CN211141579U - 太阳能海水蒸馏装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种太阳能海水蒸馏装置，包括太阳能电池组件、淡水储存箱和待蒸发水箱，太阳能电池组件包括透明或半透明的太阳能电池，在太阳能电池的下部设置至少一级水蒸馏装置，蒸馏装置包括热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，热传导层将太阳光热量传递到其下层的水蒸发层，水蒸发层与待蒸发水箱相连通，太阳光热量将水蒸发层内的水进行蒸发，疏水多孔层将水蒸气传递到冷凝层，冷凝层将水蒸气冷凝并通过集水管道将收集的水分输送至淡水储存箱。本实用新型利用设置在太阳能电池背面的多级水蒸馏装置，每一级水蒸馏装置都可以冷凝得到的液态洁净水，不仅充分利用了太阳能，而且还大幅地提高了海水淡化的效率。

Description

太阳能海水蒸馏装置
技术领域
本实用新型属于海水淡化技术领域，特别涉及一种太阳能海水蒸馏装置。
背景技术
海水覆盖了地球75%的面积，但并不能直接将海水用于农作物的种植和人类的使用。我们需要把海水中的高盐分去掉变成可以使用的淡水资源。经过脱盐的海水经过再碳酸化、消毒和再矿化用于植物灌溉和人类使用。基于太阳能的海水蒸馏脱盐淡化是在众多蒸馏水方法中最具有潜力的方法，可以为干旱和阳光充足的地区解决纯净水需求和粮食需要的双重困境。
在传统太阳能蒸馏水装置中，收集的热能仅可用于一次水蒸发-冷凝的循环，顶部的太阳能电池限制了产清洁水的速率。并且还需要很多水槽进行热蒸溜，占用空间较大。另一方面，传统的太阳能蒸馏水装置对太阳光照时间有特别要求，导致有些日照不充足的地区得到的清洁水的产量很少，每天大约只有0.5~4kg/m2的产量，相当于一个太阳辐照亮时，有0.3~0.7kg/m2/h的清洁水产量，因此要想提高产清洁水的效率，现有的光伏-蒸馏水系统必须要安装在日照比较充足的地区，比如高山和广阔的平原地带。这严重限制了这种装置带来的经济效益。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种太阳能海水蒸馏装置，太阳辐照中紫外光到可见部分被透明或半透明的太阳能电池组件吸收，剩余的大量热能（如红外光）被设置在太阳能电池背面的多级水蒸馏装置吸收，该多级水蒸馏装置利用太阳能蒸发得到的水蒸气在每一级水蒸馏装置中冷凝成液态洁净水，大幅提高了海水淡化的效率，降低产出成本。
本实用新型是这样实现的，提供一种太阳能海水蒸馏装置，包括太阳能电池组件、淡水储存箱和待蒸发水箱，所述太阳能电池组件包括透明或半透明的太阳能电池，在所述太阳能电池的下部设置至少一级水蒸馏装置，在所述水蒸馏装置的底部还设置封闭底层，所述水蒸馏装置被密封在太阳能电池与封闭底层之间，所述水蒸馏装置和封闭底层分别通过密封胶与太阳能电池粘接在一起，所述水蒸馏装置为透明或半透明状态，所述水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述热传导层位于每一级水蒸馏装置的最上层用于向其下层的水蒸发层传递吸收的太阳光的热量，每级所述水蒸发层通过通水管路与待蒸发水箱的进水管路和出水管路相互串联连通，所述水蒸发层在接收的太阳光热量的作用下将其内的待蒸发水进行蒸发，所述疏水多孔层用于阻隔水分进入冷凝层并将水蒸发层蒸发出来的水汽传递到冷凝层，每级所述冷凝层冷凝从相应的水蒸发层来的水汽并通过相互并联的集水管道将收集的水分输送至淡水储存箱中储存。
进一步地，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置和第二级水蒸馏装置两级水蒸馏装置，所述第一级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第一热传导层、第一水蒸发层、第一疏水多孔层和第一冷凝层，所述第二级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第二热传导层、第二水蒸发层、第二疏水多孔层和第二冷凝层，所述第一水蒸发层的一端通过中间通水管路与第二水蒸发层的一端相互串联连通，所述第一水蒸发层的另一端和第二水蒸发层的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路和回水管路相连通，所述第一冷凝层和第二冷凝层分别通过并联的集水管道与淡水储存箱相连通。
进一步地，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置、第二级水蒸馏装置和第三级水蒸馏装置三级水蒸馏装置，所述第一级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第一热传导层、第一水蒸发层、第一疏水多孔层和第一冷凝层，所述第二级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第二热传导层、第二水蒸发层、第二疏水多孔层和第二冷凝层，所述第三级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第三热传导层、第三水蒸发层、第三疏水多孔层和第三冷凝层，所述第一水蒸发层的一端通过分别中间通水管路与第二水蒸发层的一端、第三水蒸发层的一端相互串联连通，所述第一水蒸发层的另一端和第三水蒸发层的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路和回水管路相连通，所述第一冷凝层、第二冷凝层和第三冷凝层分别通过并联的集水管道与淡水储存箱相连通。
进一步地，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池，所述热传导层为具有高热导性且耐盐腐蚀的材料制成，所述水蒸发层和冷凝层为亲水材料制成，所述疏水多孔层为疏水材料制成，所述密封胶为低导热材料制成。
进一步地，所述热传导层为氮化铝热导块，所述水蒸发层和冷凝层分别为石英玻璃纤维布层，所述疏水多孔层为聚苯乙烯薄膜层，所述密封胶为双组分的聚氨酯按照A组分：B组分=1:1，重量比混合后得到的胶体。
进一步地，所述太阳能海水蒸馏装置还包括抽水泵，所述抽水泵将待蒸发的水输送至水蒸馏装置的水蒸发层。
与现有技术相比，本实用新型的太阳能海水蒸馏装置，包括太阳能电池组件、淡水储存箱和待蒸发水箱，太阳能电池组件包括透明或半透明的太阳能电池，在太阳能电池的下部设置至少一级水蒸馏装置，蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，热传导层位于每一级的蒸馏装置的最上层用于向其下层的水蒸发层传递吸收的太阳光的热量，每级水蒸发层通过通水管路相互串联与待蒸发水箱相连通，水蒸发层在接收的太阳光热量的作用下将其内的待蒸发水进行蒸发，疏水多孔层用于阻隔水分进入冷凝层并将水蒸发层蒸发出来的水汽传递到冷凝层，每级冷凝层冷凝从相应的水蒸发层来的水汽并通过相互并联的集水管道将收集的水分输送至淡水储存箱中储存。太阳光穿过透明或半透明的太阳能电池后直接照射到热传导层上，热传导层将接收到的光照热量传递给其下层的水蒸发层，光照热能使得水蒸发层内的待蒸发水蒸发产生蒸发水蒸气，蒸发水蒸气通过其下层的疏水多孔层进入到冷凝层中被冷凝成液态洁净水，冷凝后的洁净水通过集水管道被收集到淡水储存箱中。本实用新型将透明或半透明的太阳能电池与海水淡化装置相结合，太阳能电池产生的电储存在蓄电池内，给海水淡化装置供电或者用做其他用途。利用设置在太阳能电池背面的多级水蒸馏装置，每一级水蒸馏装置都可以冷凝得到的液态洁净水，不仅充分利用了太阳能，而且还大幅地提高了海水淡化的效率，海水淡化的效率达到大约3.6kg/m2/h。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能海水蒸馏装置一较佳实施例的结构原理示意图；
图2为本实用新型的太阳能海水蒸馏装置的第一实施例的结构原理示意图；
图3为本实用新型的太阳能海水蒸馏装置的第二实施例的结构原理示意图；
图4为利用本实用新型的太阳能海水蒸馏装置的制备方法的太阳能海水蒸馏装置进行产水量测试的曲线。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参照图1以及图2所示，本实用新型太阳能海水蒸馏装置的较佳实施例，包括太阳能电池组件、淡水储存箱和待蒸发水箱（图中未示出）。所述太阳能电池组件包括透明或半透明的太阳能电池1，以及蓄电池、接线盒和逆变器（图中未示出），所述太阳能电池1通过导线13分别接线盒、逆变器和蓄电池导电连接并为蓄电池提供电力。在所述太阳能电池1的下部设置至少一级水蒸馏装置2。在所述水蒸馏装置2的底部还设置封闭底层3，所述水蒸馏装置2被密封在太阳能电池1与封闭底层3之间。所述水蒸馏装置2和封闭底层3分别通过密封胶10与太阳能电池1粘接在一起。所述水蒸馏装置2为透明或半透明状态。
所述水蒸馏装置2包括依次相互层叠在一起的热传导层4、水蒸发层5、疏水多孔层6和冷凝层7。所述热传导层4位于每一级水蒸馏装置2的最上层用于向其下层的水蒸发层5传递吸收的太阳光的热量。每级所述水蒸发层5通过通水管路8与待蒸发水箱的进水管路11和出水管路12相互串联连通。所述水蒸发层5在接收的太阳光热量的作用下将其内的待蒸发水进行蒸发。所述疏水多孔层6用于阻隔水分进入冷凝层7并将水蒸发层5蒸发出来的水汽传递到冷凝层7。每级所述冷凝层7冷凝从相应的水蒸发层5来的水汽并通过相互并联的集水管道9将收集的水分输送至淡水储存箱中储存。
本实用新型的水蒸馏装置2的工作原理是：太阳光穿过透明或半透明的太阳能电池1后直接照射到热传导层4上，所述热传导层4将接收到的光照热量传递给其下层的水蒸发层5，光照热能使得水蒸发层5内的待蒸发水蒸发产生蒸发水蒸气，蒸发水蒸气通过其下层的疏水多孔层6进入到冷凝层7中被冷凝成液态洁净水，冷凝后的洁净水通过集水管道9被收集到淡水储存箱中。水蒸发以及水蒸气冷凝的驱动力是由水蒸发层5以及冷凝层7之间的温度梯度引起的。在每一层中，水蒸气中残余的热量在冷凝后被释放，便可用于下一步中驱动水变成水蒸气的热源。这种多级水蒸馏装置结构设计可以使得太阳光的热量被重复利用，驱动多个水蒸发-冷凝的循环。
所述太阳能电池1为钙钛矿太阳能电池，所述热传导层4为具有高热导性且耐盐腐蚀的材料制成，所述水蒸发层5和冷凝层7为亲水材料制成，所述疏水多孔层6为疏水材料制成，所述密封胶10为低导热材料制成。所述封闭底层3采用刚性、耐腐蚀、防水材料制备。
所述热传导层4为氮化铝热导块，氮化铝导热率>160W/m/K。所述水蒸发层5和冷凝层7分别为石英玻璃纤维布层，所述疏水多孔层6为聚苯乙烯薄膜层。所述密封胶10为双组分的聚氨酯按照A组分：B组分=1:1，重量比混合后得到的胶体。其中，A组分是指由组合多元醇(组合聚醚或聚酯)及发泡剂等添加剂组成的组合料，俗称白料。B组分是指主要成分为异酸酯的原材料，俗称黑料。配置的聚氨酯的热导率为0.02~0.03W/m/K。
所述太阳能海水蒸馏装置还包括抽水泵（图中未示出）。所述抽水泵将待蒸发的水输送至水蒸馏装置2的水蒸发层5，所述蓄电池给抽水泵供电。
下面通过具体实施例来进一步说明本实用新型的太阳能海水蒸馏装置。
实施例1
请参照图2所示，作为本实用新型的第一种太阳能海水蒸馏装置，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置2'和第二级水蒸馏装置2''两级水蒸馏装置，所述第二级水蒸馏装置2''设置在第一级水蒸馏装置2'与封闭底层3之间。所述第一级水蒸馏装置2'包括依次相互层叠在一起的第一热传导层4'、第一水蒸发层5'、第一疏水多孔层6'和第一冷凝层7'。所述第二级水蒸馏装置2''包括依次相互层叠在一起的第二热传导层4''、第二水蒸发层5''、第二疏水多孔层6''和第二冷凝层7''。所述第二热传导层4''贴合在第一冷凝层7'的下部。所述第一水蒸发层5'的一端通过中间通水管路8与第二水蒸发层5''的一端相互串联连通。所述第一水蒸发层5'的另一端和第二水蒸发层5''的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路11和回水管路12相连通。所述第一冷凝层7'和第二冷凝层7''分别通过并联的集水管道9与淡水储存箱相连通。
在该实施例中，太阳光通过透明或半透明的太阳能电池1后同时照射到上下设置的第一级水蒸馏装置2'和第二级水蒸馏装置2''上，每一级的热传导层4将接收到的光照热量传递给其下层的水蒸发层5，光照热能使得水蒸发层5内的待蒸发水蒸发产生蒸发水蒸气，蒸发水蒸气通过其下层的疏水多孔层6进入到冷凝层7中被冷凝成液态洁净水，每一级水蒸馏装置2冷凝后的洁净水分别通过集水管道9被收集到淡水储存箱中。
实施例2
请参照图3所示，作为本实用新型的第二种太阳能海水蒸馏装置，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置2'、第二级水蒸馏装置2''和第三级水蒸馏装置2'''三级水蒸馏装置。所述第三级水蒸馏装置2'''设置在第二级水蒸馏装置2''与封闭底层3之间。所述第一级水蒸馏装置2'包括依次相互层叠在一起的第一热传导层4'、第一水蒸发层5'、第一疏水多孔层6'和第一冷凝层7'。所述第二级水蒸馏装置2''包括依次相互层叠在一起的第二热传导层4''、第二水蒸发层5''、第二疏水多孔层6''和第二冷凝层7''。所述第三级水蒸馏装置2'''包括依次相互层叠在一起的第三热传导层4'''、第三水蒸发层5'''、第三疏水多孔层6'''和第三冷凝层7'''。所述第二热传导层4''贴合在第一冷凝层7'的下部。所述第三热传导层4'''贴合在第二冷凝层7''的下部。所述第一水蒸发层5'的一端通过分别中间通水管路8与第二水蒸发层5''的一端、第三水蒸发层5'''的一端相互串联连通。所述第二水蒸发层5''的另一端通过另一中间通水管路8与第三水蒸发层5'''的一端相互连通。所述第一水蒸发层5'的另一端和第三水蒸发层5'''的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路11和回水管路12相连通。所述第一冷凝层7'、第二冷凝层7''和第三冷凝层7'''分别通过并联的集水管道9与淡水储存箱相连通。
在该实施例中，太阳光通过透明或半透明的太阳能电池1后同时照射到上下设置的第一级水蒸馏装置2'、第二级水蒸馏装置2''和第三级水蒸馏装置2'''上，每一级的热传导层4将接收到的光照热量传递给其下层的水蒸发层5，光照热能使得水蒸发层5内的待蒸发水蒸发产生蒸发水蒸气，蒸发水蒸气通过其下层的疏水多孔层6进入到冷凝层7中被冷凝成液态洁净水，每一级水蒸馏装置2冷凝后的洁净水分别通过集水管道9被收集到淡水储存箱中。
本实用新型的太阳能海水蒸馏装置中的水蒸馏装置可以根据实际需要从三级增加至以上。
将实施例2将制备的太阳能海水蒸馏装置实际进行产水量测试，最终测得在太阳光辐照强度为1000W/m2时，太阳能电池的板面积为1.5´2m2时，该装置可以每小时产清洁水3.5kg/m2。如图4所示。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能海水蒸馏装置，包括太阳能电池组件、淡水储存箱和待蒸发水箱，其特征在于，所述太阳能电池组件包括透明或半透明的太阳能电池，在所述太阳能电池的下部设置至少一级水蒸馏装置，在所述水蒸馏装置的底部还设置封闭底层，所述水蒸馏装置被密封在太阳能电池与封闭底层之间，所述水蒸馏装置和封闭底层分别通过密封胶与太阳能电池粘接在一起，所述水蒸馏装置为透明或半透明状态，所述水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述热传导层位于每一级水蒸馏装置的最上层用于向其下层的水蒸发层传递吸收的太阳光的热量，每级所述水蒸发层通过通水管路与待蒸发水箱的进水管路和出水管路相互串联连通，所述水蒸发层在接收的太阳光热量的作用下将其内的待蒸发水进行蒸发，所述疏水多孔层用于阻隔水分进入冷凝层并将水蒸发层蒸发出来的水汽传递到冷凝层，每级所述冷凝层冷凝从相应的水蒸发层来的水汽并通过相互并联的集水管道将收集的水分输送至淡水储存箱中储存。
2.如权利要求1所述的太阳能海水蒸馏装置，其特征在于，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置和第二级水蒸馏装置两级水蒸馏装置，所述第一级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第一热传导层、第一水蒸发层、第一疏水多孔层和第一冷凝层，所述第二级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第二热传导层、第二水蒸发层、第二疏水多孔层和第二冷凝层，所述第一水蒸发层的一端通过中间通水管路与第二水蒸发层的一端相互串联连通，所述第一水蒸发层的另一端和第二水蒸发层的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路和回水管路相连通，所述第一冷凝层和第二冷凝层分别通过并联的集水管道与淡水储存箱相连通。
3.如权利要求1所述的太阳能海水蒸馏装置，其特征在于，所述太阳能海水蒸馏装置包括上下设置的第一级水蒸馏装置、第二级水蒸馏装置和第三级水蒸馏装置三级水蒸馏装置，所述第一级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第一热传导层、第一水蒸发层、第一疏水多孔层和第一冷凝层，所述第二级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第二热传导层、第二水蒸发层、第二疏水多孔层和第二冷凝层，所述第三级水蒸馏装置包括依次相互层叠在一起的第三热传导层、第三水蒸发层、第三疏水多孔层和第三冷凝层，所述第一水蒸发层的一端通过分别中间通水管路与第二水蒸发层的一端、第三水蒸发层的一端相互串联连通，所述第一水蒸发层的另一端和第三水蒸发层的另一端分别与待蒸发水箱的进水管路和回水管路相连通，所述第一冷凝层、第二冷凝层和第三冷凝层分别通过并联的集水管道与淡水储存箱相连通。
4.如权利要求1所述的太阳能海水蒸馏装置，其特征在于，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池，所述热传导层为具有高热导性且耐盐腐蚀的材料制成，所述水蒸发层和冷凝层为亲水材料制成，所述疏水多孔层为疏水材料制成，所述密封胶为低导热材料制成。
5.如权利要求4所述的太阳能海水蒸馏装置，其特征在于，所述热传导层为氮化铝热导块，所述水蒸发层和冷凝层分别为石英玻璃纤维布层，所述疏水多孔层为聚苯乙烯薄膜层，所述密封胶为双组分的聚氨酯按照A组分：B组分=1:1，重量比混合后得到的胶体。
6.如权利要求1或2或3所述的太阳能海水蒸馏装置，其特征在于，所述太阳能海水蒸馏装置还包括抽水泵，所述抽水泵将待蒸发的水输送至水蒸馏装置的水蒸发层。
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CN112794391A (zh) * 2020-12-31 2021-05-14 郑州孚莱孚特性材料有限公司 一种太阳能海水淡化装置
CN113526599A (zh) * 2021-07-21 2021-10-22 合肥澳清源环保科技有限公司 一种高效太阳能垂直蒸馏装置

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