CN113526599A - 一种高效太阳能垂直蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效太阳能垂直蒸馏装置，依次包括原液池、蒸发盐析室和蒸馏水收集池，原液池与蒸发盐析室之间安装有多个可吸水光热板，蒸发盐析室顶部与蒸馏水收集池顶部之间设置有冷凝壁。整套蒸馏盐析装置不需要耗费任何电能，仅依靠绿色太阳能就可以高效做到同时蒸馏产水和盐析自分离的过程。无论是在海水淡化产水产盐领域，还是在尿液分流产水产化肥领域都有着广泛的应用和重要的价值，盐类结晶仅在光热材料的边缘生成，并可以在重力驱动下自行掉落，克服了结晶结垢遮挡吸光表面积降低吸热效率，从而导致水蒸发速率逐渐下降的问题。

Description

一种高效太阳能垂直蒸馏装置

技术领域

本发明属于环境治理技术领域，特别是涉及一种高效太阳能垂直蒸馏装置。

背景技术

传统的太阳能蒸馏是针对整个水体进行加热，不能集中热量快速提升水体温度，同时水面反射和水体投射大量损失光照效率。

污水、尿液等排放都会造成直接污染，而这部分水体也并不是直接就成为废物，一点可取之处没有，如海水淡化提取蒸馏水同时回收盐分晶体，尿液提取氮磷钾全营养化固体化肥同时提取蒸馏水，水体固液分离且回收利用，减少污染，变废为宝，增加产值。

因此，本发明主要解决的是污水治理过程中，采用水体固液分离的方法进行处理导致成本高、分离效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效太阳能垂直蒸馏装置，主要解决的是污水治理过程中，采用水体固液分离的方法进行处理导致成本高、分离效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效太阳能垂直蒸馏装置，依次包括原液池、蒸发盐析室和蒸馏水收集池；

所述蒸发盐析室和蒸馏水收集池对应光照的侧壁为透光材质；

所述原液池与蒸发盐析室之间安装有多个可吸水光热板，所述可吸水光热板倾斜安装，所述可吸水光热板的低端延伸至原液池液面以下，所述可吸水光热板高端延伸至蒸发盐析室；

所述蒸发盐析室顶部与蒸馏水收集池顶部之间设置有冷凝壁，所述冷凝壁向蒸馏水收集池倾斜。

进一步地，所述可吸水光热板包括上层吸热层、中层吸水层和下层的保温层。

进一步地，所述可吸水光热板角度可调，所述可吸水光热板端部的中央安装有转轴，所述可吸水光热板端部通过转轴与对应的连接端旋转连接，包括驱动可吸水光热板偏转的驱动装置。

进一步地，所述原液池与蒸发盐析室之间设置有隔板，所述隔板开设有供可吸水光热板穿过的开口；

所述驱动装置包括驱动杆，所述可吸水光热板对应驱动杆的一侧均设置有拨动杆，所述驱动杆设置有供拨动杆穿过的穿孔，所述驱动杆安装于开口位置，所述驱动杆的上端为螺纹部，所述隔板上侧设置有驱动驱动杆上端螺纹部的螺套。

进一步地，所述可吸水光热板水平安装，所述可吸水光热板一端延伸至原液池，所述可吸水光热板另一端延伸至蒸发盐析室；

所述原液池与蒸发盐析室之间设置有隔板，所述可吸水光热板贯穿隔板，所述可吸水光热板对应穿过隔板的位置设置有圆形的转盘，所述隔板设置有供转盘转动的转动槽。

进一步地，所述蒸发盐析室和蒸馏水收集池对应光照的侧壁为石英片；

进一步地，所述冷凝壁对应下侧设置有导流条。

本发明具有以下有益效果：

(1)整套蒸馏盐析装置不需要耗费任何电能，仅依靠绿色太阳能就可以高效做到同时蒸馏产水和盐析自分离的过程。无论是在海水淡化产水产盐领域，还是在尿液分流产水产化肥领域都有着广泛的应用和重要的价值。

(2)通过自主研发的吸水光热板，将待蒸发原液吸引到与原液相隔离的空间进行局部太阳能加热，使得光热高效聚集，蒸发效率大幅提高，蒸发盐析室为相对密闭的空间，,不影响水由液态向气态的转化过程，对同一水体进行同时大面积的蒸发，可以利用临近光热板的热量传导，减少热量的耗散。

(3)采取了可吸水光热板边缘析盐的方法，使得可吸水光热板具有正面吸光产热，背面隔热保温，中间吸水传质，边缘蒸发析盐等特性，盐类结晶仅在光热材料的边缘生成，并可以在重力驱动下自行掉落，克服了结晶结垢遮挡吸光表面积降低吸热效率，从而导致水蒸发速率逐渐下降的问题。

(4)绿色低成本高吸水性能的纳米光热材料将水体通过毛细作用汇集到垂直放置的吸光板中，以小水量，高吸热效率作为快速蒸发的基本原理，实现了10倍于传统太阳能蒸馏的蒸发效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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他的附图。

图1：本发明结构示意图。

图2：本发明可吸水光热板层级结构示意图。

图3：本发明可吸水光热板与隔板配合安装结构示意图。

图4：本发明可吸水光热板与隔板配合安装结构示意图。

图5：本发明冷凝壁结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

原液池1、蒸发盐析室2、蒸馏水收集池3、可吸水光热板4、吸热层41、吸水层42、保温层43、转轴44、隔板6、冷凝壁5、驱动杆61、拨动杆45、穿孔62、螺套63、导流条51、供转盘46、转动槽64。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示：一种高效太阳能垂直蒸馏装置，依次包括原液池1、蒸发盐析室2和蒸馏水收集池3；原液池用于加入海水、污水或废水等。

所述蒸发盐析室2和蒸馏水收集池3对应光照的侧壁为透光材质；用于透过太阳光，用于蒸发的热源。

所述原液池1与蒸发盐析室2之间安装有多个可吸水光热板4，所述可吸水光热板4倾斜安装，所述可吸水光热板4的低端延伸至原液池1液面以下，所述可吸水光热板4高端延伸至蒸发盐析室2；

所述蒸发盐析室2顶部与蒸馏水收集池3顶部之间设置有冷凝壁5，所述冷凝壁5向蒸馏水收集池3倾斜。

本发明中，可吸水光热板，其材料通过毛细作用，将原液池中的液体吸入蒸发盐析室进行蒸发和析盐分离。在太阳光照下，被吸引到可吸水光热板上的原液经过持续加热，一方面，液态水被蒸发变成水蒸气上升到蒸发盐析室的顶部，在冷凝壁的降温下，形成蒸馏小水珠，沿着冷凝壁流下，最终在蒸馏水收集池中收集；另一方面，在原液蒸发过程中，溶质在光热板的边缘不断的生成盐分晶体颗粒，在重力的作用下，固体颗粒不断累积掉落，并在蒸发盐析室中收集干燥。

整套蒸馏盐析装置不需要耗费任何电能，仅依靠绿色太阳能就可以高效做到同时蒸馏产水和盐析自分离的过程。无论是在海水淡化产水产盐领域，还是在尿液分流产水产化肥领域都有着广泛的应用和重要的价值。

需要注意的是：通过自主研发的吸水光热板，将待蒸发原液吸引到与原液相隔离的空间进行局部太阳能加热，使得光热高效聚集，蒸发效率大幅提高。蒸发盐析室为相对密闭的空间，吸收太阳光的热能后，温度升高快，不容易流失，配备有冷凝壁，冷凝壁相对于蒸发盐析室的温度较低，对水蒸气具有冷凝作用，依靠太阳光加热的水蒸气由于及时的冷凝作用，从而降低蒸发盐析室中水蒸气的饱和度，虽然空间相对密封，但是不影响水由液态向气态的转化过程。

对同一水体进行同时大面积的蒸发，可以利用临近光热板的热量传导，减少热量的耗散，所以本发明中的可吸水光热板为多个共同组成。

本发明的装置适用于任何基于太阳能蒸发的固液分离过程，如海水淡化，污水资源化，工业废水资源化，酒精提纯等处理工艺。

如图2所示：所述可吸水光热板4包括上层吸热层41、中层吸水层42和下层的保温层43。

采取了可吸水光热板边缘析盐的方法，使得可吸水光热板具有正面吸光产热，背面隔热保温，中间吸水传质，边缘蒸发析盐等特性。其中，上层吸热层为纳米光热材料、比如石墨烯、碳纳米管等。中层为亲水纤维层，用于产生毛细作用而吸水。底层为疏水保温层，如聚苯乙烯隔热板或二氧化硅气凝胶等。

本发明在产生蒸汽的过程中，使得盐类结晶仅在光热材料的边缘生成，并可以在重力驱动下自行掉落，克服了结晶结垢遮挡吸光表面积降低吸热效率，从而导致水蒸发速率逐渐下降的问题。

中层纤维层具有毛细吸水作用，其优势是不承压，自动吸水并连续吸水；不需要任何其他装置就能进行，现有多数蒸发装置为喷淋式，边缘处的晶体会再次被溶解，而毛细式吸水，边缘是干燥状态，用于结晶累积，吸水光热板由中央向两侧会有一个浓度梯度，越靠边缘水越少。

如图3所示：所述可吸水光热板4角度可调，所述可吸水光热板4端部的中央安装有转轴44，所述可吸水光热板4端部通过转轴44与对应的连接端旋转连接，包括驱动可吸水光热板4偏转的驱动装置。

由于太阳光的能量传递是正面直射角度接受的能量最大，所以为了该装置可以适应一年四季及南北半球的阳光直射角度变化，设置可吸水光热板角度可调，用于使板面正对太阳光直射角度。

如图3所示：所述原液池1与蒸发盐析室2之间设置有隔板6，所述隔板6开设有供可吸水光热板4穿过的开口；

如图3所示：所述驱动装置包括驱动杆61，所述可吸水光热板4对应驱动杆61的一侧均设置有拨动杆45，所述驱动杆61设置有供拨动杆45穿过的穿孔62，所述驱动杆61安装于开口位置，所述驱动杆61的上端为螺纹部，所述隔板6上侧设置有驱动驱动杆61上端螺纹部的螺套63。该装置由于具有多个可吸水光热板，所以驱动杆需要同时对它们进行角度调节，调节过程是转动螺套驱动驱动杆上升或下降，驱动杆上升或下降的同时联动拨动杆，使可吸水光热板在转轴的作用下发生偏转。

如图4所示：所述可吸水光热板4水平安装，所述可吸水光热板4一端延伸至原液池1，所述可吸水光热板4另一端延伸至蒸发盐析室2；

所述原液池1与蒸发盐析室2之间设置有隔板6，所述可吸水光热板4贯穿隔板6，所述可吸水光热板4对应穿过隔板6的位置设置有圆形的转盘46，所述隔板6设置有供转盘46转动的转动槽64。

转盘可以代替可吸水光热板与转动槽之间转动，用于调整可吸水光热板接受光照的角度，其中转盘与转动槽之间具有密封性，用于防止原液穿过隔板进入蒸发盐析室。

如图1所示：所述蒸发盐析室2和蒸馏水收集池3对应光照的侧壁为石英片；石英片近乎采用了纯的SiO₂，其SiO₂含量达到99.99％，作用是透光性更好，不会滤除紫外光波段，提高蒸发效率。

如图5所示：所述冷凝壁5对应下侧设置有导流条51。导流条与冷凝壁一体设置，多个并排相互平行，用于将冷凝的蒸馏水成股沿导流条流入至蒸馏水收集池中。

使用绿色低成本高吸水性能的纳米光热材料将水体通过毛细作用汇集到垂直放置的吸光板中，以小水量，高吸热效率作为快速蒸发的基本原理，实现了10倍于传统太阳能蒸馏的蒸发效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：

依次包括原液池(1)、蒸发盐析室(2)和蒸馏水收集池(3)；

所述蒸发盐析室(2)和蒸馏水收集池(3)对应光照的侧壁为透光材质；

所述原液池(1)与蒸发盐析室(2)之间安装有多个可吸水光热板(4)，所述可吸水光热板(4)倾斜安装，所述可吸水光热板(4)的低端延伸至原液池(1)液面以下，所述可吸水光热板(4)高端延伸至蒸发盐析室(2)；

所述蒸发盐析室(2)顶部与蒸馏水收集池(3)顶部之间设置有冷凝壁(5)，所述冷凝壁(5)向蒸馏水收集池(3)倾斜。

2.根据权利要求1所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述可吸水光热板(4)包括上层吸热层(41)、中层吸水层(42)和下层的保温层(43)。

3.根据权利要求1所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述可吸水光热板(4)角度可调，所述可吸水光热板(4)端部的中央安装有转轴(44)，所述可吸水光热板(4)端部通过转轴(44)与对应的连接端旋转连接，包括驱动可吸水光热板(4)偏转的驱动装置。

4.根据权利要求3所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述原液池(1)与蒸发盐析室(2)之间设置有隔板(6)，所述隔板(6)开设有供可吸水光热板(4)穿过的开口；

所述驱动装置包括驱动杆(61)，所述可吸水光热板(4)对应驱动杆(61)的一侧均设置有拨动杆(45)，所述驱动杆(61)设置有供拨动杆(45)穿过的穿孔(62)，所述驱动杆(61)安装于开口位置，所述驱动杆(61)的上端为螺纹部，所述隔板(6)上侧设置有驱动驱动杆(61)上端螺纹部的螺套(63)。

5.根据权利要求1所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述可吸水光热板(4)水平安装，所述可吸水光热板(4)一端延伸至原液池(1)，所述可吸水光热板(4)另一端延伸至蒸发盐析室(2)；

所述原液池(1)与蒸发盐析室(2)之间设置有隔板(6)，所述可吸水光热板(4)贯穿隔板(6)，所述可吸水光热板(4)对应穿过隔板(6)的位置设置有圆形的转盘(46)，所述隔板(6)设置有供转盘(46)转动的转动槽(64)。

6.根据权利要求1所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述蒸发盐析室(2)和蒸馏水收集池(3)对应光照的侧壁为石英片；

7.根据权利要求1所述一种高效太阳能垂直蒸馏装置，其特征在于：所述冷凝壁(5)对应下侧设置有导流条(51)。

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