CN105460995B - 太阳能蒸馏净水设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种太阳能蒸馏净水设备。包括有太阳能聚光器、支架、蒸馏罐，其中蒸馏罐放置于支架上，太阳能聚光器使太阳光反射的光斑聚焦至蒸馏罐，蒸馏罐通过水蒸气排出管道与冷凝器连接，冷凝器设有蒸馏水排出口，焦斑能量加热蒸馏罐内的待处理原水，待处理原水加热升温后产生的水蒸气经水蒸气排出管道通入冷凝器，水蒸气在冷凝器内冷凝得到的蒸馏水经蒸馏水排出口排出。本发明可减少光反射损失，减少对流热损失，减少蒸馏罐结垢对传热性能的影响，减少传热热阻，还可避免蒸馏罐壁腐蚀的问题，且具有杀菌消毒的作用。本发明具有较高热效率，结构简单，费用低廉，方便携带。

Description

太阳能蒸馏净水设备

技术领域

本发明是一种太阳能蒸馏净水设备，属于太阳能蒸馏净水设备的改造技术。

背景技术

蒸馏技术如多效蒸馏（MED）、多级闪蒸（MSF）和压气蒸馏（VC）已经应用于海水、苦咸水和卤水的淡化，也可用于高硬度水的软化、以及高氟水、高砷水、其它受污染的水、工业废水、生活污水等的净化处理。但这些蒸馏技术需要燃用矿物燃料来供给水分蒸发所需的热量，能耗较大。近年来，由于全球水资源和能源短缺、温室效应和气候变化等环境问题日趋突出，无需消耗矿物燃料、无污染的太阳能蒸馏净水技术受到了较多的关注。

涉及太阳能蒸馏净水技术（聚光型）的一些中国专利如下：200720060141“太阳能蒸馏水装置”、200720170360“一种太阳能环效净水系统”、200820229223“双功能太阳能蒸馏器”、201010108671“多凹面镜集成型蒸发式太阳能净水器”、201010500802“太阳能污水处理装置”、201110088384“一种水净化器”、201210069591“一种太阳能海水淡化机、蒸馏水机、太阳能锅炉机”、201210311957“太阳能多效蒸馏系统”、201220642796“一种太阳能蒸馏水机”、201420076621“一种太阳能海水淡化与发电装置”、201420368492“一种便携式海水淡化装置”、2015201186173“全自动太阳能蒸馏器”。

国际上关于太阳能蒸馏净水技术（聚光型）的一些专利如下：WO2006077593“Solar desalination apparatus”、WO2011108771“利用太阳能的各种水蒸馏装置以及蒸馏方法”、WO2012070786“Apparatus for desalinating seawater”、WO2013043242 “用于蒸馏水的设备及其使用方法”、US2012192562 “Steam generation device ”、US2013112189 “Solar steam generation”、US8882968B1“Method and apparatus forsolar desalination”、GB0710171 “A concentrated solar distillation design”、GB201113020“Optical desalination upgraded”、DE4406365“Purification of saltwater by distillation in container-transportable solar still”、JP2009138673“太陽熱蒸留装置”、JP2009044851“淡水化装置”、KR20080103762 “Solar heat collectingand heating apparatus and solar-heated hot-water boiler with the same”。

这些聚光型太阳能蒸馏净水装置通常包括聚光器和设置在聚光器的焦点处的蒸馏罐（或蒸馏槽），聚光器将太阳光聚焦照射到蒸馏罐底部（或侧壁），使蒸馏罐内的待处理原水受热蒸发为水蒸气，水蒸气冷凝后得到蒸馏水。

现有的聚光型太阳能蒸馏净水技术有以下缺点：

（1）光反射损失较大

聚光器聚焦照射到蒸馏罐底部的太阳辐射只有部分能够被蒸馏罐底部吸收转化为热能，其余会被蒸馏罐底部反射损失掉。太阳辐射反射率主要受材料种类和表面性质的影响。普通不锈钢板的太阳辐射反射率可高达40至60%。由于选择性吸收太阳辐射涂层不能承受焦斑高温，不能以蒸馏罐底部涂覆选择性吸收太阳辐射涂层的方式来提高太阳辐射吸收率。现有技术一般是在蒸馏罐底部涂覆无光泽黑色油漆来增加太阳辐射的吸收，但仍然会有较大的光反射损失。

（2）对流热损失较大

蒸馏罐底部（及侧壁）与外界冷空气直接接触，当环境气温低，风速大时，其对流热损失较大。尤其是在大部分蒸馏操作时间内蒸馏罐内水温达80至100℃，而且光热转换（即太阳辐射能转换为热能）发生在蒸馏罐底部外表面，使得蒸馏罐底部的温度高于100℃，蒸馏罐底部与外界冷空气之间的温度差远大于蒸馏罐底部与其内部的沸腾的水之间的温度差。因此，蒸馏罐通过对流传热方式向周围冷空气散失的热量较大。

（3）蒸馏罐容易结垢，降低传热性能

当蒸馏罐内的待处理污水中的水分受热蒸发为水蒸气排出后，蒸馏罐内污水被浓缩，高浓度污染物容易在蒸馏罐内壁面形成垢层。这些垢层大幅度地降低蒸馏罐壁与污水之间的对流传热系数，导致蒸馏罐底部接收到的太阳光斑能量更多地向周围冷空气散失，而不是传递给蒸馏罐内的污水。

（4）传热热阻较大

在蒸馏罐外壁面发生的太阳光热转换产生的热能需要以热传导的方式经过黑色油漆层、蒸馏罐壁、垢层传导至蒸馏罐内，然后再以对流传热的方式传递给蒸馏罐内的水，其传热步骤较多，传热热阻较大，热效率（定义为用于蒸馏罐内的水加热和蒸发的热能占聚光器的采光面积所接收到的太阳辐射能的百分比）一般低于30%。

（5）蒸馏罐容易腐蚀

当待处理原水含有较多的盐分或金属离子时（如海水、苦咸水、卤水的盐分可高达5%），在蒸馏操作温度下，容易发生电化学腐蚀反应，导致蒸馏罐壁被腐蚀。因此，太阳能蒸馏净水设备需要采取防腐蚀措施（如在待处理原水中投加化学阻垢剂），增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种具有较高热效率的太阳能蒸馏净水设备。本发明结构简单，费用低廉，方便携带。

本发明的技术方案是：本发明的太阳能蒸馏净水设备，包括有太阳能聚光器、支架、蒸馏罐，其中蒸馏罐放置于支架上，太阳能聚光器使太阳光反射的光斑聚焦至蒸馏罐，蒸馏罐通过水蒸气排出管道与冷凝器连接，冷凝器设有蒸馏水排出口，焦斑能量加热蒸馏罐内的待处理原水，待处理原水加热升温后产生的水蒸气经水蒸气排出管道通入冷凝器，水蒸气在冷凝器内冷凝得到的蒸馏水经蒸馏水排出口排出。

上述蒸馏罐设置有平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗或者凹洞吸热体，所述平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗或者凹洞吸热体位于聚光器的反射聚焦光斑的焦点。

上述蒸馏罐的壁面上设置有光导管，所述光导管的光导入口所处位置是位于聚光器的焦点，所述光导管的光导入口的直径不小于聚光器聚焦光斑的直径，所述光导管的光导出口上设置有平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗或者凹洞吸热体，所述蒸馏罐的水蒸气排出管道通入冷凝器。

上述蒸馏罐的中空腔体内设有位于液面以下的吸热盘，吸热盘通过拉杆与上盖连接，其中拉杆的下端连接吸热盘，拉杆的上部与上盖通过螺纹连接。

本发明的太阳能蒸馏净水设备采用聚光器聚焦的光斑经玻璃窗射入蒸馏罐内部的结构，太阳能光热转换发生在蒸馏罐内部，属于内加热方式。现有技术的聚光型太阳能蒸馏净水设备为聚光器聚焦的光斑照射蒸馏罐外壁面，太阳能光热转换发生在蒸馏罐外部，属于外加热方式。本发明与现有技术相比较，具有以下的有益效果：

（1）减少光反射损失

本发明设置的玻璃窗容易透过太阳辐射，其光反射损失比起太阳辐射照射蒸馏罐金属壁面要小。

（2）减少对流热损失

本发明的太阳光热转换发生在蒸馏罐内部，蒸馏罐外表面的温度较低，其与周围流动空气之间的对流换热引起的对流热损失较小。

（3）减少蒸馏罐结垢对传热性能的影响

本发明的太阳光热转换主要发生在蒸馏罐内部的吸热盘和内壁面，太阳光热转换产生的热能直接用于加热蒸馏罐内部的待处理原水，不用经过蒸馏罐壁面的热传导，因此本发明的加热效果不受蒸馏罐壁面垢层的影响。

（4）减少传热热阻

本发明的太阳光热转换发生在蒸馏罐内部，太阳光热转换产生的热能直接用于加热待处理原水，其传热过程仅涉及蒸馏罐内部的吸热盘和/或内壁面与待处理原水之间的对流传热机理，因此传热热阻较小。

（5）可避免蒸馏罐壁腐蚀的问题

由于本发明中太阳光热转换产生的热能直接用于加热蒸馏罐内部的待处理原水，不用经过蒸馏罐壁面的热传导，因此没有必要使用金属材料制作蒸馏罐体。本发明可以使用非金属材料（如橡胶、塑料）制作蒸馏罐体，可完全避免现有技术采用金属材料制作的蒸馏罐壁出现的腐蚀问题。采用非金属材料制作蒸馏罐，还具有重量轻、方便携带、材料成本低等优点。

（6）具有杀菌消毒的作用

本发明中太阳能聚光器聚焦光斑中的高强度紫外线直接照射待处理原水，可杀灭原水含有的细菌、病毒等，因此本发明同时具有良好的杀菌消毒的作用。

附图说明

图1是本发明实施例1太阳能蒸馏净水设备的示意图。

图2是本发明实施例1的蒸馏罐结构示意图。

图3是本发明实施例2的蒸馏罐结构示意图。

图4是本发明实施例3的蒸馏罐结构示意图。

图5是本发明实施例4的蒸馏罐结构示意图。

图6是本发明实施例5的蒸馏罐结构示意图。

图7是本发明实施例6太阳能蒸馏净水设备的示意图。

图8是本发明实施例7太阳能多效蒸馏净水装置的示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明的太阳能蒸馏净水设备，如图1所示，聚光器1使太阳光反射聚焦至放置在支架2上的蒸馏罐3。参见图2，蒸馏罐3为圆柱状容器（其外表面和内表面都是黑色），包括圆筒形侧壁301，底部302的中心位置设置有平板玻璃窗303。蒸馏罐3内部有位于液面以下的吸热盘304和位于液面以上的除沫板306，除沫板306是固定安装在上盖305内的，除沫板306上分布有许多的小孔，当蒸馏罐3内的水加热沸腾时，除沫板306可将水蒸气中的沫滴除去。除沫板306的中部有园孔让拉杆307穿过，拉杆307下端连接黑色的吸热盘304，拉杆307的上部与上盖305之间为螺纹连接，转动拉杆307可以调节吸热盘304在蒸馏罐3内的高低位置。上盖305与除沫板306之间的空间通过水蒸气排出管道4连通冷凝器5，冷凝器5是用铜管绕成的盘管，由外界空气冷却。

该设备的操作过程如下：已过滤去除杂物的待处理原水装入蒸馏罐3，盖上上盖305，将蒸馏罐3安放在支架2上。调节旋转抛物面聚光器1，使太阳光反射聚焦的光斑经蒸馏罐3底部302上的玻璃窗303照射进入蒸馏罐3内部（如图2中a箭头所示），焦斑能量加热蒸馏罐3内的待处理原水。待处理原水加热升温后产生的水蒸气经水蒸气排出管道4通入冷凝器5，水蒸气在冷凝器5内冷凝得到的蒸馏水经蒸馏水排出口6排出，用另外的容器收集，得到不含污染物的蒸馏水。收集到一定数量的蒸馏水后，从支架2上取下蒸馏罐3，倒出蒸馏罐3内的浓水，将待处理原水装入蒸馏罐3，继续蒸馏操作。

上述操作过程的几点详细说明如下：

（1）焦斑入射角度的调节

参见图2，当聚光器1反射聚焦的太阳辐射按a箭头方向照射平板玻璃窗303时（普通玻璃材料的太阳辐射透射率约为90%），太阳辐射的90%透过平板玻璃窗303按b箭头方向照射入蒸馏罐3内（其余10%的太阳辐射被平板玻璃窗303向外反射而损失掉，c箭头表示反射损失的太阳辐射）。透过平板玻璃窗303的太阳辐射然后沿b箭头方向射向吸热盘304下表面。蒸馏罐3内装载的水本身对太阳辐射中的红外线有较高吸收率，但水对太阳辐射中的可见光和紫外线有极低的吸收率（水对于太阳光线照射几乎是透明的）。在太阳辐射沿b箭头方向射向吸热盘304时，其红外部分被沿途的水逐渐吸收，可见光和紫外部分则几乎全部到达黑色吸热盘304的下表面。黑色吸热盘304的太阳辐射吸收率可高达95%。因此，沿b箭头方向到达吸热盘304下表面的太阳辐射能量的绝大部分被吸热盘304吸收，其余少部分被吸热盘304反射后按d箭头方向到达蒸馏罐内壁面，最后被内壁面吸收。

本实施例中，焦斑入射方向（a箭头）与平板玻璃窗303的夹角大约在30°至60°之间有利于焦斑能量的入射以及在吸热盘和内壁面的吸收。如果焦斑入射方向与平板玻璃窗303的夹角大于60°，吸热盘304下表面反射的太阳辐射的一部分会经平板玻璃窗303向外射出而损失掉。

实际的焦斑入射方向受到当地纬度、在一年中的不同季节和一天中不同时刻的太阳辐照高度角变化、聚光器性能以及调焦操作等许多因素的影响。当实际的焦斑入射角度较低时（例如与水平面的夹角低于30°时），建议在图2所示蒸馏罐3左侧底部放垫片，使蒸馏罐3倾斜，使得焦斑入射方向与平板玻璃窗303的夹角达到30°以上；当焦斑入射角度较高时，建议在蒸馏罐3右侧底部放垫片，可以取得较好的焦斑能量入射和吸收用以加热水的效果。

（2）吸热盘高度的调节

吸热盘304在本实施例中起到了重要的作用。参见图2，如果没有吸热盘304，则经平板玻璃窗303射入的太阳辐射会透过蒸馏罐内的水到达蒸馏罐上部或上盖，太阳光热转换随后发生在蒸馏罐上部或上盖，所产生的热能难以用于加热蒸馏罐内的水。设置吸热盘304后，则太阳光热转换主要发生在吸热盘304的下表面，然后与其接触的水被加热，被加热的水发生自然对流，使得蒸馏罐内全部的水得到均匀的加热。图2中吸热盘304设计为圆锥形状是为了有利于水的自然对流以及减少太阳光向平板玻璃窗外的反射损失。

吸热盘304一般位于蒸馏罐3的中部。如果吸热盘304过高，则随着蒸馏过程的进行，液面下降后，液面可能会低于吸热盘304，不利于水的加热；如果吸热盘304过低，则吸热盘304与蒸馏罐底部302之间的空间太小，多数情况下不利于太阳辐射的吸收。吸热盘高度的调节取决于蒸馏操作希望达到的浓缩比、太阳辐照高度角等因素。

（3）水温的调节

水在达到约70℃温度时已经出现较显著的蒸发，而一般来说待分离的污染物的沸点较高。例如，海水、苦咸水和卤水所含的盐分在100℃水温时完全不蒸发，本实施例用于海水淡化时，只要水温达到70℃，液面处的水分子就会蒸发，并且只有水分子能够蒸发，因此就能够在蒸馏水排出口6收集到淡水。水温越高，则蒸发速度越快。但是，如果水温太高，蒸馏罐内的水剧烈沸腾，则沸腾的水可能会流到冷凝器5，使蒸馏水受到污染。因此，本实施例中水温调节在约70至90℃之间较为合适。

（4）浓缩比的调节

蒸馏操作时水分蒸发后留在蒸馏罐内的水称为浓水。浓缩比的定义是：浓水的污染物浓度与原水的污染物浓度的比值。浓缩比的选择主要取决于浓水在污染物浓度增加后是否容易出现结垢。处理不容易结垢的污水时浓缩比可以达到10；处理容易结垢的污水时浓缩比一般为2至3。例如，处理盐分4%的海水时，浓缩比达到2（此时盐分达8%）时盐分开始结晶析出，在蒸馏罐内壁形成垢层。本实施例用于海水淡化时浓缩比一般不大于2；用于其它受污染的水的净化时，浓缩比可以达到10以上。当浓缩比为10时，最终的浓水量为原水量的十分之一。操作时随着蒸馏过程的进行，使用者应观察蒸馏水排出量，待蒸馏罐内液面下降后，可以转动拉杆307，使吸热盘304始终位于液面以下。

本实施例的蒸馏罐可以用金属或非金属材料制作，蒸馏罐外壁可以有或者没有保温层。当蒸馏罐采用金属材料制作时，将蒸馏罐壁制作为两层，两层之间为空气夹层或真空夹层，可取得较好的保温效果。另外，在蒸馏罐外壁包保温层的情况下，因为聚光器聚焦的光斑温度很高，调整不当时，光斑可能偏离平板玻璃窗303而照射到其它部位引起保温层过热。适用于本实施例的保温材料是不燃耐高温材料如玻璃纤维布、硅酸铝纤维布。吸热盘304和除沫板306可选用金属或非金属材料，吸热盘304和除沫板306亦可采用公知技术中的其它结构形式。上盖305与蒸馏罐壁301之间有密封胶圈，以减少水蒸气泄漏。上盖305的气密结构可采用公知技术。冷凝器5可采用公知技术中其它形式的冷凝器。

平板玻璃窗303可选用石英玻璃、有机玻璃或高硼硅玻璃等（某些太阳能专用玻璃材料的太阳辐射透射率高达96%），玻璃窗的密封结构为公知技术。平板玻璃窗直径应不小于聚光器聚焦的光斑直径。高精度旋转抛物面聚光器聚焦光斑的直径约为6cm，低精度的约为12cm。有些情况下，可将平板玻璃窗扩大至整个蒸馏罐底部，就是说将蒸馏罐底部制作为一个平板玻璃窗，其优点是使得聚光器的对焦操作更加简单，并减少当太阳移动时需频繁调焦的麻烦，缺点是光反射损失较大。

本实施例的太阳光热转换发生在蒸馏罐内部，光热转换产生的热能直接用于加热水。现有技术的太阳光热转换发生在蒸馏罐外壁面，光热转换产生的热能须经热传导进入蒸馏罐内才能用于加热水。可见，本实施例与现有技术相比较有着实质性区别。

本实施例在蒸馏罐设置玻璃窗，并使玻璃窗位于聚光器焦点处这一个技术特征带来了以下的有益效果：（1）减少光反射损失：本实施例设置的玻璃窗容易透过太阳辐射，其光反射损失比起太阳辐射照射蒸馏罐金属壁面要小。（2）减少对流热损失：本实施例的太阳光热转换发生在蒸馏罐内部，蒸馏罐外表面的温度较低，其对流热损失较小。（3）减少蒸馏罐结垢对传热性能的影响：本实施例的太阳光热转换主要发生在蒸馏罐内部的吸热盘和内壁面，光热转换产生的热能加热水的过程没有涉及经过蒸馏罐壁的热传导，因此本实施例的热效率基本上不受蒸馏罐壁面垢层的影响。（4）减少传热热阻：本实施例的太阳光热转换发生在蒸馏罐内部，光热转换产生的热能直接用于加热水，其传热热阻较小。（5）可避免蒸馏罐壁腐蚀的问题：本实施例可以使用非金属材料（如橡胶、塑料）制作蒸馏罐体，可避免现有技术采用金属材料制作的蒸馏罐壁的腐蚀问题。（6）具有杀菌消毒的作用：聚光器光斑中的紫外线可杀灭原水含有的细菌、病毒等。

本实施例的技术构思是基于物理学的黑体原理。所谓黑体原理就是：一个空腔的壁面上开设有一个小孔，小孔面积足够小时经此小孔射入的光线在空腔内壁面多次反射后被全部吸收，没有光线从空腔内部经小孔向外射出，这个小孔是一个黑体。本实施例中，平板玻璃窗303相当于小孔，蒸馏罐3内部相当于空腔。

本实施例的产品形式既可以包括聚光器、蒸馏罐和冷凝器全套设备，也可以只包括蒸馏罐，该蒸馏罐与现有的其它太阳能聚光器产品组合使用。这些可以与本实施例组合使用的太阳能聚光器产品例如有：正轴或偏轴设计的反射式太阳灶/聚光器、伞式太阳灶/聚光器、便携式太阳灶/聚光器、透射式太阳灶/聚光器、凸透镜、自动跟踪太阳灶、定日镜聚光器等。太阳灶在太阳能资源丰富的地区较为常用。例如，在中国西部地区太阳灶的保有量达80万台。本实施例的蒸馏罐可以与现有的太阳灶配合使用。对于同一台太阳灶，当需要烹饪食物时，可以在支架上安放锅具进行烹饪；当需要净水时，可以在支架上安放本实施例的蒸馏罐进行净水。目前市售普通太阳灶的价格仅为二百至三百元人民币每台。本实施例包括聚光器、蒸馏罐和冷凝器全套设备的成本约为数百元人民币每套。

使用本实施例的太阳能蒸馏净水设备可以从大多数不能饮用或不适合直接饮用的自然水体获得可饮用的蒸馏水。这些自然水体例如有：海水、苦咸水、卤水、高硬度水、高氟水、高砷水、湖水、河水、雨水、受污染的水（当所含污染物的沸点高于水的沸点时）等。本实施例的潜在应用场合例如有：海岛、海船、海上设施、仅有苦咸水、卤水、高硬度水、高氟水、高砷水水源的地区、未能建立卫生供水系统的农村和边远地区、陆地野外作业、露营、探险等。

本实施例的太阳能蒸馏净水设备的热效率和产水量估算如下：常用的旋转抛物面聚光器的平均聚光效率约为85%（其余的15%为聚光器的散射和聚焦误差损失），采用太阳能专用玻璃材料时蒸馏罐玻璃窗的太阳光透射率为96%（其余的4%为玻璃窗的反射和散射损失），在蒸馏罐外壁有保温层时其对流热损失忽略不计，则本实施例的热效率为：85% x 96%=81.6%。晴天时平均太阳辐照强度为0.8 kW/m²，聚光器的采光面积为2 m²，每天操作时间为6 h，聚光器采光面积上接收的太阳辐射能为：0.8 x 2 x 6 x 3600 = 34560 kJ，其中供给蒸馏罐内水蒸发的热能为：34560 x 81.6% = 28200 kJ，水的蒸发潜热为2250 kJ/kg，每天产水量约为：28200 / 2250 = 12.5 kg。

本实施例的太阳能蒸馏净水设备的热效率较高、结构简单、成本低廉、便于携带，无需用电、不使用化学药品、不消耗矿物燃料、不排放污染物、可与现有的其它太阳灶设备配合使用、操作简单、灵活。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于，本实施例的平板玻璃窗设置在蒸馏罐的倾斜的壁面上。具体地如图3所示，蒸馏罐3的圆筒形侧壁301的下部有一段圆锥形过渡段308，平板玻璃窗303位于该圆锥形过渡段308上。这种设置方式有利于各种角度的太阳光斑的入射。例如，图3中入射角度约为60°的太阳光（a1箭头）和30°的太阳光（a2箭头）均能取得较好的入射以及被吸热盘和内壁面充分地吸收的效果。

其它类似的设置方式还有：在蒸馏罐3壁面配置凸出体或者凹入体，这些凸出体或者凹入体具有与水平面的夹角为30°至60°的壁面或者过渡段，平板玻璃窗303设置在这些与水平面的夹角为30°至60°的壁面或者过渡段上，可取得大致相同的技术效果。

本实施例未提及的部分与实施例1类似，此处不再赘述。

实施例3

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于，本实施例采用凹洞玻璃窗。具体地如图4所示，蒸馏罐3的底部302设置有用玻璃圆筒做成的凹洞玻璃窗309，该玻璃圆筒材料的太阳光透射率例如为90%。太阳辐射由a箭头方向射入玻璃圆筒的开口后，太阳辐射的90%透过玻璃圆筒壁沿b箭头方向到达吸热盘304下表面，另外的10%被玻璃圆筒壁反射后沿c箭头方向到达玻璃圆筒底部；然后，b箭头的太阳辐射中大部分在吸热盘304下表面转换为热能来加热水，其余少量被吸热盘304反射后按d箭头方向到达蒸馏罐内壁后被吸收；c箭头的太阳辐射又有90%透过玻璃圆筒壁沿e箭头方向到达吸热盘304下表面，其余的10%被反射后射入另一边的玻璃圆筒壁。可见，设置这种凹洞玻璃窗后，光斑可以接近100%射入蒸馏罐3内部。相比较，实施例1采用平板玻璃窗，聚光器聚焦的光斑只有约90%射入蒸馏罐3内部（其余的10%为平板玻璃窗的反射和散射损失）。因此，采用本实施例这种凹洞玻璃窗可以避免光反射损失。另外，由于垢层一般是沉积在蒸馏罐的底部，本实施例的这种凹洞玻璃窗的大部分高于蒸馏罐的底部，因此，本实施例这种凹洞玻璃窗能够很大程度地减少垢层对于玻璃窗透光度的影响。本实施例的热效率约等于聚光器的聚光效率。

与实施例1类似，本实施例的技术构思也是基于黑体原理。图4中的玻璃圆筒的开口相当于黑体原理中的小孔，玻璃圆筒内部和蒸馏罐内部相当于黑体原理中的空腔。

本实施例未提及的部分与实施例1类似，此处不再赘述。

实施例4

本实施例与实施例3类似，其不同之处在于，实施例3的凹洞玻璃窗由本实施例的凹洞吸热体所替代。具体地如图5所示，蒸馏罐3的底部302设置有用金属圆筒做成的凹洞吸热体310，凹洞吸热体310的内壁面涂覆无光泽黑色油漆（其太阳光吸收率例如为90%）。太阳辐射由a箭头方向射入金属圆筒的开口后到达吸热体310的内壁面，约90%的太阳辐射能被吸收后经金属圆筒壁传递至蒸馏罐3内部，其余的10%被反射后沿b箭头方向到达金属圆筒底部，其中的90%又被吸收，其余极少量太阳光被反射后沿c箭头方向到达金属圆筒另一边壁面后被吸收。可见，采用本实施例的凹洞吸热体可以吸收绝大部分的光斑能量，减少了光反射损失。

本实施例的凹洞吸热体的开口以下是外界的流动的冷空气，凹洞吸热体内部的空气与凹洞吸热体内表面接触从而被加热为热空气，这些热空气具有浮升力，大部分会停留在凹洞吸热体内部，因此，凹洞吸热体向外界冷空气散失的热量较小，减少了对流热损失。另外，还可以在凹洞吸热体（金属圆筒）内部增设一个玻璃圆筒，该玻璃圆筒的外壁与金属圆筒的内壁之间形成环状空隙，可进一步减少对流热损失。

本实施例的技术构思同样是基于黑体原理。图5中金属圆筒的开口相当于黑体原理中的小孔，金属圆筒内部相当于黑体原理中的空腔。本实施例的凹洞吸热体亦可以采用其它的形状如球状、倒圆锥状等。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例5

本实施例与以上实施例类似，其不同之处在于，以上实施例的平板玻璃窗或凹洞玻璃窗是位于蒸馏罐液面以下，本实施例的平板玻璃窗或凹洞玻璃窗是位于蒸馏罐液面以上。在以上实施例中，如果污水的污染物浓度过高或者蒸馏操作的浓缩比过大，则蒸馏罐内容易结垢。如果是软垢层，可清洗去除；如果是硬垢层，则需要刮除后清洗。在较长的使用时间后，平板玻璃窗或凹洞玻璃窗的透光度会受到一定的影响。

本实施例的平板玻璃窗或凹洞玻璃窗则不会受到垢层的影响。具体地如图6所示，蒸馏罐3的壁面上设置有光导管311，其内表面由高反射率的材料构成。光导管311的光导入口的位置是位于聚光器的焦点，光导管311的光导入口的直径不小于聚光器聚焦光斑的直径。光导管311的光导出口上设置有位于蒸馏罐3液面以上的平板玻璃窗303。太阳辐射由a箭头方向射入光导管311的光导入口后被反射，然后沿b箭头方向到达平板玻璃窗303，再透过平板玻璃窗303后沿c箭头方向进入液面以下被全部吸收用以加热待处理原水。

蒸馏罐3内部的水蒸气有时在平板玻璃窗303的表面冷凝。由于高强度光斑持续经过平板玻璃窗303射入，平板玻璃窗303表面的少量冷凝水能够快速汽化。

本实施例亦可以在光导管311的光导出口上设置凹洞玻璃窗。本实施例的技术构思同样是基于黑体原理。图6中平板玻璃窗相当于黑体原理中的小孔，蒸馏罐内部相当于黑体原理中的空腔。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例6

本实施例与以上实施例类似，其不同之处在于，本实施例的蒸馏罐是配合透射式聚光器使用的。具体地如图7所示，蒸馏罐3的圆筒形侧壁301的上部有一段圆锥形过渡段312，平板玻璃窗303位于该圆锥形过渡段312上，菲涅尔透镜聚光器7聚焦的光斑由平板玻璃窗303照射入蒸馏罐3内部后被吸收。

本实施例的平板玻璃窗亦可用凹洞玻璃窗替代。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例7

本实施例与以上实施例类似，其不同之处在于，本实施例是结合多效蒸馏（MED）技术的一种太阳能蒸馏净水装置。具体地如图8所示，蒸馏罐3、第一效储水槽3A、第二效储水槽3B、第三效储水槽3C相邻，第一效储水槽3A、第二效储水槽3B、第三效储水槽3C内部分别设置有第一效冷凝器5A、第二效冷凝器5B、第三效冷凝器5C。蒸馏罐3、第一效储水槽3A、第二效储水槽3B、第三效储水槽3C的顶部分别设置有通向相邻的储水槽内的冷凝器的水蒸气排出管道4A、4B、4C、4，各水蒸气排出管道前有除沫板（图8中未画出）。第三效储水槽3C的水蒸气排出管道4通向由空气冷却的冷凝器5。各冷凝器的冷凝水排出口接入蒸馏水排出总管8，蒸馏水由蒸馏水排出口6排出。蒸馏罐3内的浓水经浓水排出总管11和调节阀门9从浓水排出口10排出。蒸馏罐3与第一效储水槽3A之间、第一效储水槽3A与第二效储水槽3B之间、第二效储水槽3B与第三效储水槽3C之间分别设置有原水进水管12A、12B、12C。第三效储水槽3C的顶部设置有原水加水口13和调节阀门14。

该装置的操作过程如下：由原水加水口13和调节阀门14将待处理原水加入第三效储水槽3C，第三效储水槽3C内的原水经原水进水管12C流入第二效储水槽3B，再经原水进水管12B流入第一效储水槽3A，然后经原水进水管12A流入蒸馏罐3。加满原水达到如图8所示的液面后关闭调节阀门14。使用与实施例6相同的方法利用太阳能加热蒸馏罐3内的原水来产生水蒸气，蒸馏罐3内部的水蒸气由水蒸气排出管道4A通入第一效冷凝器5A冷凝后获得第一效蒸馏水。水蒸气在第一效冷凝器5A释放的冷凝潜热用于加热第一效储水槽3A内的原水，使得第一效储水槽3A内部产生水蒸气，这些水蒸气由水蒸气排出管道4B通入第二效冷凝器5B冷凝后获得第二效蒸馏水。其余各效蒸馏过程类似。各效蒸馏水经蒸馏水排出总管8排出时，蒸馏水的显热用于加热下一效的原水。蒸馏罐3内的浓水经浓水排出总管排出时，浓水的显热用于加热下一效的原水。

本实施例还可以安排更多的效数。一般来说，由于设备外表面散热以及蒸馏水排出时带走显热，下一效储水槽所能达到的温度低于上一效储水槽的温度。效数越多，最末一效的温度越低，其蒸馏处理能力越差。所以，一般安排三至五效储水槽较为合适。

类似地，本发明的其它实施例所描述的太阳能蒸馏罐形式也可以用于多效蒸馏。

现有技术中多效蒸馏有许多种设计形式。例如，多级叠盘式、皱折底面式、多效管式、降膜式等。本发明的太阳能蒸馏罐形式可以与现有技术中其它多效蒸馏的设计形式结合构成多效蒸馏装置。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

与实施例7类似，本发明可与其它现有技术组合使用。本发明与任何现有技术的组合应用均属于本发明权利要求的保护范围之内。

本发明的用途不限于水处理。本发明可用于与物品的加热相关的任何用途（例如烹饪、消毒、干燥、其它热工/化工操作等）是显而易见的。

本发明可用作为水蒸气发生器也是显而易见的。本发明所描述的这种太阳能内加热方式的蒸馏罐所产生的水蒸气可用于现有技术中使用水蒸气的任何用途。例如：（1）本发明的聚光器及其位于聚光器焦点的具有透射玻璃窗的蒸馏罐布置在室外，该蒸馏罐产生的水蒸气通过几米至十几米长度的保温水蒸气管道通入位于室内的使用水蒸气的设备。（2）需要注意的是本发明设置有玻璃窗的实施方式一般不能承受高压，因此冷凝器5的冷凝水排出口6必须直通大气。实施例4设置凹洞吸热体的实施方式则可以承受高压，蒸馏罐3内可产生高温高压水蒸气，高温高压水蒸气具有很强的做功的能力。可在水蒸气排出管4与冷凝器5之间增设一个微型透平，该微型透平带动一台发电机组。蒸馏罐3产生的高温高压水蒸气驱动微型透平和发电机组来发电，降温降压的水蒸气在冷凝器5冷凝为水，这些冷凝水用管道输送回蒸馏罐3（需要增设必要的单向阀和传感器等控制部件）。这样就构成了一种小型太阳能热发电系统。

本发明的产品形式例如有：（1）包括太阳能聚光器、蒸馏罐等的成套的太阳能蒸馏净水设备；（2）单独一个蒸馏罐（消费者购买该蒸馏罐后与该消费者已拥有的太阳能聚光器或者另外购买的太阳能聚光器组合使用）。这些产品形式均属于本发明权利要求的保护范围之内。

以上给出的是本发明的较为简单的实施例。根据这些实施例，结合现有技术还可以构建更复杂的、大中型规模的、全自动化运行的太阳能蒸馏净水装置，对于本领域技术人员来说是这是显而易见的。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能蒸馏净水设备，其特征在于：设有太阳能聚光器、支架、蒸馏罐、冷凝器，其中蒸馏罐放置于支架上，太阳能聚光器使太阳光反射的光斑聚焦至蒸馏罐，蒸馏罐通过水蒸气排出管道与冷凝器连接，冷凝器设有蒸馏水排出口，焦斑能量加热蒸馏罐内的待处理原水，待处理原水加热升温后产生的水蒸气经水蒸气排出管道通入冷凝器，水蒸气在冷凝器内冷凝得到的蒸馏水经蒸馏水排出口排出，所述蒸馏罐为圆柱状容器并设有上盖，蒸馏罐的底部与圆筒形侧壁连接，上述蒸馏罐设置有凹洞吸热体，所述凹洞吸热体位于聚光器的反射聚焦光斑的焦点，所述凹洞吸热体的直径不小于聚光器的反射聚焦光斑的直径，所述凹洞吸热体设置在蒸馏罐的底部的中心位置或者设置在蒸馏罐具有的与水平面的夹角为30°至60°的壁面或者过渡段上；或者，

设有太阳能聚光器、支架、蒸馏罐、冷凝器，其中蒸馏罐放置于支架上，太阳能聚光器使太阳光反射的光斑聚焦至蒸馏罐，蒸馏罐通过水蒸气排出管道与冷凝器连接，冷凝器设有蒸馏水排出口，焦斑能量加热蒸馏罐内的待处理原水，待处理原水加热升温后产生的水蒸气经水蒸气排出管道通入冷凝器，水蒸气在冷凝器内冷凝得到的蒸馏水经蒸馏水排出口排出，所述蒸馏罐为圆柱状容器并设有上盖，蒸馏罐的底部与圆筒形侧壁连接，上述蒸馏罐设置有平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗，所述平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗位于聚光器的反射聚焦光斑的焦点，所述平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗的直径不小于聚光器的反射聚焦光斑的直径，所述平板玻璃窗或者凹洞玻璃窗设置在蒸馏罐的底部的中心位置或者设置在蒸馏罐具有的与水平面的夹角为30°至60°的壁面或者过渡段上，所述蒸馏罐的内壁面或者部分内壁面为黑色，所述蒸馏罐的中空腔体内设有位于液面以下的吸热盘，吸热盘通过拉杆与上盖连接，其中拉杆的下端连接吸热盘，拉杆的上部与上盖通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏净水设备，其特征在于：上述蒸馏罐的中空腔体内还设有位于液面以上的除沫板，除沫板固定安装在上盖内，除沫板上分布有一系列的小孔，当蒸馏罐内的水加热沸腾时，除沫板可将水蒸气中的沫滴除去，除沫板的中部设有让拉杆穿过的通孔。

3.根据权利要求2所述的太阳能蒸馏净水设备，其特征在于：上述上盖与除沫板之间的空间装设水蒸气排出管道，通过水蒸气排出管道连通冷凝器，冷凝器是用铜管绕成的盘管，由外界空气冷却；蒸馏罐的外表面是黑色。

4.根据权利要求2所述的太阳能蒸馏净水设备，其特征在于：上述吸热盘为圆锥形状，其锥底在上，锥顶在下；上述蒸馏罐用金属或非金属材料制作，或者部分用金属材料、部分用非金属材料制作。

5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能蒸馏净水设备，其特征在于：上述冷凝器置于储水槽内，其中储水槽设有m个，依次为第一效、第二效至第m效储水槽，冷凝器也设有m个，依次为第一效、第二效至第m效冷凝器，所述第m效冷凝器位于第m效储水槽内，所述蒸馏罐的水蒸气排出管道通入第一效储水槽内的第一效冷凝器，第一效储水槽的水蒸气排出管道通入第二效储水槽内的第二效冷凝器，第m效储水槽的水蒸气排出管道通入第m+1效储水槽内的第m+1效冷凝器，最末 效储水槽的水蒸气排出管道通入用空气冷却的冷凝器。