CN213679910U - 一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，包括底座和罩设在底座上的透明顶盖，底座上设置有太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统，太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统均位于透明顶盖内；太阳能界面蒸发系统包括开设在底座中部的海水池及开设在底座两端的第一SSG集水槽和第二SSG集水槽，海水池内设置有界面蒸发装置；膜蒸馏系统包括开设在底座上的MD集水槽和冷水槽，MD集水槽设置在海水池和冷水槽之间，海水池与MD集水槽之间的池壁上开设有通孔，通孔内固定安装有PTFE膜。在太阳能界面蒸发的基础上引入膜蒸馏技术，合理利用光热膜传导至海水中热量，来进一步提高淡化装置的淡化效率，增加淡水产量。

Description

一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置
技术领域
本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置。
背景技术
水是生命的源泉，是人类生存、发展所不可或缺的资源。随着世界人口的迅猛增长和工业化发展带来的淡水污染，导致全球水资源严重短缺，世界上将近80％的人口正面临水资源匮乏的威胁。目前，海水淡化技术被普遍认为是一种解决淡水短缺切实可行的方法。主流的海水淡化技术包括反渗透(RO)、多效蒸馏、多级闪蒸等。然而，上述海水淡化技术通常投资成本高昂且能耗较高，对于一些偏远、基础设施欠发达地区是不可行的。此外，现有的淡化技术主要依靠传统的化石燃料为淡水生产提供能量，从而加剧了温室气体的排放和空气污染。
太阳能界面蒸发技术作为能够从各种非饮用水资源中获得纯净水的最具前景的技术之一，其利用漂浮在液面上的光热转换材料，将吸收的太阳能进一步转化为热量用来加热空气-水界面的薄层液体产生蒸汽。由于水分的蒸发仅发生在水的表面，该技术避免了加热未参与蒸发的大体积水，因此具有能耗低、响应快、无污染，蒸发效率高等优点。蒸发效率的提高需满足高效的光吸收、良好的水输送、较小的热损失等。虽然已经采取了隔热措施来进一步提高蒸发效率，但并不能阻断光吸收器向海水的热量传递，仍有部分热量传递至海水中，且底部海水余热仍是具有利用价值的。因此，进一步开发和利用底部海水的余热是十分重要的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，包括底座和罩设在所述底座上的透明顶盖，所述底座上设置有太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统，所述太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统均位于所述透明顶盖内；
所述太阳能界面蒸发系统包括开设在所述底座中部的海水池及开设在所述底座两端的第一SSG集水槽和第二SSG集水槽，所述海水池内设置有界面蒸发装置；所述膜蒸馏系统包括开设在所述底座上的MD集水槽和冷水槽，所述MD集水槽设置在所述海水池和所述冷水槽之间，所述海水池与所述MD集水槽之间的池壁上开设有通孔，所述通孔内固定安装有PTFE膜。
优选的，所述界面蒸发装置包括固定在所述海水池顶端的金属板，所述金属板上开设有模孔，所述模孔内固定安装有光热膜；所述金属板底部固定连接有纤维纸的一端，所述纤维纸的另一端伸入到所述海水池内，所述纤维纸与所述光热膜底部接触连接。
优选的，所述金属板底部周向固定连接有金属直肋，所述纤维纸位于所述金属直肋形成的空腔内。
优选的，所述金属板底部设置有隔热板，所述隔热板位于所述金属直肋形成的空腔内；所述纤维纸铺设在所述隔热板上，所述纤维纸位于所述隔热板与所述光热膜之间。
优选的，所述隔热板为聚苯乙烯泡沫板。
优选的，所述金属板顶端涂覆有黑漆。
优选的，所述透明顶盖为倒V型结构，所述透明顶盖包括顶盖倾斜壁和两个顶盖垂直壁，所述顶盖倾斜壁为倒V型结构，两所述顶盖垂直壁分别固定在所述顶盖倾斜壁两侧；所述顶盖倾斜壁和所述顶盖垂直壁均与所述底座固定连接，所述顶盖倾斜壁两端分别与所述第一SSG集水槽和第二SSG集水槽对应设置。
优选的，所述顶盖垂直壁底部设置有导流槽，所述导流槽两端分别于所述第一SSG集水槽和第二SSG集水槽连通。
优选的，所述MD集水槽和冷水槽均为环形槽，所述第一SSG集水槽、所述第二SSG集水槽和所述MD集水槽均连通有出水管，所述冷水槽连通有冷水槽进水管。
优选的，所述金属板为铜板。
本实用新型公开了以下技术效果：
1、相较于传统的使用化石能源的海水淡化装置，本装置完全依靠太阳能这一种清洁能源为海水淡化提供驱动力，且太阳能界面蒸发技术在太阳能海水淡化领域又具有高效，响应快的优点。
2、在太阳能界面蒸发的基础上引入膜蒸馏技术，合理利用光热膜传导至海水中热量，来进一步提高淡化装置的淡化效率，增加淡水产量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型装置的原理图；
图2为本实用新型装置的底座结构示意图；
图3为本实用新型装置的整体结构示意图；
图4为本实用新型界面蒸发部的结构示意图；
其中，第一SSG集水槽出水管-1；MD集水槽-7出水管-2；第一SSG集水槽-3；冷水槽-4；PTFE膜-5；海水池-6；MD集水槽-7；第二SSG集水槽-8；冷水槽进水管-9；第二SSG集水槽出水管-10；顶盖垂直壁-11；导流槽-12；光热膜-13；金属板-14；顶盖倾斜壁-15；纤维纸-16；隔热板-17；金属直肋-18。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，包括底座和罩设在所述底座上的透明顶盖，所述底座上设置有太阳能界面蒸发(SSG)系统和膜蒸馏(MD)系统，所述太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统均位于所述透明顶盖内；
所述太阳能界面蒸发系统包括开设在所述底座中部的海水池6及开设在所述底座两端的第一SSG集水槽3和第二SSG集水槽8，海水池6用于盛装海水，所述海水池6内设置有界面蒸发部；所述膜蒸馏系统包括开设在所述底座上的MD集水槽7和冷水槽4，所述MD集水槽7设置在所述海水池6和所述冷水槽4之间，所述海水池6与所述MD集水槽7之间的池壁上开设有通孔，所述通孔内固定安装有PTFE膜5，PTFE膜5为疏水膜，海水不能通过PTFE膜5，蒸汽则可以通过PTFE膜5。
进一步的，所述界面蒸发部包括固定在所述海水池6顶端的金属板14，金属板14为铜板，利用金属板14将海水池6顶端封闭，在金属板14上开设有模孔，所述模孔内固定安装有光热膜13，光热膜13是通过将氧化石墨烯溶液涂抹在无尘纸上，然后进行真空干燥制备的，光热膜13具有高效的光吸收率和良好的亲水性；所述金属板14底部固定连接有纤维纸16的一端，所述纤维纸16的另一端伸入到所述海水池6内的海水中，所述纤维纸16与所述光热膜13底部接触连接，纤维纸16通过毛细作用将海水泵送至光热膜13的底部，并将整个光热膜13润湿，纤维纸16泵送上来的海水流到光热膜13底部时会流经金属板14，金属板14可以将纤维纸16上的海水进行预热，从而减少光热膜13的蒸发时间。所述金属板14底部周向固定连接有金属直肋18，优选铜直肋，金属板14可以吸收阳光并将其转化为热量，该热量可以通过与金属板14相连的金属直肋18传递至海水池6中加热海水，为膜蒸馏系统提供了热能驱动力，所述纤维纸16位于所述金属直肋18形成的空腔内；为减少光热膜13向海水中的导热损失，使得界面蒸发的效率最大化，在金属板14底部固定有隔热板17，隔热板17为聚苯乙烯泡沫板，所述隔热板17位于所述金属直肋18形成的空腔内，所述纤维纸16位于所述隔热板17与所述光热膜13之间，所述纤维纸16铺设在所述隔热板17上，利用隔热板17减少光热膜13向海水中的导热损失，使得界面蒸发的效率最大化。
进一步的，为增强光吸收效率，在金属板14顶端涂覆有黑漆。
进一步的，所述透明顶盖为倒V型结构，所述透明顶盖包括顶盖倾斜壁15和两个顶盖垂直壁11，所述顶盖倾斜壁15为倒V型结构，两所述顶盖垂直壁11分别固定在所述顶盖倾斜壁15两侧；所述顶盖倾斜壁15和所述顶盖垂直壁11均与所述底座固定连接，所述顶盖倾斜壁15两端分别与所述第一SSG集水槽3和第二SSG集水槽8对应设置；所述顶盖垂直壁11底部设置有导流槽12，导流槽12为倒V型结构，所述导流槽12两端分别于所述第一SSG集水槽3和第二SSG集水槽8连通。光热膜13产生的蒸汽在透明顶盖上凝结，一部分在顶盖倾斜壁15上形成冷凝水并流入到第一SSG集水槽3和第二SSG集水槽8中，另一部分在顶盖垂直壁11上形成冷凝水并流入到导流槽12中，然后在流入到第一SSG集水槽3和第二SSG集水槽8中。
进一步的，为方便排出淡化后的水，以及方便向冷水槽4中提供冷却水，MD集水槽7和冷水槽4均为环形槽，在第一SSG集水槽3、所述第二SSG集水槽8和所述MD集水槽7均连通有出水管，所述冷水槽4连通有冷水槽进水管9。
本实用新型提供一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，纤维纸16通过毛细作用将海水泵送至光热膜13的底部，海水将整个光热膜13润湿，光热膜13将吸收的阳光转化为热量并局域到膜表面，仅仅加热光热膜13膜层的水使其蒸发，提高了光热膜13膜层水的蒸发效率，而且纤维纸16可以补偿光热膜13蒸发所需的海水，确保光热膜13可以进行稳定的蒸发；由光热膜13表面逸出的蒸汽在透明顶盖上凝结，冷凝水顺流而下进入到第一SSG集水槽3和所述第二SSG集水槽8，由第一SSG集水槽出水管1和第二SSG集水槽出水管10流出，并进行收集。此外，在海水池6四周侧壁上开有四个通孔，使得PTFE膜5可以固定在通孔内，MD集水槽7和海水池6被疏水性PTFE膜5隔开，在冷水槽4内盛装有冷水，使得PTFE膜5两侧形成温差，在PTFE膜5两侧温差产生的蒸汽压差下，海水池6内的海水蒸发，大量的水蒸气通过PTFE膜5的微孔进入MD集水槽7，在MD集水槽7的上方作密封处理，避免从海水侧通过PTFE膜5过来的蒸汽从MD集水槽7的上方逸出，在MD集水槽7内水蒸气遇到冷水槽4的冷壁凝结成冷凝水，并从MD集水槽7出水管2流出并进行收集。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型，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实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于，包括底座和罩设在所述底座上的透明顶盖，所述底座上设置有太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统，所述太阳能界面蒸发系统和膜蒸馏系统均位于所述透明顶盖内；
所述太阳能界面蒸发系统包括开设在所述底座中部的海水池(6)及开设在所述底座两端的第一SSG集水槽(3)和第二SSG集水槽(8)，所述海水池(6)内设置有界面蒸发部；所述膜蒸馏系统包括开设在所述底座上的MD集水槽(7)和冷水槽(4)，所述MD集水槽(7)设置在所述海水池(6)和所述冷水槽(4)之间，所述海水池(6)与所述MD集水槽(7)之间的池壁上开设有通孔，所述通孔内固定安装有PTFE膜(5)。
2.根据权利要求1所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述界面蒸发部包括固定在所述海水池(6)顶端的金属板(14)，所述金属板(14)上开设有模孔，所述模孔内固定安装有光热膜(13)；所述金属板(14)底部固定连接有纤维纸(16)的一端，所述纤维纸(16)的另一端伸入到所述海水池(6)内，所述纤维纸(16)与所述光热膜(13)底部接触连接。
3.根据权利要求2所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述金属板(14)底部周向固定连接有金属直肋(18)，所述纤维纸(16)位于所述金属直肋(18)形成的空腔内。
4.根据权利要求3所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述金属板(14)底部设置有隔热板(17)，所述隔热板(17)位于所述金属直肋(18)形成的空腔内；所述纤维纸(16)铺设在所述隔热板(17)上，所述纤维纸(16)位于所述隔热板(17)与所述光热膜(13)之间。
5.根据权利要求4所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述隔热板(17)为聚苯乙烯泡沫板。
6.根据权利要求2所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述金属板(14)顶端涂覆有黑漆。
7.根据权利要求1所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述透明顶盖为倒V型结构，所述透明顶盖包括顶盖倾斜壁(15)和两个顶盖垂直壁(11)，所述顶盖倾斜壁(15)为倒V型结构，两所述顶盖垂直壁(11)分别固定在所述顶盖倾斜壁(15)两侧；所述顶盖倾斜壁(15)和所述顶盖垂直壁(11)均与所述底座固定连接，所述顶盖倾斜壁(15)两端分别与所述第一SSG集水槽(3)和第二SSG集水槽(8)对应设置。
8.根据权利要求7所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述顶盖垂直壁(11)底部设置有导流槽(12)，所述导流槽(12)两端分别于所述第一SSG集水槽(3)和第二SSG集水槽(8)连通。
9.根据权利要求1所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述MD集水槽(7)和冷水槽(4)均为环形槽，所述第一SSG集水槽(3)、所述第二SSG集水槽(8)和所述MD集水槽(7)均连通有出水管，所述冷水槽(4)连通有冷水槽进水管(9)。
10.根据权利要求2-6任一项所述的海水余热利用与界面蒸发相结合的淡化装置，其特征在于：所述金属板(14)为铜板。
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