CN115180758B - 一种三级含盐水脱盐装置 - Google Patents
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Abstract
一种三级含盐水脱盐装置。含盐水先是储存在初级脱盐单元中，通过虹吸管并经过其中的活性炭的初步吸附后进入二级脱盐单元，得到初步脱盐的含盐水从上环管进入连通管，被PSP‑MIL‑53材料在黑暗环境下吸附掉大部分盐离子进入下环管而后进入三级脱盐单元，在此通过液面蒸发为水蒸气，水蒸气被抽气机送入到二级脱盐单元里的冷凝管，冷凝的同时对盐水进行加热，后再进入初级脱盐单元的冷凝管内换热，冷凝水储存在储热水桶内。发电机构作用是将太阳能转化为电能和热能，电能输送给蓄电池，热能通过辐射作用传给双环连通管里的盐水。
Description
技术领域
本发明涉及含盐水脱盐的应用技术领域，尤其是一种三级含盐水脱盐装置。
背景技术
随着工业的迅速发展，我们对传统化石能源的依赖也逐年递增，这不仅加速了这些稀缺资源的枯竭，也带来了日益严重的环境问题。而太阳能则是一个强大且无穷无尽的能量,地球上已知的绝大多数形式的能源如风能、潮汐能、生物质能、水能等都是太阳辐光的衍生物,也都是可再生能源，利用太阳能光热效应可以将太阳能转化为热能。
富含盐离子的水主要是工厂污水和海水，工业的发展使得工厂数量也不断增加，从而工厂产生的污水也源源不断，海水资源占全球水资源的百分之九十七点五，海水资源是大自然给予我们的一种宝贵财富，在水资源缺乏的今天，海水资源也应该得到充分利用，现如今我们所指的水资源，一般是指可以直接利用的淡水资源。将海水和工厂污水转化为可直接利用的淡水，能有效的解决淡水短缺的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对技术的单一作用性、运行周期长和系统总效率较低的情况，本发明提供一种三级含盐水脱盐装置，其集海水淡化、发电、储热为一体的系统，该系统经济效益好、实现快速脱盐、减少了能源浪费，提高了系统的总效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三级含盐水脱盐装置，包括三级脱盐机构、发电机构、控制机构和集水机构。
所述三级脱盐机构包括自下而上的初级脱盐单元3、三级脱盐单元2和二级脱盐单元1；所述的初级脱盐单元3与三级脱盐单元2筒内之间设置隔板42，三级脱盐单元2与二级脱盐单元1之间设置蒸发机构。
所述的初级脱盐单元3包括冷凝管10、虹吸管11和活性炭12；活性炭12设置于虹吸管11内，虹吸管11设置于三级脱盐机构的筒身外部，下端与初级脱盐单元3内液体连通，上端与二级脱盐单元1的上环管21连通；冷凝管10设置于初级脱盐单元3靠近底部的位置，一端与初级脱盐单元3筒身外的储热水桶8相连，然后贯穿初级脱盐单元3后另一端与三级脱盐单元2底部的冷凝管10一端相连。
所述的三级脱盐单元2包括靠近底部的冷凝管10和位于液面的蒸发机构；蒸发机构包括表面碳化的柚木层31、发泡聚苯乙烯泡沫32和白色纤维素织物33。三级脱盐单元2中的冷凝管10另一端通过管道与三级脱盐机构筒身外二级脱盐单元1顶端的抽气机7相连。表面碳化的柚木层31水平连接于三级脱盐单元2内壁，发泡聚苯乙烯泡沫32和白色纤维素织物33设置于表面碳化的柚木层31下方，发泡聚苯乙烯泡沫32间隙布设，白色纤维素织物33呈蛇形围绕发泡聚苯乙烯泡沫32布设。
所述的二级脱盐单元1包括上方的上环管21、下方的下环管26、中间含有PSP-MIL-53材料24的连通管22、以及设置在连通管22上的方形自动升降遮光罩23；上环管21与下环管26通过连通管22连通，连通管22内的PSP-MIL-53材料24用于吸附离子，PSP-MIL-53材料24在黑暗条件下有吸附离子的作用，在光照条件下有解析离子的作用，连通管22外设置的方形自动升降遮光罩23用于改变光照条件，连通管22末端设置有电动控制阀25。下环管26还通过管道与三级脱盐单元2连通，上环管21与初级脱盐单元3的虹吸管11相连。二级脱盐单元1的顶部端面设置菲涅尔透镜6，用于聚光为表面碳化的柚木层31提供热能，菲涅尔透镜6还能为二级脱盐单元1中的水进行加热，并与外界环境隔绝。
所述发电机构包括蓄电池5以及覆盖在整个三级脱盐机构外表面的铜铟镓硒薄膜太阳能电池4；铜铟镓硒薄膜太阳能电池4与蓄电池5相连，蓄电池5与抽气机7、控制器41、方形自动升降遮光罩23、电动控制阀25相连，为其供电。
所述控制机构包括控制器41、连通管22中部的方形自动升降遮光罩23以及末端的电动控制阀25。控制器41分别与方形自动升降遮光罩23、电动控制阀25相连，用于控制方形自动升降遮光罩23、电动控制阀25的开启、关闭。电动控制阀25用于开启、关闭连通管22与下环管26。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用菲涅尔透镜聚光加热，无需其他能源设备，能有效减少能源损耗，也间接地减少了环境污染。
2.本发明在脱盐机构的外表面采用了铟镓硒薄膜太阳能电池，晴天时可将太阳能转化为电能，储存在蓄电池里，铟镓硒薄膜太阳能电池发电时产生热量辐射给二级脱盐单元里管道内的盐水，从而实现了太阳能的充分利用。
3.本发明设置了两段冷凝管，高温蒸汽首先进入的是三级脱盐单元与其中的盐水换热，再进入初级脱盐单元里于其中的低温盐水换热，实现了两段式换热，使得水蒸气充分冷凝和盐水充分预热，减少了能源损耗。
4.本发明设置了储热水罐，储存了从冷凝管中凝结的热水，实现了储热的功能，从而提高了整个系统的效率。
5.本发明采用的是液面蒸发模式，与传统的整体蒸发相比，速度更快，也减少了能源损耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统外观正视示意图。
图2是本发明的系统外观侧视示意图。
图3是二级脱盐单元的内部结构示意图。
图4是三级和初级脱盐单元的内部结构示意图。
图5是方形自动升降遮光罩示意图。
图中：1.二级脱盐单元，2.三级脱盐单元，3.初级脱盐单元，4.铟镓硒薄膜太阳能电池，5.蓄电池，6.菲涅尔透镜，7.抽气机，8.储热水桶，9.支架，10.冷凝管，11.虹吸管，12.活性炭，21.上环管，22.连通管，23.方形自动升降遮光罩，24.PSP-MIL-53材料，25.电动控制阀，26.下环管，31.表面碳化的柚木层，32.发泡聚苯乙烯泡沫，33.白色纤维素织物，41.控制器，42.隔板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“后端”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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～图5所示的一种三级含盐水脱盐装置，包括三级脱盐机构、发电机构、控制机构、集水机构。三级脱盐机构包括初级脱盐单元3、三级脱盐单元2和二级脱盐单元1。
所述初级脱盐单元3包括靠近底部的冷凝管10、中间部分含有活性炭12的虹吸管11连接二级脱盐单元1的上环管21，需要处理的盐水最先储存在初级脱盐单元3内，上环管21内的盐水浓度较高，所以初级脱盐单元3里的低浓度盐水会通过虹吸作用和浓度差的作用输送到上环管21并经过了管内活性炭12的初步吸附和过滤作用。
所述二级脱盐单元1包括位于上方的上环管21、下方的下环管26以及中间含有PSP-MIL-53材料24的连通管22，因为所述PSP-MIL-53材料24在黑暗或紫外光刺激下在30分钟内达到吸附平衡，并在一次阳光照射下在4分钟内进行超快再生，连通管22上还设置了方形自动升降遮光罩23，在需要黑暗环境时，展开折叠部分，遮住PSP-MIL-53材料24，所述电动控制阀25设置在连通管22与下环管26的连接处，在遮光时需要开启，光照时需要关闭。从初级脱盐单元3虹吸处理过后的盐水从上环管21进入连通管22，在黑暗条件下，多功能控制器42控制方形自动升降遮光罩23打开，并控制电动控制阀25打开，被PSP-MIL-53材料24进一步吸附大量离子后进入下环管26，当有光照时，多功能控制器42控制方形自动升降遮光罩23关闭，并控制电动控制阀25关闭，PSP-MIL-53材料24会释放出吸附的离子，此时连通管22和上环管21内盐水浓度升高。
首先，将0.04g煅烧的MIL-53、0.025g丙烯酸酯和0.01g偶氮二异丁腈添加到1ml乙醇中。在乙醇蒸发之前，将悬浮液搅拌3天，直到样品明显干燥。样品在70℃的烘箱中聚合2天。然后用乙醇和水清洗样品，直到上清液的电导率小5μs·cm-1获得的PSP-MIL-53在60℃烘箱中干燥。
所述菲涅尔透镜6放置在整个脱盐装置的最顶部，用于聚光加热和隔绝二级脱盐单元1和外界空气；所述三级脱盐单元2与二级脱盐单元1之间有隔板42隔开，二级脱盐单元1里的盐水从下环管26经管道进入三级脱盐单元2内，所述三级脱盐单元2包括靠近底部的冷凝管10、位于液面的蒸发机构，蒸发机构上层是由表面碳化的柚木层31制成的太阳能通量吸收层，表面碳化的柚木层31经过表面碳化后，天然木材的顶层呈现出强烈的黑色，表面碳化层的厚度约为2.5mm,能有效吸收入射光，将太阳能转化为热能，还能吸水。只加热有限的一层水可以增强蒸发，但由于留下了过量的盐离子，也会增加表面碳化的柚木层31处局部盐度。在表面碳化的柚木层31下面是一个隔热结构，它可以同时隔热蒸发层，并将多余的盐排回到下面的水中。绝缘结构由发泡聚苯乙烯泡沫32和白色纤维素织物33(棉花)交替层制成。发泡聚苯乙烯32具有较低的导热系数，并限制了从上方蒸发表面向下的热传导。白色纤维素织物33具有多孔性和亲水性，使其能够将水吸至上方的太阳能吸收蒸发结构，同时将浓缩盐向下平流并扩散回水体中。
所述覆盖在脱盐机构外表面的铟镓硒薄膜太阳能电池4通过导线连接蓄电池5，其发的电直接储存在蓄电池5中，用电时蓄电池5放电用于抽气机7、电动控制阀25、方形自动升降遮光罩23、多功能控制器41的使用。
所述多功能控制器41控制方形升降遮光罩23的升降和电动控制阀25的启动与关闭。
所述抽气机7收集水蒸气并将水蒸气先输送至位于三级脱盐单元2的冷凝管10再经过位于初级脱盐单元3的冷凝管10冷凝水蒸气、加热盐水，最后将冷凝水储存在储热水箱8。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种三级含盐水脱盐装置，其特征在于，包括三级脱盐机构、发电机构、控制机构和集水机构；
所述三级脱盐机构包括自下而上的初级脱盐单元(3)、三级脱盐单元(2)和二级脱盐单元(1)；所述的初级脱盐单元(3)与三级脱盐单元(2)筒内之间设置隔板(42)，三级脱盐单元(2)与二级脱盐单元(1)之间设置蒸发机构；
所述的初级脱盐单元(3)包括冷凝管(10)、虹吸管(11)和活性炭(12)；活性炭(12)设置于虹吸管(11)内，虹吸管(11)设置于三级脱盐机构的筒身外部，下端与初级脱盐单元(3)内液体连通，上端与二级脱盐单元(1)的上环管(21)连通；冷凝管(10)设置于初级脱盐单元(3)靠近底部的位置，一端与初级脱盐单元(3)筒身外的储热水桶(8)相连，然后贯穿初级脱盐单元(3)后另一端与三级脱盐单元(2)底部的冷凝管(10)一端相连；
所述的三级脱盐单元(2)包括靠近底部的冷凝管(10)和位于液面的蒸发机构；蒸发机构包括表面碳化的柚木层(31)、发泡聚苯乙烯泡沫(32)和白色纤维素织物(33)；三级脱盐单元(2)中的冷凝管(10)另一端通过管道与三级脱盐机构筒身外二级脱盐单元(1)顶端的抽气机(7)相连；表面碳化的柚木层(31)水平连接于三级脱盐单元(2)内壁，发泡聚苯乙烯泡沫(32)和白色纤维素织物(33)设置于表面碳化的柚木层(31)下方，发泡聚苯乙烯泡沫(32)间隙布设，白色纤维素织物(33)呈蛇形围绕发泡聚苯乙烯泡沫(32)布设；
所述的二级脱盐单元(1)包括上方的上环管(21)、下方的下环管(26)、中间含有PSP-MIL-53材料(24)的连通管(22)以及设置在连通管(22)上的方形自动升降遮光罩(23)；上环管(21)与下环管(26)通过连通管(22)连通，连通管(22)内的PSP-MIL-53材料(24)用于吸附离子，PSP-MIL-53材料(24)在黑暗条件下有吸附离子的作用，在光照条件下有解析离子的作用，连通管(22)外设置的方形自动升降遮光罩(23)用于改变光照条件，连通管(22)末端设置有电动控制阀(25)；下环管(26)还通过管道与三级脱盐单元(2)连通，上环管(21)与初级脱盐单元(3)的虹吸管(11)相连；二级脱盐单元(1)的顶部端面设置菲涅尔透镜(6)，用于聚光为表面碳化的柚木层(31)提供热能，菲涅尔透镜(6)还能为二级脱盐单元(1)中的水进行加热，并隔绝二级脱盐单元(1)和外界空气；
所述发电机构包括蓄电池(5)以及覆盖在整个三级脱盐机构外表面的铜铟镓硒薄膜太阳能电池(4)；铜铟镓硒薄膜太阳能电池(4)与蓄电池(5)相连，蓄电池(5)与抽气机(7)、控制器(41)、方形自动升降遮光罩(23)、电动控制阀(25)相连，为其供电；
所述控制机构包括控制器(41)、连通管(22)中部的方形自动升降遮光罩(23)以及末端的电动控制阀(25)；控制器(41)分别与方形自动升降遮光罩(23)、电动控制阀(25)相连，用于控制方形自动升降遮光罩(23)、电动控制阀(25)的开启、关闭；电动控制阀(25)用于开启、关闭连通管(22)与下环管(26)。
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