CN109574352A - 一种新型太阳能蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

一种新型太阳能蒸馏装置，包括罐体、密封盖、防护网、隔热层、过滤层、光热膜、进水管道、出水管道、纯净水回收装置，本发明在罐体内部设置有第一过滤区域，形成一次过滤海水，在罐体内部还设置有第二过滤区域，使一次过滤海水在第二过滤区域中被过滤成二次过滤海水，同时减缓二次过滤海水的流速，由于二次过滤海水的盐粒子浓度逐渐升高，能够杀灭二次过滤海水中的细菌、病毒，实现对二次过滤海水的进一步净化，石墨烯过滤膜对二次过滤海水进行盐粒子、水分离，仅使水持续缓慢通过石墨烯过滤膜并流入至光热膜的表面，光热膜吸收大量的热量对有限的水进行加热，实现水的快速蒸发，显著提升水的蒸发速率和蒸发总量，显著降低了海水淡化成本。

Description

一种新型太阳能蒸馏装置

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及一种新型太阳能蒸馏装置。

背景技术

随着当今人口数量的不断上升，水污染的不断加剧，淡水的短缺成为一个紧迫的全球性问题。面对水资源危机的挑战，人们力求寻找一种高效低廉的净水技术。

当前的海水淡化方法主要有蒸馏法和反渗透法两种，蒸馏法需要消耗大量的能源，反渗透法消耗较多的电能，在生产过程中存在着大量的能量损失，且海水浪费了较多的热能，导致海水淡化成本高、蒸发速率低，远远不能满足人们的需求。

发明内容

针对以上技术问题的不足，本发明提出了一种新型太阳能蒸馏装置。

一种新型太阳能蒸馏装置，包括罐体、密封盖、防护网、隔热层、过滤层、光热膜、进水管道、出水管道、纯净水回收装置，所述罐体为两端敞口的空心圆柱体，所述罐体底端设置于海水中，所述罐体顶端悬浮于海水表面上，所述密封盖设置于罐体顶端的敞口中，以对罐体顶端密封并将太阳能输入至罐体中，所述防护网设置于罐体底端的敞口中，所述隔热层设置于罐体内部，所述隔热层与防护网之间形成第一过滤区域，所述隔热层的中心位置还设置有圆形的通孔，在通孔中形成第二过滤区域，所述过滤层设置于第二过滤区域中及第二过滤区域上表面，所述过滤层上表面与密封盖之间形成密封的高热蒸馏空间，所述光热膜设置于过滤层的上表面，使海水蒸发成为水蒸气，所述进水管道一端设置于第一过滤区域中，所述进水管道另一端设置于第二过滤区域中，所述出水管道一端设置于罐体内部的高温蒸馏空间中，所述出水管道另一端设置于罐体外部，用于导出罐体内部的水蒸气，所述出水管道另一端还设置有纯净水回收装置。

优选的，所述第一过滤区域中设置有活性炭颗粒的填充层，以对海水进行一次过滤，并使罐体悬浮海水表面上。

优选的，所述过滤层包括多孔陶瓷层、石墨烯过滤膜，所述多孔陶瓷层设置于第二过滤区域中，以对一次过滤的海水再次过滤，所述石墨烯过滤膜设置于隔热层上表面，且石墨烯过滤膜中心部分与第二过滤区域上表面接触，以对多孔陶瓷层过滤的海水进一步过滤。

优选的，所述光热膜设置于石墨烯薄膜的上表面，所述光热膜的表面积小于石墨烯过滤膜的表面积，所述光热膜具有水平表面或中间低边缘高的凹形表面。

优选的，所述光热膜由还原氧化石墨烯和银纳米晶的复合物制备而成。

优选的，所述进水管道包括若干根长度不同的毛细管，所述毛细管为石墨烯毛细管或PP-R管或LDPE管。

优选的，所述出水管道为石墨烯管。

优选的，所述罐体外壁上还设置有第一悬浮板、第二悬浮板。

优选的，所述罐体靠近高温蒸馏空间的外壁上还设置有吸热层，所述吸热层由石墨烯制成，所述罐体远离高温蒸馏空间的外壁上还设置有保温层，所述保温层由聚苯乙烯泡沫制成。

优选的，所述密封盖为刚性的菲涅尔透镜，以使密封盖聚焦的自然光照射至光热膜上。

本发明在罐体内部设置有第一过滤区域，使外界海水在通过第一过滤区域时被过滤成一次过滤海水，同时减缓海水、一次过滤海水的流速，在罐体内部还设置有第二过滤区域，使一次过滤海水在第二过滤区域中被过滤成二次过滤海水，同时减缓二次过滤海水的流速，由于二次过滤海水的盐粒子浓度逐渐升高，能够杀灭二次过滤海水中的细菌、病毒，实现对二次过滤海水的进一步净化，随着蒸馏装置的运行，使二次过滤海水中只含有盐离子、水，石墨烯过滤膜对二次过滤海水进行盐粒子、水分离，仅使水持续缓慢通过石墨烯过滤膜并流入至光热膜的表面，光热膜吸收大量的热量对有限的水进行加热，实现水的快速蒸发，显著提升水的蒸发速率和蒸发总量，太阳能对水蒸气进一步杀菌，使水蒸发成为纯净的水蒸气，出水管道将水蒸汽导入至纯净水回收装置的过程中迅速放热，实现纯净水的收集。

本发明通过吸收太阳能即可实现海水向纯净水的快捷淡化，生产过程中热量损失少，太能量利用率高，且无能源消耗，绿色环保，显著降低了海水淡化成本。

附图说明

图1为一种新型太阳能蒸馏装置的局部剖面示意图。

图2为光热膜、石墨烯过滤膜的俯视示意图。

图中：罐体10、活性炭颗粒的填充层11、第一悬浮板12、第二悬浮板13、吸热层14、保温层15、密封盖20、防护网30、隔热层40、过滤层50、多孔陶瓷层51、石墨烯过滤膜52、光热膜60、进水管道70、毛细管71、出水管道80、纯净水回收装置90。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

参见图1、图2，本发明提出了一种新型太阳能蒸馏装置，包括罐体10、密封盖20、防护网30、隔热层40、过滤层50、光热膜60、进水管道70、出水管道80、纯净水回收装置90，所述罐体10为两端敞口的空心圆柱体，所述罐体10由钢化玻璃制成，具有良好的透光性、耐腐蚀性和强度，所述罐体10底端设置于海水中，所述罐体10顶端悬浮于海水表面上，所述密封盖20设置于罐体10顶端的敞口中，以对罐体10顶端密封并将太阳能输入至罐体10中，使太阳能照射至光热膜60上，所述防护网30设置于罐体10底端的敞口中，用于防止海水中的动物、大的浮游生物进入罐体10内部，避免动物、大的浮游生物寄居在罐体10中对罐体10内部的海水造成污染，或防止动物、大的浮游生物进入罐体10内部阻塞罐体，使海水不能进入活性炭颗粒的填充层11、多孔陶瓷层51中，所述隔热层40沿着罐体10的径向方向设置于罐体10内部，所述隔热层40由聚苯乙烯泡沫材料制成，具有良好的隔热性，用于阻止高热蒸馏空间与第一过滤区域、第二过滤区域的热交换，所述隔热层40与防护网30之间形成第一过滤区域，所述隔热层40的中心位置还设置有圆形的通孔，且通孔的直径远小于罐体10的直径，海水通过速度慢，只能使第一过滤区域中的少部分海水通过通孔进入至高温蒸馏空间中，同时通过圆形的通孔使高温蒸馏空间与第二过滤区域相连接，能够有效减少高温蒸馏空间与第二过滤区域相连接处热量的交换，使高温蒸馏空间的热量只有少量通过隔热层40的圆形通孔并进入至第二过滤区域、第一过滤区域中，显著减少高温蒸馏空间中的热量损失，在通孔中形成第二过滤区域，所述过滤层50设置于第二过滤区域中及第二过滤区域上表面，以对一次过滤的海水再次过滤，所述过滤层50上表面与密封盖20之间形成密封的高热蒸馏空间，所述光热膜60设置于过滤层50的上表面，使海水快速蒸发成为水蒸气，所述进水管道70一端设置于第一过滤区域中，所述进水管道70另一端设置于第二过滤区域中，用于将第一过滤区域中的海水输送至第二过滤区域中，所述出水管道80一端设置于罐体10内部的高温蒸馏空间中，所述出水管道80另一端设置于罐体10外部，用于导出罐体10内部的水蒸气，所述出水管道80另一端还设置有纯净水回收装置90，用于收集水蒸气冷凝后的纯净水。

所述纯净水回收装置90可以是纯净水回收桶、纯净水回收箱、纯净水回收筏、纯净水回收袋之一。

参见图1，进一步，所述第一过滤区域中设置有活性炭颗粒的填充层11，以对海水进行一次过滤，并使罐体10悬浮海水表面上。

所述活性炭颗粒微观结构为球形，显著提升活性炭颗粒的填充层11的表面积，增加海水与活性炭颗粒的填充层11的接触时间，能够有效吸附海水中的有机物、放射性物质及其他因工业造成的化学污染，并具有脱臭、除味的功效，实现对海水的一次过滤，形成一次过滤海水。

所述活性炭颗粒具有低密度，其密度小于罐体10的密度，且活性炭颗粒的填充层11具有较厚的厚度，使活性炭颗粒的填充层11具有较强的浮力，能够抵消罐体10及其它组件共同的重力，使蒸馏装置悬浮于海水表面上，不需额外的设备将蒸馏装置支撑在海水表面上。

所述活性炭颗粒的填充层11具有较厚的厚度，能够减缓外界海水通过第一过滤区域的速度，使活性炭颗粒的填充层11中的海水、一次过滤海水以较低的速度进入至第二过滤区域中，所述第二过滤区域设置于隔热层40内部的圆形通孔中，对一次过滤海水进行再次过滤，形成二次过滤海水，可以进一步限制二次过滤海水进入高温蒸馏空间的速度，同时高温蒸馏空间的少量热量通过隔热层40的圆形通孔并进入至第二过滤区域中，因二次过滤海水流速缓慢，能够显著减少高温蒸馏空间中的热量损失，且一次过滤海水流失较慢，能够进一步降低二次过滤海水中的热量损失。通过设置活性炭颗粒的填充层11，使其还具有减缓高温蒸馏空间与第二过滤区域、第一过滤区域之间热量交换的作用。

所述活性炭颗粒的填充层11具有较为致密的结构，能够防止中小型的浮游生物进入第二过滤区域，避免中小型的浮游生物进入多孔陶瓷层51。

参见图1，进一步，所述过滤层50包括多孔陶瓷层51、石墨烯过滤膜52，所述多孔陶瓷层51设置于第二过滤区域中，以对一次过滤的海水再次过滤，能够将一次过滤海水中的悬浮物、胶体物及微生物阻截在多孔陶瓷层51的表面或其内部，形成二次过滤海水，使二次过滤海水中基本只含有盐离子、水，所述石墨烯过滤膜52设置于隔热层40上表面，且石墨烯过滤膜52中心部分与第二过滤区域上表面接触，以对多孔陶瓷层51过滤的海水进一步过滤，能够有效阻隔盐离子，使二次过滤海水中的盐离子、水分离，仅使水从石墨烯过滤膜52中心部分通过并到达光热膜60的上表面。

所述石墨烯过滤膜52将盐离子阻挡在靠近多孔陶瓷层51的一侧，且多孔陶瓷层51位于第二过滤区域中，且第二过滤区域海水通过速度缓慢，使二次过滤海水中盐离子的浓度逐渐升高，能够杀灭二次过滤海水中的细菌、病毒，实现对二次过滤海水的进一步净化，随着蒸馏装置的运行，使二次过滤海水中只含有盐离子、水。

参见图1、图2，进一步，所述光热膜60设置于石墨烯薄膜的上表面，所述光热膜60的表面积小于石墨烯过滤膜52的表面积，所述光热膜60具有水平表面或中间低边缘高的凹形表面。

所述石墨烯过滤膜52将海水中的盐离子、水分离后，水通过石墨烯过滤膜52并附着、集聚至其表面上，同时石墨烯过滤膜52表面上设置有表面积较小的光热膜60，因水不能透过光热膜60，水逐渐从石墨烯过滤膜52与光热膜60边缘的缝隙处缓慢流入至光热膜60的表面，增加了水的流动距离，进一步减缓单位时间内流入至光热膜60表面的水量，有利于提高水的蒸发速率。

所述光热膜60的表面积小于石墨烯过滤膜52的表面积，以便于从石墨烯过滤膜52上取出，有利于光热膜60的更换，同时也有利于石墨烯过滤膜52的更换。

所述光热膜60可以设置中间低边缘高的凹形表面，因凹形表面的表面积大于水平表面的表面积，使其能够集聚更多的太阳能，更有利于水在光热膜60上的蒸发，从而进一步提高水的蒸发速率。

进一步，所述光热膜60由还原氧化石墨烯和银纳米晶的复合物制备而成，所述光热膜60具有较高的蒸发速率，同时光热膜60上单位时间内流入的水量有限，光热膜60将热量传递至有限的水后，水快速升温并蒸发，能够显著提高单位时间内水的蒸发量。

因蒸馏前的水已将具有很高的纯净度，且不含盐粒子，使光热膜60在蒸发过程中，只是液体水向气态水的转变，不存在蒸发过程中形成盐结晶体的情况，因此光热膜60对海水蒸发过程中不存在盐结晶体覆盖或堵塞在光热膜60表面、石墨烯过滤膜52表面的情况，能够有效提升光热膜60、石墨烯过滤膜52的使用寿命。

蒸馏前的水可能还存在一些难以灭杀的微小生物，水在蒸发过程中，太阳能能够对水蒸气进一步杀菌，使水蒸发成为纯净的水蒸气。

参见图1，进一步，所述进水管道70包括若干根长度不同的毛细管71，所述毛细管71为石墨烯毛细管或PP-R管或LDPE管。

新型太阳能蒸馏装置在海水上安装使用过程中，可能会使第一过滤区域与第二过滤区域之间存在少量的空气，并形成气压，使第一过滤区域不能直接为第二过滤区域供应一次过滤海水，而第二过滤区域中的多孔陶瓷层51中设置有若干根长度不同的毛细管71，所述进水管道70具有毛细管效应，能够吸收第一过滤区域各处的一次过滤海水，并将一次过滤海水输送至第二过滤区域中，所述毛细管71能够抵抗海水的腐蚀，该供水过程水的流速缓慢，在保障高温蒸馏空间用水量的同时，还能减少高温蒸馏空间、第二过滤区域与第一过滤区域的热交换，同时由于第一过滤区域与第二过滤区域之间存在少量的空气，使第一过滤区域与第二过滤区域不接触，能够进一步降低高温蒸馏空间、第二过滤区域与第一过滤区域的直接热交换，从而提高高温蒸馏空间中太阳能的有效利用率。

所述毛细管71内部还可以沿毛细管71方向设置棉花，以使一次过滤海水还可以沿棉花输送至第二过滤区域中。

进一步，所述出水管道80为石墨烯管。

水蒸气从出水管道80导出后，在流向与出水管道80相连接的纯净水回收装置90过程中，出水管道80较长，且出水管道80直接与空气接触，因石墨烯管具有极高的导热系数，使出水管道80能够与空气直接换热，出水管道80中的高温水蒸气迅速放热，使水蒸气凝结为纯净水，纯净水被直接输送至纯净水回收装置90中。

参见图1，进一步，所述罐体10外壁上还设置有第一悬浮板12、第二悬浮板13，所述第一悬浮板12、第二悬浮板13具有对称结构，耐腐蚀，用于增加蒸馏装置悬浮在海水表面上的稳定性，使蒸馏装置不会下沉或颠覆。

参见图1，进一步，所述罐体10靠近高温蒸馏空间的外壁上还设置有吸热层14，所述吸热层14由石墨烯制成，因石墨烯管具有极高的导热系数，且罐体10由钢化玻璃制成，使吸热层14能够将更多的太阳能导入至高温蒸馏空间中，进一步提升高温蒸馏空间的吸光速率及总热量，提高水的蒸发速率，所述罐体10远离高温蒸馏空间的外壁上还设置有保温层15，所述保温层15由聚苯乙烯泡沫制成，能够阻止外界海水与罐体10外壁的直接热交换，使外界海水只能从罐体10底端的防护网30处进入至第一过滤区域中，显著降低第一过滤区域的热量损失，进而降低第二过滤区域的热量损失。

而现有技术一般直接对海水加热并使其蒸发成水蒸气，因海水流动性强，能够吸收大量的热量，浪费大量太阳能，致使液态水向水蒸气转变的效率并不高，水的蒸发速率有限。

进一步，所述密封盖20为刚性的菲涅尔透镜，具有良好的透光性能和强度，以使密封盖20聚焦的自然光照射至光热膜60上，使光热膜60迅速吸收热量，以对水进行加热并使水转变为水蒸气。

具体实施步骤：

1）将新型太阳能蒸馏装置设置于海水表面上；

2）海水从罐体10底端的防护网30进入至第一过滤区域中，活性炭颗粒的填充层11对海水进行一次过滤，形成一次过滤海水，同时减缓海水、一次过滤海水的流速；

3）一次过滤海水通过进水管道70或直接流入至第二过滤区域中，多孔陶瓷层51对一次过滤海水再次过滤，形成二次过滤海水，同时减缓二次过滤海水的流速；

4）石墨烯过滤膜52对二次过滤海水进行盐离子、水分离，仅使水通过石墨烯过滤膜52并进入至高温蒸馏空间中光热膜60的表面上；

5）光热膜60吸收密封盖20聚焦及罐体10吸收的太阳能，使水蒸发成为水蒸气；

6）太阳能能够对水蒸气进一步杀菌，使水蒸发成为纯净的水蒸气；

7）水蒸气经出水管道80导出过程中迅速放热，成为纯净水并被导入至纯净水回收装置90中。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：包括罐体、密封盖、防护网、隔热层、过滤层、光热膜、进水管道、出水管道、纯净水回收装置，所述罐体为两端敞口的空心圆柱体，所述罐体底端设置于海水中，所述罐体顶端悬浮于海水表面上，所述密封盖设置于罐体顶端的敞口中，以对罐体顶端密封并将太阳能输入至罐体中，所述防护网设置于罐体底端的敞口中，所述隔热层设置于罐体内部，所述隔热层与防护网之间形成第一过滤区域，所述隔热层的中心位置还设置有圆形的通孔，在通孔中形成第二过滤区域，所述过滤层设置于第二过滤区域中及第二过滤区域上表面，所述过滤层上表面与密封盖之间形成密封的高热蒸馏空间，所述光热膜设置于过滤层的上表面，使海水蒸发成为水蒸气，所述进水管道一端设置于第一过滤区域中，所述进水管道另一端设置于第二过滤区域中，所述出水管道一端设置于罐体内部的高温蒸馏空间中，所述出水管道另一端设置于罐体外部，用于导出罐体内部的水蒸气，所述出水管道另一端还设置有纯净水回收装置。

2.如权利要求1所述的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述第一过滤区域中设置有活性炭颗粒的填充层，以对海水进行一次过滤，并使罐体悬浮海水表面上。

3.如权利要求1所述的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述过滤层包括多孔陶瓷层、石墨烯过滤膜，所述多孔陶瓷层设置于第二过滤区域中，以对一次过滤的海水再次过滤，所述石墨烯过滤膜设置于隔热层上表面，且石墨烯过滤膜中心部分与第二过滤区域上表面接触，以对多孔陶瓷层过滤的海水进一步过滤。

4.如权利要求1所述的的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述光热膜设置于石墨烯薄膜的上表面，所述光热膜的表面积小于石墨烯过滤膜的表面积，所述光热膜具有水平表面或中间低边缘高的凹形表面。

5.如权利要求1或4所述的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述光热膜由还原氧化石墨烯和银纳米晶的复合物制备而成。

6.如权利要求1所述的的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述进水管道包括若干根长度不同的毛细管，所述毛细管为石墨烯毛细管或PP-R管或LDPE管。

7.如权利要求1所述的的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述出水管道为石墨烯管。

8.如权利要求1所述的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述罐体外壁上还设置有第一悬浮板、第二悬浮板。

9.如权利要求1所述的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述罐体靠近高温蒸馏空间的外壁上还设置有吸热层，所述吸热层由石墨烯制成，所述罐体远离高温蒸馏空间的外壁上还设置有保温层，所述保温层由聚苯乙烯泡沫制成。

10.如权利要求1所述的的新型太阳能蒸馏装置，其特征在于：所述密封盖为刚性的菲涅尔透镜，以使密封盖聚焦的自然光照射至光热膜上。