CN215439745U - 一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置 - Google Patents

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许颖
梁颖灏
贾梦飞
王迪雅
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Abstract

本实用新型公开一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，该装置包括包括阳光房、铅图纸光热蒸发器、废水槽、净水槽、集水管和出水口，所述阳光房的房顶及墙体均为透明保温材质，所述废水槽和净水槽位于阳光房的房顶下方，净水槽位于废水槽的下方，废水槽内存放废水，废水上放置铅图纸光热蒸发器，铅图纸光热蒸发器将太阳能转化为热能，使废水蒸发，水蒸气在房顶冷凝后形成的冷凝水在水滴表面张力和重力作用下进入净水槽内，通过集水管的出水口进行收集。该装置可以进行生活废水的净化，实现生活废水的循环利用，具有结构简单、造价低廉、净化效果好的优点，极其适用于偏远非集中供水供电地区或海岛的净水处理，也是节能减排的前沿技术。

Description

一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置
技术领域
本实用新型涉及光热材料应用技术领域，特别涉及一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置。
背景技术
随着人口的增长和经济的发展，人们对水资源和常规能源的需求不断增加，加上环境的污染破坏和地域限制，导致全球大多数地区水资源的匮乏。随着水净化技术的发展，膜分离电渗析、磁力分离法、胶原纤维基和超滤膜等技术成为了主要的净化技术流派，但是这几种技术因为水净化的成本相对较高，能耗相对较大，在偏远不发达地区的应用中受到了限制。由于偏远地区集中供水供电成本较高，利用太阳能作为净水的绿色可持续能源成为解决地区缺水问题的有潜力的发展方向。
水蒸发是一个吸收热量，使水面的水分从液态转化为气态逸出水面的相变过程。其实水蒸发是一个表面过程，参与蒸发的只是空气－水界面上的水分子，在能量的驱动下从液态水变成气态水。而传统基于相变法的废水净化技术是对将整体水进行均匀地加热，其中大部分能量被水中的非蒸发部分所吸收而导致大量不必要的热量损失，使得能源有效利用率极大地降低。在这里，基于对偏远地区及个体供水的需求，小型太阳能蒸发装置成为主要的研究目标。其核心部分是可以将太阳能转换为热量的光热蒸发器。该蒸发器可以通过吸收来至太阳能的辐射，转换为热能并加热原水，原水很快就会达到很高的温度，瞬间蒸发。蒸发后的水可以脱除原水中的离子及细菌，达到净水效果。经过科研人员的不懈努力，如贵金属及纳米颗粒、石墨烯及聚合物等光热蒸发器逐渐被开发出来，目前的热转换效率也达到了80%以上。但这些蒸发器的造价相对较高，应用于偏远地区成本过大，且更新维护较难。
因此，设计出具有低成本，低机械性，少维护的蒸发装置成为目前太阳能蒸馏应用于偏远地区的关键。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，该装置可以进行生活废水的净化，实现生活废水的循环利用，具有结构简单、造价低廉、净化效果好的优点，极其适用于偏远非集中供水供电地区或海岛的净水处理，也是节能减排的前沿技术。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，包括阳光房、铅图纸光热蒸发器、废水槽、净水槽、集水管和出水口，所述阳光房的房顶及墙体均为透明保温材质，所述废水槽和净水槽位于阳光房的房顶下方，净水槽位于废水槽的下方，废水槽内存放废水，废水上放置铅图纸光热蒸发器，铅图纸光热蒸发器将太阳能转化为热能，使废水蒸发，水蒸气在房顶冷凝后形成的冷凝水在水滴表面张力和重力作用下进入净水槽内，通过集水管的出水口进行收集。
进一步，所述阳光房的房顶为倒V型结构。
进一步，所述铅图纸光热蒸发器为连续的V型结构，其中V型的角度为30°-180°。
进一步，所述铅图纸光热蒸发器为双层结构，上层为铅图纸，下层为保温材料。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型的阳光房净水装置中光热蒸发器的铅图纸与泡沫构成双层结构，可以有效地减少热损失，同时有利于水的运输。
2、本实用新型的阳光房净水装置中的V型纤维纸可以放大太阳能吸收面积，同时减少反射损失，增加了光能利用。通过对比平面铅图纸和V型铅图纸在一个太阳光强下（1kW/m2）下的蒸发效果，平面铅图纸为1.0 kg·m-2·h-1，V型为1.12 kg· m-2·h-1，可看出蒸发速率得到明显提升。
3、本实用新型的阳光房净水装置中的光热蒸发器的成本低廉，直接成本约为2-4元人民币/平方米。
4、本实用新型的阳光房净水装置可以进行生活废水的净化，实现生活废水的循环利用，具有结构简单、造价低廉、净化效果好的优点，极其适用于偏远非集中供水供电地区或海岛的净水处理，也是节能减排的前沿技术。
5、本实用新型净化效果良好，光热转换效率高达80%，蒸发速率可以达到1.1kg/m2·h，具有很好的推广价值及应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置的结构示意图；
图2为本实用新型的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置的模型照片；
图3为测量铅图纸的光吸收能力的全光谱吸收曲线；
图4为本实用新型的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置平面时的能量分布比例图；
图5为本实用新型的一个基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置平面铅图纸红外成像图；
图6为本实用新型的另一个基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置平面铅图纸红外成像图；
图7为本实用新型的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置平面及V型蒸发速率对比图；
图8为净化前海水及净化后蒸馏水中的离子浓度对比图；
图中， 1、阳光房，2、铅图纸光热蒸发器，3、废水槽，4、净水槽，5、集水管，6、出水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案及效果做进一步描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。
实施例1
图1和图2示出了本实施例的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置的结构，如图1和2所示，该装置包括阳光房1、铅图纸光热蒸发器2、废水槽3、净水槽4、集水管5和出水口6，所述阳光房1的房顶及墙体均为透明保温材质，本实施例中，阳光房1的房顶及墙体的材质为透明玻璃板，阳光房1用于透光使阳光进入阳光房内产生热量，并保持屋内温度，减小热量散失；所述废水槽3和净水槽4位于阳光房1的房顶下方，净水槽4位于废水槽3的下方，废水槽3内存放废水，废水上放置铅图纸光热蒸发器2，铅图纸光热蒸发器2将太阳能转化为热能，使废水蒸发，水蒸气在房顶冷凝后形成的冷凝水在水滴表面张力和重力作用下进入净水槽4内，通过集水管5的出水口6进行收集。
作为优选，所述阳光房1的房顶为倒V型结构，使产生的水蒸气凝结附着于上面，顺流而下至净水槽内，便于冷凝水汇聚和收集。
本实施例中，所述铅图纸光热蒸发器2为连续的V型结构，增加太阳能吸收面积，同时反射光在V型之间多次反弹，减少反射损失，增加了光能利用，其中V型的角度为30°-180°，本实施例中V型的角度为45°。同时，铅图纸光热蒸发器2为双层结构，上层为铅图纸，下层为保温材料，所述保温材料可以为珍珠棉泡沫。铅图纸和保温材料之间通过润湿后水的表面张力粘结，无需外加粘结剂。双层结构中保温材料起到热绝缘的作用，最大程度的利用吸收的太阳能，减少能量损失。
本实施例的铅图纸是利用0.5-3N的涂覆力度将铅笔芯中的石墨剥离出来，通过范德华力沉积在纤维纸上，纤维纸上的石墨层厚度可达1.8μm，其中铅笔芯可以为2B-6B铅笔。本实施例用的是4B铅笔。
本实用新型阳光房净水装置的工作原理为：废水置于废水槽3中，在光照下，铅图纸光热蒸发器2的温度升高，废水转换为水蒸气，上升至由透明保温材料制成的阳光房1的倒V型房顶上，冷凝成水滴，液滴的表面张力和重力作用使其自上而下落入净水槽4中，通过集水管5和出水口6及时取用。
本实用新型主要是在气液界面增加一层光热转化层，该光热转化层可以快速吸收太阳光并将太阳能转化为热能。由于仅与蒸发面接触，转化而来的热能绝大部分被用来加热气液界面水分子，因此在显著提升水的蒸发速率外，还避免了因对整个水体加热而导致的不必要热能的损失太阳能净化水过程，主要是将太阳能转化为水的热能，实现水的蒸发，通过相转化的方式得到蒸馏净水。具有能量利用效率高，造价低廉等优点。
图3为采用紫外-可见-红外分光光度计测量了铅图纸在250 nm -2500 nm的宽带光吸收能力。结合标准太阳光谱（AM1.5）的光谱辐照度分布进行调整。铅图纸的光吸收率在在紫外波段为76.7%，可见波段为82.3%，红外波段为76.3%。经过不同波段吸收比例积分得到其平均光吸收率计算为77.0%，该吸收率位于光热材料吸光度的中上程度。因为石墨层本身的光反射严重，由图4中能量分布损失可以看出，平面铅图纸的光反射损失严重，为总能量的23%，故选择折叠方式来进行提升。
因为石墨层本身的光反射严重。由图4中能量分布损失可以看出，平面铅图纸的光反射损失严重，为总能量的23%。
本实施例进行铅图纸的太阳能转换能力的测试，并使用红外照相机记录薄膜表面经过光照后的温度。如图5和图6所示，在太阳光模拟器下（光照强度为1个太阳，即1 kW·m-2）稳定照射 0.5 h后，V型铅图纸温度为46.8℃，明显高于平面铅图纸，证明反射光可在V型之间多次反弹，减少反射损失，增加了光能利用。
由如图7和图8中的红外光热图可以明显看出，同时利用万分天平测试蒸发量变化，通过计算可以看到， V型铅图纸蒸发速率比平面铅图纸提升了10%。
进一步地，将净化前的海水与净化后的蒸馏水的离子浓度进行对比，发现净化后的蒸馏水中钾离子，镁离子等离子浓度均在1mg以下，达到世界卫生组织海水淡化标准。
本实用新型通过制备光热蒸发器进行光热转换，实现对生活废水（洗衣水，洗菜水等）或海水的处理，将生活废水处理为净水，具有低机械性，低成本性，结构简单，少维护等优点。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，其特征在于，该装置包括阳光房、铅图纸光热蒸发器、废水槽、净水槽、集水管和出水口，所述阳光房的房顶及墙体均为透明保温材质，所述废水槽和净水槽位于阳光房的房顶下方，净水槽位于废水槽的下方，废水槽内存放废水，废水上放置铅图纸光热蒸发器，铅图纸光热蒸发器将太阳能转化为热能，使废水蒸发，水蒸气在房顶冷凝后形成的冷凝水在水滴表面张力和重力作用下进入净水槽内，通过集水管的出水口进行收集。
2.根据权利要求1所述的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，其特征在于，所述阳光房的房顶为倒V型结构。
3.根据权利要求1所述的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，其特征在于，所述铅图纸光热蒸发器为连续的V型结构，其中V型的角度为30°-180°。
4.根据权利要求1所述的基于铅图纸光热蒸发器的阳光房净水装置，其特征在于，所述铅图纸光热蒸发器为双层结构，上层为铅图纸，下层为保温材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115340140A (zh) * 2022-09-06 2022-11-15 孔令斌 一种大型被动式太阳能海水淡化装置

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