CN207451675U - 一种太阳能净水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能净水装置，包括菲涅尔透镜、导光装置、净化装置、滤光装置；导光装置包括光纤束、聚光装置；净化装置包括容器、催化光纤；光纤束一端与聚光装置连接，另一端与滤光装置的入光口连接；聚光装置与菲涅尔透镜连接；滤光装置的出光口与位于容器内部的催化光纤连接；其中催化光纤结构为纤芯外表面发散分布有纳米线状的结构。本实用新型公开的太阳能净水装置，解决了现有技术中膜状催化光纤催化降解的接触面积、电子传输速度较小及净化效率较低的问题。

Description

一种太阳能净水装置

技术领域

本实用新型涉及净水系统，尤其涉及一种太阳能净水装置。

背景技术

利用光催化技术不仅能够处理多种有机污染物,而且具有很好的杀菌及抑制病毒活性的作用,不会形成对人体有害的中间产物。现在已经成为多相光催化领域的热点,并被认为是当前最具有开发前景的水处理技术。

现有技术中，中国专利CN202021048U公开了一种负载二氧化钛光子晶体薄膜的光纤式光催化反应器，该反应器包括光源和光催化反应桶，光源通过聚光透镜及光纤束与光催化反应桶连接；光催化反应桶包含弥散型光纤，光催化剂二氧化钛光子晶体薄膜包覆于弥散光纤的光纤芯上。光催化反应桶呈“U”形，内壁衬有铝箔反光层。该装置具有催化活性强，光轴向传输距离长，光利用率高的特点，可实现有机污染物的高效去除。中国专利CN101746845A公开了一种废水废气光降解装置及其系统，该装置包括微结构光纤单体，所述微结构光纤单体包括光纤基质、空气孔道、外包层，光纤基质设置在外包层内，光纤基质中设置有空气孔道，空气孔道内表面上设置有二氧化钛纳米粒子层，提高了二氧化钛光催化剂的附载率、受光面积大大增加。但上述现有技术中的光催化剂均为膜状结构包裹在光纤外部，膜状结构的催化剂降低了催化降解的接触面积和电子传输的速度，导致污水净化效率较低；且上述现有技术中，光源均采用LED灯，在净化过程中产生的成本较高。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种太阳能净水装置，旨在解决现有技术中催化降解的接触面积较小和电子传输的速度较慢、污水净化效率较低、净化成本较高等问题。

本实用新型采取以下技术方案实现上述目的：

一种太阳能净水装置，包括菲涅尔透镜、光纤束、聚光装置、容器、催化光纤、滤光装置；菲涅尔透镜与相对应的聚光装置固定连接，在多个菲涅尔透镜组成的净水装置中，每个菲涅尔透镜与相对应的聚光装置连接；每个聚光装置均与一根相匹配的光纤束一端连接，所有光纤束的另一端汇聚在一起与滤光装置的入光口连接；滤光装置的出光口与位于容器内部的催化光纤连接；光纤束的作用是导光，包括包裹光纤的包裹层，光纤束由多根光纤组成，在多根光纤的外围包裹由不透光材料制成的包裹层；聚光装置将太阳光汇聚到光纤束，太阳光传入滤光装置，过滤后的太阳光剩余紫外光，紫外光传入催化光纤对污水进行净化、降解，采用绿色无害的太阳光作为光源，降低了污水净化的成本，且提高污水的净化效率。

进一步的技术方案为，催化光纤的纤芯外表面发散分布有毛绒状的纳米ZnO或纳米TiO₂中的一种；采用化学浴沉积(CBD)法，在催化光纤纤芯外表面上制备出高长径比的纳米ZnO或纳米TiO₂，并发散置于容器中，以催化光纤传输的紫外光作为光源，完成污水净化；采用毛绒状纳米ZnO或纳米TiO₂的，增大了催化降解的面积和电子传输的速度，提高净化效率。

进一步的技术方案为，导光装置还包括导光光纤，滤光装置出光口通过导光光纤与催化光纤连接；在容器中的污水较少时，通过导光光纤代替污水液面以上的催化光纤，能够降低成本；其中导光光纤可以是但不限于光纤束，也可以是分散的单根光纤，外表面包裹不透光材料的包裹层。

进一步的技术方案为，催化光纤呈螺旋状分布；螺旋状分布能够增大催化降解的面积，提高净化效率。

进一步的技术方案为，装置还包括太阳能跟踪装置，所述太阳能跟踪装置包括菲涅尔透镜支架、与菲涅尔透镜支架下端转动连接的转动轴、与转动轴固定连接的底座、感光传感器、横向电机和纵向电机、主控器；所述感光传感器与菲涅尔透镜支架固定连接，且端面与菲涅尔透镜的端面平行；所述横向电机设在菲涅尔透镜支架下端，所述横向电机设在通过齿轮与驱动轴连接，所述纵向电机设在菲涅尔透镜支架与菲涅尔透镜的连接处，与菲涅尔透镜支架齿轮连接；所述主控器分别与感光传感器、横向电机、纵向电机信号连接；太阳跟踪装置与聚光装置的配合，使得光源实时处于最佳状态，提高了太阳光耦合入光纤的耦合效率，从而提高净化效率。

上述方案中，光纤与光纤、光纤与聚光装置之间的连接，均为光连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型对比现有技术的优势在于：通过在污水净化系统中引入太阳光作为催化降解的光源，环保、降低成本；太阳能跟踪装置，提高了废水降解效率，能够用于大容量废水、污水的净化；毛绒状纳米ZnO或纳米TiO₂相对于薄膜状的ZnO和TiO₂具有高的表面积和高的电子迁移率，可以大大提高催化剂的吸收面积和电子传输速度。

附图说明：

图1为：本实用新型所述一种太阳能净水装置的结构示意图。

图2为：本实用新型所述容器中含有导光光纤的太阳能净水装置结构示意图。

图3为：本实用新型所述一种太阳能净水装置的导光装置结构示意图。

图4为：本实用新型所述带有太阳能跟踪装置的太阳能净水装置结构示意图。

图5为：本实用新型所述一种太阳能净水装置的毛绒状纳米结构示意图。

图中：1、菲涅尔透镜；21、光纤束；22、聚光装置；23、导光光纤；31、容器；32、催化光纤；4、滤光装置；5、菲涅尔透镜支架；51、转动轴；52、感光传感器；53、底座。

具体实施方式

下面结合附图1至5、对比例和实施例1至5对本实用新型进行说明。

对比例1：

净水装置，包括90W紫外灯，与紫外灯光连接的光纤束8根，容器，设置在容器内部且外层包裹氧化锌薄膜的催化光纤25根，该催化光纤与光纤束光连接，其中，氧化锌的投加量为1g/L，容器的循环流量为1000L/h。在容器内投放初始浓度20mg/L的甲基橙溶液15L，开启紫外灯，1小时后溶液脱色率为84％，耗电0.09度，2小时后溶液脱色率为98％，耗电0.18度。

实施例1：

如图1所示，一种太阳能净水装置，包括8块菲涅尔透镜1、8根光纤束21、8个聚光装置22、1个容器31、25根催化光纤32、1个滤光装置4；

8块菲涅尔透镜1分别与相匹配的聚光装置22固定连接；如图3所示，每个聚光装置22分别与相匹配的光纤束21的一端连接，所有光纤束21的另一端与滤光装置4的入光口连接；滤光装置4的出光口与位于容器31内部的催化光纤32连接；催化光纤32外层包裹氧化锌薄膜。

聚光装置22将太阳光汇聚到光纤束21，太阳光传入滤光装置4，过滤后的太阳光剩余紫外光，紫外光传入催化光纤32催化氧化锌薄膜对污水进行净化、降解。其中，氧化锌的投加量为1g/L，容器的循环流量为1000L/h，在容器内投放初始浓度20mg/L的甲基橙溶液15L，1小时后溶液脱色率为82％，耗电0度，2小时后溶液脱色率为97％，耗电0度。

实施例2：

如图1所示，一种太阳能净水装置，包括8块菲涅尔透镜1、8根光纤束21、8个聚光装置22、1个容器31、25根催化光纤32、1个滤光装置4；

8块菲涅尔透镜1分别与相匹配的聚光装置22固定连接；如图3所示，每个聚光装置22分别与相匹配的光纤束21的一端连接，所有光纤束21的另一端与滤光装置4的入光口连接；滤光装置4的出光口与位于容器31内部的催化光纤32连接；如图5所示，催化光纤32的纤芯外表面发散分布有毛绒状纳米ZnO。

聚光装置22将太阳光汇聚到光纤束21，太阳光传入滤光装置4，过滤后的太阳光剩余紫外光，紫外光传入催化光纤32催化毛绒状纳米ZnO对污水进行净化、降解。其中，毛绒状纳米ZnO的投加量为1g/L，容器的循环流量为1000L/h，在容器内投放初始浓度20mg/L的甲基橙溶液15L，开启紫外灯，1小时后溶液脱色率为94％，耗电0度，2小时后溶液脱色率为100％，耗电0度。

实施例3：

如图2所示，一种太阳能净水装置，包括8块菲涅尔透镜1、8根光纤束21、8个聚光装置22、1个容器31、25根催化光纤32、1个滤光装置4；

8块菲涅尔透镜1分别与相匹配的聚光装置22固定连接；如图3所示，每个聚光装置22分别与相匹配的光纤束21的一端连接，所有光纤束21的另一端与滤光装置4的入光口连接；容器31内部的的催化光纤32通过导光光纤23与滤光装置4的出光口连接，其中导光光纤23设置在污水液位以上；如图5所示，催化光纤32的纤芯外表面发散分布有毛绒状纳米ZnO。

聚光装置22将太阳光汇聚到光纤束21，太阳光传入滤光装置4，过滤后的太阳光剩余紫外光，如图2所示，紫外光通过导光光纤23传入催化光纤32催化毛绒状纳米ZnO对污水进行净化、降解。

实施例4：

如图1所示，一种太阳能净水装置，包括8块菲涅尔透镜1、8根光纤束21、8个聚光装置22、1个容器31、25根催化光纤32、1个滤光装置4；

8块菲涅尔透镜1分别与相匹配的聚光装置22固定连接；如图3所示，每个聚光装置22分别与相匹配的光纤束21的一端连接，所有光纤束21的另一端与滤光装置4的入光口连接；滤光装置4的出光口与位于容器31内部的催化光纤32连接；如图5所示，催化光纤32的纤芯外表面发散分布有毛绒状纳米TiO₂；每根催化光纤32在容器31内部均呈螺旋状分布。

聚光装置22将太阳光汇聚到光纤束21，太阳光传入滤光装置4，过滤后的太阳光剩余紫外光，紫外光传入催化光纤32催化毛绒状纳米TiO₂对污水进行净化、降解。

实施例5：

如图4所示，一种太阳能净水装置，包括8块菲涅尔透镜1、8根光纤束21、8个聚光装置22、1个容器31、25根催化光纤32、1个滤光装置4、1套太阳能跟踪装置；

8块菲涅尔透镜1分别与相匹配的聚光装置22固定连接；如图3所示，每个聚光装置22分别与相匹配的光纤束21的一端连接，所有光纤束21的另一端与滤光装置4的入光口连接；滤光装置4的出光口与位于容器31内部的催化光纤32连接；如图5所示，催化光纤32的纤芯外表面发散分布有毛绒状纳米TiO₂；催化光纤32在容器31内部呈螺旋状分布。

如图4所示，太阳能跟踪装置包括菲涅尔透镜支架5、与菲涅尔透镜支架5下端转动连接的转动轴51、与转动轴51固定连接的底座53、感光传感器52、横向电机和纵向电机、主控器；所述感光传感器52与菲涅尔透镜支架5固定连接，且端面与菲涅尔透镜1的端面平行；所述横向电机设在菲涅尔透镜支架下端，所述横向电机设在通过齿轮与驱动轴51连接，所述纵向电机设在菲涅尔透镜支架与菲涅尔透镜的连接处，与菲涅尔透镜支架齿轮连接；所述主控器5分别与感光传感器52、横向电机、纵向电机信号连接。

感光传感器52感应太阳光，把光强变成数字信号，主控器5通过数字信号控制横向电机和纵向电机，跟踪太阳光的最佳位置；将太阳光汇聚到光纤束21，太阳光传入滤光装置4，过滤后的太阳光剩余紫外光，紫外光传入催化光纤32催化毛绒状纳米TiO₂对污水进行净化、降解。

对比例1与实施例1、2的对比如下表：

	能耗	1h脱色率	2h脱色率
				对比例1(紫外灯+ZnO薄膜)	0.09度/小时	84％	98％
实施例1(太阳光+ZnO薄膜)	0	82％	97％
				实施例2(太阳光+毛绒状ZnO)	0	94％	100％

本实用新型对比现有技术的优势在于：通过在污水净化系统中引入太阳光作为催化降解的光源，环保、降低成本；太阳能跟踪装置，提高了废水降解效率，能够用于大容量废水、污水的净化；毛绒状纳米ZnO或纳米TiO₂相对于薄膜状的ZnO和TiO₂具有高的表面积和高的电子迁移率，可以大大提高催化剂的吸收面积和电子传输速度。

Claims (5)

1.一种太阳能净水装置，其特征在于，所述装置包括菲涅尔透镜、光纤束、聚光装置、容器、催化光纤、滤光装置；

所述菲涅尔透镜与相匹配的聚光装置固定连接；所述聚光装置与相匹配的光纤束的一端连接，光纤束的另一端与滤光装置的入光口连接；所述滤光装置的出光口与位于容器内部的催化光纤连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能净水装置，其特征在于，所述催化光纤的纤芯外表面发散分布有毛绒状纳米ZnO或纳米TiO₂中的一种。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的太阳能净水装置，其特征在于，所述装置还包括导光光纤，所述滤光装置出光口通过导光光纤与催化光纤连接。

4.根据权利要求1至2任意一项所述的太阳能净水装置，其特征在于，所述催化光纤呈螺旋状分布。

5.根据权利要求1至2任意一项所述的太阳能净水装置，其特征在于，所述装置还包括太阳能跟踪装置，所述太阳能跟踪装置包括菲涅尔透镜支架、与菲涅尔透镜支架下端转动连接的转动轴、与转动轴固定连接的底座、感光传感器、横向电机和纵向电机、主控器；所述感光传感器与菲涅尔透镜支架固定连接，且端面与菲涅尔透镜的端面平行；所述横向电机设在菲涅尔透镜支架下端，所述横向电机设在通过齿轮与驱动轴连接，所述纵向电机设在菲涅尔透镜支架与菲涅尔透镜的连接处，与菲涅尔透镜支架齿轮连接；所述主控器分别与感光传感器、横向电机、纵向电机信号连接。