CN112028158A - 一种太阳能驱动水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能驱动水处理装置，通过限流阀门将水源和光热转换材料分离，阻止热量传导至水体从而减少热损失，同时利用抽气泵或排气扇将蒸发室内的水蒸气快速导入冷凝管，减少蒸发室的湿度，利于水蒸发，此外利用冷凝管高效、快速收集冷凝水，与由于重力输送过来的待处理冷水进行热交换，冷水吸收蒸汽中的潜热后流入光热蒸发器中，充分利用系统能量。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳能光热转换技术领域，具体涉及一种太阳能驱动水处理装置。
背景技术：
目前，随着世界人口的增长以及世界经济的快速发展，水污染和水资源短缺问题已成为人类面临的最大挑战之一。在过去的几十年中，已经开发了包括基于膜的技术和基于热在内的各种技术，以从盐水和污水中制备纯净水。但是，尽管这些技术发展成熟，但始终不可避免的高能耗和先进基础设施的要求，导致许多发展中国家和偏远地区无法使用。太阳能是一种无污染且可再生的能源，可持续且完全取之不尽。如今，人们以几种不同方式利用太阳能，由于其节能环保和可持续性，在海水淡化和污水净化有巨大的潜力。
传统的光热转换系统中，太阳光照射到整个水体上，导致蒸发速率低。新型界面太阳能蒸气发生系统将吸收的太阳能限制在水-空气界面，减少了能量损失和增加了水蒸发，但是，由于光热材料与水源直接接触，存在较大的热传导损失，由于水蒸气的回收是在封闭环境下进行，环境湿度较大，严重减少了水的蒸发，此外，只是获得了冷凝水，浪费了大量的蒸汽相变潜热，能量没有得到充分的利用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种太阳能驱动水处理装置，该太阳能驱动水处理装置将水源与光热材料分离，并能控制光热转换材料的进水量，利用冷凝管收集冷凝水和水蒸气相变潜热，减少光热转换材料与水源的直接接触，高效收集冷凝水和回收水蒸气相变潜热，解决了现有技术能量没有得到充分利用的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种太阳能驱动水处理装置，该装置包括依次连接的光热蒸发室、冷凝及潜热收集器、集水系统和盛水容器；所述的光热蒸发室包括有机玻璃罩和有机玻璃罩内的光热转换材料，所述有机玻璃罩靠近冷凝及潜热收集器一侧设有上下两个开口，上端开口为蒸汽出口，下端开口是有一个限流阀门的进水口，有机玻璃罩底部设隔热珍珠棉泡沫，光热转换材料位于隔热珍珠棉泡沫上；所述集水系统由一个抽气泵或排气扇和锥形瓶构成；所述盛水容器安装在支架上装有待处理的水；有机玻璃罩靠近冷凝管一侧上端的蒸汽出口直接跟冷凝管内管一端连通，冷凝管内管另一端经真空尾接管分别跟锥形瓶和抽气泵连通；或有机玻璃罩靠近冷凝管一侧上端的开口通过排风扇跟冷凝管内管一端连通，冷凝管内管另一端经真空尾接管跟锥形瓶连通；冷凝管进水口经输水管和阀门跟盛水容器连通，冷凝管出水口跟有机玻璃罩下端进水口连通；待处理的水经输水管和阀门在重力作用下进入冷凝管，然后进入光热蒸发室产生热蒸汽，通过抽气泵或排风扇将光热蒸发室产生的热蒸汽导入冷凝管，与经输水管和阀门在重力作用下进入冷凝管的待处理的冷水进行热交换，热蒸汽冷却为水经真空尾接管流到锥形瓶得到净化的水，同时进入冷凝管的待处理的冷水吸收蒸汽中的潜热后流入光热蒸发室内，提高输入蒸发室内待处理液体的温度，从而回收利用蒸发过程中汽化潜热，降低水处理的能耗，同时促进了水的大通量蒸发，实现在能量密度较低的普通太阳光驱动下将海水、苦咸水、工业污水、生活废水等水体快速高效地净化。
特别地，所述光热转换材料为海绵基复合材料，其制备方法包括以下步骤：
把切割后的海绵用酒精和去离子水超声清洗并烘干；
将碳材料(例如石墨粉、碳粉)、等离激元金属纳米粒子、半导体材料中的任一种吸光材料)加入0.5～3wt％壳聚糖溶液中搅拌得到混合溶液，然后把海绵放入混合溶液中，浸渍1h之后冷冻干燥，即得到海绵基复合材料。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点：
本发明设计的太阳能驱动水处理装置，通过限流阀门将水源和光热转换材料分离，阻止热量传导至水体从而减少热损失，同时利用抽气泵或排气扇将蒸发室内的水蒸气快速导入冷凝管，减少蒸发室的湿度，利于水蒸发，此外利用冷凝管高效、快速收集冷凝水，与由于重力输送过来的待处理冷水进行热交换，冷水吸收蒸汽中的潜热后流入光热蒸发器中，充分利用系统能量。
附图说明：
图1是本发明实施例一的太阳能驱动水处理装置的结构示意图；
其中，1、有机玻璃罩，2、光热转换材料，3、蒸汽流，4、限流阀门，5、冷凝管，6、锥形瓶，7、抽气泵，8、真空尾接管，9、阀门，10、支架、11、盛水容器、12、输水管。
图2是本发明实施例二的太阳能驱动水处理装置的结构示意图；
其中，1、有机玻璃罩，2、光热转换材料，3、蒸汽流，4、限流阀门，5、冷凝管，6、锥形瓶，7、排风扇，8、真空尾接管，9、阀门，10、支架、11、盛水容器、12、输水管，13、异型管。
图3是本发明实施例一的太阳能驱动水处理装置的蒸发室和冷凝管出水口的温度变化图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例一：
如图1所示的一种太阳能驱动水处理装置，该装置包括依次连接的光热蒸发室、冷凝及潜热收集器、集水系统和盛水容器；所述的光热蒸发室包括有机玻璃罩1和有机玻璃罩1内的光热转换材料2，所述有机玻璃罩1靠近冷凝及潜热收集器一侧设有上下两个开口，上端开口为蒸汽出口，下端开口是有一个限流阀门4的进水口，有机玻璃罩1底部设隔热珍珠棉泡沫，光热转换材料2位于隔热珍珠棉泡沫上，隔热珍珠棉泡沫起到隔绝光热转换材料2向下传导热量的作用，加强光热转换材料的局域加热效应所述集水系统由一个抽气泵7和锥形瓶构成；所述盛水容器11安装在20cm高支架10上装有待处理的水；有机玻璃罩1靠近冷凝管5一侧上端的蒸汽出口直接跟冷凝管5内管一端连通，冷凝管5内管另一端经真空尾接管8分别跟锥形瓶6和抽气泵7连通；冷凝管5进水口经输水管12和阀门9跟盛水容器11连通，冷凝管5出水口跟有机玻璃罩1下端进水口连通；待处理的水经输水管12和阀门9在重力作用下进入冷凝管5，然后进入光热蒸发室产生热蒸汽，通过抽气泵7将光热蒸发室产生的热蒸汽导入冷凝管5，与经输水管12和阀门9在重力作用下进入冷凝管5的待处理的冷水进行热交换，热蒸汽冷却为水经真空尾接管8流到锥形瓶6得到净化的水，同时进入冷凝管的待处理的冷水吸收蒸汽中的潜热后流入光热蒸发室内，提高输入蒸发室内待处理液体的温度，蒸发室和冷凝管出水口的温差为7℃(如图3所示)，从而回收利用蒸发过程中汽化潜热，降低水处理的能耗，同时抽气泵加快了蒸发室内热蒸汽的逃逸，降低蒸发室内的湿度，促进光热转换材料的水蒸发，促进了水的大通量蒸发，实现在能量密度较低的普通太阳光驱动下将海水、苦咸水、工业污水、生活废水等水体快速高效地净化。
其中，光热材料与水源分离式设计，杜绝了热量从光热转换材料2传导至水源中，通过限流阀门4可以控制进水量，从而控制光热转换材料的含水量，提高光热转换材料的水蒸发速率。
所述光热转换材料为海绵基复合材料，其制备方法包括以下步骤：
把切割后的海绵用酒精和去离子水超声清洗并烘干；
将碳材料(例如石墨粉、碳粉)、等离激元金属纳米粒子、半导体材料中的任一种吸光材料)加入0.5～3wt％壳聚糖溶液中搅拌得到混合溶液，然后把海绵放入混合溶液中，浸渍1h之后冷冻干燥，即得到海绵基复合材料。
实施例二：
图2为本发明实施例二的太阳能驱动水处理装置的结构示意图，与实施例一不同的是将与尾接管8相连的抽气泵去掉，在有机玻璃罩靠近冷凝管一侧上端的蒸汽出口与冷凝管5之间增加排气扇7和异型管13，将蒸发室内的热蒸汽快速输送至冷凝管。该太阳能驱动水处理装置通过光热材料与水源分离式设计，减少热量的传导，并对蒸发过程中汽化潜热进行回收再利用，降低水处理的能耗，同时促进了水的大通量蒸发，实现在能量密度较低的普通太阳光驱动下将海水、苦咸水、工业污水、生活废水等水体快速高效地净化。
以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的基础和设想之内，所作的任何修改，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种太阳能驱动水处理装置，其特征在于，该装置包括依次连接的光热蒸发室、冷凝及潜热收集器、集水系统和盛水容器；所述的光热蒸发室包括有机玻璃罩和有机玻璃罩内的光热转换材料，所述有机玻璃罩靠近冷凝及潜热收集器一侧设有上下两个开口，上端开口为蒸汽出口，下端开口是有一个限流阀门的进水口，有机玻璃罩底部设隔热珍珠棉泡沫，光热转换材料位于隔热珍珠棉泡沫上；所述集水系统由一个抽气泵或排气扇和锥形瓶构成；所述盛水容器安装在支架上装有待处理的水；有机玻璃罩靠近冷凝管一侧上端的蒸汽出口直接跟冷凝管内管一端连通，冷凝管内管另一端经真空尾接管分别跟锥形瓶和抽气泵连通；或有机玻璃罩靠近冷凝管一侧上端的开口通过排风扇跟冷凝管内管一端连通，冷凝管内管另一端经真空尾接管跟锥形瓶连通；冷凝管的进水口经输水管和阀门跟盛水容器连通，冷凝管的出水口跟有机玻璃罩下端的进水口连通；待处理的水经输水管和阀门在重力作用下进入冷凝管，然后进入光热蒸发室产生热蒸汽，通过抽气泵或排风扇将光热蒸发室产生的热蒸汽导入冷凝管，与经输水管和阀门在重力作用下进入冷凝管的待处理的冷水进行热交换，热蒸汽冷却为水经真空尾接管流到锥形瓶得到净化的水，同时进入冷凝管的待处理的冷水吸收蒸汽中的潜热后流入光热蒸发室内。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述光热转换材料为海绵基复合材料，其制备方法包括以下步骤：把切割后的海绵用酒精和去离子水超声清洗并烘干；将吸光材料加入0.5～3wt％壳聚糖溶液中搅拌得到混合溶液，然后把海绵放入混合溶液中，浸渍1h之后冷冻干燥，得到海绵基复合材料。
3.根据权利要求2所述的太阳能驱动水处理装置，其特征在于，吸光材料为碳材料、等离激元金属纳米粒子、半导体材料中的任一种。
4.根据权利要求2所述的太阳能驱动水处理装置，其特征在于，吸光材料选自石墨粉、碳粉中的任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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