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CN108658158A - 一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置 - Google Patents

一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能海水淡化技术，更具体的说是一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置。吸水布利用毛细力，通过吸水布将少量且定量的海水转移至固定位置，将光热转化所得到的一定热量集中供应给这部分海水，使其快速产生水蒸气，避免厚层海水及自然流动海水因对流和导热以及海水空间位置的转移而产生的较大的热损，从而实现热的高效利用；通过热量的转移和蒸汽发生位置与移动方向的定向，以薄铜板为分隔面，将光热转化和蒸汽的发生与冷凝进行分隔，避免蒸汽冷凝在自然太阳光输入方向所经过的双层玻璃封盖内表面，导致透光率明显降低；同时，将蒸汽的发生与冷凝集中在同一区域，通过对低温海水分布位置的设计，可实现少部分冷凝热的回收利用。

Description

一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置
技术领域
本发明涉及太阳能海水淡化技术，更具体的说是一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置。
背景技术
传统的太阳能海水淡化均是利用太阳能蒸发海水，来实现海水的蒸发，在之后利用收集装置收集富集的水蒸气进行淡水的收集处理。
传统太阳能海水淡化分为主动式海水淡化和被动式海水淡化，主动式海水淡化一般为盘式海水淡化装置，分为单级和多级，主动式一般是太阳能为介质加热，再用热介质为海水加热。
1、传统海水淡化方法的缺点
(1)热方法：耗能高，很多热海水需要排放；
(2)膜方法：膜比较敏感，易损坏，需要较为严格的预处理
2、传统太阳能海水淡化：
盘式太阳能海水淡化效率低，蒸发速率慢，且在收集过程中存在水蒸气收集与透光强度之间的矛盾。
3、主动式太阳能海水淡化：
主动式太阳能海水淡化需添加额外结构，一定程度上提升了效率，但装置结构复杂。
发明内容
本发明是提供一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，可以有效解决现有技术中普通盘式太阳能蒸馏器实现光热转化后热损失多，无冷凝影响透光的问题，吸水布利用毛细力，通过吸水布将少量且定量的海水转移至固定位置，将光热转化所得到的一定热量集中供应给这部分海水，使其快速产生水蒸气，避免厚层海水及自然流动海水因对流和导热以及海水空间位置的转移而产生的较大的热损，从而实现热的高效利用；通过热量的转移和蒸汽发生位置与移动方向的定向，以薄铜板为分隔面，将光热转化和蒸汽的发生与冷凝进行分隔，避免蒸汽冷凝在自然太阳光输入方向所经过的双层玻璃封盖内表面，导致透光率明显降低；同时，将蒸汽的发生与冷凝集中在同一区域，通过对低温海水分布位置的设计，可实现少部分冷凝热的回收利用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，包括隔热外框、铜质内框、支撑底板、双层玻璃封盖、薄铜板、活性炭涂层、吸水布、聚乙烯薄膜、入水口、稳流缓冲腔和冷凝腔，所述的活性炭涂层均匀的涂覆在薄铜板的上表面，吸水布和聚乙烯薄膜均设置为门字型结构，聚乙烯薄膜附着在吸水布上，薄铜板的下端粘接在聚乙烯薄膜的上端，铜质内框的上下两端均为开放状态，支撑底板的中间位置设置有矩形输水口，铜质内框固定连接在支撑底板上，铜质内框下端的开放处与支撑底板上设置的矩形输水口连通，吸水布的上端固定连接在铜质内框的上端，吸水布的左右两端分别固定连接在铜质内框的左右两端，铜质内框与吸水布之间形成冷凝腔,隔热外框固定连接在支撑底板的上端，双层玻璃封盖连接在隔热外框的上端，双层玻璃封盖、隔热外框和铜质内框之间形成环形的稳流缓冲腔，支撑底板的左端设置有入水口,入水口与稳流缓冲腔连通。
所述的铜质内框与支撑底板的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的隔热外框与支撑底板的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的双层玻璃封盖与隔热外框的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的双层玻璃封盖采用亚克力板材质。
所述的吸水布采用棉布。
所述的聚乙烯薄膜为保鲜膜。
本发明一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置的有益效果为：
本发明一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，可以有效解决现有技术中普通盘式太阳能蒸馏器实现光热转化后热损失多，无冷凝影响透光的问题，吸水布利用毛细力，通过吸水布将少量且定量的海水转移至固定位置，将光热转化所得到的一定热量集中供应给这部分海水，使其快速产生水蒸气，避免厚层海水及自然流动海水因对流和导热以及海水空间位置的转移而产生的较大的热损，从而实现热的高效利用；通过热量的转移和蒸汽发生位置与移动方向的定向，以薄铜板为分隔面，将光热转化和蒸汽的发生与冷凝进行分隔，避免蒸汽冷凝在自然太阳光输入方向所经过的双层玻璃封盖内表面，导致透光率明显降低；同时，将蒸汽的发生与冷凝集中在同一区域，通过对低温海水分布位置的设计，可实现少部分冷凝热的回收利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置的结构示意图。
图中：隔热外框1；铜质内框2；支撑底板3；双层玻璃封盖4；薄铜板5；活性炭涂层6；吸水布7；聚乙烯薄膜8；入水口9；稳流缓冲腔10；冷凝腔11。
具体实施方式
具体实施方式一：
下面结合图1说明本实施方式，本发明涉及太阳能海水淡化技术，更具体的说是一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，包括隔热外框1、铜质内框2、支撑底板3、双层玻璃封盖4、薄铜板5、活性炭涂层6、吸水布7、聚乙烯薄膜8、入水口9、稳流缓冲腔10和冷凝腔11，可以有效解决现有技术中普通盘式太阳能蒸馏器实现光热转化后热损失多，无冷凝影响透光的问题，吸水布7利用毛细力，通过吸水布7将少量且定量的海水转移至固定位置，将光热转化所得到的一定热量集中供应给这部分海水，使其快速产生水蒸气，避免厚层海水及自然流动海水因对流和导热以及海水空间位置的转移而产生的较大的热损，从而实现热的高效利用；通过热量的转移和蒸汽发生位置与移动方向的定向，以薄铜板5为分隔面，将光热转化和蒸汽的发生与冷凝进行分隔，避免蒸汽冷凝在自然太阳光输入方向所经过的双层玻璃封盖4内表面，导致透光率明显降低；同时，将蒸汽的发生与冷凝集中在同一区域，通过对低温海水分布位置的设计，可实现少部分冷凝热的回收利用。本发明生产的淡水盐度极低0.061‰，完全满足WHO饮用水标准1‰；本发明光能利用率可达76.48％；本装置集水速率为1.22L/(㎡·h)，提升为常规淡化装置0.375L/(㎡·h)的3.25倍；本发明使用绿色清洁的太阳能，用以将低温海水进行蒸发；采用自然对流冷凝，未采用外部强化冷凝装置，消耗额外的能源；本发明材料廉价易得，制作工艺简单。
所述的活性炭涂层6均匀的涂覆在薄铜板5的上表面，吸水布7和聚乙烯薄膜8均设置为门字型结构，聚乙烯薄膜8附着在吸水布7上，薄铜板5的下端粘接在聚乙烯薄膜8的上端，铜质内框2的上下两端均为开放状态，支撑底板3的中间位置设置有矩形输水口，铜质内框2固定连接在支撑底板3上，铜质内框2下端的开放处与支撑底板3上设置的矩形输水口连通，吸水布7的上端固定连接在铜质内框2的上端，吸水布7的左右两端分别固定连接在铜质内框2的左右两端，铜质内框2与吸水布7之间形成冷凝腔11,隔热外框1固定连接在支撑底板3的上端，双层玻璃封盖4连接在隔热外框1的上端，双层玻璃封盖4、隔热外框1和铜质内框2之间形成环形的稳流缓冲腔10，支撑底板3的左端设置有入水口9,入水口9与稳流缓冲腔10连通。利用吸水布7将稳流缓冲腔10内少量且定量的海水转移至薄铜板5与吸水布7接触面的缝隙及对应吸水布7中，实现海水的分隔和薄层化，同时薄铜板5将活性炭涂层6进行光热转化得到的热能传递至薄层化海水处，实现热量的定位作用。由此产生的高浓度水蒸气受分隔面处薄铜板5和聚乙烯薄膜8的限制，定向移动至冷凝腔11中。与此同时，冷凝腔11内由于冷凝放出的少部分热量经由海水淡化装置内部的海水吸收利用，在发生蒸发前进行预热提高一定温度，实现冷凝热的回收利用。淡水富集在冷凝腔11中，可由支撑底板3底部矩形输水口导出。
所述的铜质内框2与支撑底板3的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的隔热外框1与支撑底板3的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的双层玻璃封盖4与隔热外框1的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
所述的隔热外框1隔离外部低温海水，减少散热，起到隔热保温的作用，使热量集中在目标区域。
所述的铜质内框2与隔热外框1共同形成稳流缓冲腔10，以容纳海水及双层膜材料；利用铜板优质导热性能强化冷凝腔内蒸汽的冷凝。
所述的支撑底板3隔离外部海水，支撑整体结构；利用低温海水降低冷凝腔11内部温度，促进蒸汽的冷凝。
所述的双层玻璃封盖4强化装置整体密封效果，抑制蒸汽泄漏；缓冲由于稳流缓冲腔10内液面波动导致的海水内灌进入冷凝腔，污染蒸馏水；减少光热转化材料上表面的传热散热，在保证透光性的同时，起到整体保温的效果。
所述的薄铜板5承载活性炭涂层6；高效转移热量，限制蒸汽产生位置及转移流向。
所述的活性炭涂层6涂覆在薄铜板5表面，进行光热转化，将自然太阳光约为1000W/㎡高效转化为热能。
所述的吸水布7利用毛细力将海水吸往高处，使其均匀且低厚度地分布于薄铜板正下方，以实现热的集中利用。
所述的聚乙烯薄膜8紧贴于薄铜板5下表面，避免因温度较高的薄铜板5边缘产生的水蒸气移动并冷凝至封盖内表面，影响透光率。
所述的入水口9引入外部海水。
所述的稳流缓冲腔10缓冲由于各种因素导致的外部海水页面的波动引起的外部海水内灌，从一定程度上稳定内腔温度。
所述的冷凝腔11蒸汽冷凝发生和冷凝水收集的场所。
所述的双层玻璃封盖4采用亚克力板材质。
所述的吸水布7采用棉布。
所述的聚乙烯薄膜8为保鲜膜。
所述的本发明主体结构为蒸汽“回”形框，还可以将“回”形替换为圆环状等。
所述的隔热外框1可替换为真空板。
所述的铜质内框2和薄铜板5可替换为铝合金材质。
所述的活性炭涂层6可替换为纳米涂层。
所述的吸水布7可替换为吸水树脂。
本发明一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置的工作原理：使用装置时，在单倍自然光光强1000W/㎡条件下，将本发明置于固定地面，入水口外接橡胶软管，将海水槽中海水引入稳流缓冲腔10中，并使其中液面低于海水槽内液面。待吸水布7吸水至饱和后，打开已调试至自然光光强度的氙气灯，垂直照射性炭涂层6。利用吸水布7将稳流缓冲腔10内少量且定量的海水转移至薄铜板5与吸水布7接触面的缝隙及对应吸水布7中，实现海水的分隔和薄层化，同时薄铜板5将活性炭涂层6进行光热转化得到的热能传递至薄层化海水处，实现热量的定位作用。由此产生的高浓度水蒸气受分隔面处薄铜板5和聚乙烯薄膜8的限制，定向移动至冷凝腔11中。与此同时，冷凝腔11内由于冷凝放出的少部分热量经由本发明内部的海水吸收利用，在发生蒸发前进行预热提高一定温度，实现冷凝热的回收利用。淡水富集在冷凝腔11中，可由支撑底板3底部矩形输水口导出。根据实验目的的需要，每隔5min或30min测量一次本发明的质量，期间确保海水槽内水量充足。经实验，本发明在单倍自然光光强条件下，光照2.5h后，产生28.42g淡水，集水速率为1.12L/h；光照5h后，产生59.93g淡水，集水速率为1.22L/h。水的薄层化处理：利用毛细力，通过棉布将少量且定量的海水转移至固定位置，将光热转化所得到的一定热量集中供应给这部分海水，使其快速产生水蒸气，避免厚层海水及自然流动海水因对流和导热以及海水空间位置的转移而产生的较大的热损，从而实现热的高效利用。内表面蒸发：通过热量的转移和蒸汽发生位置与移动方向的定向，以薄铜板5为分隔面，将光热转化和蒸汽的发生与冷凝进行分隔，避免蒸汽冷凝在自然太阳光输入方向所经过的双层玻璃封盖4内表面，导致透光率明显降低；同时，将蒸汽的发生与冷凝集中在同一区域，通过对低温海水分布位置的设计，可实现少部分冷凝热的回收利用。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改形、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，包括隔热外框(1)、铜质内框(2)、支撑底板(3)、双层玻璃封盖(4)、薄铜板(5)、活性炭涂层(6)、吸水布(7)、聚乙烯薄膜(8)、入水口(9)、稳流缓冲腔(10)和冷凝腔(11)，其特征在于：所述的活性炭涂层(6)设置在薄铜板(5)的上表面，吸水布(7)和聚乙烯薄膜(8)均设置为门字型结构，聚乙烯薄膜(8)设置在吸水布(7)上，薄铜板(5)的下端连接在聚乙烯薄膜(8)的上端，铜质内框(2)的上下两端均为开放状态，支撑底板(3)的中间位置设置有矩形输水口，铜质内框(2)连接在支撑底板(3)上，铜质内框(2)下端的开放处与支撑底板(3)上设置的矩形输水口连通，吸水布(7)的上端连接在铜质内框(2)的上端，吸水布(7)的左右两端分别连接在铜质内框(2)的左右两端，铜质内框(2)与吸水布(7)之间形成冷凝腔(11),隔热外框(1)连接在支撑底板(3)的上端，双层玻璃封盖(4)连接在隔热外框(1)的上端，双层玻璃封盖(4)、隔热外框(1)和铜质内框(2)之间形成环形的稳流缓冲腔(10)，支撑底板(3)的左端设置有入水口(9),入水口(9)与稳流缓冲腔(10)连通。
2.根据权利要求1所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的铜质内框(2)与支撑底板(3)的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
3.根据权利要求2所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的隔热外框(1)与支撑底板(3)的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
4.根据权利要求3所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的双层玻璃封盖(4)与隔热外框(1)的连接处通过万能胶粘接连接密封橡胶垫片。
5.根据权利要求4所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的双层玻璃封盖(4)采用亚克力板材质。
6.根据权利要求1所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的吸水布(7)采用棉布。
7.根据权利要求1所述的一种内腔腔壁冷凝和潜热利用耦合的海水淡化装置，其特征在于：所述的聚乙烯薄膜(8)为保鲜膜。
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