CN104961179A - 间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，包括太阳能吸热层、M个蒸发层和M个冷凝层，M为至少两个以上，太阳能吸热层的背阳面与第一个蒸发层贴合后，蒸发层再与冷凝层依次间隔贴合设置，蒸发层内部各设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，各蒸发层顶部的蓄水槽接入有溶液进入口，底部有浓溶液出口，冷凝层的底部有淡水采集出口。本发明太阳能光热转换效率高，稳定性好，寿命长，利用部分冷凝潜热；蒸发面积大；清理维护便利，不会因涂层覆盖、污染或者固体结晶等因素降低产品性能，消除了生物污染、污泥覆盖及盐体结晶的不利影响。

Description

间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置

技术领域

本发明提供了一种利用太阳能高效稳定长久产生淡水的装置，具体涉及一种制淡一体化的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，可再生能源的研究和推广得到重视。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。

淡水资源在时空上分布不均，加上人类的不合理利用，使世界上许多地区面临着严重的水资源危机。

现在制淡方式包括膜法、多级闪蒸等多种方式，但是其耗能较大，且规模化程度高。太阳能制淡具有无能耗、可小型化、基本无区域应用死角的优势。由此可见，兼顾能源、环保因素和特殊地区的使用因素，采用太阳能的无动力驱动型高性能制淡装置具有优良的应用前景，可以有效很多地区和领域的生活和发展问题。

早期被动太阳能制淡为盘式蒸馏，但是使用后选择吸收性涂层易被污染物覆盖或者有固体盐析出时遮挡，有的因为溶液腐蚀特性脱落，有的因化学反应太阳光吸收性迅速降低，等等众多原因导致其制淡性能衰减甚至失效，严重制约太阳能制淡的效果和推广。

中国公开号为1843947的专利，公开了一种太阳能多效海水淡化及其发电设施，其由箱体支架、双层保温棚、太阳能加热器、单效海水蒸发器、一效海水蒸发器、海水输入管、盐水输出管、引风机、水蒸气冷却帘、淡水输出管、淡水汇水槽组成的多效海水淡化装置,由双层保温棚、淡水输出管、淡水汇水槽、盐水池、盐泵、池壁组成的太阳池,由双层保温棚、箱体支架、保温板、盐水输出、输入管、海水输出、输入管、高压气体输出阀、低压气体输入管、高压气体输出管、高压气体输入阀、换能器、制冷剂输出阀、汽轮发电机、空气压缩机组成的太阳能发电装置三部份组成。如上述公开的专利，现有技术多是采用分离的太阳能装置、蒸发装置和冷凝装置，虽然解决了太阳能装置的降温问题，但是整体装置占用安装空间，也不易于整体装置的转移。海边、戈壁滩、盐碱地、沙漠等地的植被种植需要大量淡水以进行治理改造，因此需要大面积布置发电装置与淡化装置，而大量分立的器件不仅占用安装空间，还需要铺设大量相连接导管，增加了安装复杂度及费用，因此不利于大规模应用及推广。

发明内容

本发明充分利用太阳能资源，避免了制淡的能源消耗和环境污染，通过吸热和蒸发分别独立空间的方式解决传统被动太阳能制淡装置的单位面积制淡能力差、使用寿命短的问题，是一种高性能、低成本、长寿命的太阳能被动型制淡技术和装置。

推广本产品费用低廉且不消耗电力无需接线，安全性好、寿命长、性能稳定，具有众多优势。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，包括有太阳能吸热层、设置于太阳能吸热层的背阳面并与之贴合的蒸发层和与蒸发层顶部连通的冷凝层，所述蒸发层是内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，蒸发层顶部的蓄水槽从蒸发层外接入有溶液进口管，且蒸发层底部设有浓溶液出口，冷凝层底部设有淡水采集出口。上述太阳能吸热层、蒸发层及冷凝层共同组成蒸发和冷凝前后两大部分，采用蒸发层与太阳能吸热层贴合设置的结构，可有效利用太阳能吸热层的温升来加热蒸发层的溶液。

进一步，还包括有框架、导热密封板、隔板和背板，导热密封板与太阳能吸热层贴合设置后，再与导热密封板、隔板和背板从上往下隔空设置，最后由框架围合密封，并且隔板在顶部的一侧不与框架接合而留出供蒸汽流通的空隙，导热密封板、隔板及框架所围的空间为蒸发层，隔板、背板及框架所围的空间为冷凝层，蒸发层在空隙处连通冷凝层，隔板在蒸发层的一面设置上述至少两个以上敞口的蓄水槽及相邻蓄水槽之间的导流部。上述太阳能吸热层、蒸发层及冷凝层由框架固定密封为板状结构的一体化装置，易于整体装置的转移，以及节省装置的地面安装面积。

本方面的另一个技术方案，一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，包括有太阳能吸热层、M个蒸发层和M个冷凝层，M为至少两个以上，太阳能吸热层的背阳面与第一个蒸发层贴合后，蒸发层再与冷凝层依次间隔贴合设置，蒸发层内部各设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，各蒸发层顶部的蓄水槽从外部接入有溶液进入口，各自底部设有浓溶液出口，各冷凝层的底部设有淡水采集出口。通过多层蒸发层及冷凝层的间隔设置，增大了溶液的蒸发面积，可提高装置制取淡水的效率。

进一步，还包括有框架、背板、M个导热密封板和M个隔板，导热密封板与隔板依次间隔并隔空设置后，再最后与背板隔空设置，并由框架围合密封，并且各隔板在顶部的一侧不与框架接合而留出供蒸汽流通的空隙，上述导热密封板、隔板和框架围合形成蒸发层，蒸发层通过上述空隙连通的相邻空间为冷凝层。同样将上述太阳能吸热层、各蒸发层及各冷凝层由框架固定密封为板状结构的一体化装置，易于整体装置的转移，以及节省装置的地面安装面积。

进一步，上述两个方案的一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，所述的蓄水槽是多层平行结构，包括有N个平行且相邻隔空设置的“U”形板和N-1个导流片，N为至少两个以上，“U”形板和N-1个导流片的宽度相同，并且在宽度方向的两侧封闭，或者两侧由导热密封层和隔板夹合密封，“U”形板的两边不等高，并且开口向上设置，导流片为“L”形、平直或弧形的挡片，导流片隔空设置在“U”形板的较低侧外部，并且导流片的上部高于“U”形板的较低侧，导流片的下部设于“U”形板的下方，导流片与“U”形板的较低侧及底面之间的空间形成导流部，“U”形板为蓄水槽，“U”型导管则作为导流部。上述结构的蓄水槽，以“U”形板的开口为溶液提供蒸发面，因相邻“U”形板是隔空设置，使得“U”形板两侧具有开口可供蒸汽流出，通过导流片对溢出溶液引导至下层蓄水槽，通过上述结构增大了蒸发层的蒸发面积，通过顶部的缝隙进入冷凝层形成水滴。

所述导热密封板、隔板和背板以次通过支撑件相互支撑，采用支撑件可增加各个板材的承重。

所述太阳能吸热层包括有透明盖板、被透明盖板覆盖的太阳光选择吸收性涂层，太阳光选择吸收性涂层与所述导热密封板贴合设置。所述导热密封板是导热性良好的薄玻璃板、金属板或者聚酯纤维板。光电板芯与导热密封板接触贴合或者胶接，导热密封板用来保护光电板芯不被海水、盐水、咸水等溶液腐蚀和损伤。导热密封板完全隔离板芯和后面制淡部分，还能传导吸热板的热量，用于加热蒸发层的溶液。

还包括有贯穿所有蓄水槽槽道的密封棍，密封棍与槽道贯穿口的接合部位为螺纹密封连接或锥形密封连接，密封棍可抽离蓄水槽使贯穿口泄出污水。装置在长久使用后，槽道内产生大量固体结晶，提起密封辊后每个槽道均漏出贯穿口作为泄水口，用来将清洗液或者晶体排放而无需倒置，清洗完毕重新密封后进行制淡。

所述蒸发层的溶液进入口还连接有为蒸发层输入溶液的水泵，可通过外部控制电路自动控制水泵的工作周期。

附图说明

图1为本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的实施例1的立体结构图。

图2是图1的A处结构的局部放大示意图。

图3为本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的实施例1的蒸发层隔板的俯视图。

图4为图3在B处结构的局部放大示意图。

图5为本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的实施例2的立体结构图。

图6为图5的C处结构的局部放大示意图。

图7为本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的蒸发层蓄水槽的另一实施例的俯视图。

附图标记：

1-太阳能吸热层，101-透明盖板，103太阳光选择吸收性涂层，2-蒸发层，201-导热密封板，202-隔板，203-缝隙，240-“U”形板，2401-“U”形板的底面，2402-“U”形板的较高侧，2403-“U”形板的较低侧，230-导流片，2301-导流片上部，2302-导流片下部，3-冷凝层，4-溶液进入口，5-浓溶液出口，6-淡水采集出口，7-框架，51-第一浓溶液出口，52-第二浓溶液出口，61-第一淡水采集出口，62-第二淡水采集出口，21-第一蒸发层，22-第二蒸发层，31-第一冷凝层，32-第二冷凝层，211-第一导热密封板，312-第二导热密封板，212-第一隔板，312-第二隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例1

本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，可将大部分太阳光通过太阳光选择吸收性涂层转换为热量，此热量通过导热在太阳能吸热层背部进行制淡，对比传统的技术，本制淡装置占地空间小、寿命长、性能稳定且对溶液适应性强。

请参阅图1至图4所示的本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的实施例1，图1是本发明实施例1的立体结构示意图，图2是图1的A处结构的局部放大示意图，图3是本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置实施例1的蒸发层隔板的俯视图，图4为图3在B处结构的局部放大示意图。

本实施例的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，是一个板状结构的装置，可在高度方向倾斜放置于支架上或其他支撑物上，该间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置包括有从上往下依次贴合的太阳能吸热层1、蒸发层2和冷凝层3，蒸发层2在顶部与冷凝层3连通，所述蒸发层2的顶部设有溶液进口管4，且底部设有溶液出口5，所述冷凝层3的底部设有淡水采集口6。所述蒸发层2与冷凝层3在本实施例是相贴合设置。另一个实施例是采用冷凝层3与蒸发层2分离的结构设置。

进一步的实施例如下，上述太阳能吸热层1、蒸发层2和冷凝层3是相贴合设置的结构，则采用框架7将上述三者周边密封，具体的参阅图2所示的A处结构局部放大图，蒸发层2与冷凝层3是由板材及框架7组合而成的两个腔体，板材包括有依次隔空放置的导热密封板201、隔板202和背板301，框架7将上述板材的四周边沿围合密封，导热密封板201与隔板202之间的腔体为蒸发层2，隔板202与背板301之间的腔体为冷凝层3，隔板202在蒸发层2顶部的一侧不与框架7接合，并留出可通过水蒸气的缝隙203，使得水蒸汽从蒸发层2进入冷凝层3冷凝从而产生淡水。所述蒸发层2内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽(未标示)，相邻蓄水槽之间设有导流部(未标示)，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽。

请参阅图3和图4，蓄水槽及导流部采用如下实现方式：

隔板202在蒸发层2的一面上，垂直设有N个平行且相邻隔空设置的“U”形板240和N-1个导流片230，N为至少两个以上，“U”形板240和N-1个导流片230的宽度相同，并且在宽度方向的两侧封闭，或者两侧由导热密封层和隔板夹合密封。“U”形板240开口向上设置，并且两边不等高，分别为较高侧2402和较低侧2403，导流片230为“L”形或弧形的挡片，导流片230隔空设置在“U”形板的较低侧2403外部，并且导流片230的上部2301高于“U”形板的较低侧2403，导流片230的下部2302设于“U”形板240的底面2401下方，导流片230与“U”形板240的较低侧2403及底面2401之间的空间形成导流部，“U”形板240即为蓄水槽。

进一步作为另一个实施例，请参看图7，所述蒸发层2只采用蓄水槽而不采用导流部得结构，具体实现方式如下：

隔板202在蒸发层2的一面上，垂直设置有N个平行且相邻隔空设置的“U”形板240，N为至少两个以上，“U”形板240开口向上设置，并且两边不等高，分别为较高侧2402和较低侧2403。相邻“U”形板240高低边位置相反且错开，即“U”形板在较高侧的下方对应相邻“U”形板的较低侧，同样的，“U”形板在较低侧的下方对应相邻“U”形板的较高侧；同时“U”形板240的底面2401在较高侧的长度，比相邻“U”形板的较低侧所在底面要长；“U”形板240的底面2401在较低侧的长度，比相邻“U”形板的较高侧所在底面要短。

上述两种结构的蒸发层2，以“U”形板的开口为溶液提供蒸发面，因相邻“U”形板是隔空设置，使得“U”形板两侧具有开口可供蒸汽流出，通过导流片对溢出溶液引导至下层蓄水槽，通过上述结构增大了蒸发层的蒸发面积，通过顶部的缝隙进入冷凝层形成水滴。

进一步，所述太阳能吸热层1包括有透明盖板101和选择吸收性涂层102，蒸发层2是内部设有蛇形的蓄水槽(未标示)的空腔，冷凝层3是与蒸发层2的顶部连通的空腔。蒸发层2与太阳能吸热层1的太阳光选择吸收性涂层103贴合，冷凝层3与蒸发层2的下表面贴合或是一体结构。

所述导热密封板201是导热性良好的薄玻璃板、金属板或者聚酯纤维板等，导热密封板201能够隔绝待蒸发的溶液，防止选择吸收性涂层103被海水、盐水及污染水等溶液腐蚀和损坏。

通过框架7将透明盖板101、太阳光选择吸收性涂层103、背板301、隔板202等集成在一起，便于安装、运输和密封防护。

实施例2

图5和图6所示为本发明的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置的实施例2，其中图5为实施例2的立体结构图，图6是图5在C结构的局部放大示意图。

本实施例2在上述实施例1的基础上，采用多层蒸发层与多层冷凝层间隔贴合设置的结构，其余部分相同。具体的，包括有太阳能吸热层1、M个蒸发层和M个冷凝层，M为至少两个以上，太阳能吸热层1的背阳面与第一个蒸发层贴合后，蒸发层再与冷凝层依次间隔贴合设置，在本实施例中，优选M为2。

所述蒸发层各为第一蒸发层21和第二蒸发层22，所述冷凝层各为第一冷凝层31和第二冷凝层32。太阳能吸热层1的背阳面与第一蒸发层21贴合后，第一蒸发层21再与第二冷凝层31、第二蒸发层22和第三冷凝层32依次间隔贴合设置，第一蒸发层21和第二蒸发层22内部各设有至少两个以上敞口的蓄水槽(未标示)，相邻蓄水槽之间设有导流部(未标示)，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，第一冷凝层31和第二冷凝层32是用以冷凝水蒸气的空腔，第一蒸发层21和第二蒸发层22顶部的蓄水槽从外部接入有溶液进入口，各自底部设有浓溶液出口，各冷凝层的底部设有淡水采集出口。通过多层蒸发层及冷凝层的间隔设置，增大了溶液的蒸发面积，可提高装置制取淡水的效率。

进一步，上述太阳能吸热层1、第一蒸发层21、第二冷凝层31、第二蒸发层22和第三冷凝层32的可采用一体化结构设置，具体的，采用框架7、背板301、M个导热密封板和M个隔板，当M优选为2时，所述导热密封板各为第一导热密封板211和第二导热密封板311，所述隔板各为第一隔板212和第二隔板312，太阳能吸热层1的背阳面与第一导热密封板211贴合后，再与第一隔板212、第二导热密封板311、第二隔板312和背板301依次间隔并隔空设置，最后由框架7围合密封，并且第一隔板212和第二隔板312在顶部的一侧不与框架7接合而留出供蒸汽流通的空隙，上述第一导热密封板211、第一隔板212和框架7围合形成第一蒸发层21，第一隔板212、第二导热密封板311和框架7围合成第一冷凝层31，第二导热密封板311、第二隔板212和框架7围合成第二蒸发层22,第二隔板212、背板301和框架7围合成第二冷凝层32，第一蒸发层21和第一冷凝层31间通过第一隔板212顶部的缝隙接通，第二蒸发层22和第二冷凝层32间通过第二隔板312顶部的缝隙接通。上述太阳能吸热层1、各蒸发层及各冷凝层由框架7固定密封为板状结构的一体化装置，易于整体装置的转移，以及节省装置的地面安装面积。

上述各蒸发层的溶液进入口统一连通有水泵(未标示)，各蒸发层的蓄水槽及导流部与实施例1相同。

上述实施例1和实施2的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置在使用时，先将本实施例1或实施例2的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置放置在支架上，将苦咸水、污水、海水或者工业废液等通过溶液进入口4注入到装置的蒸发层中，并依次注满蓄水槽，然后关闭并密封溶液进口管4。太阳光透过透明盖板101照射到太阳光选择吸收性涂层103上，照射到的大部分太阳能转换为热能使得太阳光选择吸收性涂层103温度升高，这些热量通过导热密封板导热传递给蒸发层的蓄水槽，使得其中的溶液吸收热量升温蒸发，蒸汽经蓄水槽两侧流出，蒸汽由隔板5顶部的缝隙流入到冷凝层，实施例1是在背板301上进行冷凝，其热量由环境带走。凝结水由淡水采集口8进行收集和处理；实施例2是在第一冷凝层中的第二导热密封层311上进行冷凝，其热量由第二导热密封层311传到第二蒸发层22，加热第二蒸发层22中的溶液，产生的蒸汽进入下一级的冷凝层放热，进一步有冷凝层放热传到下一层蒸发层，经过多层的蒸发层和冷凝层对热量重复收集并制备淡水，实现装置制淡效率的大幅度提升。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，包括有太阳能吸热层、设置于太阳能吸热层的背阳面并与之贴合的蒸发层和与蒸发层顶部连通的冷凝层，所述蒸发层是内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，蒸发层顶部的蓄水槽从蒸发层外接入有溶液进口管，且蒸发层底部设有浓溶液出口，冷凝层底部设有淡水采集出口。

2.根据权利要求1所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，还包括有框架、导热密封板、隔板和背板，导热密封板与太阳能吸热层贴合设置后，再与导热密封板、隔板和背板从上往下隔空设置，最后由框架围合密封，并且隔板在顶部的一侧不与框架接合而留出供蒸汽流通的空隙，导热密封板、隔板及框架所围的空间为蒸发层，隔板、背板及框架所围的空间为冷凝层，蒸发层在空隙处连通冷凝层，隔板在蒸发层的一面设置上述至少两个以上敞口的蓄水槽及相邻蓄水槽之间的导流部。

3.一种间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，包括有太阳能吸热层、M个蒸发层和M个冷凝层，M为至少两个以上，太阳能吸热层的背阳面与第一个蒸发层贴合后，蒸发层再与冷凝层依次间隔贴合设置，蒸发层内部各设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，各蒸发层顶部的蓄水槽从外部接入有溶液进入口，各自底部设有浓溶液出口，各冷凝层的底部设有淡水采集出口。

4.根据权利要求3所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，还包括有框架、背板、M个导热密封板和M个隔板，导热密封板与隔板依次间隔并隔空设置后，再最后与背板隔空设置，并由框架围合密封，并且各隔板在顶部的一侧不与框架接合而留出供蒸汽流通的空隙，上述导热密封板、隔板和框架围合形成蒸发层，蒸发层通过上述空隙连通的相邻空间为冷凝层。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，所述蓄水槽是多层平行结构，包括有N个平行且相邻隔空设置的“U”形板和N-1个导流片，N为至少两个以上，“U”形板和N-1个导流片的宽度相同，并且在宽度方向的两侧封闭，或者两侧由导热密封层和隔板夹合密封，“U”形板的两边不等高，并且开口向上设置，导流片为“L”形、平直或弧形的挡片，导流片隔空设置在“U”形板的较低侧外部，并且导流片的上部高于“U”形板的较低侧，导流片的下部设于“U”形板的下方，导流片与“U”形板的较低侧及底面之间的空间形成导流部，“U”形板为蓄水槽，“U”型导管则作为导流部。

6.根据权利要求1至4所述5任意一项所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，其特征在于，所述蓄水槽是多层平行结构，包括有N个平行且相邻隔空设置的“U”形板，无导流片装置，“U”形板的两边不等高，且其相邻“U”形板高低边位置相反且错开，即为高边的上下相邻边为底边，同时对比上部相邻底边的高边与最近的两侧边框距离更短。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，所述导热密封板、隔板和背板以次通过支撑件相互支撑。

8.根据权利要求4所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，导热密封板之间及最后与背板间为密封设置，隔板与导热密封板底部密封，其余三面为非密封设置。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，所述太阳能吸热层包括有透明盖板、被透明盖板覆盖的太阳光选择吸收性涂层，太阳光选择吸收性涂层与所述导热密封板贴合设置，框架将透明盖板、太阳光选择吸收性涂层围合密封。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的间接吸热型太阳能平板一体式淡化装置，其特征在于，还包括有贯穿所有蓄水槽槽道的密封棍，密封棍与槽道贯穿口的接合部位为螺纹密封连接或锥形密封连接，密封棍可抽离蓄水槽使贯穿口泄出污水。