CN220951277U - 一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，包括多条并排设置的界面蒸发器、透光冷凝顶盖、盐收集槽、盐水槽以及纯净水槽；所述界面蒸发器包括盐水容器、光热层、输水层和提盐滚轴；在太阳能界面蒸发器中构建非对称的供水和蒸发结构，促使水蒸发和盐析出在不同的位置，即可实现蒸汽产生和盐析出位点完全分开，在一个装置中就可以同步获得淡水和盐固体；本实用新型仅使用太阳能即可从海水、高盐废水等盐水中同步分离水盐，获取纯净水和盐固体，适用于海水淡化/提盐、盐湖淡化/提盐、高盐废水脱盐、污水净化领域等，有效提高了设备的普适性和经济性。

Description

一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置

技术领域

本实用新型属于太阳能海水淡化和脱盐技术领域，具体涉及一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置。

背景技术

目前，海水淡化和高盐废水脱盐是两种不同的工业流程，通过不同的设备分开实现。对于海水淡化，主要有两类技术：一类是热驱动蒸发技术，如低温多效蒸发等；另一类是压力驱动膜脱盐技术，如反渗透膜等。对于高盐废水脱盐，主要有三类技术，前两类与海水淡化相同，还有一种冷冻结晶。在“双碳”的背景下，这些技术受到能耗和环保等因素制约，一般用于大规模、集中式的盐水处理：一方面需要大量消耗高品位的热能或电能，分布地点高度依赖大型能源设施；另一方面是盐分污染设备的共性问题，配件需周期性更换及维护，还无可避免的产生高盐废水排放。因此，利用清洁能源进行海水淡化和脱盐，成为必然的选择。

太阳能海水淡化和提盐目前已经得到了应用。对于海水淡化，商业化的太阳能蒸馏器已能达到30～45％的太阳能转换效率。对于提盐/脱盐，目前主要靠自然晒盐。近年来，一种全新型的太阳能光热界面蒸发海水淡化技术，因具有高于80％的太阳能转换效率、数倍于自然蒸发的速率，成为海水淡化领域研究的热点。该界面蒸发技术与基于整体加热的太阳能蒸馏器不同，首先将少量的水与水体进行隔离，将光热能转换限制隔离在水的界面，仅该界面处的水被加热而蒸发，极大减少热量损失。该技术仅仅依靠太阳能即可源源不断地获取淡水，不仅适用于大规模、集中式的供水系统，同时也适合小型化、便携式装置。

目前报道的各类太阳能界面蒸发器普遍采用了矩形、圆形、圆锤等对称蒸发结构。对称结构一般具有对称的水盐输运性能，随着水分在光热界面汽化蒸发，水中的盐留在界面处析出，从而阻塞进一步蒸发。因此，该新技术同样面临盐分污染设备的问题。目前关于太阳能界面蒸发器的研究，主要集中在提高蒸发效率和抗盐污染上，通过优化设计使盐离子被动扩散回流，从而维持设备的稳定性。然而，这些抗盐污染的方案还是会导致高盐废水的产生。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，使用太阳能实现盐水中同步分离水盐，获取纯净水和盐固体。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，包括多条并排设置的界面蒸发器、透光冷凝顶盖、盐收集槽、盐水槽以及纯净水槽；

所述界面蒸发器包括盐水容器、光热层、输水层和提盐滚轴；用于吸收太阳光并转化为热量的光热层呈一定倾角设置在盐水容器上方，提盐滚轴与盐水容器平行设置在其一侧，输水层铺设于光热层下方，输水层一端伸长插入盐水容器中、另一端搭在提盐滚轴上，净水容器设置在提盐滚轴一侧；

倾斜设置的透光冷凝顶盖覆盖所有界面蒸发器上使其处于密封状态，用于盛放待处理的盐水的盐水槽通过盐水供水管路与盐水容器连通，净水容器收集来自透光冷凝顶盖顺流而下的纯净水，净水容器通过纯净水管路与纯净水槽连通；所述盐收集槽位于各界面蒸发器的提盐滚轴下方。

进一步，所述输水层形状与光热层一致，其一端伸出锯齿状梯形析盐处搭在提盐滚轴上。

进一步，所述输水层为亲水纤维布，其中的梯形析盐处上下底边长度比为(1：2)～(1：5)。

进一步，所述透光冷凝顶盖材质为具有高全光谱透过率的玻璃、塑料，面向界面蒸发器的内表面进行抗雾处理，透光冷凝顶盖倾斜角度随同光热层倾角。

进一步，所述光热层为具有光热效应的亲水透气纤维布，宽度为2～5cm，倾角呈10～30°。

进一步，所述提盐滚轴为耐盐腐蚀材料制成，直径为1～2cm。

进一步，所述透光冷凝顶盖的内表面进设置超亲水涂层、表面超亲水微纳结构或者超亲水膜。

进一步，所述盐水槽设置位置高于界面蒸发器并控制其中盐水液面不高于输水层的最低端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、现有的海水淡化和高盐废水脱盐是两种不同的工业，通过不同的设备分开实现。本实用新型将两者巧妙结合，在太阳能界面蒸发器中构建非对称的供水和蒸发结构，促使水蒸发和盐析出在不同的位置，即可实现蒸汽产生和盐析出位点完全分开，从而达到长效稳定蒸发。再通过冷凝收集蒸汽，即可同步获得纯净水和盐固体，在一个装置中就可以同步获得淡水和盐固体。本实用新型仅使用太阳能即可从海水、高盐废水等盐水中同步分离水盐，获取纯净水和盐固体，适用于海水淡化/提盐、盐湖淡化/提盐、高盐废水脱盐、污水净化领域等，有效提高了设备的普适性和经济性。

2、现有的各类太阳能界面蒸发器普遍采用了对称蒸发结构，同样面临盐分污染设备的问题，即使通过优化设计使盐离子被动扩散回流，还是会导致高盐废水的产生。本实用新型通过特殊的设计，使水蒸发和盐析出的位点完全分离，实现同步水盐分离提取，长效稳定工作。即出蒸汽就出盐，无需将盐水晒到饱和才开始析盐。同时避免了盐分对设备的侵蚀，且无需周期性更换易耗配件，极大降低了维护成本。

3、现有的太阳能界面蒸发器主要考虑淡化功能，并未详细考虑提盐功能。本实用新型的装置不仅能提盐，还是等比例提盐，即水盐的分离比例与原始浓度一致。蒸发水的质量和析出盐的质量符合原始盐水浓度，无高盐废水产生。

附图说明

图1是界面蒸发器的示意图；

图2是本实用新型太阳能光热界面蒸发水盐分离装置的示意图；

其中：1-界面蒸发器，2-透光冷凝顶盖，3-支架，4-盐收集槽，5-盐水槽，6-盐水供水管路，7-纯净水管路，8-纯净水槽，11-盐水容器，12-光热层，13-输水层，14-提盐滚轴，15-净水容器，16-固定器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图2所示，本实用新型的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，包括界面蒸发器1、透光冷凝顶盖2、支架3、盐收集槽4、盐水槽5、盐水供水管路6、纯净水管路7、以及纯净水槽8。

如图1所示，界面蒸发器1包括盐水容器11、光热层12、输水层13、提盐滚轴14、净水容器15、以及固定器16。

透光冷凝顶盖2覆盖整个界面蒸发器1使其处于密封状态，防止蒸汽逸出。材质为具有高全光谱透过率的钢化玻璃，面向界面蒸发器1的内表面进行超亲水膜覆盖抗雾处理，用于防止光的散射、保持透光度。整个透光冷凝顶盖2定在固定器16上，倾斜角20°。支架3支撑整个太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，固定每个部件的位置。多条界面蒸发器1平行铺满上方支架3。盐收集槽4位于支架3的中心，收集来自提盐滚轴14刮落的盐固体、以及可能产生的过饱和浓盐水。盐水槽5用于盛放待处理的盐水，材质为玻璃，放置位置略高于界面蒸发器1，依靠重力供水。盐水供水管路6连接盐水槽5和盐水容器11，盐水供水管路6材质为高分子材料，盐水从盐水槽5流经盐水供水管路进入盐水容器11，有计划地给盐水容器11供水，维持其液面不至于过低、也不高于输水层13的最低端。纯净水管路7连接净水容器15和纯净水槽8，将冷凝的纯净水收集。所述纯净水槽8用于盛放收集的纯净水。提盐滚轴14为不锈钢制成，直径为1.5cm，通过转动来刮取梯形析盐处的盐固体、以及引流可能产生的过饱和浓盐水到盐收集槽4中。

光热层12为具有光热效应的黑色棉布，宽度为4cm，光热层12吸收太阳光转化为热，呈20°倾角。盐水容器11中的盐水通过输水层13输运到光热层12的位置受热汽化蒸发。输水层13铺设于光热层12下方，形状与其一致，一端伸长插入盐水容器11，另一端伸出锯齿状梯形(上下底1：3)析盐处，搭在提盐滚轴14上，输水层13为椰壳布，其中的梯形析盐处的作用为增强马兰戈尼效应，使盐水输运到此处饱和析出。盐水容器11为玻璃制成，深度为10cm。净水容器15收集来自透光冷凝顶盖2顺流而下的纯净水，并通过连接纯净水管路7流到纯净水槽8中收集。固定器16将盐水容器11、提盐滚轴14、净水容器15、以及透光冷凝顶盖2的位置保持不动。

界面蒸发器1可有效实现蒸发和析盐位点分开，盐分在梯形析盐处结晶析出，透光冷凝顶盖2可有效冷凝回收纯净水。

本实用新型制造的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置能够将淡化和提盐两个工业相结合，仅使用太阳能即可从海水、高盐废水等盐水中同步分离水盐，获取纯净水和盐固体，应用于海水淡化/提盐、盐湖淡化/提盐、高盐废水脱盐、污水净化领域等。

各实施例的测试方法为：在自然太阳光条件下，1m²的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置至于空旷场所，对海盐溶液进行蒸发，连续24小时记录装置的产水量和产盐量。

Claims (8)

1.一种太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：包括多条并排设置的界面蒸发器(1)、透光冷凝顶盖(2)、盐收集槽(4)、盐水槽(5)以及纯净水槽(8)；

所述界面蒸发器(1)包括盐水容器(11)、光热层(12)、输水层(13)和提盐滚轴(14)；用于吸收太阳光并转化为热量的光热层(12)呈一定倾角设置在盐水容器(11)上方，提盐滚轴(14)与盐水容器(11)平行设置在其一侧，输水层(13)铺设于光热层(12)下方，输水层(13)一端伸长插入盐水容器(11)中、另一端搭在提盐滚轴(14)上，净水容器(15)设置在提盐滚轴(14)一侧；

倾斜设置的透光冷凝顶盖(2)覆盖所有界面蒸发器(1)上使其处于密封状态，用于盛放待处理的盐水的盐水槽(5)通过盐水供水管路(6)与盐水容器(11)连通，净水容器(15)收集来自透光冷凝顶盖(2)顺流而下的纯净水，净水容器(15)通过纯净水管路(7)与纯净水槽(8)连通；所述盐收集槽(4)位于各界面蒸发器(1)的提盐滚轴(14)下方。

2.如权利要求1所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述输水层(13)形状与光热层(12)一致，其一端伸出锯齿状梯形析盐处搭在提盐滚轴(14)上。

3.如权利要求2所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述输水层(13)为亲水纤维布，其中的梯形析盐处上下底边长度比为(1：2)～(1：5)。

4.如权利要求1、2或3所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述透光冷凝顶盖(2)材质为具有高全光谱透过率的玻璃、塑料，面向界面蒸发器(1)的内表面进行抗雾处理，透光冷凝顶盖(2)倾斜角度随同光热层(12)倾角。

5.如权利要求1、2或3所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述光热层(12)为具有光热效应的亲水透气纤维布，宽度为2～5cm，倾角呈10～30°。

6.如权利要求1、2或3所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述提盐滚轴(14)为耐盐腐蚀材料制成，直径为1～2cm。

7.如权利要求1、2或3所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述透光冷凝顶盖(2)的内表面进设置超亲水涂层、表面超亲水微纳结构或者超亲水膜。

8.如权利要求1、2或3所述的太阳能光热界面蒸发水盐分离装置，其特征在于：所述盐水槽(5)设置位置高于界面蒸发器(1)并控制其中盐水液面不高于输水层(13)的最低端。