CN105152251B - 一种蒸馏水制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种蒸馏水制备装置及方法，装置包括真空集热管组，真空集热管组的进液口通过进液管道与水槽相连接，真空集热管组的出汽口连接冷凝管的一端，冷凝管的另一端通过传输管道连接真空泵，传输管道上连接有并联的废液罐和收集罐，太阳能电池组件和蓄电池组件通过电导线相连接，且太阳能电池组件和蓄电池组件均与真空泵相连接为其供电，本发明一方面利用光伏技术将太阳能转换成电能，产生的电能供给真空泵产生低压，另一方面利用光热技术将太阳能转换成热能，用于加热水使之蒸发；本发明利用中低温光热技术即可完成蒸馏，避免了现有方案中技术难度较大的中高温光热技术；本发明所述蒸馏水制备装置及其方法既可以除去不挥发的杂质，也可以除去挥发性杂质。

Description

一种蒸馏水制备装置及方法
技术领域
本发明属于蒸馏水制备技术领域，特别涉及一种蒸馏水制备装置及方法。
背景技术
蒸馏水是指将普通水蒸发汽化后冷凝从而除去了盐类等杂质的高纯度水。蒸馏水不导电，没有杂质离子，因此经常被用于电子设备和机械中，防止设备因漏电而造成的损失。蒸馏水也具有低渗作用，可以用于冲洗手术伤口使创面可能残留的肿瘤细胞吸水膨胀破裂。蒸馏水制备的汽化过程需要消耗大量的能量。而太阳能作为一种无处不在的可再生清洁能源，可以被转化成多种能量形式(热能，电能，化学能等等)加以利用，毫无疑问可以作为一种制备蒸馏水的绿色能源。
此前已有利用太阳能进行蒸馏水制备的尝试。例如在授权号为CN2723427Y的专利<一种太阳能制备蒸馏水装置>和授权号为CN2632066的专利<太阳能蒸馏水发生器>中，太阳能集热器被用于制备蒸馏水。在公开号为CN104229913A的专利<一种太阳能蒸馏水一体机>中，太阳能集热器被用于制备蒸馏水并同时生产生活热水。在授权号为CN2754016的专利<太阳能冷热蒸馏水饮水机>中，作者综合利用太阳能和风能来制备蒸馏水。在公开号为CN102001717A的专利<太阳能光电互补蒸馏水机>中，作者使用电热器和太阳能光能同时加热来提高蒸馏水的制备效率。
在上述专利中，主要是利用太阳能光热效应来对水进行加热和蒸发。但是，常压下水的蒸发需要被加热到100摄氏度的高温，而这需要利用到技术难度较大的中高温光热技术。尤其在太阳光不是很充足的情况下，直接将水将热到100摄氏度的难度较高。相比之下，中低温光热技术则要成熟的多，而中低温太阳能光热产品(例如普通的太阳能热水器)也已经占据重要的市场地位。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种蒸馏水制备装置及方法，综合利用中低温太阳能光热效应和光伏效应，通过将太阳能同时转化成热能和电能从而高效地制备蒸馏水。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种蒸馏水制备装置，包括真空集热管组3，真空集热管组3的进液口通过进液管道2与水槽1相连接，真空集热管组3的出汽口连接冷凝管5的一端，冷凝管5的另一端通过传输管道6连接真空泵12，传输管道6上连接有并联的废液罐7和收集罐9，太阳能电池组件14和蓄电池组件15通过电导线13相连接，且太阳能电池组件14和蓄电池组件15均与真空泵12相连接为其供电。
所述真空集热管组3的出汽口与冷凝管5之间设置有用于检测蒸汽温度的温度计4。
所述废液罐7设置有废液阀8，收集罐9设置有收集阀10，传输管道6和真空泵12之间设置有压力表11。
所述冷凝管5分为两层，内层与真空集热管组3以及传输管道6连接，用于传输蒸汽以及蒸汽冷凝成的液体，外层不与整个系统直接连接，用于放置冷凝材料来降低内层温度，使蒸汽在内层冷却凝结成液体。
所述太阳能电池组件14采用单晶或多晶硅太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池或者有机和高分子太阳能电池。
所述无机化合物薄膜太阳能电池为铜铟镓硒或碲化镉薄膜太阳能电池。
所述蓄电池组件15采用铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或者锂离子电池。
本发明还提供了利用所述蒸馏水制备装置的蒸馏水制备方法，包括如下步骤：
将粗水通入水槽1，通过进液管道2送入真空集热管组3；
利用太阳能电池组件14和/或蓄电池组件15给真空泵12供电使真空集热管组3内产生低压；
粗水在真空集热管组3中蒸发成水蒸气，在冷凝管5液化成蒸馏水并通过传输管道6汇集到收集罐9。
过程中，对出真空集热管组3的蒸汽温度进行检测，低于设定温度时，开启废液阀8，关闭收集阀10，使用废液罐7收集杂质；高于设定温度时，关闭废液阀8开启收集阀10，使用收集罐9收集蒸馏水，其中所述设定温度为当前真空度下水的沸点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、将太阳能光热和光伏两种利用方式相互结合，实现了太阳能热利用和太阳能电利用的双向利用。一方面利用光伏技术将太阳能转换成电能，产生的电能供给真空泵产生低压。另一方面利用光热技术将太阳能转换成热能，用于加热水使之蒸发。
2、高真空下水的沸点很低，因此使用已经成熟并且占据重要市场地位的中低温光热技术即可完成蒸馏。避免了现有方案中技术难度较大的中高温光热技术。
3、本发明所述蒸馏水制备装置及其方法可以生产纯度较高的蒸馏水，既可以除去不挥发的杂质，也可以除去挥发性杂质。
4、可以将设备闲置时太阳能电池组件产生的电能储存在蓄电池组。蓄电池组可以在设备工作时与太阳能电池组件一起为真空泵供电，达到稳定电力供应的目的。
附图说明
图1是本发明所述蒸馏水制备装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明为一种蒸馏水制备装置，实现了光热光伏一体化利用。其包括真空集热管组3，真空集热管组3的进液口通过进液管道2与水槽1相连接，真空集热管组3的出汽口连接冷凝管5的一端且在该端设置有用于检测蒸汽温度的温度计4。冷凝管5的另一端通过传输管道6连接真空泵12且在该端设置有压力表11，传输管道6上连接有并联的带有废液阀8的废液罐7和带有收集阀10的收集罐9，太阳能电池组件14和蓄电池组件15通过电导线13相连接，且太阳能电池组件14和蓄电池组件15均与真空泵12相连接为其供电。
作为本发明的优选实施方式，冷凝管5可分为两层，内层与真空集热管组3以及传输管道6连接，用于传输蒸汽以及蒸汽冷凝成的液体。外层不与整个系统直接连接，用于放置冷水、冰或者其它冷凝材料来降低内层温度，使蒸汽在内层冷却凝结成液体。
作为本发明的优选实施方式，太阳能电池组件14可采用单晶或多晶硅太阳能电池，硅基薄膜太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池(例如铜铟镓硒和碲化镉薄膜太阳能电池)或者有机和高分子太阳能电池。
作为本发明的优选实施方式，蓄电池组件15可采用铅酸蓄电池，镍氢蓄电池或者锂离子电池。
整个装置的流程包括：水槽1通过进液管道2给真空集热管组3提供粗水。利用太阳能电池组件14和/或蓄电池组件15给真空泵12供电使整个系统产生低压。由于液体的沸点随压力的减小而降低，低压情况下水的沸点很低，能被利用中低温光热技术的真空集热管组3蒸发成水蒸气。此时不挥发的组分(例如各种盐类和泥沙)残留在容器中被除去。产生的水蒸气在冷凝管5液化成蒸馏水并通过传输管道6汇集到收集罐9。
通过观察温度计4可以检测蒸汽的温度。蒸发最开始产生的初始馏分中含有大量挥发性的杂质(例如氨，二氧化碳和各种有机物)。此时应开启废液阀8关闭收集阀10，使用废液罐7收集常压沸点低于100摄氏度的挥发性杂质。通过观察压力表11可以得到真空度，并依此将水的沸点换算至该真空度下。当温度计4显示的蒸汽温度达到该真空度下水的沸点时，关闭废液阀8开启收集阀10，使用收集罐9收集蒸馏水。
以上所述仅为本发明的一个实施范例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的专业技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蒸馏水制备装置，包括真空集热管组(3)，其特征在于，真空集热管组(3)的进液口通过进液管道(2)与水槽(1)相连接，真空集热管组(3)的出汽口连接冷凝管(5)的一端，冷凝管(5)的另一端通过传输管道(6)连接真空泵(12)，传输管道(6)上连接有并联的废液罐(7)和收集罐(9)，太阳能电池组件(14)和蓄电池组件(15)通过电导线(13)相连接，且太阳能电池组件(14)和蓄电池组件(15)均与真空泵(12)相连接为其供电，所述冷凝管(5)分为两层，内层与真空集热管组(3)以及传输管道(6)连接，用于传输蒸汽以及蒸汽冷凝成的液体，外层不与整个系统直接连接，用于放置冷凝材料来降低内层温度，使蒸汽在内层冷却凝结成液体，所述废液罐(7)设置有废液阀(8)，收集罐(9)设置有收集阀(10)，传输管道(6)和真空泵(12)之间设置有压力表(11)，所述真空集热管组(3)的出汽口与冷凝管(5)之间设置有用于检测蒸汽温度的温度计(4)，对出真空集热管组(3)的蒸汽温度进行检测，低于设定温度时，开启废液阀(8)，关闭收集阀(10)，使用废液罐(7)收集杂质；高于设定温度时，关闭废液阀(8)开启收集阀(10)，使用收集罐(9)收集蒸馏水，其中所述设定温度为当前真空度下水的沸点。
2.根据权利要求1所述蒸馏水制备装置，其特征在于，所述太阳能电池组件(14)采用单晶或多晶硅太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池或者有机和高分子太阳能电池。
3.根据权利要求2所述蒸馏水制备装置，其特征在于，所述无机化合物薄膜太阳能电池为铜铟镓硒或碲化镉薄膜太阳能电池。
4.根据权利要求1所述蒸馏水制备装置，其特征在于，所述蓄电池组件(15)采用铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或者锂离子电池。
5.一种蒸馏水制备方法，利用权利要求1所述蒸馏水制备装置，其特征在于，包括如下步骤：
将粗水通入水槽(1)，通过进液管道(2)送入真空集热管组(3)；
利用太阳能电池组件(14)和/或蓄电池组件(15)给真空泵(12)供电使真空集热管组(3)内产生低压；
粗水在真空集热管组(3)中蒸发成水蒸气，在冷凝管(5)液化成蒸馏水并通过传输管道(6)汇集到收集罐(9)。
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