CN214004107U - 一种太阳能水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种太阳能水处理装置，包括聚光器、光漏斗和蒸发室，所述蒸发室一端设有透光部，所述光漏斗的小口端连接所述透光部，所述聚光器设于所述光漏斗的大口端；所述光漏斗的外侧壁上连接有支撑结构；所述蒸发室的顶部设有蒸汽出口。本实用新型中的聚光部将太阳能聚集之后通过光漏斗能够将直射和散射的太阳光都照射到透光部，而后被蒸发室利用，用于水处理；能够明显提高太阳能辐照的利用率。

Description

一种太阳能水处理装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能水处理设备领域，更具体地，涉及一种太阳能水处理装置。

背景技术

太阳能是一种清洁能源，利用太阳能既无需消耗任何矿物燃料，也不排放任何污染物。因此，太阳能利用技术一直受到人们的极大重视。近年来，利用太阳能的水处理技术及装置也受到了人们的很大关注；目前有很多利用太阳能进行水处理的装置。

但是太阳能属于光能，根据光学理论，在任何两种不相同的气态、液态或者固态物质的界面处(如空气与水的界面、空气与不锈钢器皿的界面、空气与玻璃窗的界面、空气与汽雾微粒的界面)，光能必然发生光反射、光散射、光折射等各种光学现象。光反射、光散射、光折射等可严重降低太阳能装置对于太阳能的吸收利用效率。因此，在太阳能技术领域中如何利用各种技术手段来提高太阳能装置对太阳能的吸收利用效率是一个重要研究课题。目前，池式太阳能蒸馏器的太阳能利用率仅有25％至30％，现有太阳能海水淡化技术的太阳能利用效率一般仅有20％。

现有太阳能海水淡化技术的太阳能利用效率是如此之低，光反射、光散射、光折射等严重降低太阳能装置对太阳能的吸收利用是一个主要原因。例如，中国专利CN200720170360公开了“一种太阳能环效净水系统”的技术方案，具有太阳跟踪装置的抛物柱面镜的太阳聚光集热器的镜面焦点处设置有用不锈钢板制成的管形蒸发室，但是，当太阳聚光集热器的聚焦光斑照射至管形蒸发室的不锈钢外表面时聚焦光斑必然在管形蒸发室的不锈钢外表面发生光反射、光散射、光折射等，导致那些被管形蒸发室吸收利用的那部分太阳能实际上仅占聚焦光斑能量的一小部分。再例如中国专利CN 201420368492公开了“一种便携式海水淡化装置”的技术方案，组合聚光器的焦点处设置有用钢板或铝板制成的蒸馏槽，当组合聚光器的聚焦光斑照射至蒸馏槽的钢板或铝板外表面时聚焦光斑必然在蒸馏槽外表面发生光反射、光散射、光折射等，因此不可能达到高的太阳能吸收利用效率。而且，太阳能装置必然是在室外露天场合使用的，但室外露天场合通常风速较大、气温较低。而上述的管形蒸发室或者蒸馏槽的外表面是与室外流动冷空气直接接触的。室外流动冷空气对于上述的管形蒸发室或者蒸馏槽的外表面的对流冷却作用必然产生相当大的对流散热损失，导致上述的管形蒸发室或者蒸馏槽在被太阳能的热量加热的同时又被室外流动冷空气冷却，因此，其难以达到高的温度。

实用新型内容

本实用新型为克服上述背景技术中光反射、光散射、光折射等可严重降低太阳能装置对于太阳能的吸收利用效率问题，提供一种太阳能水处理装置。本实用新型在利用太阳能进行水处理时，能够提高太阳能的吸收利用率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：包括聚光结构和蒸发室，所述聚光结构包括聚光器，所述蒸发室一端设有方形内凹腔结构的透光部，所述透光部的腔壁均由透光材料制成，所述聚光结构的一端为所述聚光器、另一端连接所述透光部，所述聚光器焦点位于所述透光部中，所述聚光结构或所述蒸发室上还连接有支撑结构；所述蒸发室的顶部设有蒸汽出口。

优选的，所述聚光器为菲涅尔透镜或旋转抛物面反射聚光器，所述菲涅尔透镜或所述旋转抛物面反射聚光器的焦点位于所述透光部中。

进一步的，所述聚光结构还包括光漏斗，所述聚光器为菲涅尔透镜，所述透光部的开口与所述光漏斗的小口端固定连接，所述菲涅尔透镜的光面一端盖设于所述光漏斗的大口端的端面上。

优选的，所述透光部的腔壁均由聚碳酸酯透明材料制成。

进一步的，还包括冷凝室和冷凝管道，所述冷凝室中设有冷凝液体，所述冷凝管道一端连接所述蒸汽出口、另一端穿过所述冷凝室并伸出到所述冷凝室外。

进一步的，所述冷凝管道在所述冷凝室内呈螺旋弯曲设置。

进一步的，所述冷凝室设于所述蒸发室与所述透光部相对的一端；所述冷凝室与所述蒸发室之间设有隔板；所述冷凝室还通过进水管道连接所述蒸发室，所述进水管道上设有抽水泵和调节阀门。

进一步的，所述蒸发室的内壁上设有吸光膜。

进一步的，所述支撑结构包括支撑杆和支撑底座，所述支撑杆为电动伸缩杆，所述光漏斗的外侧壁上设有支撑托板，所述支撑底座上设有水平旋转机构，所述支撑杆一端还设有能够带动所述支撑托板在竖直平面内摆动的竖直摆动机构，所述竖直摆动机构与所述支撑托板连接、所述支撑杆的另一端与所述水平旋转机构连接。

进一步的，所述蒸发室的外壁还设有保温层。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本实用新型中的聚光部将太阳能聚集之后通过光漏斗能够将直射和散射的太阳光都照射到透光部，而后被蒸发室利用，用于水处理；能够明显提高太阳能辐照的利用率。

2.本实用新型根据辐射传热学中的黑体原理，本实用新型的透光部可以克服玻璃窗反光问题、汽雾挡光问题、玻璃窗结露问题和水面反光问题；使得本实用新型的太阳能吸收利用效率远高于现有的太阳能蒸馏净水装置的太阳能吸收利用效率。

3.本实用新型中支撑结构可以360°立体调节光漏斗和菲涅尔透镜的角度，以对准太阳光，匹配到太阳光一天的变化，充分利用一整天的太阳光。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

图2是实施例2的结构示意图。

图3是实施例4的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1所示，为一种太阳能水处理装置，包括聚光器1、光漏斗2和蒸发室4，蒸发室4一端设有方形内凹腔结构的透光部5，光漏斗2的小口端连接透光部5，聚光器1设于光漏斗2的大口端；光漏斗2的外侧壁上连接有支撑结构10；蒸发室4的顶部设有蒸汽出口6；蒸汽出口6可以连接外部利用水蒸气的装置。

本实施例中的聚光器1为菲涅尔透镜，也可以不需要光漏斗2；加设光漏斗2的作用是使得那些被菲涅尔透镜散射的太阳辐射亦可以通过光漏斗2内部向下射向蒸发室4的一侧壁面上设置的透光部5，效果会更佳。本实施例中，菲涅尔透镜的光面一端盖设于光漏斗2大口端的端面上，菲涅尔透镜的焦点位于透光部5中；透光部5为蒸发室4一端设有的方形内凹腔，方形内凹腔的腔壁均由透光材料制成，方形内凹腔的开口与光漏斗2的小口端固定连接；透光部的腔壁均由聚碳酸酯透明材料制成；蒸发室4的内壁上设有吸光膜，蒸发室 4的内壁表面也可以是经过发黑处理或者具有黑色涂层，目的是更大程度地吸收太阳能；蒸发室4的外壁还设有保温层，防止蒸发室4受外部环境影响而降温，影响蒸发的效率。光漏斗2是用薄壁塑料材料制成的，其内表面黏贴有高反射率材料如真空镀铝反光膜。光漏斗2的作用是使得那些被菲涅尔透镜散射的太阳辐射亦可以通过光漏斗2内部向下射向蒸发室4的一侧壁面上设置的透光部5，提高太阳能辐照的利用率。光漏斗2的大口端直径与菲涅尔透镜的直径相适配，使得光漏斗2的大口端开口可以黏结等方式固定安装菲涅尔透镜的光面。内凹腔透光部5的开口直径与光漏斗2的小口端的直径相适配，使得菲涅尔透镜的聚焦光斑3(即焦点)以及那些被菲涅尔透镜散射的太阳辐射均可以通过光漏斗2内部向下透过透光部5进入蒸发室4内部。

本实施例中，支撑结构10包括支撑杆12和支撑底座11，支撑杆12为电动伸缩杆，光漏斗2的外侧壁上设有支撑托板13，支撑底座11上设有水平旋转机构(图中未画出)，所述支撑杆12一端还设有能够带动所述支撑托板13 在竖直平面内摆动的竖直摆动机构(图中未画出)，所述竖直摆动机构与所述支撑托板13连接、所述支撑杆12的另一端与所述水平旋转机构连接；水平旋转机构、竖直摆动机构和电动伸缩杆均由外部控制机构控制(图中未画出)，水平旋转机构可以带动光漏斗2水平旋转，电动伸缩杆可以调节光漏斗2的高度以调节菲涅尔透镜的高度；支撑托板13与竖直摆动机构铰接，竖直摆动机构控制支撑托板13绕着支撑杆12端头转动来调节支撑托板13可以调节与支撑杆 12的角度，以调节整个装置在竖直平面内的角度。这样，可以360°立体调节装置的角度，以对准太阳光。

在具体使用时，首先通过水平旋转机构、电动伸缩杆以及竖直摆动机构调节菲涅尔透镜的角度，以使得菲涅尔透镜的镜面保持垂直于太阳辐照方向，菲涅尔透镜的聚焦光斑3以及那些被菲涅尔透镜散射的太阳辐射通过光漏斗2内部向下透过透光部5进入蒸发室4内部。进入蒸发室4内部的太阳辐射被蒸发室4的内表面吸收转换为热量，用于加热蒸发室4内的水；加热后的水变成水蒸气从蒸汽出口6溢出，可以被外部的蒸汽利用装置后续利用。

本实施例中的方形内凹腔(即透光部5)为长方体状，顶部开口，底壁和侧壁都是用透光材料制成；透光部5可以克服玻璃窗反光问题、汽雾挡光问题、玻璃窗结露问题和水面反光问题。根据辐射传热学中的黑体原理，一个空腔的壁面上开设有一个小孔，小孔面积足够小时经此小孔射入该空腔的光线将在空腔内壁面多次反射后被全部吸收，没有光线从空腔内部经小孔向外射出，这个小孔是一个黑体。

对于本实施例而言，实际上透光部5可看作一个空腔，蒸发室44的内部可看作另一个空腔，即本装置对于经透光部5的开口射入的光能构成了双重的空腔，则根据如上所述辐射传热学中的黑体原理，透光部5的开口为黑体，可以达到对于聚焦光斑3的接近的吸收利用效率。

具体来说，如图1所示，菲涅尔透镜的聚焦光斑3经透光部5的开口射入之后到达透光部5的侧壁，其大部分光能将透过透光部5的侧壁直接射入蒸发室4内部。那些被透光部5侧壁反射的光能则射向透光部5的底部，亦能够射入蒸发室4的内部，从而全部的光能都可以被蒸发室4的黑色内表面所吸收利用。而且，图1中的透光部5是浸泡在蒸发室4内部的水中的，因此，不存在汽雾挡光和玻璃窗结露的问题。由上述可见，本装置的太阳能吸收利用效率远高于现有的聚光型太阳能蒸馏净水装置的太阳能吸收利用效率。

本实施例在最优条件下，是能够设置为菲涅尔透镜的中轴线与透光部5的中轴线之间具有一定的夹角，即，菲涅尔透镜的中轴线与透光部5的中轴线之间不是相互平行的。这样更加有利于蒸发室4吸收菲涅尔透镜的聚焦光斑3的光能。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于：

本实施例中，为了利用蒸发室4蒸发出来的水蒸气，如图2所示，还设有冷凝室9和冷凝管道8，冷凝室9中灌有冷凝液体，冷凝管道8一端连接蒸汽出口6、另一端穿过冷凝室9并伸出到冷凝室9外；冷凝管道8在冷凝室9内呈螺旋弯曲设置；冷凝室9设于蒸发室4与透光部5相对的一端；冷凝室9与蒸发室4之间设有隔板；冷凝室9还通过进水管道90连接蒸发室4，进水管道 90上设有抽水泵和调节阀门；蒸发室4还连接有出水管道7，出水管道7上设置有出水阀门。

本实施是将经过太阳能水处理装置处理后的水蒸气进行冷凝处理利用。水蒸发产生的水蒸气流入冷凝管道8后冷凝为液体水。冷凝管道8在冷凝室9内呈螺旋弯曲设置能够增加冷凝的时间，使其充分冷凝，水蒸气在冷凝管道8冷凝时释放的冷凝潜热用于预热冷凝室9内的待处理原水。当蒸发室4内的水位下降到一定程度后，可以打开出水阀门将废水经出水管道7排出。然后打开蒸发室4与冷凝室9之间进水管道90的调节阀门和抽水泵(图中未画出)，使得适量的已经在冷凝室9预热的原水流入蒸发室4。然后通过原水进水口91向冷凝室9补充更多的待处理原水。上述的操作步骤为本实施例的周期性操作模式，本实施例亦可以为连续操作模式即连续地向冷凝室9加入原水并且连续地将已在冷凝室9预热的原水流入蒸发室4，同时连续地将蒸发室4内的废水向外排出，此时原水的流量与废水的流量之比即为浓缩比。浓缩比的选择主要取决于浓水在污染物浓度增加后是否容易出现结垢。处理不容易结垢的水体时浓缩比可以达到10；处理容易结垢的水体时浓缩比一般为2至3。

本实施例可用于处理各种类型的水体，例如：

(1)高盐分水体的处理：包括海水、苦咸水、盐湖水、卤水等。从冷凝管道8的出口80可收集得到淡水。由于在蒸发室4内的水已经被加热达到蒸发温度而在水的蒸发温度下盐分完全不能蒸发，而且聚焦光斑3对于蒸发室4内的水具有杀菌消毒作用，因此，从冷凝管道8的出口80获得的淡水基本符合饮用水质标准。

(2)生活污水和有机废水的处理：从冷凝管道8的出口80可得到符合中水回用水质标准的中水。

(3)工业废水的处理：以含重金属的电镀废水为例，从冷凝管道8的出口 80可得到符合中水回用水质标准的中水。如果是含有挥发性有机物的废水，则不建议使用，从蒸发室4出水管道7排出的含高浓度重金属的浓水具有回收利用价值。

实施例3

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于：

本实施例中，为了利用蒸发室4蒸发出来的水蒸气，蒸发室4上的蒸汽出口6通过保温管道连接有蒸汽利用设备(图中未画出)，蒸汽利用设备可以是取暖器、加热或烹饪器具、微小型蒸汽透平-发电机组等等利用水蒸气的设备。

实施例4

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于：

本实施例中的聚光器1为抛物面反射聚光器1；如图3所示，可以不需要设置光漏斗2，支撑结构10上的支撑杆12通过竖直摆动机构和支撑托板13支撑在抛物面反射聚光器的外壁并能够带动抛物面反射聚光器在水平面内进行选择或者竖直平面内摆动，抛物面反射聚光器的反射面上设有第二支撑结构15直接支撑冷凝室9和蒸发室4.使其成为一个整体，则抛物面反射聚光器与蒸发室相对静止，将抛物面反射聚光器太阳光聚焦照射入位于蒸发室4下部的透光部 5的开口使蒸发室4内的水受热蒸发。旋转抛物面反射聚光器也能够将太阳能聚焦，配合透光部5的结构，能够提高太阳能的利用率。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能水处理装置，其特征在于，包括聚光结构和蒸发室(4)，所述聚光结构包括聚光器(1)，所述蒸发室(4)一端设有方形内凹腔结构的透光部(5)，所述透光部(5)的腔壁均由透光材料制成，所述聚光结构的一端为所述聚光器(1)、另一端连接所述透光部(5)，所述聚光器(1)焦点位于所述透光部(5)中，所述聚光结构或所述蒸发室(4)上还连接有支撑结构(10)；所述蒸发室(4)的顶部设有蒸汽出口(6)。

2.根据权利要求1所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述聚光器(1)为菲涅尔透镜或抛物面反射聚光器，所述菲涅尔透镜或所述抛物面反射聚光器的焦点位于所述透光部(5)中。

3.根据权利要求1所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述聚光器(1)为菲涅尔透镜，所述聚光结构还包括光漏斗(2)，所述透光部(5)的开口与所述光漏斗(2)的小口端固定连接，所述菲涅尔透镜的光面一端盖设于所述光漏斗(2)的大口端的端面上。

4.根据权利要求3所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述透光部(5)的腔壁均由聚碳酸酯透明材料制成。

5.根据权利要求1至4任一所述的太阳能水处理装置，其特征在于，还包括冷凝室(9)和冷凝管道(8)，所述冷凝室(9)中装有冷凝液体，所述冷凝管道(8)一端连接所述蒸汽出口(6)、另一端穿过所述冷凝室(9)并伸出到所述冷凝室(9)外。

6.根据权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述冷凝管道(8)在所述冷凝室(9)内呈螺旋弯曲设置。

7.根据权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述冷凝室(9)设于所述蒸发室(4)与所述透光部(5)相对的一端；所述冷凝室(9)与所述蒸发室(4)之间设有隔板；所述冷凝室(9)还通过进水管道(90)连接所述蒸发室(4)，所述进水管道(90)上设有抽水泵和调节阀门。

8.根据权利要求1所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述蒸发室(4)的内壁上设有吸光膜。

9.根据权利要求3所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述支撑结构(10)包括支撑杆(12)和支撑底座(11)，所述支撑杆(12)为电动伸缩杆，所述光漏斗(2)的外侧壁上设有支撑托板(13)，所述支撑底座(11)上设有水平旋转机构，所述支撑杆(12)一端还设有能够带动所述支撑托板(13)在竖直平面内摆动的竖直摆动机构，所述竖直摆动机构与所述支撑托板(13)连接、所述支撑杆(12)的另一端与所述水平旋转机构连接。

10.根据权利要求1所述的太阳能水处理装置，其特征在于，所述蒸发室(4)的外壁还设有保温层。

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