CN221588182U - 一种太阳能海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能海水淡化装置，包括吸收太阳辐射的光热转换过程为基础的界面蒸发子系统、将料液输送到光热转换界面的料液输运子系统、回收蒸汽潜热的冷凝子系统、进行太阳能蓄热和蒸汽冷凝潜热蓄热的相变蓄热子系统。本实用新型利用光热转换界面吸收太阳辐射能，通过料液输运子系统将料液输运到光热转换界面，料液被加热进行界面蒸发；相变蓄热子系统中的第一相变蓄热材料块储存蒸汽冷凝潜热，用于加热料液，第二相变蓄热材料块白天储存太阳能，在夜晚向界面蒸发子系统输入热量；最终蒸发出的所有蒸汽通过冷凝子系统凝结成产品淡水。本实用新型可以储存太阳能的热量，进而实现夜间同样可以界面蒸发淡化海水，提高了工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种太阳能海水淡化装置。
背景技术
淡化含盐海水是满足淡水需求的有效技术。从古至今，海水淡化技术不断创新。目前，最主要的海水淡化工艺有反渗透、膜蒸馏和多效蒸馏等，这些工艺都依赖于化石燃料。化石燃料对环境造成的污染以及全球面临的能源危机，凸显了在海水淡化领域使用可再生能源的必要性。太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久等优势，将太阳能应用到海水淡化系统中，为系统供能进而获取淡水，是应对淡水资源短缺、解决环境问题、实现可持续发展的有效途径。
太阳能蒸馏技术自古以来就用来产淡水，但大多数现有的太阳能蒸汽产生系统，涉及使用光学聚光器加热水，由于加热大量水导致较大的热损失，效率很低。海水蒸发时，将热量限制在空气/水界面(即蒸发表面)被认为是一种非常有前途的方法，可以提高蒸发效率和淡水产量。通过蒸发表面的热局部化产生蒸汽涉及表面的大量光吸收、太阳光的光热转换、将热量限制在蒸发表面以及将海水输送到热局部化层以进行有效地蒸发，最后再将蒸汽冷凝为淡水，最终实现盐水的高效分离。太阳能是间歇式能源，夜晚没有太阳光或者太阳光照强度弱时，太阳能海水淡化装置将停止工作，导致现有太阳能界面蒸发技术对太阳能的利用效率较低，影响海水淡化效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种太阳能海水淡化装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够界面蒸发淡化海水，同时储存太阳能的热量，进而实现夜间同样可以界面蒸发淡化海水，提高了工作效率。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种太阳能海水淡化装置，包括：
壳体，其一侧设有进液口，所述壳体内能够储存料液；
界面蒸发子系统，其用于吸收太阳辐射能，并加热料液；
料液输运子系统，用于将储存的料液输送到光热转换界面；
冷凝子系统，用于将光热转换界面处的料液蒸发形成的蒸汽冷凝，形成淡水；
相变蓄热子系统，能够进行太阳能蓄热和蒸汽冷凝潜热蓄热，且所蓄热能用于夜间加热料液。
可选的，所述光热转换界面包括涂覆于所述料液输运子系统上表面的第一光热转换层，所述第一光热转换层上方设有透明盖板，所述透明盖板固定设置于所述壳体的顶部开口处。
可选的，所述料液输运子系统包括吸水基底，所述吸水基底下表面与所述壳体内储存的料液接触，所述吸水基底上表面设有所述光热转换界面。
可选的，所述冷凝子系统包括冷凝板，所述冷凝板环设于所述光热转换界面外侧，用于冷凝蒸气产生淡水，所述冷凝板外接有第一出水口，能够输送冷凝产生的淡水。
可选的，所述相变蓄热子系统包括第一相变蓄热材料块和第二相变蓄热材料块，所述第一相变蓄热材料块固定设置于所述冷凝子系统下侧，用于吸收并存储所述冷凝子系统的冷凝潜热；所述第二相变蓄热材料块环设于所述第一相变蓄热材料块外侧，所述第二相变蓄热材料块上表面设有第二光热转换层，所述第二光热转换层用于吸收太阳光转换为热量后，传递给所述第二相变蓄热材料块储存；所述第一相变蓄热材料块和第二相变蓄热材料块下端均与所述壳体内储存的料液接触。
可选的，所述壳体上部的内侧壁上设有淡水收集槽，所述淡水收集槽顶部开口，用于收集透明盖板下表面处冷凝形成的淡水；所述淡水收集槽外接有第二出水口。
可选的，所述壳体包括冷凝子系统壳体，所述冷凝板设置于所述冷凝子系统壳体上，所述冷凝子系统壳体内壁上设有淡水收集槽，所述淡水收集槽与所述第一出水口连接。
可选的，所述冷凝板高度不同，且所述冷凝板靠近所述淡水收集槽一侧的高度低于其他位置处的高度。
可选的，还包括保温层，所述保温层包覆于所述壳体外部。
可选的，所述吸水基底包括多孔海绵，所述光热转换界面包括覆盖在所述多孔海绵上表面的疏水光热转换涂层。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型利用高效的界面蒸发子系统吸收太阳辐射能，通过料液输运子系统将料液输运到光热转换界面，料液在光热转换界面被加热进行界面蒸发；相变蓄热子系统中的第一相变蓄热材料块储存蒸汽冷凝潜热，用于加热料液，第二相变蓄热材料块白天储存太阳能，在夜晚向界面蒸发子系统输入热量；最终蒸发出的所有蒸汽通过冷凝子系统凝结成产品淡水；本实用新型性价比较高，生产规模可有机组合，适应性好，投资相对较少，产水成本低，可应用于能源紧缺、环保要求高的地区，例如海岛等，从工业用途可扩大至荒岛求生及海上求生，具备淡水供应市场较强的竞争力和广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型太阳能海水淡化装置结构示意图；
图中：1-透明盖板，2-第一光热转换层，3-吸水基底，4-冷凝板，5-第一相变蓄热材料块，6-第二光热转换层，7-第二相变蓄热材料块，8-第一出水口，9-淡水收集槽，10-第二出水口，11-保温层，12-海水储存区，13-壳体，14-进液口。
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。
本实用新型的目的是提供一种太阳能海水淡化装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够界面蒸发淡化海水，同时储存太阳能的热量，进而实现夜间同样可以界面蒸发淡化海水，提高了工作效率。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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的说明。
太阳能是间歇式能源，夜晚没有太阳光或者太阳光照强度弱时，太阳能海水淡化装置将停止工作，所以蓄热材料与太阳能海水淡化装置的耦合应用就显得尤为重要，近年来，利用可相变材料储存热量(显热和潜热)已成为一种重要的储能技术，可相变蓄热材料具有单位体积储能量大、可变温度范围大和成本较低等优点。相变蓄热材料的利用取决于其相变温度，在热量回收储存的过程中，应用装置所需的温度必须与其相变温度所匹配，基于此本实用新型设计了一种太阳能海水淡化装置，主要包含四个子系统，第一个是以高效吸收太阳辐射的光热转换过程为基础的界面蒸发子系统；第二个是能够将料液输送到光热转换材料表面的料液输运子系统；第三个是能够高效回收蒸汽潜热的冷凝子系统；第四个是能够进行太阳能蓄热和蒸汽冷凝潜热蓄热的相变蓄热子系统。系统的基本工作原理为：利用高效的光热转换界面吸收太阳辐射能，通过料液输运子系统将料液输运到光热转换界面，料液在光热转换界面被加热进行界面蒸发；相变蓄热子系统中的第一相变蓄热材料块储存蒸汽冷凝潜热，用于加热料液，第二相变蓄热材料块白天储存太阳能，在夜晚向界面蒸发子系统输入热量；最终蒸发出的所有蒸汽通过冷凝子系统凝结成产品淡水。
于一具体实施例中，如图1所示，本实用新型结构包括一个大的壳体13，其一侧设有进液口14，壳体13内设有海水储存区12，能够储存料液，即海水；光热转换界面包括涂覆于料液输运子系统上表面的第一光热转换层2，第一光热转换层2上方设有透明盖板1，透明盖板1固定设置于壳体13的顶部开口处。料液输运子系统包括吸水基底3，吸水基底3下表面与壳体13内储存的料液接触，第一光热转换层2设于吸水基底3上表面。冷凝子系统包括冷凝板4，冷凝板4环设于第一光热转换层2外侧，用于冷凝蒸气产生淡水，冷凝板4外接有第一出水口8，能够输送冷凝产生的淡水。相变蓄热子系统包括第一相变蓄热材料块5和第二相变蓄热材料块7，第一相变蓄热材料块5固定设置于冷凝子系统下侧，用于吸收并存储冷凝子系统的冷凝潜热；第二相变蓄热材料块7环设于第一相变蓄热材料块5外侧，第二相变蓄热材料块7上表面设有第二光热转换层6，第二光热转换层6用于吸收太阳光转换为热量后，传递给第二相变蓄热材料块7储存；第一相变蓄热材料块5和第二相变蓄热材料块7下端均与壳体13内储存的料液接触。
工作时，太阳光透过透明盖板1照射在第一光热转换层2和第二光热转换层6上表面，第一光热转换层2吸收太阳光后转化为热量，加热通过吸水基底3结构输运到第一光热转换层2上的海水，海水受热蒸发产生高温水蒸气，绝大部分高温水蒸气主动流向周围冷凝板4所在区域(低温区对应的饱和蒸气压低)，在冷凝板4外冷凝后被收集，避免了大量水蒸气在透明盖板1冷凝后产生大量小液滴对透光的影响，可充分利用太阳光，同时将冷凝潜热通过冷凝板4传到给第一相变蓄热材料块5，将热量储存起来，没有太阳光或者太阳光照强度弱时将热量释放出来，为系统提供热量，保证海水淡化装置持续运行，提升淡水产量和能量利用率；一小部分水蒸气在透明盖板1下侧冷凝后流入淡水收集槽9后被收集，实现盐水分离；在正常蒸发的同时，第二相变蓄热材料块7上侧的第二光热转换层6吸收太阳光后转换为热量，传递给第二相变蓄热材料块7储存起来，没有太阳光或者太阳光照强度弱时将热量释放出来，为系统提供热量，保证海水淡化装置持续运行，提升淡水产量和能量利用率。上述相变蓄热材料储存的热量可在没有太阳光或者太阳光照强度弱时释放出来，为系统提供热量，保证海水淡化装置持续运行，提升淡水产量和能量利用率，本实用新型与不利用相变的装置相比，理论上淡水产量可提升至少40％。
为了避免热量损失，因此本实用新型在壳体13外部包覆有保温层11，为了收集透明盖板1下表面处冷凝形成的淡水，因此在壳体13上部的内侧壁上设有淡水收集槽9，淡水收集槽9顶部开口，透明盖板1下表面处冷凝形成的淡水会落入淡水收集槽9内；该处的淡水收集槽9外接有第二出水口10，进而将收集的淡水输送出去。
为了固定冷凝子系统，因此本实施例中，壳体13内还包括冷凝子系统壳体，冷凝板4设置于冷凝子系统壳体上，从而使得冷凝板4固定，同时冷凝子系统壳体内壁上同样设有淡水收集槽9，此处的淡水收集槽9与第一出水口8连接，便于收集冷凝板4处冷凝的淡水，为了避免冷凝板4处的淡水到处流动，收集不便，因此本实施例将冷凝板4高度设置的并不相同，且冷凝板4靠近淡水收集槽9一侧的高度低于其他位置处的高度，从而淡水会汇聚于该淡水收集槽9处，提高淡水收集效率。
于一具体实施例中，为了实现更好的吸水性能，使得壳体13内的海水运输更顺畅，因此吸水基底3采用多孔海绵，多孔海绵优选包括聚乙烯醇海绵、密胺海绵或聚氨酯海绵，更优选为聚乙烯醇海绵或聚氨酯海绵；聚氨酯海绵优选为三聚氰胺海绵；多孔海绵的孔隙率优选为80～99％，更优选为80～90％，内部孔径分布优选为40～180μm，更优选为60～180μm。在本实用新型实施例中，聚乙烯醇海绵的孔隙率为80.4％，内部孔径分布为60～155μm；三聚氰胺海绵的孔隙率为98.8％，内部孔径分布为60～180μm。本实用新型对多孔海绵的来源没有特殊限定，采用本领域熟知来源的多孔海绵即可。光热转换界面包括覆盖在多孔海绵上表面的疏水光热转换涂层，疏水光热转换涂层包括由疏水聚合物形成的膜和分散在膜中的光热转换物质；光热转换物质包括多壁碳纳米管、纳米石墨粉、聚多巴胺、石墨烯和聚吡咯中的一种或几种；多壁碳纳米管的直径优选为3～15nm；长度优选为15～30μm。本实用新型对多壁碳纳米管的壁厚没有特殊限定，采用本领域熟知壁厚的多壁碳纳米管即可。
本实用新型疏水聚合物优选包括聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氨酯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或几种，更优选为聚二甲基硅氧烷；当疏水聚合物为上述几种时，本实用新型对不同种类疏水聚合物的配比没有特殊限定，任意配比即可。在本实用新型中，光热转换物质和疏水聚合物的质量比优选为0.5～3:1，更优选为1～2:1。在本实用新型中，疏水光热转换涂层的厚度优选为0.5～5mm，更优选为1mm。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括：
壳体，其一侧设有进液口，所述壳体内能够储存料液；
界面蒸发子系统，其用于吸收太阳辐射能，并加热料液；
料液输运子系统，用于将储存的料液输送到光热转换界面；
冷凝子系统，用于将光热转换界面处的料液蒸发形成的蒸汽冷凝，形成淡水；
相变蓄热子系统，能够进行太阳能蓄热和蒸汽冷凝潜热蓄热，且所蓄热能用于夜间加热料液。
2.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述光热转换界面包括涂覆于所述料液输运子系统上表面的第一光热转换层，所述第一光热转换层上方设有透明盖板，所述透明盖板固定设置于所述壳体的顶部开口处。
3.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述料液输运子系统包括吸水基底，所述吸水基底下表面与所述壳体内储存的料液接触，所述吸水基底上表面设有所述光热转换界面。
4.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝子系统包括冷凝板，所述冷凝板环设于所述光热转换界面外侧，用于冷凝蒸气产生淡水，所述冷凝板外接有第一出水口，能够输送冷凝产生的淡水。
5.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述相变蓄热子系统包括第一相变蓄热材料块和第二相变蓄热材料块，所述第一相变蓄热材料块固定设置于所述冷凝子系统下侧，用于吸收并存储所述冷凝子系统的冷凝潜热；所述第二相变蓄热材料块环设于所述第一相变蓄热材料块外侧，所述第二相变蓄热材料块上表面设有第二光热转换层，所述第二光热转换层用于吸收太阳光转换为热量后，传递给所述第二相变蓄热材料块储存；所述第一相变蓄热材料块和第二相变蓄热材料块下端均与所述壳体内储存的料液接触。
6.根据权利要求2所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述壳体上部的内侧壁上设有淡水收集槽，所述淡水收集槽顶部开口，用于收集透明盖板下表面处冷凝形成的淡水；所述淡水收集槽外接有第二出水口。
7.根据权利要求4所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述壳体包括冷凝子系统壳体，所述冷凝板设置于所述冷凝子系统壳体上，所述冷凝子系统壳体内壁上设有淡水收集槽，所述淡水收集槽与所述第一出水口连接。
8.根据权利要求7所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝板高度不同，且所述冷凝板靠近所述淡水收集槽一侧的高度低于其他位置处的高度。
9.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，还包括保温层，所述保温层包覆于所述壳体外部。
10.根据权利要求3所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述吸水基底包括多孔海绵，所述光热转换界面包括覆盖在所述多孔海绵上表面的疏水光热转换涂层。
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| CN202323419779.4U CN221588182U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种太阳能海水淡化装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323419779.4U CN221588182U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种太阳能海水淡化装置 |
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| CN221588182U true CN221588182U (zh) | 2024-08-23 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202323419779.4U Active CN221588182U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种太阳能海水淡化装置 |
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-
2023
- 2023-12-15 CN CN202323419779.4U patent/CN221588182U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |