CN110803737A - 一种太阳能降解-发电一体化模块装置 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能降解‑发电一体化模块装置，包括装置本体，装置本体由上至下依次设置增透膜、石英透光面板、光催化反应层、光伏电池层及保温层，所述的光催化反应层内部设置有透明褶皱流道，透明褶皱流道表面分布有纳米催化剂，在装置本体两侧分别设置有流道入口和流道出口。本发明通过改变传统污染物集中处理方式为分布式处理方式，且完全由太阳能驱动，从而减小了污染物输运风险，降低了处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种太阳能降解-发电一体化模块装置。
背景技术
目前工业领域主流的降解有机污水的方式是通过污水管网来收集有机污水，运输到污水处理中心统一处理。铺设污水管网需要消耗大量的人力物力财力，且运输管道受到例如地形限制，传输距离限制，经济效益限制等诸多限制，实施起来极为不方便。尤其是对于一些小型工厂，产生的有机污水数量较小，加之常常坐落于偏远之处，常见的利用污水管网运送到城市污水处理中心，或厂家投资建设污水处理中心，建设成本相对较高。另一方面，城市污水处理中心处理污水往往能耗较高，周期较长，且处理过程中容易造成二次污染。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能降解-发电一体化模块装置，通过改变传统污染物集中处理方式为分布式处理方式，且完全由太阳能驱动，从而减小了污染物输运风险，降低了处理成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种太阳能降解-发电一体化模块装置，包括装置本体，装置本体由上至下依次设置增透膜1、石英透光面板2、光催化反应层3、光伏电池层4及保温层5，所述的光催化反应层3内部设置有透明褶皱流道6，透明褶皱流道6表面分布有纳米催化剂9，在装置本体两侧分别设置有流道入口7和流道出口8。
所述石英透光面板2表面覆盖增透膜1，当增透膜1两个面上的反射光光程差为光半波长的奇数倍时，干涉相消，从而增强石英透光面板2的透光率。
所述的装置本体为方形扁盒形状。
所述的透明褶皱流道6的表面为褶皱结构(且为高透光材质，纳米催化剂9布置在透明褶皱流道6的表面上。
所述的褶皱结构为依次相连的三角形凸起，纳米催化剂9为纳米二氧化钛或纳米红磷。
所述的装置本体进行串并联组合。
本发明的有益效果：
(1)该装置通过每个单元具有的增透石英面板实现对太阳光的高效捕获，太阳光中紫外部分用于催化层进行污染物降解反应，红外部分用于产生热量增强该反应，剩余可见光部分用于进行光伏转化提供电能，从而实现太阳能全光谱的高效梯级利用。
(2)该装置依靠太阳光进行分布式污染物降解，避免了传统污染物集中处理过程中存在的高成本与二次污染问题。
(3)该装置的单元模块可根据污染物的量和浓度进行串并联组合使用。
(4)该装置本身的成本较低，能够分布在到各个需要污染物降解的场所使用以进一步降低污染物收集与运输成本。
(5)该装置模块单元体积小，装配灵活，可根据工厂情况与需求装配于屋顶或外墙对污染物进行吸收降解处理。
附图说明
图1为本发明提供的一种太阳能降解-发电一体化模块装置的结构示意图。
图2为本发明装置具体实施例布置示意图。
图3为本发明装置具体实施例系统流程示意图。
附图标记：1-增透膜；2-石英透光面板；3-光催化反应层；4-光伏电池层；5-保温层；6-透明褶皱流道；7-流道入口；8-流道出口；9-纳米催化剂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明专利提供了一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其结构如图1所示。图2为本专利针对有污水处理需求的工厂的具体实施例，本发明装置可安装在工厂室内的墙壁上，具体系统流程参见图3。污水从入水口进入装置后由泵提供流动动能，在装置的降解模块中经太阳能光催化反应被降解，后由出水口排出，其中各个污水降解模块单元具有互相连接的接口，参见图1，每个单元模块的污水入出水口可以和下一模块的污水入水口进行连接，集合成如图3的大型可拆卸组合的污水降解模块，并根据需求安装在需要对污水进行降解处理的工厂厂方屋顶及外墙壁上。
每个污水降解单元模块的结构如图1所示，污水流入光催化反应层3后与纳米催化剂9接触，在有太阳光照时，通过增透膜1及石英透光面板2对光线进行整合以及由保温层5提供合适的反应温度条件下，利用紫外部分对污水进行光催化降解，其中的有机污染物苯酚由光催化反应降解为无害的水和二氧化碳，最终排出并进行进一步的处理。可见光部分由底部光伏转化为电能为本系统内泵及其他运行、监控设备或对外部用电设备进行供电。
在图1的模块装置中，光伏板使不同角度的太阳光经聚光，能达到光反应的催化条件，催化剂层与污水接触，在一定温度下，发生高效的催化反应，实现对有机污染物的降解。
其外形为方形扁盒形状，内部自上而下依次由增透膜1、石英透光面板2、光催化反应层3、光伏电池层4及保温层5构成。光催化反应层3内有透明褶皱流道6，在装置两侧分布有流道入口7和流道出口8，透明褶皱流道6表面分布有纳米催化剂9。
该装置正常工作时，太阳光自上而下入射，首先穿过石英透光面板2到达光催化反应层3，太阳光谱中紫外部分被催化剂9吸收用于有机污染物降解，太阳光谱中未被吸收的可见光与红外部分穿过光催化反应层3到达光伏电池层4并被吸收利用，其中可见光部分在光电效应作用下转变为电能输出，同时红外部分转变为热能并在保温层5作用下使装置升温，对催化剂9活性起到促进作用。该装置通过上述过程实现对太阳能全光谱的综合利用。
所述石英透光面板2表面覆盖增透膜1，当增透膜1两个面上的反射光光程差为光半波长的奇数倍时，干涉相消，从而增强石英透光面板2的透光率。
在光催化反应层3中，透明褶皱流道6为高透光材质，表面附着有纳米催化剂9且具有褶皱结构，以增大催化剂与太阳光及污染物的比表接触面积，从而增强降解效果。
太阳能光伏电池板4位于光催化反应层3的下方，对可见光部分进行光伏转化利用，输出电能。
太阳光谱中红外部分在光伏电池板4处被转化为热能，而保温层5的作用是减少热损失，利用该部分热能提升装置温度，以促进降解过程。
含有污染物的流体从流道入口7流入装置，流经透明褶皱流道6的过程中，污染物在光催化条件下被降解，处理后的流体从流道出口8流出。
该装置为模块化装置，实际应用时可根据处理量及污染物浓度的不同将多个模块装置进行串并联组合，并配合其他辅助设备进行使用。
在实际使用中，每个单元净水模块在日照10小时(参考西安地区的平均日照)，光照强度平均为1万lx的条件下，由催化剂纳米红磷，在一小时内处理约1000L的有机苯酚污水，可以将有机苯酚污染物的浓度由5mg/L降到1.5mg/L，降解率高达70％。假设该化学原料工厂某日生产了化学原料10吨，同时会产生了浓度为5mg/L的200立方米的有机苯酚污水,经由20个单元模块净水装置组合成的净水模块处理一天后即可得到符合排放标准的水(有机苯酚污染物浓度低于1.6mg/L)并排放(或进行下一步处理)。同时，光伏电池层的光电转化效率为17％，得到的电能为一定功率的用电器提供了相应的电能。保温层可以吸收约30％的光用来升温，保证催化剂的正常工作，催化剂还会吸收40％的光能用于降解污水。这样，太阳光的综合利用率将近90％，充分实现了太阳能全光谱的高效梯级利用。
本发明专利提供的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，与传统的污水降解方对污水集中处理的方式相比，污水能够在产生位置即时进行处理，提高了污水处理的效率，大幅降低了收集运输污水的成本，消除了运输过程中的潜在风险。另外，可以根据需求进行组组装和组合，且部署灵活，便于维护和更换。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明装置按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明专利的保护范围。
以上所述仅为本发明专利示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明专利的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明专利的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明专利保护的范围。
Claims (6)
1.一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，包括装置本体，装置本体由上至下依次设置增透膜(1)、石英透光面板(2)、光催化反应层(3)、光伏电池层(4)及保温层(5)，所述的光催化反应层(3)内部设置有透明褶皱流道(6)，透明褶皱流道(6)表面分布有纳米催化剂(9)，在装置本体两侧分别设置有流道入口(7)和流道出口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，所述石英透光面板(2)表面覆盖增透膜(1)，当增透膜(1)两个面上的反射光光程差为光半波长的奇数倍时，干涉相消。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，所述的装置本体为方形扁盒形状。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，所述的透明褶皱流道(6)为高透光材质，纳米催化剂(9)为褶皱结构。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，所述的褶皱结构为依次相连的三角形凸起，纳米催化剂(9)为纳米二氧化钛或纳米红磷。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能降解-发电一体化模块装置，其特征在于，所述的装置本体进行串并联组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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