50％～65％的太阳能效率水平，并且它们比SUNSURE太阳能蒸馏器模块效率更高。
对于所披露的落入所附权利要求范围内的实施方式可以有许多变形和修改。

Claims (10)

1.一种太阳能蒸馏器模块(10)，具有处理室(85)，所述处理室(85)包括位于所述处理室(85)的上末端下方的处理元件(18)、将处理液体至少供应至所述处理元件(18)的第一区域(25)的上端(26)的处理液体供应装置(27)，所述处理元件(18)的第一区域(25)由薄金属薄板材料形成，由此通过所述处理液体供应装置(27)递送的处理液体在所述第一区域(25)上以一个薄处理液体膜流或多个膜流进行分布，从而在其上重力作用地向下流动，所述处理室(85)具有位于所述处理元件(18)的所述第一区域(25)上方的上部太阳能透射壁，能够将太阳能至少施加至所述第一区域(25)以蒸发所述处理液体的组分的至少一部分，所述蒸发的组分在所述上部太阳能透射壁的内表面(81)上至少部分地冷凝从而在其上形成冷凝物，所述处理室(85)的所述上部太阳能透射壁(35)由预制聚合材料的第一薄板形成，所述上部太阳能透射壁(35)在使用中是光亮或高度透明的并具有相对于所述冷凝物是亲水性的内表面(81)，由此在其上形成的所述冷凝物铺展成薄膜而在其上向下流动至用于收集的所述下部位置或多个下部位置，所述太阳能蒸馏器模块(10)特征在于所述第一区域(25)的所述朝上表面或多个朝上表面能够反射太阳能。 
2.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述第一区域(25)的所述朝上表面或多个朝上表面是导热性的。 
3.根据权利要求1或2所述的太阳能蒸馏器模块，进一步包括至少部分地覆盖所述第一区域(25)的一个多孔材料层或多个多孔材料层(31)。 
4.根据权利要求3所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述一个多孔材料层或多个多孔材料层具有200gm/m2或更小的重量/面积。 
5.根据权利要求4所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述一个多孔材料层或多个多孔材料层具有10～80gm/m2的重量/面积。 
6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述处理元件是具有形成所述第一区域(25)的第一倾斜壁(19)的预制薄板金属元件，是铝、铜、或不锈钢。 
7.根据权利要求1至6任一项所述的太阳能蒸馏器模块，所述预制聚合材料是预制柔性聚合物材料，所述太阳能蒸馏器模块(10)进一步包括至少一个能够使所述柔性预制聚合物材料在所述处理元件(18)的所述第一区域(25)上方被隔开定位的隔离元件(40，41)。 
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述处理室(85)包括与所述液体处理元件的下末端隔开的下壁(36)，所述下壁(36)由预制柔性聚合物材料的第二薄板(36)形成。 
9.根据权利要求1至8任一项所述的太阳能蒸馏器模块，其中，所述上部太阳能透射壁(35)的所述预制聚合材料是选自聚碳酸酯、PET、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸树脂或乙酰树脂的预制柔性聚合物材料。 
10.根据权利要求7所述的太阳能蒸馏器模块，其中，至少一个隆起结构(41)沿着所述处理元件的所述第一区域(25)延伸，将所述第一区域(25)分成所述处理液体能够沿其流动的至少 两个分开的通道，所述或至少一个所述隆起结构(41)啮合所述上部太阳能透射壁的所述内表面(81)。 
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