CN216711618U - 一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，包括壳体，设有于壳体内部的输水基柱，及设于壳体上端的透明罩；所述输水基柱的上端位于透明罩内，以使光线能透过透明罩照射至输水基柱上；所述壳体下端设有开口，所述输水基柱下端设置于开口处，以使输水基柱与海水接触；所述输水基柱的外侧设置有用于加速液体汽化的蒸发结构；所述输水基柱为凹凸棒气凝胶制成。

Description

一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及海水淡化设备技术领域，更具体地说是一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置。

背景技术

随着经济的发展、人口的增加，地球上的淡水资源越来越匮乏，已经满足不了人类的发展需求。海洋为地球上最大的水资源，但是海水的盐分过高，不适合人类的直接利用，所以海水淡化成人类利用海水的最佳途径。

现有的海水淡化装置，结构比较复杂，并且需要消耗大量的能源来实现海水淡化，不符合碳中和要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，包括壳体，设有于壳体内部的输水基柱，及设于壳体上端的透明罩；所述输水基柱的上端位于透明罩内，以使光线能透过透明罩照射至输水基柱上；所述壳体下端设有开口，所述输水基柱下端设置于开口处，以使输水基柱与海水接触；所述输水基柱的外侧设置有用于加速液体汽化的蒸发结构；所述输水基柱为凹凸棒气凝胶制成。

其进一步技术方案为：所述蒸发结构包括光热层；所述光热层设置于输水基柱的表面。

其进一步技术方案为：所述光热层为石墨烯层、氮氧化钛层、氧化石墨烯层或凹凸棒气凝胶表面层。

其进一步技术方案为：所述壳体外侧设置有浮体。

其进一步技术方案为：所述透明罩内部且位于输水基柱的上方设置有凸透镜，以使光线聚集至蒸发结构上。

其进一步技术方案为：所述输水基柱与壳体之间形成有水槽，以用于盛装凝结的蒸馏水；所述水槽一侧设有出水口。

其进一步技术方案为：所述壳体的上端设置有喇叭状的聚光罩；所述透明罩设置于聚光罩的上端。

其进一步技术方案为：还包括冷凝组件；所述冷凝组件包括设置于浮体的太阳能板，设置于壳体壁上的半导体制冷片，及设置于浮体内部的电池、电路板；所述半导体制冷片的一工作端位于壳体内侧，另一工作端位于壳体外侧。

其进一步技术方案为：所述壳体设置有安装孔；所述输水基柱可拆卸式连接于安装孔内。

其进一步技术方案为：所述壳体下端位于开口处设置有过滤网。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过材质为凹凸棒气凝胶的输水基柱的特性对海水进行输送，通过光线对蒸发结构的照射，使得水汽蒸发并且在壳体内部凝结，实现海水的淡化。本装置具有制造方便，蒸发效率高，绿色环保，具有很大的市场前景。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的立体视图；

图2为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的内部结构图；

图3为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的剖视图；

图4为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的另一实施例内部结构图；

图5为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的另一实施例立体视图；

图6为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的带有聚光罩的示意图；

图7为本实用新型的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置的另一实施例剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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说明。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

图1至7为本实用新型的附图。

一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，如图1所示，包括壳体10，设有于壳体10内部的输水基柱20，及设于壳体10上端的透明罩30。输水基柱20的上端位于透明罩30内，以使光线能透过透明罩30照射至输水基柱20上。壳体10下端设有开口11，所述输水基柱20下端设置于开口11处，以使输水基柱20与海水接触。输水基柱20的外侧设置有用于加速液体汽化的蒸发结构21。输水基柱20下端通过壳体10的开口与海水接触，使得输水基柱20能够将水分输送至上端，在通过蒸发结构21将水分蒸发到壳体10内部。壳体10为封闭式的，使得输水基柱20上方的蒸发结构21的水分能蒸发到壳体10内侧并且凝结成水珠。透明罩30可以为塑料、玻璃等，光线能够穿过透明罩30照射在蒸发结构21上，提供能量给蒸发结构21，加快蒸发速度。

如图2所示，蒸发结构21包括设置在输水基柱20之间的光热层211。光热层211设置于输水基柱20的表面。优选的，光热层211设置在输水基柱20的上端面，使得光照能够直接对光热层211照射，以便光热层211能够充分的吸收能量。在工作时，由于光热层211为特殊材料具有吸收能量的作用，所以光热层211表面的形成水膜层，加快水分的蒸发。

优选的，输水基柱20为凹凸棒气凝胶。凹凸棒为主要成分，纳米纤维素为骨架，通过聚乙烯醇和戊二醛的醛醇缩合反应得到具有高机械强度的定向排列结构气凝胶，最后将聚吡咯喷涂在该气凝胶的上表面，构建光热转换层，形成所述的凹凸棒气凝胶。凹凸棒气凝胶具有高光吸收、低导热性、超亲水性，在纯水中具有高效的蒸发速率(蒸发速率达到1.41kg m^-2h^-1)以及优异的能量转换效率(能量转换效率达到87.6％)。此外，凹凸棒气凝胶还具有刚性结构、耐酸耐碱性的优点和优异的环境稳定性以及定向排列结构设计，即使在高浓度盐水、酸溶液、碱溶液、热水等恶劣环境中，该气凝胶也能保持高效稳定的蒸发性能。

其中，凹凸棒气凝胶本体，即不包括外面的聚吡咯，具有一定的低导热性和超亲水性，所以使得水分能够从内部的毛细管不断的向上送水，在上端形成表面水膜。

在其他实施例中，蒸发结构21为输水基柱20的端面结构，无需设置光热层211，光线直接对输水基柱20进行照射，虽然吸收能量不如设有光热层211效果好，但是制造成本低。因为输水基柱20的材质为凹凸棒气凝胶，聚吡咯喷涂层本来就有光热转换功能。输水基柱20上端为平面结构，在吸收热量后，形成界面蒸发的作用，在界面形成有利于蒸发的表面水膜。蒸发结构表面形成的表面水膜能够大大的提高了蒸发效率。

优选的，光热层211为石墨烯层。其中，石墨烯层称为“纳米黑金”，具有很强的吸收阳光并转化为热量的能力。石墨烯层吸收的热量能将输水基柱20的水分有效的蒸发，提高海水淡化的效率。

光热层211也可以为氮氧化钛层。具体在制造过程中，将氮氧化钛沉积在具有筛网孔的薄铜板上，然后固定在输水基柱20顶端，形成光热层211。氮氧化钛不仅具有较强的吸收光线能力，还具有很强的净化能力，能够去除壳体10内的污染物，使得淡化水达到饮用级别。

光热层211不断的吸收热量，提供给水分蒸发所需要的能量。由于输水基柱20上端的水分不断的蒸发，上下端的水分分布不均匀，形成拉力，使得下端的水分源源不断的往上端输送，填补蒸发掉的水分。

如图1至7所示，为了整个装置具有稳定性，壳体10外侧设置有浮体40。浮体40为泡沫、气囊、塑料、木材。本装置直接漂浮在水面上，在风吹、波浪等原因极有可能发生倾覆，所以在壳体10的外侧设置浮体40。浮体40的体积根据实际需要、工作环境等因素来决定，比如在海浪比较大的环境下，浮体40的体积就需要比在静态水的体积大。

如果浮体40为气囊的，在一侧设置有充气口，在使用时用来对气囊充气；在不使用时，气囊放掉气体，方便在储藏和运输。

在其他实施例中，如图4所示，为了能够将光线能够比较集中，在透明罩30内部且位于输水基柱20的上方设置有凸透镜31，以使光线聚集至蒸发结构21上。凸透镜31通过支架固定在透明罩30或壳体10上，位于输水基柱20上方，能够将透过透明罩30的光线聚集到输水基柱20上的蒸发结构21上。凸透镜31位于凸透镜31中心位置与焦距的中间位置上，这样使得透过凸透镜31的光线投射在蒸发结构21不是一个斑点，而是一光面。凸透镜31照射在蒸发结构21的光面，能够使得蒸发结构21能均匀吸收光线。本实施例可以与本申请的其他实施例相结合。

在其他实施例中，如图5所示，透明罩30整体为凸透镜结构或者透明罩30顶部位置设置凸透镜31。在透明罩30顶部设置凸透镜31可以为在透明罩30内壁上固定一个凸透镜，或透明罩30的顶部一体式形成有凸透镜31。本实施例可以与本申请的其他实施例相结合。

如图3、7所示，输水基柱20与壳体10之间形成有水槽12，以用于盛装凝结的蒸馏水。水槽12一侧设有出水口13，用于与连接管连接，能够将凝结的液体水排出。水槽12位于壳体10的下部，蒸发结构21蒸发的水分在壳体10内部凝结后靠自身的重力，在水槽12处收集。

优选的，水槽12的上方设有隔板14，以防止蒸馏水的再次蒸发。隔板14上设置多个小孔，凝结的水珠能够从小孔流进水槽12。隔板14将上方蒸发空间与水槽12隔开，避免了水槽12内的液态水继续蒸发。

由于输水基柱20具有亲水、吸水的特性，在使用久之后，存在堵塞、老化等现象，需要对输水基柱20进行更换。为了更换方便，壳体10设置有安装孔16。输水基柱20可拆卸式连接于安装孔16内。输水基柱20可以从壳体10下部安装至壳体10内，也可以将透明罩30拆开，输水基柱20从壳体10的上方安装至安装孔16。

优选的，输水基柱20与壳体10之间设置有密封圈。输水基柱20与壳体10需要密封设计，密封圈能有效的防止海水从两者的缝隙流进水槽12内。密封圈可以为多个，增加密封的有效性。

另外的，除了密封圈方式的密封，输水基柱20与壳体10之间还可以通过螺纹密封。安装孔16设置能起到密封作用的螺纹，输水基柱20外侧设置有匹配的螺纹，安装后具有密封效果。为了达到更好的密封效果，可以同时使用螺纹密封与密封圈密封。

为了方便加工、安装等，输水基柱20下部设置有安装壳19。凹凸棒气凝胶设置在安装壳19内，并且安装壳19为两端开口的筒状结构，凹凸棒气凝胶两端均能外露。安装壳19外侧设置有与安装孔16连接的螺纹。

更加具体的，如图3所示，在壳体10的安装孔16上设置有朝向透明罩30方向的延伸筒状部17。筒状部17的上边缘至少位于浮体40的下边缘的上方，即筒状部17的上边缘高于浮体40的下边缘，这样使得筒状部17上边缘高于水面，保证海水不会从安装孔16渗透到水槽12中。

其中，输水基柱20露出筒状部17上端，即筒状部17未全部包住输水基柱20。露出上面的那部分输水基柱20就形成了冷蒸发面，从而使得输水基柱20能够从环境中吸取能量。由于，输水基柱20为凹凸棒气凝胶，该气凝胶具有一定的低导热特性、超亲水特性，所以不仅能够减少上端蒸发结构21热量的往海水传导，还由于具有冷蒸发表面，使得输水基柱20从环境、水中吸收能量，增加输水基柱20表面蒸发的效率。

其中，如图1至7所示，为了保护装置的下端免受损坏和堵塞，壳体10下端位于开口11处的设置有过滤网18。优选的，在在过滤网18与输水基柱20之间设置有渗透膜，用于一定程度上阻止钠离子、镁离子、氯离子等通过，避免在输水基柱20上析出氯化钠晶体，导致输水基柱20内的毛细管堵塞。

在其他实施中，如图6所示，壳体10的上端设置有喇叭状的聚光罩15。透明罩30设置于聚光罩15的上端。聚光罩15内部设置有反光层，对光线具有反射功能。聚光罩15的喇叭口向上，使得光线发射至输水基柱20的外侧。其中，在输水基柱20的外侧、上端均可以设置蒸发结构21，在充分利用光线的同时还提高蒸发的面积。

具体的，输水基柱20位于聚光罩15的中间，并且输水基柱20外侧、顶端均布蒸发结构21，聚光罩15内壁反射层反射的光线基本能够投影在输水基柱20外侧的蒸发结构21上，蒸发结构21的蒸发面积比设置在端部的大大提高，提高蒸发效率。

在其他实施中，如图7所示，本装置还包括冷凝组件50。本实施例中的冷凝组件50均可以与上述实施例结合。由于壳体10内是密闭空间，当内部空间的水汽蒸发饱和状态时，如果凝结速度过低，则不利于水汽进一步蒸发，影响蒸发和水淡化效率。冷凝组件50包括设置于浮体40的太阳能板51，设置于壳体10壁上的半导体制冷片52，及设置于浮体40内部的电池、电路板。半导体制冷片52的一工作端(即制冷端)位于壳体10内侧，另一工作端(即散热端)位于壳体10外侧。太阳能板51设置在浮体40的上端面，利用光能给电池供电，然后给半导体制冷片52输出电能。半导体制冷片52制冷端位于壳体10内，散热端位于壳体10外侧。半导体制冷片52尽量靠近壳体10的下部设置，这样能够利用海水对半导体制冷片52的散热端散热。半导体制冷片52的制冷端的温度较低，能够加速水汽的凝结，降低壳体10内的水汽饱和度，加速蒸发结构21的水汽蒸发。

优选的，半导体制冷片52位于壳体10内部的一工作端连接有冷凝板53。半导体制冷片52制冷端连接冷凝板53，增加冷却面积，加速壳体10内部水汽的液化速度。冷凝板53为铝板、铜板等导热性强的金属板、金属丝。

半导体制冷片52从太能电池板52处获得能量，位于壳体10内壁的制冷端将壳体10内的水汽液化成水珠，自动流至水槽12内。半导体制冷片52不断制冷，壳体10内的水汽浓度不断的降低，促进了输水基柱20的水分蒸发，提高整个系统的效率，在这过程仅利用了太阳能，绿色环保。

在其他实施中，输水基柱20上端的蒸发结构21与水面或者与开口11的距离为5至10cm，比较适合平静的水面，这个距离能够更好的利用冷蒸发面的作用，使得输水基柱20能够从环境中吸取能量(比如空气、海水)，增大蒸发效率。

与现有技术相比，本实用新型通过材质为凹凸棒气凝胶的输水基柱20的特性对海水进行输送，通过光线对蒸发结构21的照射，使得水汽蒸发并且在壳体10内部凝结，实现海水的淡化。本装置具有制造方便，蒸发效率高，绿色环保，具有很大的市场前景。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于：包括壳体，设有于壳体内部的输水基柱，及设于壳体上端的透明罩；所述输水基柱的上端位于透明罩内，以使光线能透过透明罩照射至输水基柱上；所述壳体下端设有开口，所述输水基柱下端设置于开口处，以使输水基柱与海水接触；所述输水基柱的外侧设置有用于加速液体汽化的蒸发结构；所述输水基柱为凹凸棒气凝胶制成。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发结构包括光热层；所述光热层设置于输水基柱的表面。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述光热层为石墨烯层、氮氧化钛层、氧化石墨烯层或凹凸棒气凝胶表面层。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述壳体外侧设置有浮体。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述透明罩内部且位于输水基柱的上方设置有凸透镜，以使光线聚集至蒸发结构上。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述输水基柱与壳体之间形成有水槽，以用于盛装凝结的蒸馏水；所述水槽一侧设有出水口。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述壳体的上端设置有喇叭状的聚光罩；所述透明罩设置于聚光罩的上端。

8.根据权利要求4所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，还包括冷凝组件；所述冷凝组件包括设置于浮体的太阳能板，设置于壳体壁上的半导体制冷片，及设置于浮体内部的电池、电路板；所述半导体制冷片的一工作端位于壳体内侧，另一工作端位于壳体外侧。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述壳体设置有安装孔；所述输水基柱可拆卸式连接于安装孔内。

10.根据权利要求1所述的一种太阳能界面蒸发增效式海水淡化装置，其特征在于，所述壳体下端位于开口处设置有过滤网。

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