CN113184941B - 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113184941B
CN113184941B CN202110494054.8A CN202110494054A CN113184941B CN 113184941 B CN113184941 B CN 113184941B CN 202110494054 A CN202110494054 A CN 202110494054A CN 113184941 B CN113184941 B CN 113184941B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
light
hydrophilic material
condensing
gathering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110494054.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113184941A (zh
Inventor
王璐
郑宏飞
金日辉
赵云胜
何谦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202110494054.8A priority Critical patent/CN113184941B/zh
Publication of CN113184941A publication Critical patent/CN113184941A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113184941B publication Critical patent/CN113184941B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/043—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

本发明涉及一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置，属于太阳能聚光集热和水处理技术领域。装置包括聚光透镜、反光板、吸热器及多级布置的亲水材料和冷凝板等结构。太阳光线经聚光透镜聚光和反光板的反射后，被下方的吸热器吸收转化为热能，加热亲水材料内的海水。水蒸气穿过疏水膜，遇到冷凝板时被凝结为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料内的海水。通过多次蒸发和冷凝，实现了对水蒸气潜热的多次回收和利用。本发明将聚光组件和海水淡化组件集成为一个整体，省却了换热管路的安装，具有结构紧凑、产水效率高的优点。

Description

一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置
所属技术领域
本发明属于太阳能聚光集热和水处理技术领域，具体涉及一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置。
背景技术
水资源短缺已经成为制约人类社会经济发展的主要限制因素。膜蒸馏海水淡化可以利用40-80℃的低品位热源，是一种低能耗的淡化方法，利用太阳能驱动的膜蒸馏海水淡化技术是缓解水资源短缺的有效途径之一。膜蒸馏海水淡化技术是一种采用疏水排气膜，同时利用膜两侧水蒸气压差作为驱动力的分离技术。由于膜的疏水性，进料海水不能通过膜，从而达到气液分离的效果，对于海水中的非挥发性组分可以达到100％的理论截留率。与其他膜分离技术相比，膜蒸馏具有操作条件简单、分离效率高、废水回收率高和耗能低的优点。
然而目前利用太阳能驱动的膜蒸馏技术还存在以下缺陷：(1)太阳能集热装置与膜蒸馏装置彼此独立，需要建立冗长的管路来输送热量，这会大大增加建设面积，同时使传热损失增加。(2)水蒸气凝结时释放的潜热没能有效利用，而是直接散失到周围环境，限制了淡水产量的提高。(3)进料热海水的热容量太大，限制了蒸发温度的升高，降低了蒸发效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置。太阳能聚光集热组件和膜蒸馏组件一体化布置，收集的太阳光可直接加热海水，省却了供热管路的安装，因此装置的体积更加紧凑，热损失更小。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能集热组件、多级膜蒸馏组件和换热器；太阳能集热组件包括聚光透镜，反光板，吸热器,聚光腔，透光板及次级反光板；反光板上端与聚光透镜密封连接，下端与透光板密封连接；吸热器上端与透光板密封连接，下端与次级反光板密封连接，由此构成一个封闭的聚光腔。
进一步的，多级膜蒸馏组件包括壳壁、疏水膜、亲水材料、冷凝板、淡水收集槽和冷凝腔；所述壳壁与聚光透镜密封连接；所述冷凝板紧贴于亲水材料的下方，所述亲水材料紧贴于疏水膜的下方；淡水收集槽安装于壳壁的内壁面，用于收集凝结的水滴。
进一步的，亲水材料是由多孔吸水材料构成的薄层，可以让流经的海水形成液膜，亲水材料的进水口与出水口与海水管道相连接。
进一步的，壳壁下端包裹有保温棉，上端暴露于环境中，用于凝结最后一级冷凝腔内的水蒸气。
工作原理：聚光透镜对太阳光线聚焦，次级反光板将聚集的光线反射到下方聚光腔内，二次反光板再将光线反射给吸热器，吸热器吸收聚集的太阳光线转化为高温热能。进料海水经换热器预热后分成不同流道进入亲水材料内，由于亲水材料内部含有微小的多孔结构，在毛细力作用下使海水分布更加均匀，以此形成液膜，减小了海水热容量。最下级亲水材料内的海水被吸热器加热，产生的水蒸气透过疏水膜，遇到低温冷凝板被凝结为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料内的海水。热能被自下至上逐级利用，直到壳壁凝结最后一级冷凝腔内的水蒸气。凝结出的淡水水滴在重力作用下汇入淡水收集槽中，被输出供用户使用。
本发明产生的有益效果：本发明结构紧凑，可直接利用聚集的太阳光线来加热海水，省去了换热管路的安装和水泵的使用，减少了安装成本，结构简单紧凑，有益于大规模、工业化的推广；本发明可以将低能量密度的太阳光反射聚集形成高能量密度的光斑，实现了顺向反射聚焦，这样接收面不会阻碍到聚光镜的聚光面积，有利于吸热面对太阳光线的吸收与转化；海水以液膜的形式被加热，可以极大地提高蒸发效率，避免了因海水热容量较大带来的热损失；可充分利用水蒸气凝结时的气化潜热，有效提高了淡水产量和能量利用效率。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的纵截面结构图；
图3为本发明的立体效果图；
图4为本发明使用抛物面聚光镜的实施例图；
图5为本发明装置整体为棱柱形的实施例图。
其中，1-聚光透镜；2-壳壁；3-水蒸气；4-疏水膜；5-亲水材料；6-冷凝板；7-反光板：8-吸热器；9-聚光腔；10-透光板；11-次级反光板；12-保温棉；13-淡水收集槽；14-冷凝腔；15-海水管道；16-换热器；17-节流阀；18-水泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1、2和3所示，一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置，包括：太阳能集热组件、多级膜蒸馏组件、换热器(16)。太阳能集热组件包括聚光透镜(1)、反光板(7)、吸热器(8)、聚光腔(9)、透光板(10)和次级反光板(11)。反光板(7)上端与聚光透镜(1)密封连接，下端与透光板(10)密封连接。吸热器(8)上端与透光板(10)密封连接，下端与次级反光板(11)密封连接，由此构成一个封闭的聚光腔(9)。多级膜蒸馏组件包括壳壁(2)、疏水膜(4)、亲水材料(5)、冷凝板(6)、淡水收集槽(13)和冷凝腔(14)。壳壁(2)与聚光透镜(1)密封连接；冷凝板(6)紧贴于亲水材料(5)的下方，亲水材料(5)紧贴于疏水膜(4)的下方；淡水收集槽(13)安装于壳壁(2)的内壁面，用于收集凝结的水滴。亲水材料(5)是由多孔吸水材料构成的薄层，可以让流经的海水形成分布均匀的液膜，亲水材料的进水口与出水口与海水管道(15)相连接。壳壁(2)下端包裹有保温棉(12)，上端暴露于环境中，用于凝结最后一级冷凝腔(14)内的水蒸气。
工作原理：聚光透镜(1)对太阳光线聚焦，反光板(7)将聚集的光线反射到下方聚光腔(9)内，二次反光板(11)再将光线反射给吸热器(8)，吸热器(8)吸收太阳光线并转化为热能。进料海水经换热器(16)预热后分成不同流道进入亲水材料(5)内，由于亲水材料(5)内部含有微小的多孔结构，在毛细力作用下使海水分布更加均匀，以此形成液膜，减小了海水热容量。最下级亲水材料(5)内的海水被吸热器(8)加热，产生的水蒸气(3)透过疏水膜(4)，遇到低温冷凝板(6)被冷凝为淡水，同时释放出潜热加热下一级亲水材料(5)内的海水。凝结出的淡水水滴在重力作用下汇入淡水收集槽(13)中。
在图4所示的实施例中，使用抛物面聚光镜(19)代替反光板，这样可以使光线得到二次聚焦，提高了装置对太阳光的聚光效率。
在图5所示的实施例中，聚光透镜(1)为平面式，所有部件采用平板材料制造，装置外观为棱柱型，这样可以使装置加工和安装更为简便，同时也方便运输与维护。
由此，本发明中具体实施方式的描述，并非是对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明技术方案前提下，本领域普通技术人员对技术方案所做出的任何变形和改进将仍属于本发明的保护范围。。

Claims (1)

1.一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能集热组件、多级膜蒸馏组件和换热器；所述太阳能集热组件包括聚光透镜，反光板，吸热器,聚光腔，透光板及次级反光板；所述反光板上端与聚光透镜密封连接，下端与透光板密封连接；所述吸热器上端与透光板密封连接，下端与次级反光板密封连接，由此构成一个封闭的聚光腔；所述多级膜蒸馏组件包括壳壁、疏水膜、亲水材料、冷凝板、淡水收集槽和冷凝腔；所述壳壁与聚光透镜密封连接；所述冷凝板紧贴于亲水材料的下方，所述亲水材料紧贴于疏水膜的下方；所述淡水收集槽安装于壳壁的内壁面，用于收集凝结的水滴；所述壳壁下端包裹有保温棉，上端暴露于环境中，用于凝结最后一级冷凝腔内的水蒸气；吸热器可以将被聚集的太阳光线转换为热能，加热亲水材料内的海水，产生的水蒸气穿过疏水膜然后被冷凝板凝结为淡水，同时释放出凝结潜热加热下一级亲水材料内的海水，热能从下至上被多次回收利用，提高了能量利用效率。
CN202110494054.8A 2021-05-07 2021-05-07 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置 Active CN113184941B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110494054.8A CN113184941B (zh) 2021-05-07 2021-05-07 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110494054.8A CN113184941B (zh) 2021-05-07 2021-05-07 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113184941A CN113184941A (zh) 2021-07-30
CN113184941B true CN113184941B (zh) 2022-05-17

Family

ID=76983986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110494054.8A Active CN113184941B (zh) 2021-05-07 2021-05-07 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113184941B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114229937A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 中国矿业大学 一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置
CN117208998B (zh) * 2023-11-09 2024-03-19 福建浩达智能科技股份有限公司 一种用于对海水进行淡化的装置、方法以及设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010100471B4 (en) * 2007-12-13 2010-11-25 Rodney Bourchier Solar Distillation Device
JP2011042524A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Cosmobios:Kk 自然海塩製造システム
CN103964524B (zh) * 2014-04-29 2015-07-01 北京理工大学 一种基于反射和全反射的太阳能海水淡化装置
CN106034797A (zh) * 2016-06-17 2016-10-26 北京理工大学 基于太阳能聚光和膜蒸馏过程的海上农业生态膜
CN208402603U (zh) * 2018-04-20 2019-01-22 北京理工大学 一种可用海水直接灌溉的太阳能自产淡水种植装置
CN109626469B (zh) * 2018-12-18 2024-02-02 内蒙古工业大学 一种基于聚光直热的内嵌式太阳能海水蒸馏装置
CN112340800B (zh) * 2020-10-19 2022-03-25 北京理工大学 一种漂浮式聚光光伏热多级蒸馏装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113184941A (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113184941B (zh) 一种紧凑型聚光多级膜蒸馏海水淡化装置
CN109231325B (zh) 太阳能热聚焦毛细驱动多级海水淡化系统
CN101915225B (zh) 太阳能氨水热电转换系统
CN101893327B (zh) 一种太阳能热水热电转换装置
CN111792693A (zh) 一种虹吸作用驱动供水的逆向传质太阳能电水联产装置
CN110563064A (zh) 一种界面加热的太阳能蒸馏装置
CN111704187B (zh) 一种荧光聚光太阳能海水淡化装置
CN102849813B (zh) 太阳能多效蒸馏系统
CN106915791B (zh) 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置
Jesko Classification of solar collectors
CN102437797A (zh) 一种聚光型太阳能温差发电装置
CN101098115A (zh) 跟踪聚光热电综合利用系统
CN201827032U (zh) 一种太阳能氨水热电转换装置
CN101660746A (zh) 热管式再次循环直接产生蒸汽的装置及方法
CN201705598U (zh) 太阳能热水热电转换装置
CN111792692B (zh) 一种荧光聚光供能的太阳能海水淡化装置及淡化方法
CN201063556Y (zh) 太阳能聚光光伏光热联产装置
CN112923577A (zh) 一种基于环路热管的聚光式太阳能集热系统
CN103185401A (zh) 一种具有聚光透镜阵列的平板集热器
CN114380348B (zh) 一种零碳全天候太阳能海水蒸馏系统
CN212535954U (zh) 槽式太阳能氨气集热发电系统
CN215909457U (zh) 一种高效光伏发电系统
CN216619776U (zh) 一种新型槽式太阳能集热蒸汽装置
CN201526941U (zh) 免跟踪再次循环直接产生蒸汽的装置
CN109724060B (zh) 一种基于毛细驱动力的太阳能蒸发器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant