CN107027304A - 多效太阳能蒸馏系统及相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能蒸馏系统包括太阳能板,以及邻近所述太阳能板的接收器以接收待处理为纯化的工艺用水的工艺用水。所述工艺用水从第一接收器流到最终接收器,并且被反射的阳光加热。蒸气管连接至所述接收器,其中每一个各自的蒸气管是连接于相邻的接收器之间。当所述工艺用水在每一个接收器内被加热时,即产生水气。所述水气经由所述相邻接收器之间的所述各自的蒸气管流向所述最终接收器。返送蒸气管连接至所述最终接收器。蒸馏管连接至所述返送蒸气管,以接收所述水气。所述蒸馏管从所述最终接收器延伸通过所述接收器而到所述第一接收器。当所述水气通过所述蒸馏管时,其变化为液体,其中所述液体即所述纯化的工艺用水。
Description
技术领域
相关申请案
本申请案主张于2014年5月19日所申请的美国临时申请案第62/000,209号、以及2015年5月18日所申请的美国专利申请案第14/714,709号的优先权,这些文件的整体内容都藉由引用而并入本文中。
发明所属技术领域
本发明涉及水处理的领域,更特别是涉及利用太阳能的水蒸馏。
背景技术
淡水是世界上许多地区的关键需求。其他受污染的水体或液体(例如油田压裂水和工业废水)也需要在处置之前加以处理。已经发展出数种不同的方法来处理不可携带的海水或其他受污染的水,以提供淡水。
一种方式是利用沉降及过滤系统来移除海水或受污染的水中的相对较大杂质。过滤也可移除低达细菌大小(或许在某些情况中甚至是更小颗粒)的较小污染物质。然而,能够移除达离子大小的污染物的过滤系统是相当昂贵的,无论是在制造、或是在维护方面。
一种水纯化的替代方法是蒸馏。蒸馏在移除水中几乎所有杂质上都有良好效果。在许多地区蒸馏是用于海水脱盐。然而,大部分的蒸馏处理都需要可观的热来产生足够的蒸发,因为水是被加热至沸腾以加速蒸发过程,对于大规模的蒸馏操作更尤其如此。
已经开发了被动的能量来源(例如太阳能)来产生蒸发所需要的热量。美国专利第8,613,849号中揭露了一种用于太阳能蒸馏系统以从海水产生淡水的方式。太阳能蒸馏系统包括吸热蒸发板,它具有互相相对的蒸发表面。所述板是容纳在外壳内。外壳的每一侧都包括透镜板。每一个透镜板的透镜都将太阳能聚焦至各自的蒸发板表面上。反射镜是对外壳的每一侧定位,以将太阳能反射至各自的透镜板。受污染的水进入外壳的顶部,以向下移动到蒸发板的表面。淡水收集管从外壳的顶部延伸到收集槽。刮除机构移除蒸发板的表面上的盐及/或其他残留物,以使残留物可周期性地自外壳底部被移除。
另一种方式的太阳能蒸馏系统是由WaterFX所提供。太阳能槽将阳光反射到填有热交换流体(HTF)(例如矿物油)的管件。受热的矿物油启动热泵。热被馈送至多效或多阶段式蒸馏系统,它从海水或受污染的水蒸发淡水。所述多效蒸发淡水的方式是有效率的,因为每一个阶段基本上都重复使用来自前一阶段的能量。所产生的蒸气会凝结为纯液体水,且剩下的盐会固化并且可被去除。
即使是上述太阳能蒸馏方式,都仍需要改进此系统来处理不可携带的海水或受污染的水,以提供淡水。
发明内容
一种太阳能蒸馏系统包括配置以反射阳光的多个太阳能板,以及邻近所述多个太阳能板、且是配置以接收待处理为纯化的工艺用水的工艺用水的多个接收器。所述多个接收器包括至少第一接收器与最终接收器,其中所述工艺用水是从所述第一接收器流到所述最终接收器,并且被反射的阳光加热。
蒸气管是耦接到接收器,其中每一个各自的蒸气管是连接于相邻的接收器之间。当所述工艺用水在每一个接收器内被加热时会产生水气,其中所述水气是经由所述相邻的接收器之间的所述各自的蒸气管而流向所述最终接收器。
返送蒸气管是耦接至所述最终接收器,而且蒸馏管是耦接至所述返送蒸气管以接收所述水气。所述蒸馏管从所述最终接收器延伸通过所述多个接收器而至所述第一接收器。当所述水气通过所述蒸馏管时,所述水气变成液体,其中所述液体为所述纯化的工艺用水。
所述多个接收器是串联连接,使得除了所述第一接收器以外的每一个接收器都利用来自前一个接收器的热能加热所述工艺用水。换言之,所述工艺用水可分阶段被加热,其中每一个接收器对应于一个阶段。以多阶段式或多效方式加热所述工艺用水是有效率的,因为每一个阶段基本上都重复使用来自前一个阶段的能量。当所述工艺用水在每一个接收器中被加热时,即产生所述水气。
除了空气间隙以外,每一个接收器都填有所述工艺用水,以使所述水气形成。所述蒸馏管于所述空气间隙下方延伸通过每一个接收器。所述蒸馏管直接接触在每一个接收器内的所述工艺用水,且当所述水气在所述蒸馏管内变成液体时即放出热。在此相变化期间所放出的热可被提供至每一个阶段,因此进一步增加太阳能蒸馏系统的效率。蒸馏管的输出提供所述纯化的工艺用水。
每一个蒸气管都延伸于相邻接收器中的所述空气间隙之间。每一个接收器都具有已知体积,且所述空气间隙约为所述已知体积的10%至20%。
所述多个太阳能板被配置为抛物面槽,其中所述多个接收器是定位于所述多个太阳能板的焦点内。每一个接收器都具有I字型或双Y字型。
所述太阳能蒸馏系统可进一步包括与所述多个接收器相邻的多个辅助热源。所述太阳能蒸馏系统可进一步包括耦接至所述蒸馏管的真空空间,以使所述水气直接流经所述多个接收器与所述蒸馏管。所述太阳能蒸馏系统可进一步包括耦接至所述第一接收器的泵,以控制所述工艺用水通过所述多个接收器的流量。
所述工艺用水包括海水、压裂水与废水至少其中一种。所述最终接收器输出不转回水气的所述工艺用水。
提供了一种利用如上述的太阳能蒸馏系统来将工艺用水处理为纯化的工艺用水的方法。所述方法包括从所述多个太阳能板反射阳光至所述多个接收器,以及对所述多个接收器提供所述工艺用水。所述工艺用水从所述第一接收器流至所述最终接收器,并且被反射的阳光加热。在所述工艺用水被加热时,水气即于每一个接收器内产生,其中所述水气经由相邻接收器之间的各自的蒸气管流向所述最终接收器。所述方法进一步包括从所述最终接收器处的所述返送蒸气管提供所述水气至所述蒸馏管,并且当所述水气通过所述蒸馏管时,所述水气变为液体,其中所述液体即所述纯化的工艺用水。
附图简单说明
图1为根据本发明的多效太阳能蒸馏系统的方块图。
图2为图1中所述的第一和第二接收器的细部图。
图3为图1中所述的最终接收器的细部图。
图4为图1中所述的接收器及太阳能板的一个具体实施例的透视图。
图5为图1中所述的接收器的一个具体实施例的侧视图,该接收器具有I字型。
图6为图1中所述的接收器的另一个具体实施例的侧视图,该接收器具有Y字型。
图7为图1中所述的最终接收器的另一具体实施例的暴露透视图,其中包含有螺旋钻。
图8为图7中强调标示的区段110”的放大截面图。
图9为流程图,说明了利用图1所示太阳能蒸馏系统将工艺用水处理为纯化的工艺用水的方法。
图10为根据本发明的多效太阳能蒸馏系统的另一个具体实施例的方块图。
详细说明
现将参照如附图来更完整说明本发明,在附图中绘示了本发明的较佳具体实施例。然而,本发明可被具体化为许多不同形式,且不应被解释为受本文所提具体实施例所限制。反而是,提供这些具体实施例是要让本说明书能详细完整,并可对本领域技术人员完全传达本发明的范畴。在全文中,相同的组件符号是代表相同的组件,而撇号与双重标记是用来表示替代具体实施例中的类似组件。
先参照图1,多效太阳能蒸馏系统20包括多个接收器30(1)-30(n)、以及邻近多个接收器的多个太阳能板40(1)-40(n)。每一个接收器都定位在各自的太阳能板的焦点内。
待处理的水将一般被称为工艺用水50。举例而言,工艺用水50可为海水、油田压裂水或工业废水。工艺用水50在它流经接收器30(1)-30(n)的每一个时被加热。当工艺用水50被加热时,即产生水气,水气最终将提供纯化的工艺用水60。
工艺用水50分阶段被加热,其中每一个接收器对应于一个阶段。以多阶段式或多效方式来加热工艺用水50是有效率的,因为每一个阶段基本上都重复使用来自前一个阶段的能量。当工艺用水50在每一个接收器内被加热时,即产生水气。
在所述具体实施例中,小比例的工艺用水50会在它经过接收器30(1)-30(n)时转变为蒸气。举例而言,此比例大约在10%-20%的范围内。最终接收器30(n)将剩余的工艺用水54引导至海中(如它是海水的话),或引导至储存槽以供进一步的处理(如果它是油田压裂水或工业废水的话)。
水气经由连接其间的蒸气管32在相邻的接收器30(1)、30(2)之间流动。在最终接收器30(n)处,返送蒸气管34连接至蒸馏管36。返送蒸气管34将蒸气引导至蒸馏管36的输入。蒸馏管36延伸通过接收器30(1)-30(n)的每一个,但与在每一个接收器内循环的工艺用水52分开。
当水气通过蒸馏管36时,它将相态变回液体。在这个相态改变期间所放出的热量被提供到每一个各自的阶段,因此进一步增加所示多效太阳能蒸馏系统20的效率。蒸馏管36的输出提供纯化的工艺用水60。
由于工艺用水50流经接收器30(1)-30(n)而非热交换流体(HTF),所示的多效太阳能蒸馏系统20也被称为“原位(in-situ)”多效太阳能蒸馏系统。
工艺用水50进入第一接收器30(1)的输入33,并且充填第一接收器30(1),除了顶部处的空气间隙35以外,以使水气形成,如图2所述。空气间隙35约为接收器体积的10%至20%。蒸馏管36是定位为使得它位于空气间隙35下方。如上所述,将蒸馏管36定位为与工艺用水50接触可有利地使热能在水气改变相态为液体时放出。
第一接收器30(1)的输出37与第二接收器30(2)的输入33接触。工艺用水52充填第二接收器30(2),除了在顶部的另一空气间隙35以外,以使水气能形成。这个程序针对每一个接收器而继续。
蒸气管32将任两个相邻接接收器中的空气间隙35耦接在一起。在所示实例中,蒸气管32提供了水气从第一接收器30(1)中的空气间隙35通往第二接收器30(2)中的空气间隙35的通道。这个程序针对每一个接收器而继续。在最终接收器30(n)处,返送蒸气管34耦接其中的空气间隙35至蒸馏管36,如图3所示。
现在将更详细说明的是,多效太阳能蒸馏系统20包括多个用于将工艺用水50加热到所需温度的组件。这些组件包括用于预热工艺用水的结构、用于采集太阳热能的抛物面槽、循环泵、具有大太阳能入射面积及少内部体积的接收器、以及蒸馏管。
为了进一步改善对工艺用水50的加热,多效太阳能蒸馏系统20可包括耦接到蒸馏管的真空泵或系统72,以帮助降低工艺用水50的沸点温度,同时提供水气的流动方向。除此之外,多个辅助热源42(1)-42(n)可被定位为与多个接收器30(1)-30(n)相邻,以供低阳光或无阳光操作的进行。举例而言,所述辅助热源42(1)-42(n)可为气体燃烧器。
可通过将工艺用水50储存在具有大表面暴露面积、由温室类型建筑物覆盖的有内衬的池或槽中来完成预热。所述建筑物具有由洁净材料制成的侧部与屋顶,其将使周围太阳能进入并加热所储存的工艺用水50。建筑物的屋顶可以成形为能够将任何将冷凝的水气引导到收集器中,因为这将是纯化的工艺用水。所述建筑物可被建置为使得有最少量的热和水气会散失到外部环境,进以提高效率。
太阳能板40(1)-40(n)可被配置为大曲率的抛物面槽,如图4所示。每一个抛物面槽都包括反射材料,以将阳光引导至焦点。举例而言,反射材料可为玻璃反射镜或薄反射性膜。抛物面槽可串联放置,以将工艺用水50加热至适当温度。
泵70使工艺用水通过接收器30(1)-30(n),如图1所述。泵70包括对改变工艺用水50的流量的控制。流量控制是控制工艺用水50蒸发的速率。举例而言,通过接收器30(1)-30(n)的工艺用水50的流量大约在每分钟5至15加仑的范围内。本领域技术人员所能直接理解的是,流量是经选择,以使得有所需比例的工艺用水在它通过接收器30(1)-30(n)时蒸发。当流量增加,也需要增加接收器阶段的数量,以得到所需温度来蒸发工艺用水50。流量与接收器30(1)-30(n)吸收的能量成反比。
接收器30(1)-30(n)是被配置以提供大太阳能入射面积,但具有低内部体积。接收器30(1)-30(n)位于抛物面槽40(1)-40(n)内,以使得太阳能可从抛物面槽的上下两半反射于其上。接收器30(1)-30(n)是固定的,使得它们能够被调整以帮助在最佳位置接收太阳能。
在每一个接收器底部的充填口或输入33、以及输出37的出流口可供工艺用水50进出。接收器并不限定为任何特别设计。接收器30(1)的一种例示设计是I字型,如图5所示。所述I字型接收器30(1)是根据对应的抛物面槽40(1)来设计大小。例示尺寸是在中心垂直于12英寸的垂直区段的6英寸的顶部及底部区段。这种结构在内部呈中空,以使工艺用水被引导向下流经接收器的长度。
从垂直侧部的顶部向下数英寸将从彼此张开以增加整体宽度,以供放置蒸馏或冷凝管36。I字型接收器30(1)被密封,以收集加热工艺用水所产生的水气。水位会受到控制,使得在I字型接收器30(1)的顶部处会存在间隙或空洞35以供水气收集用。在接收器30(1)的顶部处的开口将洁净的水气引导到耦接至相邻接收器的蒸气管32。所述6英寸宽的接收器30(1)的上下区段提供了额外的区域来采集太阳能。所有的尺寸都是概值,且可加以改变以确保沿接收器30(1)的最佳的太阳能入射。
接收器的另一种例示设计是双Y字型接收器30(1)’,如图6所示。尺寸大约是5.6x13英寸。这个中空的双Y字型接收器30(1)’的特征在于薄的垂直腔室区段,其中Y字型区段是装设于垂直区段的顶部与底部。与I字型接收器相同,所述双Y字型接收器30(1)’是被密封以于加热时采集水气,且同样地以放置于内部的冷凝管36’为特征。在接收器30(1)’的顶部处的开口将洁净的水气引导到耦接至相邻接收器的蒸气管。
如上所述,蒸馏管36延伸通过接收器30(1)-30(n)的每一个,但是与在每一个接收器内循环的工艺用水52分开。蒸馏管36因此提供了供水气离开接收器蒸馏腔室的出水口。这个管件可被引导至热交换器,其中进入的工艺用水通过管件上方以冷却蒸气,水因此而形成,然后被收集到纯化水储存槽或池。在冷凝管中的蒸馏蒸气并不会混入工艺用水中。
冷凝管相对于接收器内的流动而流着“反向水流”。冷凝管是形成在接收器内,使得蒸气的流动是在与工艺用水相反的方向中。这使得水气可将它的热释放到工艺用水的水流中,以有利地增加循环效率,因为水气中所含的热会返送回循环中。
如上所述,真空泵或系统72可被用以降低水从液体转为蒸气的温度。也可对水气离开接收器的通口处施加真空。真空可分别地对每一个接收器施加,或以串联方式菊链化。在真空线路的终点处、且在进入真空泵72之前,冷凝物将进入分离器中,以移除空气柱中的蒸馏水。
同样如上所述,有多个辅助热源42(1)-42(n)被定位在多个接收器30(1)-30(n)下方,以供低阳光或无阳光操作的进行。举例而言,辅助热源42(1)-42(n)可为气体燃烧器,并且在太阳能条件不足以让蒸馏程序发生时点燃而对接收器30(1)-30(n)提供用于蒸馏程序的热源。
泵70使工艺用水流经接收器30(1)-30(n)。泵70包括对改变工艺用水50的流量的控制。工艺用水的流动可被减缓,以使得有更大比例的工艺用水被蒸发。因此,从蒸发的工艺用水中留下的盐或污染物会累积于最终接收器30(n)”中形成污泥。为了将污泥移出最终接收器30(n)”,其中含有螺旋钻100”。螺旋钻100”强力将累积的污泥移出出流口。冷凝管36”通过螺旋钻100”的中心。耦接至最终接收器30(n)”的马达102”驱动螺旋钻100”。
为了进一步增加收集太阳能及将太阳能引导至接收器30(1)-30(n)的效率,每一个太阳能板40(1)都包括由基部承载的多个可调太阳能收集板。每一个太阳能收集板在位置上都可加以调整或偏转,使得从每一个太阳能收集板反射的太阳辐射更精确地对准于置有接收器30(1)的焦点在线,以使接收的能量的量达到最大化。
太阳能收集板共同地具有抛物面形状,并且是彼此分开的。耦接到太阳能收集板的是板定位装置。板定位装置根据用来确定置有接收器的各自焦点线的对准的光学侦测器装置来移动太阳能收集板,以使所接收的能量的量达到最大化。
上述接收器30(1)-30(n)还有另一个特征为,将金属接收器定位于玻璃管区段内。所述玻璃管区段可防止来自金属接收器的热量散失。每一个玻璃管区段都经由扩充挡板而与相邻的玻璃管区段接合。在玻璃管区段的端部处的金属密封件是耦接至扩充挡板。扩充挡板可允许金属密封件的膨胀与收缩,以避免玻璃管区段破裂。也可经由玻璃管区段来抽真空。
即使工艺用水50正流经接收器30(1)-30(n),热交换流体(HTF)也是可代之而流过。受热的HTF接着会启动热泵。然后热会被馈送到多效或多阶段式蒸馏系统而从海水或受污染的水蒸发淡水。
作为相对于接收器内流动而流着“反向水流”的冷凝管的替代例,冷凝管可相对于接收器内流动而流着“同向水流”。已纯化的工艺用水会与工艺用水一起流出最终接收器。
另一种构想是涉及用于利用太阳能蒸馏系统20来将工艺用水50处理为纯化的工艺用水60的方法。从开始(方块202),所述方法包括:在方块204,将来自多个太阳能板40(1)-40(n)的阳光反射到多个接收器30(1)-30(n)。在方块206,工艺用水50被提供至所述多个接收器30(1)-30(n),其中工艺用水是从第一接收器30(1)流到最终接收器30(n),并且被反射的阳光加热。在方块208,当工艺用水50被加热时,即于每一个接收器内产生水气。水气流经相邻接收器之间各自的蒸气管32而到最终接收器30(n)。在方块210,水气从在最终接收器30(n)处的返送蒸气管34被提供到蒸馏管36。当水气通过蒸馏管36时,水气变为液体,其中所述液体即纯化的工艺用水60。所述方法在方块212结束。
现将参照图10来讨论利用热交换流体(HTF)的多效太阳能蒸馏系统300的另一个具体实施例。所示多效太阳能蒸馏系统320包括多个接收器330(1)-330(n)以及邻近所述多个接收器的多个太阳能板440(1)-440(n)。每一个接收器都是定位在各自的太阳能板的焦点内。不同于上述具体实施例中在接收器330(1)-330(n)内加热工艺用水,是热交换流体(HTF)被加热。举例而言,HTF可为矿物油或乙二醇。
HTF储存器380提供流经接收器330(1)-330(n)要被加热的HTF。泵370使HTF通过接收器30(1)-30(n)而流动,并且包括对改变HTF流量的控制。
HTF在它流经每一个接收器330(1)-330(n)的每一个时被加热。如同上述工艺用水50,HTF是分阶段加热,其中每一个接收器即对应于一个阶段。多阶段式或多效加热HTF的方式是有效率的,因为每一个阶段基本上都重复使用来自前一个阶段的能量。
在最终接收器330(n)处,加热的HTF被提供至热交换器382。工艺用水350也被提供至热交换器382,以转换为蒸气。举例而言,热交换器382可为骤沸(flash)热交换器,其中已加热的HTF通过格栅而被给定路线。接着将工艺用水350喷溅或喷洒到格栅上,然后其工艺转为水气及/或蒸气。这种类型的热交换器382也被称为骤沸交换器,是本领域技术人员所能直接想到的。工艺用水350并不接触HTF。
HTF热交换器382产生的蒸气被引导到蒸馏管336。蒸馏管336延伸通过接收器330(1)-330(n)的每一个,但与在每一个接收器内循环的HTF分隔开。在热交换器382的输出处所提供的HTF会被重新循环回到HTF储存器380。
当蒸气通过蒸馏管336时,它的相态会变回液体。在相态变化期间所放出的热被提供到每一个各别的阶段,因此进一步增加所示多效太阳能蒸馏系统320的效率。蒸馏管336的输出提供纯化的工艺用水360。
蒸馏管336与在每一个接收器内循环的HTF接触。HTF有利地允许热在水气相态变回液体时放出热,同时有助于降低HTF的沸点温度。
所述多效太阳能蒸馏系统320可包括耦接至蒸馏管336的真空泵或系统372,以引导水气的流动。此外,多个辅助热源342(1)-342(n)可被定位为与多个接收器330(1)-330(n)相邻,以允许低阳光或无阳光操作的进行。举例而言,辅助热源342(1)-342(n)可为气体燃烧器。
蒸馏(亦即冷凝)管336相对于接收器内的流动流的“反向水流”。冷凝管是被形成在接收器内,使得蒸气的流动与HTF反方向。这使得水气可将它的热量释放到HTF的流动,以有利地增加循环效率,因为水气中的热量会被返送回循环中。
辅助热源341(1)-342(n)可为例如气体燃烧器,并且在太阳能条件并不足以使蒸馏程序发生时,于点燃的时候提供热源于接收器330(1)-330(n)以进行蒸馏程序。
本领域技术人员在受益于前述说明与相关附图的教示下,将可理解本发明的许多修饰例及其他具体实施例。因此,应理解本发明并不限于所揭露的特定具体实施例,而且这些修饰例与具体实施例是要被包含在如附权利要求的范畴内。
Claims (24)
1.一种太阳能蒸馏系统,包括:
多个太阳能板,配置以反射阳光;
多个接收器,邻近所述多个太阳能板,且被配置以接收待处理为纯化的工艺用水的工艺用水,所述多个接收器包括至少第一接收器与最终接收器,其中所述工艺用水从所述第一接收器流到所述最终接收器,并且被反射的阳光加热;
多个蒸气管,耦接到所述多个接收器,其中每一个各自的蒸气管是耦接于相邻的接收器之间,且当所述工艺用水在每一个接收器内被加热时会产生水气,其中所述水气是经由所述相邻的接收器之间的所述各自的蒸气管而流向所述最终接收器;
返送蒸气管,耦接至所述最终接收器;以及
蒸馏管,耦接至所述返送蒸气管以接收所述水气,其中所述蒸馏管从所述最终接收器通过所述多个接收器而延伸至所述第一接收器,且当所述水气通过所述蒸馏管时,所述水气变成液体,其中所述液体为所述纯化的工艺用水。
2.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,其中所述多个接收器是串联连接,使得除了所述第一接收器以外的每一个接收器都利用来自前一个接收器的热能加热所述工艺用水。
3.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,其中除了空气间隙以外,每一个接收器都填有所述工艺用水,以使所述水气形成。
4.根据权利要求3所述的太阳能蒸馏系统,其中所述蒸馏管于所述空气间隙下方延伸通过每一个接收器。
5.根据权利要求4所述的太阳能蒸馏系统,其中所述蒸馏管直接接触在每一个接收器内的所述工艺用水,且当所述水气在所述蒸馏管内变成液体时即放出热。
6.根据权利要求3所述的太阳能蒸馏系统,其中每一个蒸气管都延伸于相邻接收器中的所述空气间隙之间。
7.根据权利要求3所述的太阳能蒸馏系统,其中每一个接收器都具有已知体积,且所述空气间隙约为所述已知体积的10%至20%。
8.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,其中所述多个太阳能板被配置为抛物面槽,其中所述多个接收器是定位于所述多个太阳能板的焦点内。
9.根据权利要求8所述的太阳能蒸馏系统,其中每一个接收器都具有I字型和双Y字型中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,进一步包括与所述多个接收器相邻的多个辅助热源。
11.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,进一步包括耦接至所述蒸馏管的真空空间,以使所述水气直接流经所述多个接收器与所述蒸馏管。
12.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,进一步包括耦接至所述第一接收器的泵,以控制所述工艺用水通过所述多个接收器的流量。
13.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,其中所述工艺用水包括海水、压裂水与废水中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏系统,其中所述最终接收器输出不转回水气的所述工艺用水。
15.一种使用太阳能蒸馏系统以处理工艺用水为纯化的工艺用水的方法,所述太阳能蒸馏系统包括多个太阳能板;多个接收器,邻近所述多个太阳能板,所述多个接收器包括至少第一接收器与最终接收器;耦接至所述多个接收器的多个蒸气管,其中每一个各自的蒸气管是耦接于相邻的接收器之间;耦接至所述最终接收器的返送蒸气管;以及耦接至所述返送蒸气管的蒸馏管,其中所述蒸馏管从所述最终接收器通过所述多个接收器而延伸到所述第一接收器,所述方法包括:
从所述多个太阳能板反射阳光至所述多个接收器;
对所述多个接收器提供所述工艺用水,其中所述工艺用水从所述第一接收器流至所述最终接收器,并且被反射的阳光加热;
在所述工艺用水被加热时,于每一个接收器内产生水气,其中所述水气经由所述相邻接收器之间的所述各自的蒸气管流向所述最终接收器;以及
从所述最终接收器处的所述返送蒸气管提供所述水气至所述蒸馏管,并且当所述水气通过所述蒸馏管时,所述水气变为液体,其中所述液体即所述纯化的工艺用水。
16.根据权利要求14所述的方法,其中所述多个接收器是串联连接,使得除了所述第一接收器以外的每一个接收器都利用来自前一个接收器的热能加热所述工艺用水。
17.根据权利要求14所述的方法,其中除了空气间隙以外,每一个接收器都填有所述工艺用水,以使所述水气生成。
18.根据权利要求16所述的方法,其中所述蒸馏管于所述空气间隙下方延伸通过每一个接收器。
19.根据权利要求17所述的方法,其中所述蒸馏管直接接触在每一个接收器内的所述工艺用水,且当所述水气在所述蒸馏管内变成液体时即放出热。
20.根据权利要求14所述的方法,其中所述多个太阳能板被配置为抛物面槽,其中所述多个接收器是定位于所述多个太阳能板的焦点内。
21.根据权利要求14所述的方法,其中所述太阳能蒸馏系统进一步包括与所述多个接收器相邻的多个辅助热源,所述方法进一步包括操作所述多个热源以加热所述多个接收器内的所述工艺用水。
22.根据权利要求14所述的方法,其中所述太阳能蒸馏系统进一步包括连接至所述蒸馏管的真空空间,所述方法进一步包括在所述蒸馏管上抽真空,以使所述水气直接流经所述多个接收器与所述蒸馏管。
23.根据权利要求14所述的方法,其中所述太阳能蒸馏系统进一步包括连接至所述第一接收器的泵,所述方法进一步包括操作所述泵,以控制所述工艺用水通过所述多个接收器的流量。
24.根据权利要求14所述的方法,其中所述工艺用水包括海水、压裂水与废水中的至少一种。
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US10183872B2 (en) * | 2016-06-13 | 2019-01-22 | Qi Wang | Counter circulating liquid processing system by repeatedly re-using thermal energy |
US10976076B2 (en) * | 2018-10-05 | 2021-04-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods, apparatus and systems for generating and superheating vapor under sunlight |
WO2021113997A1 (es) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | Universidad Técnica Federico Santa María | Sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada |
US11325846B2 (en) * | 2020-06-22 | 2022-05-10 | D And D Manufacturing | Solar distillation system with supplemental distillation units and associated methods |
MX2023004757A (es) * | 2020-10-25 | 2023-06-22 | Acquolina Il Mondo Llc | Sistemas y metodos para la desalinizacion de liquidos. |
RU2761832C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-12-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия (варианты) |
US20220260283A1 (en) * | 2021-02-12 | 2022-08-18 | D&D Manufacturing, Llc | Efficient Solar Powered Removal of Volatile Components from Slurries |
CN113371910A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-10 | 刘百仓 | 基于太阳能蒸发的页岩气工业废水安全回用方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4329204A (en) * | 1980-02-19 | 1982-05-11 | Petrek John P | Multiple effect thin film distillation system |
US4343683A (en) * | 1978-01-12 | 1982-08-10 | Diggs Richard E | Method for desalinating water |
WO2006077593A2 (en) * | 2005-01-21 | 2006-07-27 | Avraham Slook | Solar desalination apparatus |
WO2009065407A2 (en) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Idekontoret Aps | Integrated solar collector and multiple effect distillation |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4053368A (en) * | 1973-11-07 | 1977-10-11 | Battelle Memorial Institute | Process for the purification of water |
GB1467472A (en) | 1974-06-18 | 1977-03-16 | Maruichi N | Desalination apparatus |
JPS52142673A (en) | 1976-05-24 | 1977-11-28 | Tomimaru Iida | Solar waterrobtaining apparatus |
US4227970A (en) * | 1977-04-04 | 1980-10-14 | Reynolds Metals Company | Solar distillation apparatus |
US4235679A (en) * | 1979-01-15 | 1980-11-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High performance solar still |
US4318781A (en) * | 1980-01-11 | 1982-03-09 | Tomimaru Iida | Desalinazation apparatus |
JPS592550B2 (ja) | 1980-04-19 | 1984-01-19 | 日立造船株式会社 | 太陽熱造水装置 |
US4504362A (en) | 1982-09-13 | 1985-03-12 | Kruse Clifford L | Solar desalination system and method |
US4680090A (en) | 1983-05-06 | 1987-07-14 | Lew Hyok S | Direct heat recycling regenerative still |
DE8424789U1 (de) | 1984-08-21 | 1986-07-17 | Schmidt-Burr, Peter, 8000 München | Trenneinrichtung zum thermischen Trennen von Substanzgemischen |
US6342127B1 (en) * | 1996-12-10 | 2002-01-29 | William Possidento | Distillation device |
US6821395B1 (en) * | 2000-07-21 | 2004-11-23 | Ian McBryde | Solar stills of the tilted tray type, for producing pure drinking water |
US20030150704A1 (en) * | 2002-01-07 | 2003-08-14 | Posada Juan M. | Portable water purifier |
US20070193870A1 (en) | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Prueitt Melvin L | Solar-powered desalination system |
US8580085B2 (en) | 2007-10-25 | 2013-11-12 | Kll, Inc. | Systems and methods for water distillation |
GB2469321A (en) | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Dempson Packaging Ltd | System for heating and pasteurising water |
DE102009018041A1 (de) | 2009-04-18 | 2010-10-21 | Stöhr, Heinz | Integrierte Meerwasserentsalzungsanlage für solarthermische Kraftwerke |
US8246787B2 (en) | 2009-09-03 | 2012-08-21 | Pratt & Whitney Rockedyne, Inc. | Solar desalinization plant |
US8613839B2 (en) | 2009-10-13 | 2013-12-24 | Idalex Technologies | Water distillation method and apparatus |
WO2011108771A1 (ko) * | 2010-03-03 | 2011-09-09 | Hong Jeong-Ho | 태양열을 이용한 각종 물 증류장치 및 증류방법 |
US10703644B2 (en) * | 2012-07-16 | 2020-07-07 | Saudi Arabian Oil Company | Produced water treatment process at crude oil and natural gas processing facilities |
US20140042009A1 (en) | 2012-08-12 | 2014-02-13 | Bin-Juine Huang | Muliti-effect distillation device |
US8613840B1 (en) | 2012-11-27 | 2013-12-24 | Salem Ibrahem Abdullatef Alayoub | Solar-powered distillation system |
US11285400B2 (en) * | 2014-05-19 | 2022-03-29 | D And D Manufacturing | Multi-effect solar distillation system and associated methods |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4343683A (en) * | 1978-01-12 | 1982-08-10 | Diggs Richard E | Method for desalinating water |
US4329204A (en) * | 1980-02-19 | 1982-05-11 | Petrek John P | Multiple effect thin film distillation system |
WO2006077593A2 (en) * | 2005-01-21 | 2006-07-27 | Avraham Slook | Solar desalination apparatus |
WO2009065407A2 (en) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Idekontoret Aps | Integrated solar collector and multiple effect distillation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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GB2531490A (en) | Distillation unit |
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