CN205501020U - 一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置。其中太阳能蒸发冷凝装置由太阳能集热管、水蒸气排气管、外套筒和内套筒组成；内套筒嵌套设置于外套筒内部，两者之间夹持形成密闭的储液空间，外套筒上固定有若干条与储液空间相通且顶部密封的太阳能集热管，太阳能集热管中嵌套有与内套筒相通的水蒸气排气管，水蒸气排气管顶部与太阳能集热管顶部空间相通；所述的正渗透汲水装置外壳呈中空的圆柱形，外壳的一个端面通过引水管与太阳能蒸发冷凝装置中的所述的储液空间相通；另一个端面上设有若干个与外壳内部空间相通的通孔，通孔的横截面上设有正渗透膜。本实用新型仿植物冠部蒸腾作用和根部渗透作用，采用正渗透汲水装置实现了纯太阳能、无电力驱动海水淡化。
Description
技术领域
本实用新型属于海水淡化领域，具体涉及一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置。
背景技术
在淡水资源短缺和缺水地区获取淡水资源成本高这一背景下，我国政府高度重视海水淡化问题，自十一五计划开始，海水淡化技术发展迅速，解决了部分海水淡化问题，为缓解水资源短缺问题作出重要贡献。现有的海水淡化技术主要为反渗透法、冷冻法、蒸馏法三种。其中反渗透法设备庞大，适用于大型工业；冷冻法适合家用，但是结构复杂，且水的口感苦涩；蒸馏法适合小型化家用，但是能耗大。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，包括太阳能蒸发冷凝装置和正渗透汲水装置；所述的太阳能蒸发冷凝装置由太阳能集热管、水蒸气排气管、外套筒和内套筒组成；内套筒嵌套设置于外套筒内部，两者之间夹持形成密闭的储液空间，外套筒上固定有若干条与储液空间相通且顶部密封的太阳能集热管，太阳能集热管中嵌套有与内套筒相通的水蒸气排气管，水蒸气排气管顶部与太阳能集热管顶部空间相通；所述的正渗透汲水装置外壳呈中空的圆柱形，外壳的一个端面通过引水管与太阳能蒸发冷凝装置中的所述的储液空间相通；另一个端面上设有若干个与外壳内部空间相通的通孔，通孔的横截面上设有正渗透膜。
作为优选，所述的外套筒两端分别由前端盖和后端盖密封，所述的内套筒固定于前端盖和后端盖上。
作为优选，所述的正渗透汲水装置外壳由水侧套盖、套壁和汲取液侧套盖组成，所述的通孔设置于水侧套盖上，且通孔呈凸字形状，直径较大一端朝向外壳内部空腔；正渗透膜放置于通孔直径变化处的截面上，且正渗透膜的直径大于通孔中较小一端的直径；透水圆块按压于正渗透膜上，使正渗透膜紧贴通孔并完全覆盖通孔直径变化处的截面，透水圆块通过固定装置固定于通孔中。
作为优选，所述的内套筒与外套筒夹持形成的储液空间、正渗透汲水装置外壳内部空间中均装有汲取液，且汲取液需充满正渗透汲水装置外壳内部空间。
本实用新型将植物蒸腾过程中的正渗透汲水过程与现有的蒸馏法相结合，并以太阳能作为驱动，设计了一种新型自动汲水的海水淡化小型装置。与现有的小型化蒸馏式海水淡化装置相比，该装置节约了相应的汲水泵和海水蒸馏的能耗，在海水淡化过程中无需人工补水或者用水泵抽水，较其他蒸馏式海水淡化装置降低了能耗，更加方便使用。具有的有益效果如下：
1)仿植物冠部蒸腾作用和根部渗透作用，采用正渗透汲水装置，实现了提升一定高度水位的自动汲水功能，无需电力，在避免了原有水泵抽水或人工运水所需的人力物力的同时，省去水泵结构，使装置更加小型化。
2)利用太阳能使汲取液中水分蒸发来维持FO膜两侧的浓度差，保持持续汲水能力，实现了补水量与水蒸发量实时保持一致，达到动态平衡；同时，汲取液为纯净的NaCl溶液，相比成分复杂的海水，分离淡水更容易控制。
3)在太阳能集热管中设置换热管，根据回热原理，将待冷凝的水蒸气和待加热的汲取液进行管壁式热交换，在冷凝水蒸气的同时，对汲取液进行预热，加大能量利用率。
附图说明
图1为一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置的结构示意图；
图2为本实用新型的太阳能蒸发冷凝装置结构示意图；
图3为本实用新型的正渗透汲水装置结构示意图；
图4为本实用新型的正渗透汲水装置拆分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，其基本组成包括太阳能蒸发冷凝装置1和正渗透汲水装置2。
所述的太阳能蒸发冷凝装置由太阳能集热管101、水蒸气排气管102、外套筒104和内套筒105组成。内套筒105嵌套设置于外套筒104内部形成双层套筒。两者之间夹持形成密闭的储液空间，外套筒104上固定有若干条与储液空间相通且顶部密封的太阳能集热管101，太阳能集热管101中嵌套有与内套筒105相通的水蒸气排气管102，水蒸气排气管102顶部与太阳能集热管101顶部空间相通。
正渗透汲水装置2外壳呈中空的圆柱形，外壳的一个端面通过引水管与太阳能蒸发冷凝装置1中的所述的储液空间相通；另一个端面上设有若干个与外壳内部空间相通的通孔，通孔的横截面上设有正渗透膜。
双层套筒的固定方式可采用多种形式，下面提供其中一种建议可行的方式。如图2所示，外套筒104两端分别由前端盖103和后端盖106密封，所述的内套筒105固定于前端盖103和后端盖106上。
正渗透汲水装置2上的膜组件可采用不同的方式进行固定，本实施方式中外壳由水侧套盖201、套壁204和汲取液侧套盖205组成，所述的通孔设置于水侧套盖201上，且通孔呈凸字形状，直径较大一端朝向外壳内部空腔；正渗透膜放置于通孔直径变化处的截面上，且正渗透膜的直径大于通孔中较小一端的直径；透水圆块202按压于正渗透膜上，使正渗透膜紧贴通孔并完全覆盖通孔直径变化处的截面，透水圆块202通过固定装置203固定于通孔中。固定装置可采用硬质钢铁盖子，其中间开设有容纳透水圆块202的孔，外侧通过螺纹将旋紧与通孔侧壁上，作为固定。
在使用时，内套筒105与外套筒104夹持形成的储液空间、正渗透汲水装置2外壳内部空间中均装有汲取液。其中，汲取液需充满正渗透汲水装置2外壳内部空间。
本装置为一基于植物仿生的海水淡化系统，由三个部分组成，即海水汲取、汲取液再生以及淡水冷凝过程，其工作原理为：
1)海水汲取部分核心装置为一膜组件，其中膜为一具有水通透性好而截留率高的正渗透膜(FO)，通过具有高密闭性的组件进行固定并实施其功能。
目前已商品化的FO膜为美国HTI公司推广的三醋酸纤维素正渗透膜(HTI-CTA)。FO膜一端(下端)与待淡化的模拟海水(0.6mol/L的NaCl溶液)相接触，另一端(上端)接触浓度为2mol/L的NaCl汲取液。由于两者的浓度差所产生的渗透压使海水中的水份不断的被汲取到膜上方，实现利用化学势实现海水汲取的功能。
2)汲取液再生过程是恢复装置源动力的重要环节。
汲取液在汲取模拟海水中的水分后，浓度逐渐降低，与模拟海水浓度趋于相近，当两者浓度平衡后便无法进行渗透，汲水停止。仿照植物蒸腾作用维持细胞渗透压的原理，此时利用太阳能来蒸发汲取液，让汲取液保持较高的浓度，能继续汲取模拟海水中的水分，维持汲取液渗透压。当水的蒸发量与渗透量相同时，汲取液浓度保持动态平衡，同时产生淡水。
3)淡水冷凝过程同时起到冷凝淡水、预热汲取液的作用。
蒸发冷凝装置采用太阳能集热管101与圆柱套筒结合的形式。在太阳能集热管101中有较细的水蒸气排气管102，将其与外套筒104内的内套筒105固联在一起。汲取液的液面高度不超过水蒸气排气管102的顶端，水蒸气在水蒸气排气管102和内套筒105中通过管壁与汲取液换热实现冷凝并收集。整个过程实现冷凝并利用了蒸汽中的能量进行汲取液预热，实现节能作用。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，其特征在于，包括太阳能蒸发冷凝装置(1)和正渗透汲水装置(2)；
所述的太阳能蒸发冷凝装置(1)由太阳能集热管(101)、水蒸气排气管(102)、外套筒(104)和内套筒(105)组成；内套筒(105)嵌套设置于外套筒(104)内部，两者之间夹持形成密闭的储液空间，外套筒(104)上固定有若干条与储液空间相通且顶部密封的太阳能集热管(101)，太阳能集热管(101)中嵌套有与内套筒(105)相通的水蒸气排气管(102)，水蒸气排气管(102)顶部与太阳能集热管(101)顶部空间相通；
所述的正渗透汲水装置(2)外壳呈中空的圆柱形，外壳的一个端面通过引水管与太阳能蒸发冷凝装置(1)中的所述的储液空间相通；另一个端面上设有若干个与外壳内部空间相通的通孔，通孔的横截面上设有正渗透膜。
2.如权利要求1所述的基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，其特征在于，所述的外套筒(104)两端分别由前端盖(103)和后端盖(106)密封，所述的内套筒(105)固定于前端盖(103)和后端盖(106)上。
3.如权利要求1所述的基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，其特征在于，所述的正渗透汲水装置(2)外壳由水侧套盖(201)、套壁(204)和汲取液侧套盖(205)组成，所述的通孔设置于水侧套盖(201)上，且通孔呈凸字形状，直径较大一端朝向外壳内部空腔；正渗透膜放置于通孔直径变化处的截面上，且正渗透膜的直径大于通孔中较小一端的直径；透水圆块(202)按压于正渗透膜上，使正渗透膜紧贴通孔并完全覆盖通孔直径变化处的截面，透水圆块(202)通过固定装置(203)固定于通孔中。
4.如权利要求1所述的基于仿生的正渗透自汲水海水淡化装置，其特征在于，所述的内套筒(105)与外套筒(104)夹持形成的储液空间、正渗透汲水装置(2)外壳内部空间中均装有汲取液，且汲取液需充满正渗透汲水装置(2)外壳内部空间。
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