CN110885104B - 蒸馏式净水装置以及净水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蒸馏式净水装置以及净水方法，装置结构简单、体积小、并且能够有效净水。蒸馏式净水装置包括：净水储存钢锅；透水部，包括：位于上边缘内侧、并且设有多个透水通道的透水板，和与透水板固定相连、并且向上边缘外侧延伸的支撑板；陶瓷托盘，位于净水储存钢锅内，上表面设有石墨涂层；透光顶盖，盖设在陶瓷托盘上，并且底部支撑在透水部上，呈四棱锥状，与陶瓷托盘共同围成蒸发腔，内表面作为冷凝面将蒸发后的冷凝液导向透水通道；菲涅尔镜片组，罩设在透光顶盖上方，包括：位于顶部的线性聚焦菲涅尔镜片，和分别位于东侧面和西侧面、并且倾斜向下延伸的两块点性聚焦菲涅尔镜片；待净化水输入部；净水输出部；以及残渣液输出部。
Description
技术领域
本发明属于净水技术领域，具体涉及一种蒸馏式净水装置以及净水方法。
背景技术
随着可饮用水资源的短缺，海水淡化及污水净化技术日益受到世界各国的重视，目前海水淡化及污水净化技术已经成为各国解决可饮用水资源短缺问题的关键技术。海水淡化就是将海水中的盐分和水分分离最终得到淡水和浓缩盐水的过程。污水净化就是将污水中的泥沙，残渣废物及有害健康的重金属或放射性物质(比如日本福岛核电厂因海啸所产生的辐射污染海水)与水分分离最终得到净化水的过程。太阳能是地球上最充足的可再生能源，利用太阳能高效地从海水或污水中产生干净水可以缓解全球水资源短缺。太阳能驱动的太阳能海水淡化及污水净化技术由于其不耗电或燃油、既环保又不耗电或燃油、既环保又低成本等优势，使其成为很有前景的海水淡化及污水净化技术之一。在船舶航行、海域自救或者洪水灾难等存在净水需求的场合可以就地取材，利用便携性太阳能海水淡化及污水净化装置将海水蒸发冷凝而获取可饮用净水。目前主要的传统海水淡化及污水净化方法包括燃油或电热蒸馏法和膜技术等。其中多级闪蒸和多效闪蒸的蒸馏法海水淡化技术已经被广泛的应用。另外，反渗透和电渗析膜法海水淡化技术的研究取得较大进展，然而，以上方法均存在能耗大、成本高的问题，严重影响了海水淡化技术的规模化应用。因此，新能源海水淡化技术的研究与应用对解决海水淡化能耗大、成本高等问题以及推动海水淡化技术规模化生产具有重要意义。也可以推动海水淡化技术规模化生产。
目前海水淡化系统体积较大，成本较高，结构复杂、淡水产生周期较长，设备运行需要消耗电能，进一步增加了海水淡化的成本。在船舶航行、海域自救或者洪水灾难等存在临时性或流动性可饮用净水需求的场合时，这种大型设备不能及时为用户提供可饮用净水。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种蒸馏式净水装置以及净水方法，净水装置结构简单、体积小、并且能够有效净水，方便水质不好的地区居民使用。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<装置>
本发明提供一种蒸馏式净水装置，其特征在于，包括：净水储存钢锅，用于储存净化后的水；透水部，围绕净水储存钢锅的上边缘设置，包括：位于上边缘内侧、并且设有多个透水通道的透水板，和与透水板固定相连、并且向上边缘外侧延伸的支撑板，透水通道与净水储存钢锅相通；陶瓷托盘，位于净水储存钢锅内，并且边缘架设在透水部上，上表面设有石墨涂层，用于吸收光照以蒸发待净化液；透光顶盖，盖设在陶瓷托盘上，并且底部支撑在透水部上，呈四棱锥状，用于让太阳光透过后照射在陶瓷托盘上，并且与陶瓷托盘共同围成蒸发腔，内表面作为冷凝面将冷凝水蒸气得到的冷凝液导向透水通道；菲涅尔镜片组，罩设在透光顶盖上方，包括：位于顶部的线性聚焦菲涅尔镜片，和分别位于东侧面和西侧面、并且倾斜向下延伸的两块点性聚焦菲涅尔镜片；待净化水输入部，与陶瓷托盘的入口相连通，用于输入待进化水；净水输出部，与净水储存钢锅相连通，用于输出净化后的蒸馏水；以及残渣液输出部，与陶瓷托盘的底部出口相连通，用于输出残渣液。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：透水通道为贯穿孔，孔径3～8mm，孔间距8～12mm。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：在陶瓷托盘中，石墨涂层的厚度为4～6mm。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：透光顶盖的每个侧面与水平面的夹角均为20°。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：线性聚焦菲涅尔镜片和点性聚焦菲涅尔镜片的长度比为2:1。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：点性聚焦菲涅尔镜片与水平面的夹角为45°。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以包括：角度调节部，与菲涅尔镜片组相连，用于调节菲涅尔镜片组的倾斜角度。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：角度调节部包括两组角度调节构件，分别与两块点性聚焦菲涅尔镜片相对应，每组角度调节构件均包括：与点性聚焦菲涅尔镜片固定相连的连接件，与连接件固定相连、并且沿着东西方向延伸的转动轴，与该转动轴固定相连的旋钮，支撑转动轴和旋钮的支撑架，以及设置在支撑架上、指示旋钮转动角度的指示区域。
优选地，本发明所涉及的蒸馏式净水装置还可以具有这样的特征：待净化水输入部包括：与陶瓷托盘的入口相连通的第一管路，和设置在第一管路上的第一水泵与第一阀门；净水输出部包括：与净水储存钢锅相连通的第二管路，和设置在第二管路上的第二水泵与第二阀门；残渣液输出部包括：与陶瓷托盘的底部出口相连通的第三管路，和设置在第三管路上的第三阀门。
<净水方法>
本发明还提供一种净水方法，其特征在于：采用上述<装置>中所描述的蒸馏式净水装置进行净水处理。
发明的作用与效果
本发明所提供的蒸馏式净水装置以及净水方法，由于具有以上特征，因此实现了宽带且高吸收特性，可将太阳光局域化，使用来蒸发水的热能聚集在水体内，达到了增强太阳光蒸汽转化效率的目的，并且通过菲涅尔镜片组能够收集更多的太阳光，使得正午、上午、下午时的太阳光的入射光线大部分聚焦在陶瓷托盘上，进一步通过角度调节部可根据不同季节调整菲涅尔镜片组的倾斜角度，太阳光便可保持沿着陶瓷托盘的长轴分布，且聚焦光呈一条直线。本装置成本低而且便于携带可供家庭生活使用，使用该装置可以净化海水，溪水，井水、含有放射性物质的污水等。除可供家庭使用外，本装置也可用多个此净水装置排成阵列平行运作可供净水厂生产大量净水。
附图说明
图1是本发明实施例中涉及的蒸馏式净水装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中涉及的蒸馏式净水装置的部分结构示意图；
图3是本发明实施例中涉及的蒸馏式净水装置的部分结构剖视图；
图4是本发明实施例中涉及的蒸馏式净水装置的部分结构侧视图；
图5是本发明实施例中涉及的蒸馏式净水装置的部分结构俯视图；
图6是本发明实施例中涉及的菲涅尔镜片组和角度调节部的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的蒸馏式净水装置以及净水方法作详细阐述。
<实施例>
如图1至6所示，蒸馏式净水装置10包括净水储存钢锅11、透水部12、陶瓷托盘13、透光顶盖14、菲涅尔镜片组15、角度调节部16、菲涅尔镜片组15、角度调节部16、待净化水输入部17、净水输出部18以及残渣液输出部19。
净水储存钢锅11用于储存净化后的水，本实施例中，净水储存钢锅11为向上开口的长方体状。
透水部12围绕净水储存钢锅11的上边缘设置，本实施例中，透水部12呈长方形框架结构(横截面为长方形)，并且纵向截面为T字形，它包括透水板121和支撑板122。透水板121位于净水储存钢锅11上边缘的内侧，如图5所示透水板121上设置有多个透水通道121a，透水通道121a为从上至下延伸的贯穿孔，并且与净水储存钢锅11相通，孔径为3～8mm，孔间距为8～12mm；本实施例中，采用的透水板121为木质多孔矩形环，透水通道121a的孔径为5mm，孔间距为10mm，孔深为10mm。支撑板122与透水板121固定相连，并且置于净水储存钢锅11上边缘上，支撑板122延伸至净水储存钢锅11上边缘外侧的部分向上和向下凸起，形成限位板，下部限位板与净水储存钢锅11外壁相匹配。
陶瓷托盘13位于净水储存钢锅11内，并且边缘架设在透水部12上，它的上表面设有石墨涂层131，用于吸收光照以蒸发待净化液，陶瓷托盘13具有隔热性能可将太阳光局域化，使用来蒸发水的热能聚集在水体内。本实施例中，陶瓷托盘13截面为倒梯形，底面为长方形，长边为42cm，短边为30cm，高为7cm；石墨层厚度为5mm，石墨成本低廉、具有宽吸收带、高吸收强度、高导热性，良好稳定性可以有效吸收太阳能转化成热能加热海水或污水使之汽化。
透光顶盖14盖设在陶瓷托盘13上，并且底部支撑在透水部12上，透光顶盖14呈四棱锥状(类金字塔形状)，用于让太阳光透过后照射在陶瓷托盘13上，并且与陶瓷托盘13共同围成蒸发腔，内表面作为冷凝面将冷凝水蒸气得到的冷凝液导向透水通道121a，进而使冷凝液沿着透水通道121a流入净水储存钢锅11内。本实施例中，透光顶盖14的每个侧面与水平面的夹角均为20°。
如图1和6所示，菲涅尔镜片组15罩设在透光顶盖14上方，用于收集并聚焦太阳光，它包括线性聚焦菲涅尔镜片151和两块点性聚焦菲涅尔镜片152。线性聚焦菲涅尔镜片151位于顶部。两块点性聚焦菲涅尔镜片152分别位于东侧面和西侧面、并且倾斜向下延伸。线性聚焦菲涅尔镜片151和点性聚焦菲涅尔镜片152的长度比为2:1，并且，点性聚焦菲涅尔镜片152与水平面的夹角为45°。通过菲涅尔镜片组15使得太阳光可保持沿着陶瓷托盘13的长轴分部，且聚焦光呈一条直线，让正午、上午、下午时的太阳光的入射光线大部分聚焦在陶瓷托盘13的石墨涂层131上，加速石墨涂层131吸收太阳光并发热使内部的海水或污水蒸发。
角度调节部16与菲涅尔镜片组15相连，用于调节菲涅尔镜片组15的倾斜角度。角度调节部16包括两组角度调节构件161，分别与两块点性聚焦菲涅尔镜片152相对应。每组角度调节构件161均包括连接件161a、转动轴161b、支撑架161c和指示区域(图中未显示)。连接件161a与点性聚焦菲涅尔镜片152固定相连。转动轴161b与连接件161a固定相连，并且沿着东西方向延伸。旋钮161c与转动轴161b固定相连。支撑架161c用于支撑转动轴161b和旋钮161c。指示区域设置在支撑架161d上，用于指示旋钮161c的转动角度。角度调节是由于各个地方的维度不同，地球公转与自转的平面不同，造成太阳的运行平面会应季节变化而异，所以要根据情况对菲涅尔镜片组15的角度进行优化调整，为了更好地聚焦阳光，使受光率达到最大，菲涅尔镜片组15中三块镜片的倾斜角是同步调整的，这里以线性聚焦菲涅尔镜片151的倾斜角为例进行说明，例如，位于赤道附近，按照图1中所示，使线性聚焦菲涅尔镜片151水平放置即可，这时倾斜角为0°。
待净化水输入部17与陶瓷托盘13的入口相连通，用于输入待进化水。本实施例中，待净化水输入部17包括第一管路171，第一水泵172和第一阀门173。第一管路171与位于陶瓷托盘13左上部的入口相连通，第一水泵172与第一阀门173均设置在第一管路171上。
净水输出部18与净水储存钢锅11相连通，用于输出净化后的蒸馏水。本实施例中，净水输出部18包括第二管路181，第二水泵182和第二水泵182。第二管路181与位于净水储存钢锅11左下方的出口相连通。第二水泵182与第二阀门183均设置在第二管路181上。
残渣液输出部19与位于陶瓷托盘13右下方的底部出口相连通，用于输出浓盐水等蒸馏后残留下来的残液和残渣。本实施例中，残渣液输出部19包括第三管路191和第三阀门192。第三管路191与陶瓷托盘13的底部出口相连通。第三阀门192设置在第三管路191上的。
以上是本实施例所提供的蒸馏式净水装置10的具体结构，下面对该装置的使用方法进行说明：
整个蒸馏式净水装置10应沿着东西方向放置，使得两块点性聚焦菲涅尔镜片152分别位于东侧面和西侧面。使用时，将第二阀门183关闭，第三阀门192关闭，第一阀门173及第一水泵172打开，将海水或污水通过第一管路171进入陶瓷托盘13中，待流入适量海水或污水后将第一阀门173及第一水泵172关闭。梯形菲涅尔镜片组15收集太阳光并聚焦太阳光，使得正午、上午、下午时的太阳光的入射光线大部分线性聚焦在陶瓷托盘13上，陶瓷托盘13优秀的隔热性能将热能局域化，使用来蒸发水的热能聚集在水体内，使海水或污水蒸发形成水蒸气并集中在蒸发腔的内部上方，在透光顶盖14内侧液化成为水珠形成净水，水珠通过透光顶盖14内壁向下滑落至透水通道121a，进而沿着透水通道121a滴入净水储存钢锅11中。
待收集适量淡水后，打开第二阀门183及第二水泵182使净水从净水储存钢锅11通过第二管路181排出。当大量海水或污水蒸发后，剩余的为浓盐水及残渣液，可打开第三阀门192通过第三管路191排出。
设陶瓷托盘13内装水高为13cm，则采用上述方法通过本实施例的蒸馏式净水装置10，每次制净水量至少可达25升，每次产生的净水可以供偏远地区一家4口人生活使用一天。本装置结构简单，方便携带，整个净化过程可以全自动运行，阀门和水泵都可由传感器控制开关，用户只需取出净水即可。
另外，也可将多个此蒸馏式净水装置10排成阵列平行运作可供净水厂生产大量净水。产生的浓盐水可以直接进入到盐田进行盐业生产和其他物质的提取。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的蒸馏式净水装置以及净水方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种蒸馏式净水装置，其特征在于，包括：
净水储存钢锅，用于储存净化后的水；
透水部，围绕所述净水储存钢锅的上边缘设置，包括：位于所述上边缘内侧、并且设有多个透水通道的透水板，和与所述透水板固定相连、并且向所述上边缘外侧延伸的支撑板，所述透水通道与所述净水储存钢锅相通；
陶瓷托盘，位于所述净水储存钢锅内，并且边缘架设在所述透水部上，上表面设有石墨涂层，用于吸收光照以蒸发待净化液；
透光顶盖，盖设在所述陶瓷托盘上，并且底部支撑在所述透水部上，呈四棱锥状，用于让太阳光透过后照射在所述陶瓷托盘上，并且与所述陶瓷托盘共同围成蒸发腔，内表面作为冷凝面将冷凝水蒸气得到的冷凝液导向所述透水通道；
菲涅尔镜片组，罩设在所述透光顶盖上方，包括：位于顶部的线性聚焦菲涅尔镜片，和分别位于东侧面和西侧面、并且倾斜向下延伸的两块点性聚焦菲涅尔镜片；
待净化水输入部，与所述陶瓷托盘的入口相连通，用于输入待进化水；
净水输出部，与所述净水储存钢锅相连通，用于输出净化后的蒸馏水；以及
残渣液输出部，与所述陶瓷托盘的底部出口相连通，用于输出残渣液。
2.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述透水通道为贯穿孔，孔径3～8mm，孔间距8～12mm。
3.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，在所述陶瓷托盘中，所述石墨涂层的厚度为4～6mm。
4.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述透光顶盖的每个侧面与水平面的夹角均为20°。
5.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述线性聚焦菲涅尔镜片和所述点性聚焦菲涅尔镜片的长度比为2:1。
6.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述点性聚焦菲涅尔镜片与水平面的夹角为45°。
7.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于，还包括：
角度调节部，与所述菲涅尔镜片组相连，用于调节所述菲涅尔镜片组的倾斜角度。
8.根据权利要求7所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述角度调节部包括两组角度调节构件，分别与两块所述点性聚焦菲涅尔镜片相对应，
每组所述角度调节构件均包括：与所述点性聚焦菲涅尔镜片固定相连的连接件，与所述连接件固定相连、并且沿着东西方向延伸的转动轴，与该转动轴固定相连的旋钮，支撑所述转动轴和旋钮的支撑架，以及设置在所述支撑架上、指示所述旋钮转动角度的指示区域。
9.根据权利要求1所述的蒸馏式净水装置，其特征在于：
其中，所述待净化水输入部包括：与所述陶瓷托盘的入口相连通的第一管路，和设置在所述第一管路上的第一水泵与第一阀门；
所述净水输出部包括：与所述净水储存钢锅相连通的第二管路，和设置在所述第二管路上的第二水泵与第二阀门；
所述残渣液输出部包括：与所述陶瓷托盘的底部出口相连通的第三管路，和设置在所述第三管路上的第三阀门。
10.一种净水方法，其特征在于：
采用权利要求1至9中任意一项所述的蒸馏式净水装置进行净水处理。
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