CN215161140U - 一种基于界面蒸发的海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于界面蒸发的海水淡化装置，包括蒸发组件和储水腔；所述储水箱由两个隔板分隔，形成两侧的海水腔和中部的淡水腔；该两个隔板向储水箱中部倾斜对称设置；所述蒸发组件采用截面呈倒V形的折板结构，该折板结构的两折臂分别对应架设于储水箱的两个隔板上；所述蒸发组件自上而下依次包括第一透光层、吸光涂层、第二透光层和亲水材料层。
Description
技术领域
本实用新型属于海水淡化领域，具体涉及一种基于界面蒸发的海水淡化装置。
背景技术
全球水资源储量的90％以上为不可直接饮用的海水，淡水资源仅占水资源总量的3％左右，且大多为难以开采的冰川、深层地下水等。随着用水需求的不断增加，世界范围内海水淡化装置数量迅速增长，而利用传统技术的淡化装置运行中消耗大量化石能源。太阳能驱动的水蒸发是地球水循环中不可或缺的一环，也是自然界海水淡化不可或缺的一步，人们从中得到启发，开发了光蒸馏海水淡化技术。
光蒸馏海水淡化技术的核心是水的相变过程，传统的光蒸馏技术将吸收的太阳能转化为热能，用以加热大量的水，而这一过程能量需求极高，热量耗散严重。
2014年，Chen等首次提出了界面蒸发概念。通过对太阳能吸收体的巧妙设计，使其漂浮在水气界面上，将太阳能与热能转化、水体加热和水的相变过程限制于气液界面的一部分区域。相对于传统的光蒸馏技术，有效降低能量耗散，实现了光能-蒸气转化效率的巨大提高。以界面光热技术为基础的先进光热材料普遍可以达到较高的光-蒸气转化效率，每天每平方米材料理论产水量达10kg以上。
光热材料在界面蒸发光蒸馏海水淡化系统中起着关键的作用，它是将光能转化为热能的吸收体，也承担将海水蒸发、产生水蒸气的重要功能。然而，随着海水淡化过程的进行，海水中的盐分与水一同输送到光热材料表面，不断富集后形成结晶。光热材料表面的盐结晶会严重限制材料的性能和洁净水的生产,盐在光热材料的表面结晶后，堵塞水的输送通道，降低能量转换效率、淡水产量和稳定性。
此外，现有光蒸馏海水淡化体系对水的收集体系缺乏研究，现有装置体系无法发挥光热材料全部性能。如专利：《用于海水淡化及净水处理的石墨烯光热转化材料制备方法》(专利号：CN106809897B)，其中使用的石墨烯气凝胶在理论条件下可以达到90％以上的产水效率，但在其自制收集装置中产水量下降了30％以上。这一问题的主要原因是产生的水蒸气阻挡了太阳光。
还有一些光蒸馏海水淡化依赖复杂、精密、昂贵的聚光设备，不利于实际应用，如专利：《一种基于太阳能的海水淡化装置》(CN208022731U)，使用的半球形真空玻璃和菲涅尔透镜，在成本上讲不具有规模化使用可能。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于界面蒸发的海水淡化装置，本实用新型的技术方案如下：
一种基于界面蒸发的海水淡化装置，包括蒸发组件和储水箱；所述储水箱由两个隔板分隔，形成两侧的海水腔和中部的淡水腔；该两个隔板向储水箱中部倾斜对称设置；
所述蒸发组件采用截面呈倒V形的折板结构，该折板结构的两折臂分别对应架设于储水箱的两个隔板上；所述蒸发组件自上而下依次包括第一透光层、吸光层、第二透光层和亲水材料层。
优选地，所述第一透光层和第二透光层的透光度大于等于90％。
优选地，所述第一透光层和第二透光层的厚度相等，第一透光层和第二透光层的厚度均小于等于1mm。
优选地，所述第一透光层和第二透光层均采用PMMA材质。
优选地，所述亲水材料层的厚度小于等于5mm。
优选地，所述蒸发组件弯折角度为100°～140°。
优选地，所述隔板与水平面的夹角和蒸发组件折臂与水平面夹角相等。
优选地，所述储水箱的淡水腔内部设有散热组件。
优选地，所述金属散热组件采用不锈钢散热片。
优选地，所述淡水腔底部设有出水口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种基于界面蒸发的海水淡化装置，该海水淡化装置利用薄层界面蒸发原理，依赖太阳能驱动运行，不需要其他能源输入。经海水淡化的水体由蒸馏过程得到，杂质含量少。
本实用新型海水淡化装置的蒸发组件包括第一透光层、吸光层、第二透光层和亲水材料层。在吸光层作用下，加热亲水材料层中的海水，加热响应快、作用快、能量耗散少，能够提高水蒸气的产生效率。第一、第二透光层采用PMMA材质，具有密封性和强大的疏水性，避免海水侵蚀吸光层，避免在海水结晶影响产水效率。
本实用新型海水淡化装置在储水箱的淡水腔内部设置散热组件，提高了蒸气收集效率，进一步加快了产水率。
本实用新型海水淡化装置制造安装简单方便，成本低，运行稳定，适合长程规模化使用。
附图说明
图1为实施例中海水淡化装置剖面图；
图2为实施例中蒸发组件局部剖面图；
图3为实施例中装置的产水量图。
其中，1-蒸发组件；2-储水箱；3-隔板；4-淡水腔；5-海水腔；6-第一透光层；7-吸光涂层；8-第二透光层；9-亲水材料层；10-散热组件。
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。
实施例一：
本实施例的一种基于界面蒸发的海水淡化装置，如图1和图2所示，包括蒸发组件和储水箱；储水箱由两个隔板分隔，形成两侧的海水腔和中部的淡水腔，该两个隔板向储水箱中部倾斜对称设置；为方便收集，淡水腔一侧底部还设有出水孔。
蒸发组件采用由两块平板拼接形成的截面呈倒V形的折板结构，该折板结构的弯折角度为100°～140°，本例中该折板结构的弯折角度为120°。该折板结构的两折臂分别对应架设于储水箱的两个隔板上，储水箱的隔板与水平面的夹角与蒸发组件折臂与水平面夹角相等。
如图2所示，蒸发组件自上而下依次包括第一透光层、吸光层、第二透光层和亲水材料层，第一透光层和第二透光层的厚度相等，均小于等于1mm，本例中第一透光层和第二透光层的厚度为1mm，第一透光层和第二透光层均采用透光度大于等于90％的PMMA材质。吸光层采用炭黑涂层。亲水材料层的厚度一般小于等于5mm，本例中亲水材料层的厚度为3mm，本例中亲水材料层采用亲水性薄亲水改性棉层或亲水改性聚合物泡沫层。本例中第一透光层、吸光层、第二透光层采用压制处理，边缘部分采用热塑处理形成一体结构，亲水材料层与该一体结构粘接形成蒸发组件。
使用时，海水位于储水箱中的海水腔内，在蒸发组件亲水材料层的自身亲水性，即毛细作用影响下，海水润湿整个亲水材料层。蒸发组件的吸光层吸收太阳能转化为热能，加热亲水材料层中的海水，产生水蒸气，水蒸气冷凝，滴落到淡水腔获得淡水。
本实施例的海水淡化装置的大小规格可为5m×100m，该装置可设置多组并排使用，也可以将该海水淡化装置单独放置于海面浮床上使用。
实施例二：
本实施例的进一步可选设计在于：本例中储水箱的淡水腔内部设有散热组件，该散热组件采用不锈钢散热片。
应用实施例：
本应用实施例采用实施例二中的海水淡化装置进行海水淡化模拟实验，该实验在室内使用氙灯光源搭配AM1.5滤光片用以模拟太阳光照，分别对纯净水、模拟海水(3.5wt％NaCl溶液)和高浊度天然水(浊度为76.9NTU)进行淡化处理。
实验时将海水淡化装置平放于实验台面上，为加快淡水收集，将装置一侧垫高，使设置出水孔的一侧底部低于另一侧，装置整体底面坡度约为0.05°。使用小型蠕动泵由出水孔吸取冷凝水，由电子天平对冷凝水称重并对冷凝水进行浊度检测。
该海水淡化实验的主要测试参数如下：
测试主要参数
如图3所示，该海水淡化装置对纯净水、模拟海水和高浊度天然水淡化产生的冷凝水产水量基本一致，其中对于模拟海水淡化产生的冷凝水产水效率稳定可达0.27kg/m2/h。对于纯净水、模拟海水和高浊度天然水淡化产生的冷凝水浊度均处于极低水平，其中对于高浊度天然水淡化后的冷凝水浊度0.75NTU。
Claims (10)
1.一种基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：包括蒸发组件和储水箱；所述储水箱由两个隔板分隔，形成两侧的海水腔和中部的淡水腔；该两个隔板向储水箱中部倾斜对称设置；
所述蒸发组件采用截面呈倒V形的折板结构，该折板结构的两折臂分别对应架设于储水箱的两个隔板上；所述蒸发组件自上而下依次包括第一透光层、吸光层、第二透光层和亲水材料层。
2.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述第一透光层和第二透光层的透光度大于等于90％。
3.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述第一透光层和第二透光层的厚度相等，第一透光层和第二透光层的厚度均小于等于1mm。
4.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述第一透光层和第二透光层均采用PMMA材质。
5.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述亲水材料层的厚度小于等于5mm。
6.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述蒸发组件弯折角度为100°～140°。
7.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述隔板与水平面的夹角和蒸发组件折臂与水平面夹角相等。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述储水箱的淡水腔内部设有散热组件。
9.根据权利要求8所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述金属散热组件采用不锈钢散热片。
10.根据权利要求1所述的基于界面蒸发的海水淡化装置，其特征在于：所述淡水腔底部设有出水口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120860885.8U CN215161140U (zh) | 2021-04-25 | 2021-04-25 | 一种基于界面蒸发的海水淡化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN215161140U true CN215161140U (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=79363161
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202120860885.8U Active CN215161140U (zh) | 2021-04-25 | 2021-04-25 | 一种基于界面蒸发的海水淡化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN215161140U (zh) |
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2021
- 2021-04-25 CN CN202120860885.8U patent/CN215161140U/zh active Active
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