CN108423733A - 加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置 - Google Patents

加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，旨在提供一种完全以太阳能为能源无需运行成本的盐水淡化装置，它主要包括盖板、装置外壳、阶梯水槽、散热片、散热网、织物、轴流风扇、电机、太阳能电池板。本装置倾斜使用，内部水槽为阶梯式。在阳光的照射下，槽内的原水产生水蒸气，水蒸气在装置内循环，遇温度低的装置外壳冷凝产生淡水。通过对进水口、出水管、溢流口及阀门的控制，该装置可实现半自动进水和淡水收集。该装置无需运行成本，操作简单，有助于解决淡水资源缺乏、盐水丰富地区的饮用水问题。

Description

加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置
技术领域
本发明属于盐水淡化技术领域，特别是涉及一种加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，以太阳能为能源，无需运行成本，简单高效，可广泛应用于淡水资源缺乏、盐水丰富的地区。
背景技术
我国水资源十分短缺，以西北干旱地区为例，许多村镇以苦咸水作为饮用水源，这些地区由于降水稀少，蒸发强烈，水资源天然匮乏，作为主要供水水源普遍含盐、含氟量高，大部分地区又没有可替代的淡水资源，形成了水源型缺水和水质型缺水的双重困局。据估算，部分村镇地区水源的含盐量竟高达5000mg/L以上，硬度大于1000mg/L，而生活饮用水卫生标准规定溶解性总固体不得超过1000mg/L，硬度的上限为450mg/L。人体长期摄入此类高矿化度的水源会引发多种疾病，严重损害饮用者的身体健康。
目前，苦咸水、海水的淡化方法很多，尤以蒸馏法和膜法最为成熟。其中膜法主要有电渗析、反渗透和膜蒸馏法；蒸馏法主要有太阳能蒸馏器、多级闪蒸和多效蒸馏法。其中反渗透法、电渗析法虽出水水质较好，但前处理繁琐且淡水成本较高；膜蒸馏法技术尚未成熟，需进一步研究；多效蒸馏法面临易结垢问题，需要频繁的污垢清洗；多级闪蒸法水量循环较大，运行费用较高；传统的盘式蒸馏法产水效率较低，难以满足水量要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，设计了一种加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，用于淡水资源缺乏、盐水丰富的地区，解决饮用水问题。
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，包括：倾斜设置的上面开放的立方体外壳，固定在外壳上面的盖板，沿着倾斜方向通过支撑杆固定在装置外壳内部的阶梯水槽，阶梯水槽除上面外其余五面设保温板，阶梯水槽两侧与外壳接触，其余各面均与外壳留有间隙，外壳的顶侧面设有散热片，外壳的背面外侧设有散热网；外壳的两侧面的顶部和底侧面的顶部三边外凸与盖板组成雨水收集槽；外壳内部的顶侧面里侧安装有轴流风扇，风扇的中轴与外壳外侧的电机支架上的电机连接，并由太阳能电池板供能，加速水蒸气在装置内的循环；多排织物通过支架竖直架设在阶梯水槽上部并与阶梯水槽相接触，增大装置的集热与蒸发面积。
所述倾斜设置外壳的倾斜角度为10°～45°。
所述阶梯水槽可由4～20层阶梯小水槽组成，水槽表面采用深色吸光集热涂层处理或深色吸光集热填料填装，以提高集热效果。
外壳下表面受压形成向内的凸起，便于冷凝淡水的汇集和增加散热面积。
在外壳侧面上部设置有将原水引入阶梯水槽顶端的原水进水口，在阶梯水槽底端设置有水槽溢流口，水槽溢流口下方的外壳上设置有收集淡水的淡水出水口，原水进水口和有水槽溢流口控制进水时间和进水量。
所述盖板为玻璃、内表面经过亲水改性的玻璃、高透光塑料薄膜、高透光无滴塑料薄膜、亚克力板或PC板。
所述的织物的材质为吸水性好的黑色棉布、麻布、双面绒布或合成纤维材料。
所述装置散热片和散热网为导热性好的铝、铝合金或铜材料，加快装置外壳的散热。
所述盖板上设置有盖板把手，阶梯水槽上设置有水槽把手，以方便操作。
本发明的有益效果：
1、装置可以通过太阳能集热将盐水淡化，结构简单稳定、造价低廉，装置操作灵活、无需运行成本，有助于解决淡水资源缺乏、盐水丰富地区的饮用水问题。
2、装置的产水效率高，日产水量可达4.2L/m2以上。当装置为2～3m2时，产水量即可满足一四口之家的淡水需求。
3、装置所产水质较好，所产淡水TDS可达13mg/L，接近超纯水，其阴阳离子含量完全符合并优于国家GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》。
4、该装置外壳正面四边外凸与盖板组成大面积雨水收集槽，可以高效收集雨水，经过适当过滤后即可作为淡水储备。
附图说明
图1为本发明加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置结构示意图。
图2为本发明加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置侧视图。
图3为本发明装置内阶梯水槽示意图。
图4为本发明装置内织物示意图。
图5为本发明装置外壳示意图。
图中：1盖板，2装置外壳，3阶梯水槽，4保温板，5支撑杆，6织物，7支架，8散热片，9散热网，10导流槽11太阳能电池板，12电机支架，13电机，14轴流风扇，15淡水出口，16溢流口，17进水口，18盖板把手，19水槽把手，20收集槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的加湿除湿阶梯式太阳能盐水淡化装置结构加以说明。
如图1-5所示，本发明的加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，包括：倾斜设置的上面开放的立方体外壳2，固定在外壳2上面的盖板1，沿着倾斜方向通过支撑杆5固定在装置外壳2内部的阶梯水槽3，阶梯水槽3除上面外其余五面设保温板4，阶梯水槽两侧与外壳2接触，其余各面均与外壳留有间隙，外壳的顶侧面设有散热片8，外壳的背面外侧设有散热网9；外壳的两侧面的顶部和底侧面的顶部三边外凸与盖板组成雨水收集槽20；外壳内部的顶侧面里侧安装有轴流风扇14，风扇的中轴与外壳外侧的电机支架12上的电机13连接，并由太阳能电池板11供能，加速水蒸气在装置内的循环；多排织物6通过支架7竖直架设在阶梯水槽3上部并与阶梯水槽3 相接触，增大装置的集热与蒸发面积。
优选，所述倾斜设置外壳2的倾斜角度为10°～45°。
所述阶梯水槽3可由4～20层阶梯小水槽组成，水槽表面采用深色吸光集热涂层处理或深色吸光集热填料填装，以提高集热效果。
外壳2下表面受压形成向内的凸起10，便于冷凝淡水的汇集和增加散热面积。
在外壳侧面上部设置有将原水引入阶梯水槽3顶端的原水进水口17，在阶梯水槽3底端设置有水槽溢流口16，水槽溢流口16下方的外壳上设置有收集淡水的淡水出水口15，原水进水口17和有水槽溢流口16控制进水时间和进水量。
所述盖板1为玻璃、内表面经过亲水改性的玻璃、高透光塑料薄膜、高透光无滴塑料薄膜、亚克力板或PC板。
所述的织物6的材质为吸水性好的黑色棉布、麻布、双面绒布或合成纤维材料。
所述装置散热片8和散热网9为导热性好的铝、铝合金或铜材料，加快装置外壳的散热。
所述盖板1上设置有盖板把手18，阶梯水槽3上设置有水槽把手19，以方便操作。
本发明在外壳顶部、背面的外侧分别设有散热片、散热网，提高外壳的散热速率；为保证太阳光入射率，装置倾斜使用，倾角可为10°～45°。阶梯水槽可由4～20小水槽组成，内部可选深色吸光集热涂层处理或深色吸光集热填料填装。盖板可选用玻璃、亚克力、PC板、内表面经过亲水改性的玻璃、高透光塑料薄膜及高透光无滴膜材料。装置安装有盖板把手，水槽把手，以方便操作。
织物可选用吸水性好的黑色棉布、麻布、双面绒布及合成纤维。散热片和散热网可选用导热性好的铝、铜及铝合金材料，增加外壳的散热速率。装置外壳背面压制成向内凸起的导流槽，有利于冷凝水汇集和增加散热面积。装置设置有淡水出水口收集淡水，通过水槽溢流口、原水进水口控制进水时间和进水量。
装置在使用过程中根据太阳倾角倾斜放置，提高阳光的入射率；盖板1 固定在装置外壳2上面，上有盖板把手18，方便开启。阶梯水槽3通过支撑杆5固定在装置内，并设有水槽把手19，方便操作；水槽除上面外其余五面设有保温板4，两侧与外壳接触，其余各面均与外壳留有间隙；水槽向光面内设有黑色涂层或黑色填料，增加集热效果。织物6通过支架7架设在水槽内，增加蒸发与集热面积。外壳顶部和背面的外侧设有散热片8、散热网9，加快装置外壳散热。轴流风扇14固定在装置顶端并与电机支架12上的电机13相连，由太阳能电池板11提供电能，促进水蒸气在装置内的循环。在阳光照射下，水槽内原水产生水蒸气，水蒸气在装置内向上运动，在顶部轴流风扇作用下，水蒸气通过顶端进入到温度较低的水槽背面与装置外壳背面的夹层中，冷凝产生淡水。由于装置外壳背面设有内凸导流槽10，增加了散热面积，并使淡水迅速汇集到出水口15收集待用。
装置从进水口17进水，通过第一个小水槽依次溢流充满整个水槽，并协同水槽底部的溢流口16控制进水时间和进水量。外壳正面四边外凸与盖板共同组成雨水收集槽20，雨天收集雨水，经过简单过滤即可作为淡水储备，从而达到晴天淡化盐水，雨天收集雨水的效果。
装置产水效率高，水质好。当原水为5g/L的硫酸钠水溶液时，日产水量可达4.2L/m2以上。采用离子色谱仪对出水水质进行检测，结果如表1所示，出水总离子浓度为8.13ppm，完全符合并优于国家GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》。
本发明加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，从太阳能蒸馏思路出发，将盘式太阳能淡化技术与加湿-除湿技术有机结合、设计创新。该装置在阳光的照射下，水槽内的原水产生水蒸气，水蒸气在装置内循环，遇温度低的装置外壳冷凝产生淡水。通过对进水口、出水口、溢流口及阀门的控制，可实现半自动上水和淡水收集。结构简单稳定、操作灵活、无需运行成本，有助于解决淡水资源缺乏、盐水丰富地区的饮用水问题。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，包括：倾斜设置的上面开放的立方体外壳(2)，固定在外壳(2)上面的盖板(1)，沿着倾斜方向通过支撑杆(5)固定在装置外壳(2)内部的阶梯水槽(3)，阶梯水槽(3)除上面外其余五面设保温板(4)，阶梯水槽两侧与外壳(2)接触，其余各面均与外壳留有间隙，外壳的顶侧面设有散热片(8)，外壳的背面外侧设有散热网(9)；外壳的两侧面的顶部和底侧面的顶部三边外凸与盖板组成雨水收集槽(20)；外壳内部的顶侧面里侧安装有轴流风扇(14)，风扇的中轴与外壳外侧的电机支架(12)上的电机(13)连接，并由太阳能电池板(11)供能，加速水蒸气在装置内的循环；多排织物(6)通过支架(7)竖直架设在阶梯水槽(3)上部并与阶梯水槽(3)相接触，增大装置的集热与蒸发面积。
2.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述倾斜设置外壳(2)的倾斜角度为10°～45°。
3.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述阶梯水槽(3)可由4～20层阶梯小水槽组成，水槽表面采用深色吸光集热涂层处理或深色吸光集热填料填装，以提高集热效果。
4.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，外壳(2)下表面受压形成向内的凸起(10)，便于冷凝淡水的汇集和增加散热面积。
5.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，在外壳侧面上部设置有将原水引入阶梯水槽(3)顶端的原水进水口(17)，在阶梯水槽(3)底端设置有水槽溢流口(16)，水槽溢流口(16)下方的外壳上设置有收集淡水的淡水出水口(15)，原水进水口(17)和有水槽溢流口(16)控制进水时间和进水量。
6.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述盖板(1)为玻璃、内表面经过亲水改性的玻璃、高透光塑料薄膜、高透光无滴塑料薄膜、亚克力板或PC板。
7.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述的织物(6)的材质为吸水性好的黑色棉布、麻布、双面绒布或合成纤维材料。
8.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述装置散热片(8)和散热网(9)为导热性好的铝、铝合金或铜材料，加快装置外壳的散热。
9.根据权利要求1所述加湿除湿型阶梯式太阳能盐水淡化装置，其特征在于，所述盖板(1)上设置有盖板把手(18)，阶梯水槽(3)上设置有水槽把手(19)，以方便操作。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180821

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