CN215439746U - 一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，主要包括太阳能光伏供电模块、太阳能海水淡化模块、淡水储存模块和海水传输模块，零件主要包括光伏板、蓄电池、动力设备、蜂窝界面蒸发器、凸透镜盖板、导热铜管和储水箱等。本发明饮水机集成了太阳能光伏发电技术和太阳能光热界面海水淡化技术于一体，能够自给自足，不需要额外动力。利用太阳能为驱动力，不消耗额外能量。还提出一种蜂窝界面蒸发器，能够充分吸收太阳光并能精准供应水分，提高了水蒸发净化的效率，凸透镜阵列与蜂窝阵列对应，通过有效聚光可提高水蒸发净化的速率；在光伏板背面添加导热导流铜管设计对光伏板散失的热量进行了再利用，在提高水蒸发效率同时也减少了能量浪费。

Description

一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机

技术领域

本发明属于太阳能应用领域，尤其是一种太阳能饮水机。

背景技术

最近几十年，巨大的化石燃料消费已经引起了严重的环境问题，发展清洁和可持续的能源和技术迫在眉睫。目前为止，传统的可再生能源，如水能、风能、生物质能和核能，已经被广泛用于满足现代社会巨大的能源消耗需求。与上面提到的能源相比，太阳能无疑被认为是一种安全、用之不竭的绿色能源。太阳能主要有两种利用方式：光电转换和光热转换。光电转换用途较广，但能量利用率较低，主要是因为光伏板背面的热量损失。光热转换是一种直接且高效的利用方式，主要应用于水净化领域。

目前，太阳能饮水机主要是通过光电转换将太阳能转换为电能，再利用电能加热自然水。这种间接的加热方式大大增加了中间过程的能量损失(专利号205729099)。同时结构十分复杂，限制了其实际应用。

目前，太阳能饮水机只能对自然水进行处理，不能对海水、污水等杂质水进行净化，极大限制了应用的区域。太阳能光热水蒸发能吸收太阳光并转化为热能,加热水体,使其发生液气相变转化为蒸汽进行净化，蒸汽冷凝后收集的水分即为纯净水。为提高水蒸发的效率，目前是添加界面水蒸发器进行蒸发，使热能加热水和空气的界面。然而，目前的界面水蒸发器对于太阳光的吸收有限，不能充分利用太阳光，这也将限制了水蒸发的效率。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。通过结构创新和艺术设计，设计了一种新型多功能自足性的饮水机装置。并对该饮水机装置进行功能化分区。采用光伏板将太阳能转换为电能，并采用动力设备将海水、污水等水源泵送至水净化区域，在蜂窝界面蒸发器驱动下产生水蒸气，在盖板冷凝后经过光伏板背面的铜管加热并送至水箱储存，经过出水口即可获得适温的纯净水。本专利应用范围较广，能够对海水、污水、雨水等各类水源进行净化和保温。并且整体结构简单、能源利用率高，产生纯净水速率快，且能实现独立且连续工作，无需人工处理，可广泛应用于景区、工厂等人口密集和水资源短缺的区域。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机主要分为四个模块：太阳能光伏供电模块、太阳能海水淡化模块、淡水储存模块和海水传输模块。太阳能发电模块主要由单晶硅太阳能电池板和蓄电池组成，利用电池板吸收太阳能转化为电能并储存在蓄电池中，蓄电池中电量用于输送海水和储水箱中淡水加热所需电能；太阳能界面海水淡化模块主要由界面蒸发器和有机玻璃盖板组成，利用界面蒸发器吸收海水产生清洁蒸汽，蒸汽到达透明玻璃盖板后冷凝并沿壁面进入导热管至储水箱储存；淡水储存区域用于储存淡化后的清洁水，下端有接水口便于饮用，同时可通过蓄电池电能加热淡水至室温；海水传输模块主要由水泵和铜管组成，能够在动力作用下将海水沿着管路输送到海水蒸发模块。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机主要包括光伏板、蓄电池、动力设备、蜂窝界面蒸发器、凸透镜盖板、导热导流铜管、储水箱等。其中，光伏板悬挂于饮水机三个侧面用于将太阳能转换为电能，用于为动力设备提供电能；动力设备放置于最下方与蓄电池相连，用于将污水、海水、雨水等输送至顶层，为蜂窝界面蒸发器提供水分来源。蜂窝界面蒸发器放置于储水箱上方的界面水蒸发系统中，通过毛细作用将水输送至表层并在太阳光作用下将水分快速蒸发净化。凸透镜盖板在最顶层并于导热铜管相连，用于水蒸气的冷凝收集和聚光。导热铜管放置于光伏板背面并于储水箱相连，在导流的同时利用光伏板背面散失的热量加热纯净水至适宜温度。储水箱放置于界面水蒸发系统的下方，将适温的纯净水保存起来供人饮用。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中光伏板悬挂在饮水机的三个侧面提高了空间利用率，光伏板将太阳能转换为电能后，将电能储存在蓄电池中用于为动力设备提供电力，此外，在夜晚无太阳光时，也可用于水分输送和照明。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中动力设备一端连接入水口将污水、海水、雨水等抽入，另一端连接一个储水罐，储水罐连接一排细导热铜管放置于光伏板的内侧，一方面细管的均匀排布节省了空间，另一方面，细管利用光伏板背面散失的热量加热，减少了液态水到水蒸气所需的热量，提高了水蒸发的效率。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中蜂窝界面蒸发器受到自然界蜂窝的启发。上半部分是正六边形的蜂窝阵列，这种阵列可由水凝胶、气凝胶、聚合物等材料结合光热材料构成。在太阳光进入阵列后有效将光子捕捉，使界面蒸发器的光吸收率接近100％，极大减少了折射和反射。每一阵列下方都有对应的纤维束，通过毛细作用将水分输送至阵列的表层并在太阳能的驱动下进行水蒸发。这种纤维束可由低导热率的玻璃纤维构成，在输送水的同时具有隔热的效果，减少了热量向下方水体的损失。这种纤维束可通过亲水处理设计成自下到上亲水性逐渐递减，这是因为输送到陈列表层的水分过高和过低都会造成热量的浪费，这种亲水性的梯度促成了毛细作用的梯度，在表层形成水膜，使供应水分蒸发所需要热量和太阳能转化的热量保持一致。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中凸透镜盖板倾斜角度为5°-10°，当水蒸气接触玻璃盖板时发生冷凝，并在重力作用下沿壁板流入下方的导流管。玻璃盖板上均匀分布着凸透镜阵列并与蜂窝界面蒸发器中的阵列对应，高强度和精准的聚光极大提高了水蒸发净化的效率。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中导流管连接上方的玻璃盖板，均匀排布于光伏板背面，可选择导热性较高的铜管。饮水机可以进行导流管的长度和流道设计，以此控制纯净水加热的温度保持到35℃左右，如可设计成弯曲的蛇形流道。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。其中储水箱与导流管相连且具有保温功能，将温度适宜的纯净水储存起来。储水箱下方有出水口可共人们直接饮用。

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机。该发明主要创新点包括：(1)本专利功能完善充足，清洁环保。利用太阳能充足供应电量和淡水，并将盈余淡水储存起来。该饮水机结构简单、易于拆装、质地坚硬、不易腐蚀。能够同时具有供水、供电防腐蚀、易拆装等多功能性。(2)该饮水机集成了太阳能光伏发电技术和太阳能光热界面海水淡化技术于一体，能够自给自足，不需要额外动力。利用太阳能为驱动力，不消耗额外能量。预计每天可供应淡水20Kg左右，供电15度左右。集产生电力、输送海水、淡化海水、收集淡水，加热淡水功能为一体。饮水机内部器件协调工作，能够实现自给自足。(3)提出了一种蜂窝界面蒸发器，能够充分吸收太阳光并能精准供应水分，极大提高了水蒸发净化的效率，并在玻璃盖板上添加凸透镜阵列并与蜂窝阵列对应，通过有效聚光提高了水蒸发净化的速率；(4)在光伏板背面添加导热铜管设计对光伏板散失的热量进行了再利用，提高水蒸发效率同时也减少了能量浪费。

本发明应用范围较广，能够对海水、污水、雨水等各类水源进行净化和保温，并且能实现独立、连续工作，无需人工处理，可广泛应用于景区、工厂等人口密集和水资源短缺的区域。

附图说明

图1为本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机整体结构示意图。

图2为本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机内部结构示意图。

图3为本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机海水输送模块示意图。

图4为本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机蜂窝界面蒸发器示意图。

图中：1-光伏发电模块，2-海水淡化模块，3-淡水储存模块，4-海水输送模块，5-凸透镜，6-玻璃盖板，7-支撑板，8-导流管，9-光伏板，10-蓄电池，11-上传感器一，12-上传感器二，13-蜂窝界面蒸发器，14-下传感器一，15-下传感器二，4-1-导热导流铜管，4-2-海水分流管，4-3-动力设备，4-4-吸水管，13-1蜂窝光热转换区域。13-2-蜂窝水输送区域。

具体实施方式

本发明一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机分为光伏发电模块1、海水淡化模块2、淡水储存模块3和海水输送模块4四个模块，见图1所示。具体零件包括凸透镜5、玻璃盖板6、支撑板7、导流管8、光伏板9、蓄电池10、上传感器一11、上传感器二12、蜂窝界面蒸发器13、下传感器一14和下传感器二15，如图2所示；海水输送模块4包括导热导流铜管4-1、海水分流管4-2、动力设备4-3和吸水管4-4，如图3所示；蜂窝界面蒸发器13包括蜂窝光热转换区域13-1和蜂窝水输送区域13-2，如图4所示。其中光伏板9悬挂于饮水机三个侧面，高度为200cm左右，以保证接水口距离地面80cm左右，方便人们接水。安装凸透镜5的玻璃盖板6的倾斜角度为5-10°，保证水滴沿壁面流向导流管8。

本设计旨在设计一种利用太阳能海水淡化供应纯净水的全自动饮水机，具体工作流程如下：光伏板9将太阳能转换为电能，并将电能储存在蓄电池10；蒸发室中水位低于上传感器二12时，触发水泵4-3通过吸水管4-4将海水抽入海水蒸发室3，流动过程中光伏板散失的热量通过铜管4-1传递至海水预加热；当水位高于上传感器一11时，触发水泵4-3停止供应水即完成一个循环；随着水位的上升，蜂窝太阳能界面蒸发器13在浮力作用漂浮起来，并吸收太阳能转化为热能，由于凸透镜5与蜂窝单体10-1对焦，此时光热转换效率极高。加热海水产生的水蒸气到达玻璃盖板6上冷凝形成水滴，并沿着壁面流入导热短铜管8，蒸发水在导热铜管8流动并最终流入保温储水箱3，同时蒸发水流动过程中光伏板散失热量对其进行加热；随后纯净水即可通过接水口供人饮用；随着水蒸发进行，当水位低于上传感器二12时将再次触发动力设备供应水源进行下一次循环，以保证纯净水的持续产生。此外，当水位到达下传感器一14时装置停止工作，同时水位到达下传感器二15时饮水机出现缺水提示来提醒居民。

Claims (5)

1.一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，其特征在于：主要分为四个模块：太阳能光伏供电模块、太阳能海水淡化模块、淡水储存模块和海水传输模块，太阳能发电模块主要由单晶硅太阳能电池板和蓄电池组成，利用电池板吸收太阳能转化为电能并储存在蓄电池中，蓄电池中电量用于输送海水和储水箱中淡水加热所需电能；太阳能界面海水淡化模块主要由界面蒸发器和有机玻璃盖板组成，利用界面蒸发器吸收海水产生清洁蒸汽，蒸汽到达透明玻璃盖板后冷凝并沿壁面进入导热管至储水箱储存；淡水储存区域用于储存淡化后的清洁水，下端有接水口便于饮用，同时可通过蓄电池电能加热淡水至室温；海水传输模块主要由水泵和铜管组成，能够在动力作用下将海水沿着管路输送到海水蒸发模块，四个模块主要包括的零件有光伏板、蓄电池、动力设备、蜂窝界面蒸发器、凸透镜盖板、导热铜管和储水箱；光伏板悬挂于饮水机三个侧面用于将太阳能转换为电能，用于为动力设备提供电能；动力设备放置于最下方与蓄电池相连，用于将污水、海水、雨水输送至顶层，为蜂窝界面蒸发器提供水分来源；蜂窝界面蒸发器放置于储水箱上方的界面水蒸发系统中，通过毛细作用将水输送至表层并在太阳光作用下将水分快速蒸发净化；凸透镜盖板在最顶层并于导热铜管相连，用于水蒸气的冷凝收集和聚光；导热铜管放置于光伏板背面并于储水箱相连，在导流的同时利用光伏板背面散失的热量加热纯净水至适宜温度；储水箱放置于界面水蒸发系统的下方，将适温的纯净水保存起来供人饮用。

2.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，其特征在于：动力设备一端连接入水口将污水、海水、雨水抽入，另一端连接一个储水罐，储水罐连接一排细导热铜管放置于光伏板的内侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，其特征在于：凸透镜盖板倾斜角度为5°-10°，凸透镜盖板由凸透镜和玻璃盖板组成，玻璃盖板上均匀分布着凸透镜阵列并与蜂窝界面蒸发器中的阵列对应。

4.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，其特征在于：导流管连接上方的凸透镜盖板的玻璃盖板，均匀排布于光伏板背面。

5.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝仿生蒸发器的太阳能饮水机，其特征在于：储水箱与导流管相连且具有保温功能，将温度适宜的纯净水储存起来，储水箱下方有出水口可共人们直接饮用。

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