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CN112601594A - 可有效回收热能的太阳能驱动的连续蒸馏器 - Google Patents

可有效回收热能的太阳能驱动的连续蒸馏器 Download PDF

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CN112601594A
CN112601594A CN201980054468.XA CN201980054468A CN112601594A CN 112601594 A CN112601594 A CN 112601594A CN 201980054468 A CN201980054468 A CN 201980054468A CN 112601594 A CN112601594 A CN 112601594A
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Water Transformer Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能(2)连续蒸发原液体(4)的蒸馏器(1)。装有原液体(4)的容器(3)、收集蒸馏液(6)的容器(5)和压缩机(7)是蒸馏器(1)的组成部分，其中该容器(3、5)处于热接触状态。压缩机(7)将通过集中太阳能(2)和/或负压使原液体(4)沸腾而产生的蒸汽压缩到蒸馏器容器(5)中，使该蒸汽在此冷凝，且使蒸发焓和热能通过热接触返回到原液体(4)中。

Description

可有效回收热能的太阳能驱动的连续蒸馏器
本发明涉及一种利用太阳能使原液体连续蒸发的蒸馏器。
蒸馏是去除溶解在液体中的物质或降低其浓度的有效方法。主要应用是从盐水生产淡水和生产生物乙醇。为实现蒸馏，必须先将液体蒸发，然后将所产生的蒸汽重新冷凝。液体蒸发是非常耗能的过程，因此，有效和廉价的能源和热回收在蒸馏过程中至关重要。已知的是利用太阳能完成蒸发过程的蒸馏设备。还已知的是使用热泵进行热回收的蒸馏设备。在机械蒸汽压缩中，蒸汽(蒸气)被压缩，从而提高了冷凝温度，使得该蒸汽在与原液热接触的表面上冷凝，从而使其中所含的蒸发焓返回到原液中。必须考虑到含有溶解物质的液体的沸腾温度要比纯液体的高。海水的沸腾温度比淡水的高约1℃。重要的是，装有待蒸馏液体的容器和装有压缩蒸汽的容器必须有良好的热接触，而且整个设计与周边环境有良好的热隔离。对于隔热问题，实践证明双层真空隔热硼硅玻璃管的生产已有几百万批次，且价格低廉。它们作为太阳能集热器以产生热水，并能承受特别恶劣的环境条件，例如冰雹。
太阳能本身是免费的，但由于其功率密度低，因此占用空间大。另外，必须建立可以利用太阳能的系统。两者均需要金钱投资。本发明的目的在于：根据现有设备的性能和投入产生尽可能多的蒸馏液。
本发明解决了这个问题，一个装有起始液体的容器和一个收集蒸馏液的容器是蒸馏器的一部分，这些容器相互热接触，并且压缩机将通过集中的太阳能和/或低压使原液沸腾而产生的蒸汽压缩到蒸馏液容器中，使该蒸汽在那里冷凝，蒸发焓和热能通过热接触返回到原液体中，这些容器具有圆形截面或非圆形截面，例如椭圆形、扁椭圆形、三角形或多边形截面，其表面可选择波纹和/或带有筋条，以改善传热和蒸发及冷凝表面。并且还有原液体的一条输入管线和排放管线以及一条蒸馏液的排放管线，其中液体的输入和排放由阀门和/或泵控制，并且可选择真空泵，以在装有原液体的容器中产生真空，和/或可以在高空操作蒸馏器，以降低原液体的沸腾温度。
下面参照附图对本发明进行说明：
图1：蒸馏器(1)，其被被太阳光线(2)照射，其中有一个装有原液体(4)的容器(3)，与收集蒸馏液(6)的容器(5)热接触，通过压缩机(7)将原液(4)沸腾产生的蒸汽压缩到蒸馏液容器(5)中，其中还有用于原液体的一条输入管线(8)和一条排放管线(9)以及一条用于蒸馏液的排放管线(10)，还有一个可选的真空泵(11)，用于在装有原液体(4)的容器(3)中产生低压。
图2：蒸馏器(1)的变型A，其中装有原液体(4)的容器(3)位于装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)中，该蒸汽是借助太阳光线(2)的能量使原液体(4)蒸发并受到压缩机(7)的压缩，其中还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图3：变型A的通过原液体(4)的横截面，该原液体在容器(3)中，该容器被太阳光线(2)照射，并且位于装有蒸馏液的容器(5)中。
图4：蒸馏器(1)的变型B，其中装有原液体(4)的容器(3)中有一个装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)，该蒸汽由原液体(4)借助太阳光(2)的能量蒸发后产生，并由压缩机(7)压缩，其中还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图5：变型B的通过原液体(4)的横截面，该原液体位于容器(3)中，该容器(3)被太阳光线(2)照射，并且包含装蒸馏液的容器(5)。
图6：蒸馏器(1)的变型C，其中装有原液体(4)的容器(3)通过膜片或接触面(12)与装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)热接触，该蒸汽是借助于太阳光(2)的能量由原液体(4)蒸发产生的，并被压缩机(7)压缩，其中还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图7：变型C的通过原液体(4)的横截面，该原液体位于容器(3)中，该容器被太阳光(2)照射，并通过膜片或接触面(12)与装有蒸馏液的容器(5)热接触。
图8：蒸馏器(1)位于透光双壁真空管(13)中，外管(14)和内管(15)均为透光管，蒸馏器(1)的表面(16)或其部分表面涂有太阳辐射吸收层。一个热交换器(17)位于双壁真空管(13)内。
图9：蒸馏器(1)位于双壁真空管(13)中，其中外管(14)是透光的，而内管(15)是透光的(变型A)或不透光的(变型B和C)，该蒸馏器作为原液体和/或蒸馏液的容器，且涂有太阳辐射吸收层(变型B和C)。一个热交换器(17)位于双壁真空管(13)的内部。
图10：蒸馏器(1)带有电子控制器(18)和控制线或信号线(19)，该蒸馏器被太阳光(2)照射，其中有一个容器(3)，该容器装有原液体(4)，并与容器(5)热接触，该容器(5)收集蒸馏液(6)，其中的压缩机(7)压缩蒸汽，该蒸汽由原液体(4)沸腾而产生，并在蒸馏液容器(5)中被压缩，蒸馏器(1)中有用于原液体的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液的排放管线(10)。在装有原液体(4)的容器(3)中有一个液位测量仪(20)。在沸腾过程中产生的液滴被防溅罩(21)-例如蒸汽流过的迷宫式结构-捕获。电子控制器(18)控制将原液体(4)输送到容器(3)中的泵(22)和控制原液体(蒸馏残余物)排放的阀门(23)。过滤器(24)去除或减少原液体蒸汽中不期望有的杂质。在收集蒸馏液(6)的容器(5)中有一个液位测量仪(25)，并且控制排放管线(10)中的阀(26)，使得蒸馏液(6)的液位高于排放管线(10)，以防止蒸汽逸出。
图11：侧视的蒸馏器(1)，倾斜安装，并基本垂直于太阳辐射线。蒸馏器(1)和抛物线槽镜(27)安装在固定架(28)上，并保持其适当位置，该固定架(28)的一部分通过管线(29)形成为“D”形。
图12：正视的蒸馏器(1)，倾斜安装，并基本垂直于太阳辐射线。蒸馏器(1)和抛物线槽镜(27)安装在固定架(28)上，并保持其适当位置，该固定架(28)的一部分通过管线(29)形成为“D”形。蒸馏器(1)通过抛物线槽镜(27)被太阳线(2)照射。
图13：抛物线槽镜(27)，蒸馏器(1)位于其焦线上，水平安装且可旋转。蒸馏器在一端(30)向上弯曲，以确保原液体和蒸馏液不流入压缩机或涡轮机，而在另一端(31)向下弯曲，以确保可以在此处将蒸馏液排出。
图14：蒸馏器(1)以太阳能塔(32)的形式竖立，并被反射镜(33)包围，这些反射镜将太阳辐射(2)反射到太阳能塔(32)上。根据安装现场的地形，可能有必要将蒸馏器安装在一个基座(34)上，以确保太阳光可以照射在其整个长度上。
图15：蒸馏器(1)的变型A，带一个径向压缩涡轮机(35)，其沿中心轴线的横截面图，其中装有收集原液体(4)的容器(3)，该容器位于容器(5)于中，该容器(5)装有蒸馏液(6)和蒸汽，该蒸汽由原液体(4)借助太阳光(2)的热能产生，其中蒸汽(36，小箭头)从内部向外部压缩，并被导入压缩机上方(37)和下方(38)的区域。径向涡轮机(39)位于压缩机(35)上方，且由蒸汽(36，小箭头)驱动，并通过轴(40)驱动压缩机(35)，其中蒸汽(36，小箭头)从外往内流动。还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图16：蒸馏器(1)的变型B，带一个轴向压缩涡轮机(41)，其沿中心轴线的横截面，其中装有收集原液体(4)的容器(3)中有一个容器(5)，该容器(5)收集蒸馏液(6)和蒸汽，该蒸汽由原液体(4)借助太阳光(2)的热能产生。径向涡轮机(39)位于压缩机(41)上方，并由蒸汽(36，小箭头)驱动，且通过轴(40)驱动压缩机(41)，其中蒸汽(36，小箭头)从外往内流动。还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图17：蒸馏器(1)的变型C，带一个罗茨压缩机(42)，其沿中心轴的横截面，其中的装有原液体(4)的容器(3)通过膜片或接触面(12)与容器(5)热接触，该容器(5)收集蒸馏液(6)和蒸汽，该蒸汽由原液体(4)借助太阳光(2)的能量蒸发产生。罗茨压缩机(42)由电动机(43)驱动，并将来自左侧容器(3)的蒸汽(36，小箭头)压缩到右侧容器(5)中。还有用于原液体(4)的输入管线(8)和排放管线(9)以及用于蒸馏液(6)的排放管线(10)。
图18：蒸馏器(1)的变型C，其通过罗茨压缩机(42)并垂直于中心轴的横截面。罗茨压缩机(42)压缩蒸汽(36，小箭头)。
在本发明的变型A中(图2和3)，装有原液体(4)的容器(3)位于装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)中，由此，两容器(3、5)处于热接触状态，蒸汽是由原液体(4)借助太阳光(2)的能量蒸发产生，并被压缩机(7)压缩，使其在蒸馏液容器(5)的壁上凝结，并向原液体容器(3)释放其固有的蒸发热焓和热能，使热量返回原液体(4)。在这种情况下，太阳光线(2)穿透外容器(5)，该外容器中装有压缩蒸汽，其壁面被设计成可透射太阳光线的。
在本发明的变型B中(图4和5)，在装有原液体(4)的容器(3)中，有一个装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)，由此，两容器(3、5)处于热接触状态，该蒸汽是由原液体(4)借助太阳光(2)的能量蒸发形成的，并被压缩机(7)压缩，使其在蒸馏液容器(5)的壁上凝结，并在原液体容器(3)释放其固有的蒸发热焓和热能，使热量返回原液体(4)。在这种情况下，太阳光(2)照射到装有原液体的外容器(3)上。
在本发明的变型C中(图6和7)，装有原液体(4)的容器(3)通过膜片或接触面(12)与装有蒸馏液(6)和蒸汽的容器(5)热接触，该蒸汽是由原液体(4)借助太阳光的能量蒸发形成的，并被压缩机压缩，使其在膜片或接触面(12)上凝结，并向原液体容器(3)释放其固有的蒸发热焓和热能，使热量返回原液体(4)。在这种情况下，太阳光线(2)辐射到原液体容器上，可以转动蒸馏器(1)，最好使光线只照射到原液体容器上，或者也照射到两容器(3、5)上，此时，太阳能通过热传导传递到原液体容器。
在所有三种变型(1)中的原液体(4)都是连续输入(8)和排放(9)的，输入量和排放量是受控制的，以确保原液体(4)的液面保持在一定范围内，以使原液体保持其流动性。蒸馏液(6)被连续排放(10)，其排放速度是受控制的，以确保蒸馏液的液面高于排放管线(10)，以免蒸汽逸出。控制方式可以是手动的，也可以是自动的(例如，电子式和/或机械式)。为便于手动控制，可设计玻璃视窗，以方便观察液位(4，6)。为实现自动控制，配有传感器，将液位信息传送到控制系统，以产生阀门和泵的控制信号。此外，还可以提供一个或多个热交换器，将排放的原液体、其蒸馏残渣和/或排放的蒸馏液(10)的热量传递给输入的原液体，以使原液体(9)尽可能高温地输入。
太阳能(2)可以通过抛物线槽镜、菲涅耳镜或菲涅耳透镜聚光提供，蒸馏器位于其焦线处，也可以通过大量反射镜提供，然后将蒸馏器竖立为塔形，这些反射镜将所谓的太阳能塔包围，这些反射镜将太阳能聚集在太阳能塔上。然而，太阳能也可以直接供给蒸馏器，在这种情况下，最好使用真空泵(11)来产生负压，或者在高海拔地区营运该设备，以降低沸点温度。蒸馏器的容器也可以非圆形截面，例如椭圆形、扁椭圆形、三角形或多边形的截面。表面可以是波纹状和/或带筋条，以改善热传递，增加蒸发和冷凝表面积。
本发明(图8和9)可以通过蒸馏器(1)被双壁管(13)围绕而改善，该双壁管类似于真空保温瓶，并且至少外管(14)是透光的。在本发明的变型A中，两个管线(14、15)必须是透光的。在本发明的变型B和C中，外管(14)必须是透光的，而内管可以是透光(15)的或涂有太阳辐射吸收层(例如TiNox)，在这种情况下，它作为原液体容器(图9)。如果内管(15)是透光的，则太阳辐射吸收层在蒸馏器(1)的表面(16)或部分表面(16)上。透光管涂层优先选用具有减少太阳辐射(2)的反射且能反射来自蒸馏器的红外辐射的材料。在太阳光线照射的区域之外，可以将双壁管设计成像杜瓦瓶那样镜像，以便在那里获得更好的隔热效果。如果有一个或多个换热器(17)，以使原液体尽可能热地输入，则必须使其与环境良好隔离。如果热交换器(17)位于双壁真空管内，原液体容器和蒸馏液容器的上方和/或下方，则它们的隔热效果特别有效。此外，在热交换器中也可以存在一个或多个热电冷却器(Peltierelement，TEC)，这些热电冷却器借助塞贝克效应(Seebeck-Effekt)为根据本发明的装置的运行供电。
蒸馏器的材料优选耐腐蚀的金属和/或塑料。也可以进行表面处理以防止延迟沸腾或促进冷凝。塑料不如金属导热。但是，如果使用双壁真空外管，则蒸馏器与周围环境基本隔热，较高的温度梯度也不会显着降低效率。塑料的优点是它们比金属便宜和轻便。
本发明的决定性优点是，蒸馏器具有更大的直径，与其他将太阳光线聚焦在更细的管上的蒸馏器相比，在较细的管中液体散发热量。蒸馏器(1)甚至需要更大的直径，因为否则沸腾的起始液体(4)会由于产生的蒸气而从用于起始液体的容器(3)中溅出。与使用较细管并在空间上分隔进行蒸馏的太阳能系统相比，由于直径较大，因此只需要较少的注意力。结果，抛物线形槽镜不必具有精确的抛物线形状，并且还可以使用可充气、可折叠、拉伸或可折拢的镜子。
如果使用带有许多镜子的塔，则可以使用直径近似等于塔直径的平面镜，也可以使用可充气、可折叠、拉伸或可折拢的镜子。由于蒸馏器的直径较大，也可以将过滤器例如活性炭过滤器、微型过滤器、超滤器和/或纳米过滤器直接安装在蒸馏器中，以除去或减少起始液体蒸气中的有害杂质。
用于压缩蒸汽的压缩机(7)可以是流量压缩机(例如轴向、径向或对角涡轮压缩机)、一容积式压缩机(例如旋转式压缩机、罗茨压缩机或一螺杆式压缩机)、风扇或离心鼓风机。压缩机由马达(例如电动机或斯特林发动机)或叶轮机械(例如轴向、径向或对角线涡轮机)驱动，或由起始液体蒸汽驱动的排量机(例如旋转活塞机)驱动。由起始液体的蒸气操作的涡轮机也可以驱动一发电机，该发电机的电流随后驱动压缩机的电动机，并且可用于其他应用，例如镜面控制、泵操作和阀控制。如果压缩机(7)由涡轮机驱动，则涡轮机也可以驱动一发电机，该发电机就可用于其他应用，例如镜面控制、泵操作和阀门控制，并且还可以用作电动机，在此可以通过节流阀、废气门或通过改变几何形状来改变涡轮机动力。为了节省生产成本，压缩机(7)和涡轮机(如果存在的话)也可以存在几套，并且由塑料或部分由塑料制成。
多余的电能可以通过加热元件提供给起始液体。在所有设备之间也可以安装一个变速器，以调节转速。如果有电动机，则系统也可以在负压下运行。
图10示出了根据本发明的具有电子控制器(18)和控制线或信号线(19)的设备(1)。在用于起始液体的容器(3)中，有一个液位测量装置(20)，该液位测量装置防止起始液体通过液位控制器进入压缩机。当液体蒸发时，会产生气泡，该气泡能够喷射液体。蒸气流然后可以进一步输送液滴。如果有必要，这些液滴在进入压缩机之前，被防溅罩(21)(例如迷宫式防溅罩、一个滤网和/或金属丝网)在蒸汽流过时捕获。液位控制器控制一个或多个泵(22)将起始液体(4)泵送到容器(3)中，和/或一个或多个阀(23)来控制起始液体的流出(蒸馏残渣)。液位控制的目的是确保没有液体进入防溅罩、可选的过滤器(24)和/或压缩机，并且蒸馏残留物保持液态，以便其可以从蒸馏器(1)流出。在用于馏出物(6)的容器(5)中，具有液位测量装置(25)，该液位测量装置一方面通过液位控制防止蒸汽从压缩机逸出，另一方面，馏出物的液位保持尽可能地低，以使蒸汽有最大的表面进行凝结。为此目的，一个或多个排放管线中的一个或多个阀(26)予以调节，以使液体馏出物的液位高于所有排放管线。所有的泵都可以用一个容器代替，该容器设置在蒸馏器上方，借助于重力和一个或多个控制阀，将起始液体导入一个或多个蒸馏器中。每个阀也可以用泵来代替，例如齿轮泵或蠕动软管泵，它们可以输送定量的液体。两个容器中的液位测量可以例如通过浮标、通过测量电导率、通过电容测量、通过光学测量、通过超声测量或者通过利用微波或雷达的测量来进行。液位控制可以机械和/或电子方式进行。压力可以通过压缩机(7)的驱动力来调节。如果由涡轮机驱动压缩机，压力控制则可以通过使用节流阀、废气门或改变几何形状进行。如果系统中安装了过滤器(24)，则必须考虑到过滤器中存在的压差。超压可通过一个或多个超压阀转移，也可通过旋转镜面降低。
另外，可以存在附加的入口和出口管线，通过这些进给管线和排出管线将清洁液、消毒液和/或冲洗液体馈送到蒸馏器。在蒸馏过程中，水垢会在容器中以及入口和出口管道中形成(结垢)。此外，来自生物体的生物污染可能导致问题(污染)。通过清洁、消毒和/或冲洗，可以同时掌控两者。容器的表面可以涂上防垢和防污层(例如聚四氟乙烯)或使用纳米技术(例如碳纳米管)进行处理。这些层还可以改善容器材料的腐蚀行为。还可以使用物理方法进行清洁，例如超声和/或振动，因为在蒸馏器中以及在入口和出口管线上安装了适当的声波发生器，例如压电晶体和/或振动器。在大型系统(最好是太阳能塔)中，可以使用所谓的清管器，该清管器是用于管道中并穿过管子或管状容器并检查和清洁管壁的设备。在根据本发明的装置的情况下，运动例如通过电缆和/或齿轨进行。
在吸收太阳光线的层上，可以有光伏电池，其电能可用于驱动压缩机和/或用于其他应用，例如镜面控制、泵操作和阀门控制。这种布置的优点在于，光伏电池的效率起着微不足道的作用，因为光伏电池的废热可用于蒸发起始液体。当通过镜子聚集太阳辐射时，在高温下工作的光伏电池效率降低，但由于聚集的阳光而提高。可选地光伏电池也可以附接在根据本发明的装置的其他位置。
在所有三个变体中，可以对蒸馏器(1)进行不同的安装或设置。可以在图11、12、13和14中看到这些设计，并被设计为CSP系统(集中式太阳能)。
蒸馏器(1)是倾斜的，基本上垂直于太阳辐射(图11和12)。抛物线形槽镜(27)(在其焦线处是蒸馏器(1))可旋转地安装。蒸馏器(1)和抛物线形槽镜(27)由框架(28)保持在适当位置，该框架(28)的一部分优选地由呈“D”形的管(29)形成，并且该管可选地与抛物线形槽镜一起旋转。尤其是，如果蒸馏器的压缩机通过起始液体的蒸汽与涡轮机一起运行，则该蒸汽可以被传递到管(29)中并在那里冷凝，使得该蒸馏物也在那里聚集。如果来自涡轮机的蒸汽没有完全凝结在管壁上，则可以在管(29)中安装冷凝器。冷凝器可用起始液体或其他液体进行冷却。来自蒸馏器的馏出物也可以任选地收集在管中。抛物线形槽镜(27)由驱动器自动跟踪或手动跟踪，使得反射和聚焦的太阳辐射(2)落在蒸馏器(1)上。此外，蒸馏器(1)和抛物线形槽镜(27)的仰角也可以根据日间的时间而改变。这种设计特别适用于拆卸式和便携式版本，并带有可选的手动镜子跟踪功能。为此目的，根据本发明的装置具有模块化结构。模块化部件例如是蒸馏器(1)、镜子(27)、“D”形的管(29)和框架(28)。镜子(27)也可以被设计成可折叠、可拉伸和/或可充气的。管(29)可以进一步分开，例如以便进行清洁。框架(28)和其他模块优选地通过螺钉和/或快速释放紧固件保持在一起。由于蒸馏器的倾斜布置，这种设计不适用于赤道纬度。
蒸馏器(1)是水平的呈南北向，在北半球向南倾斜，或在南半球向北倾斜(图13)。抛物线形槽镜(27)可旋转地安装，该抛物线形槽镜(27)的焦点在蒸馏器(1)或用于起始液体的容器(3)的中心。蒸馏器的一端(30)向上弯曲，以使起始液体和馏出液不流入压缩机或涡轮机，而另一端(31)则向下弯曲，以便可以从那里抽出馏出物。优选将压缩机所在的呈南北向的蒸馏器端部(30)升高，以使蒸馏器中的蒸汽更容易逸出，落在蒸馏器(1)太阳辐射比水平布置更强烈。通过驱动器根据一天中的时间进行自动跟踪，以使反射和聚焦的太阳辐射(2)落在蒸馏器(1)或装有起始液体的容器(3)上。此设计也可用于赤道纬度，并且适用于具有大量蒸馏器的太阳能发电厂。
蒸馏器(1)被构造为太阳能塔(32)，并被镜子(33)包围(图14)，镜子将太阳光引导到太阳能塔(32)上，其中每个镜子(33)必须与一天中的时间和季节对准。太阳辐射(2)优选通过该反射镜(33)尽可能均匀地引导到塔形蒸馏器上。根据安装地点的地形，可能有必要将蒸馏器放在基座(34)上，以便可以在其整个长度上对其进行照射。镜子(33)最好是矩形的，因为塔形蒸馏器最好是细长型的。与其他塔形太阳能系统相反，太阳辐射不是指向某个点，而是指向一条直线。结果，材料的温度和要求降低，并且在塔(32)附近飞行的鸟类受到的危险较小。
根据本发明的装置还适合于被设计为在水体中的近岸设施。根据本发明的装置或根据本发明的装置的部件可以是浮动的，在这种情况下，它们或者锚定在水体的底部和/或具有自己的驱动力以保持该位置。根据本发明的装置或根据本发明装置的部件还可以立在水的底部并且借助于塔和/或底座浮出水面，在此可将多个或所有部件组装在一个或多个平台上。当使用抛物线形槽镜(27)时，整个设备都位于水体中，并且也可以安装在潮汐区域中。当使用塔(32)时，塔(32)和镜子(33)可以在水中和/或在潮汐区域中。但是，塔(32)也可以在陆地上，所有或一些镜子(33)处于水中。相反，塔(32)可以在水中和/或潮汐范围内，但几面或所有镜子(33)都可以在地面上。
将通过具体实施例更详细地解释本发明。
图15显示了沿中心轴的横截面变型A，，带有一个径向的压缩机涡轮(35)，蒸汽(36，小箭头)从内向外压缩(流出)并进入压缩机的上方区域(37)和下方区域(38)的位置。在压缩机(35)上方有一个径向涡轮机(39)，由蒸汽(36，小箭头)驱动，并通过轴(40)驱动压缩机(35)，在此蒸汽(36，小箭头)从外部流向内部(流入)。还可以选择将压缩蒸汽仅引导到压缩机下方(38)的区域中，并使用来自起始液体容器(5)的蒸汽直接操作涡轮机(39)。在此例如，然后将轴(40)制成空心，以便该蒸汽可以到达压缩机上方(37)的区域，以驱动涡轮机(39)。但是，蒸汽也可以通过管道连接流经压缩机侧面。压缩蒸汽凝结在内部容器(3)的外表面上。除了用于液体的入口和出口管线以外，该装置几乎是旋转对称的。起始液体被泵进中间容器，并通过阀门排出。馏出物聚集在外侧容器中，并通过一阀门排出。
图16示出了在沿中心轴线带有轴向压缩机涡轮(41)的横截面，变型B。在压缩机(41)上方有一个径向汽轮机(39)，由蒸汽(36，小箭头)驱动，并通过轴(40)驱动压缩机(41)，在此蒸汽(36，小箭头)从外部流向内部(流入)。压缩蒸汽凝结在内部容器(5)的内表面上。除了用于液体的入口和出口管线以外，该装置几乎是旋转对称的。起始液体通过泵被送入外侧容器，并通过阀门排出。馏出物聚集在中间容器中，并通过一阀门排出。
图17示出了在沿中心轴线具有一罗茨压缩机(42)的横截面中的变型C。在图18中，在垂直于中心轴线的罗茨压缩机(42)的横截面中可以看到该变型。由电动机(43)驱动的罗茨压缩机(42)将来自装有起始液体的左容器的蒸汽(36，小箭头)压缩到右容器中。压缩蒸汽凝结在两个容器的分隔表面(12)。起始液体被泵进左侧容器，并通过阀门排出。馏出物聚集在右侧容器中，并通过一阀门排出。
图15、16、17和18中所示的蒸馏器(1)的所有结构都可以直接通过抛物线形槽镜(其焦点是蒸馏器)或通过大量反射镜照射太阳光，在此将蒸馏器建造为太阳能塔(32)并被这些镜子(33)围绕。
可以通过计算机控制对一个或多个镜子的跟踪，因为太阳的位置可以在地球上任何位置的任何时间点进行精确定义，或通过光电池例如通过影子来找到天空中最亮的点。在出现冰雹和其他暴风雨时，可以通过控制镜子的方式用镜来保护蒸馏器。利用本发明建立大型系统，例如可以将设计成卧式的蒸馏器分成几行进行多个排列布置，或者设计成塔式的蒸馏器相应地大并且具有许多镜子。如果需要，利用本发明也可以进行多次蒸馏，例如用于生产生物乙醇，方法是将蒸馏器一个接一个地布置，并将各自的蒸馏残余物用作为下一个蒸馏器的起始液体。在进行海水淡化时，可以选择将生成的蒸馏残渣(盐水)引导到蒸发池中以提取盐。
最后，解释了如何减少或防止沸腾延迟。
在蒸馏工艺中会通常发生沸腾延迟。特别是在海水淡化的情况下，在起始液体(4)的容器(3)中需要光滑的表面，以防止结垢和生物沉积，这有利于沸腾延迟。管状容器对沸腾延迟特别不利，因为突然不受控制的沸腾会导致起始液体(4)飞溅并污染系统或馏出液。避免这种情况的一种方法是使用沸石和/或放置在起始液体容器(3)中的一根或多根沸腾棒。此外得以证明的是，搅拌器搅拌起始液体(4)。也可以通过将空气、气体或蒸汽导入起始液体(4)来防止沸腾延迟和/或因用于起始液体(4)的容器(3)由石英玻璃组成，石英砂被熔化在其表面或部分表面。另一种方法是用超声波对初始液体容器(3)进行超声处理，这不仅可以防止沸腾延迟，而且还可以防止水垢形成和生物沉积。另外，可以通过例如用紫外线进行辐射灭菌以对馏出物进行物理杀菌，为此可将汞蒸气灯、发光二极管、激光器和/或气体放电灯优选布置在馏出物的容器中。可选地是安装在根据本发明的装置中的压力传感器和温度传感器，它们的测量信号被优选传递给了电子控制器(18)，以便更精确地控制起始液体(4)的沸腾。

Claims (15)

1.本发明涉及一种蒸馏器(1)，该蒸馏器借助太阳能(2)连续蒸发起始液体(4)，其特征在于，装有起始液体(4)的一个或多个容器(3)和收集馏出物(6)的一个或多个容器(5)是蒸馏器(1)的一部分，这些容器(3、5)处于热接触状态，通过由密集的太阳能(2)和/或负压沸腾起始液体产生蒸气，一台或多台压缩机(7)将该蒸气(4)压缩到馏出物容器(5)中，以使该蒸汽在那里冷凝并使蒸发焓和热能通过热接触返回到起始液体(4)，这些容器(3、5)具有圆形或不同横截面(例如卵圆形、椭圆形、三角形或多边形横截面)，其表面可选为波纹状和/或带有肋条以改善热传递并扩大蒸发和冷凝表面，并且存在用于起始液体(4)的一个或多个供应管线(8)和一个或多个排放管线(9)以及一个或多个可以用于馏出物(6)的排放管线(10)，进出管线最好由阀门(23、26)和/或泵(22)控制，并且可选地存在一个或多个真空泵(11)，其在装有起始液体(4)容器(3)中产生负压，和/或使蒸馏器(1)在较高的高度下运作，以降低起始液体(4)的沸腾温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容纳起始液体(4)的一个或多个容器(3)位于含馏出物(6)和蒸汽的一个或多个容器(5)中，致使容器(3、5))处于热接触状态，其中蒸汽是由起始液体(4)在太阳能(2)的帮助下蒸发而产生的，并由一台或多台压缩机(7)压缩，使其在馏出物容器(5)壁上冷凝并向其中的一个或多个起始液体容器(3)释放出汽化焓和固有热能，以使热量返回至起始液体(4)，来自太阳的光(2)穿透装有压缩蒸气的外部容器(5)壁，因其容器壁被设计成使它们对太阳辐射具有渗透性。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在装有起始液体(4)的一个或多个容器(3)处，存在一个或多个容纳馏出物(6)和蒸汽的容器(5)，致使容器(3、5))处于热接触状态，此时蒸气在太阳光(2)的帮助下通过蒸发起始液体(4)而产生，并被一台或多台压缩机(7)压缩，使其冷凝在馏出物容器(5)壁上，其内在的汽化焓和固有的热能散发到起始液体容器(3)中，以使热量返回至起始液体(4)，太阳光(2)照射在装有起始液体的一个或多个外部容器(3)上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个含起始液体(4)的容器(3)通过一个或多个膜或接触表面(12)与一个或多个含馏出物(6)和蒸气的容器(5)进行热接触，蒸气是通过借助日光能量蒸发起始液体(4)产生的并被一台或多台压缩机压缩，使其冷凝在一个或多个膜或接触表面(12)上以及向一个或多个起始液体容器(3)释放出它所含的汽化焓和热能，以使热量返回至起始液体(4)，太阳辐射(2)落在一个或多个起始液体容器上，蒸馏器(1)进行旋转，以便尽可能的仅照射在起始液体容器或两种类型的容器(3、5)上，在此太阳能通过热传导传递到一个或多个起始液体容器(3)上。
5.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述太阳能(2)具有一个或多个反射镜，例如抛物线形槽反射镜(27)和/或菲涅耳反射镜，这些反射镜可选地还被设计为可充气、可折叠、拉伸的或可折拢的镜子，用一个或多个菲涅耳反射镜和/或大量镜子(33)集中在蒸馏器(1)上，对这些镜子和透镜最好根据照明条件进行跟踪，镜子的跟踪由计算机控制，因为太阳在地球上的位置在任何时间点都是明确定义的，或通过光电管找到天空中最亮的区域并且可以在暴风雨中视情况旋转到安全位置，并且根据本发明的设备或根据本发明的设备的一部分布置成与船一起漂浮在水面上，它们要么被锚固在水底和/或具有自己的驱动力来保持位置，和/或根据本发明的装置或根据本发明的装置的一部分本发明位于水体或潮汐区域的底部，或用塔或底座将其固定在水面之上，可选地将几个或所有部件组装在一个或多个平台上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，根据本发明的装置的容器、压缩机、管线和/或可选地可用的真空泵、涡轮机、泵和/或阀优选地由耐腐蚀金属和/或塑料制成，这些材料可选地用例如聚四氟乙烯涂和/或用纳米技术(例如碳纳米管)进行处理，以防止或减少有机物产生水垢和/或生物污染，和/或对这些材料可选地进行表面处理和/或涂层以防止沸腾延迟或为了有利于冷凝，并且在起始液体(4)容器(3)中内置了一个如迷宫式防溅罩(21)、一个滤网和/或一个金属丝网，和/或一个或多个过滤器(24)(例如活性炭过滤器、微型过滤器、超滤器和/或纳米过滤器，除去或减少了起始液体(4)蒸气中所存在的不希望有的杂质，可选地还设有另外的进、出管线，通过它们可以将清洁液、消毒液和/或冲洗液送入蒸馏器(1)，和/或通过在蒸馏器(1)中以及在进和出管线上安装声波发生器(例如压电晶体和/或振动器)使用可选的物理清洁方法(例如超声波和/或振动)，在此一个或多个清管器，该设备用在管道中并在管道或管状容器中移动并检查和清洁管壁，此设备已纳人在根据本发明的装置中，并且其移动优选地通过电缆和/或齿轨来进行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，调节起始液体(4)供入(8)和排出(9)以及流入和流出量，致使起始液体(4)的液位保持在一定范围内，藉此没有液体进入可选的防溅罩(21)、可选的内置过滤器(24)和/或压缩机(7)，并且保持了起始液体其液体稠度以及馏出物(6)的连续排出(10)，调节排出量，以使馏出物的液位位于一个或多个排放管线(10)上方，藉此蒸汽无法逸出并且最好保持尽可能低的状态，以便有尽可能大的面积可用于蒸汽的冷凝，同时对进出的液体(4、6)流量的液位控制以手动或自动如电子地和/或机械地进行，优选地安装传感器(20、25)，其将液位传递给液位控制器(18)，以生成用于阀和/或泵(22、23、26)的控制信号，和/或可选地已安装观察镜，使各液位(4，6)可见化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述蒸馏器(1)上方布置一个或多个容器以可选地取代一个或多个泵(22)，借助重力并且优选地经由一个或多个控制阀，将起始液体(1)提供给一个或多个根据本发明的蒸馏器，安装一个或多个泵(例如齿轮泵或蠕动软管泵)以可选地取代一个或多个阀(23、26)，这些泵以定量方式输送液体，对于起始液体(4)和馏出物(6)的液位测量(20、25)优选地通过浮标，通过测量电导率，通过电容测量，通过光学测量，通过超声测量或通过测量来进行。对于起始液体(4)和馏出物(6)的液位测量(20、25)优选地通过浮标、通过测量电导率、通过电容测量、通过光学测量、通过超声测量或通过微波或雷达测量来进行，通过一个或多个压缩机(7)的驱动力来执行压力控制，和/或通过一个或多个过压阀转移过压和/或通过旋转镜面来降低过压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述蒸馏器(1)位于双壁抽空管(13)中，或者双壁抽空管(13)用作容器，且由例如硼硅酸盐玻璃组成，外管(14)是透明的，内管(15)也是透明的，然后可选地用作馏出物的容器(5)或通过涂有太阳辐射吸收层(例如，TiNox)，然后用作起始液体的容器(3)来吸收光。在此透明管优选具有可减少太阳辐射(2)的反射并反射蒸馏器的红外辐射的涂层。在被太阳光线照射到的区域外，最好对类似于杜瓦瓶的双壁管(13)进行镜射，以便在那里获得更好的隔热效果。
10.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，用于压缩蒸汽的一个或多个压缩机(7)被设计为流量压缩机(例如轴向、径向或对角涡轮压缩机)、容积式压缩机(例如旋转式压缩机，罗茨压缩机或螺杆式压缩机)、风扇或离心风机，在此该压缩机或这些压缩机(7)通过马达(例如通过电动机(43))、斯特林发动机、由起始液体的蒸汽操作的叶轮机械(如轴向、径向(39)或对角线涡轮机或通过由该起始液体的蒸气操作的排量机，例如旋转活塞机)进行驱动，在压缩机(7)由叶轮机械或排量机驱动的情况下，所需的起始液体蒸气可选地通过管道和/或通过中空的驱动轴(40)输送到叶轮机械或排量机，为此所需的蒸汽从起始液体选择性地通过管道和/或通过当时空心的驱动轴(40)输送到叶轮机械或容积式机械，该机械或这些机械的功率通过一节流阀、一废气门或通过改变几何形状进行调整，该蒸汽可选地被冷凝以便获得额外的馏出物，以及该机器可选地还驱动一台发电机，以便独立于公共电网，并且一个或多个发电机也可以可选地用作电动机，并且如果压缩机(7)仅通过相应的一个电动机(43)进行驱动，该叶轮机械(这些叶轮机械)或排量机(一个或多个)可选地驱动各自的发电机，以便独立于公共电网，并且所有设备和/或设备组合可以选择存在几套，可选地在所有设备之间布置一个变速器用于调节速度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述供给和排出管线(8、9、10)中安装有一个或多个热交换器(17)，为使起始液体尽可能热地流入，将流出的蒸馏残渣(9)和/或流出的馏出物(10)的热量提供给流入的起始液体(8)，在此如果存在一双壁抽空管(13)，则最好将热交换器(17)放置在其中，以提高隔热效果，一个或多个珀耳帖元件可选地布置在热交换器(17)的内部和/或上方，它们借助于塞贝克效应为根据本发明的设备运作提供电流，和/或将光伏电池连接至太阳辐射吸收层和/或在任何位置，光伏电池的电流独立于公共电网，可选地在电动机(43)的帮助下驱动压缩机(7)和/或可用于其他应用，例如镜面控制、泵操作和阀门控制，从而使光电管产生的热量损失和/或多余电能产生的热量可选地返回到起始液体中。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的装置，其特征在于，所述蒸馏器(1)倾斜并且基本上垂直于太阳辐射(2)，带有一抛物线形槽镜(27)，蒸馏器(1)位于其焦线处，蒸馏器(1)和抛物线形槽镜(27)由框架(28)保持在适当的位置，该框架(28)的一部分优选地由“D”形的管(29)形成，可旋转的抛物线槽镜或与抛物线形槽镜固定连接的可旋转管根据照明条件对齐，并且，如果蒸馏器的一个或多个压缩机(7)与一个或多个涡轮机通过起始液体的蒸汽进行运行，则该蒸汽最好导入到管(29)中并且在那里，可选地借助位于管中的附加冷凝器进行冷凝，以使生成的馏出物收集在管中，根据太阳的位置对蒸馏器(1)和抛物线形槽镜(27)的仰角借助旋转轴承和驱动器进行可选地改变，可选地根据本发明的装置是模块化的，并且这些模块优选地通过螺钉紧固件和/或快速释放紧固件保持在一起，模块化部件是诸如蒸馏器(1)、镜子(27)、呈“D”形的管道(29)以及框架(28)，而对管(29)可以进行进一步分割，以便进行例如清洁，根据本发明的这种类型的装置可选地在农场中进行并联操作和/或可选地一个接一个地操作，从而将相应的蒸馏残渣用作下一个蒸馏器的起始液体，在海水淡化的情况下，所得的蒸馏残渣(盐水)选择性地送入蒸发池中以提取盐。
13.根据权利要求1至11中的一项所述的装置，其特征在于，所述蒸馏器(1)成水平方向或稍微倾斜，主要在南北方向，安装了一个或多个可旋转地的抛物线形槽镜(27)，在其焦线位置上是蒸馏器(1)或用于起始液体的容器(3)的中心，蒸馏器的一端(30)向上弯曲，以使起始液体和馏出物不流入压缩机或涡轮机，蒸馏器的另一端(31)处向下弯折，以便可以在那儿抽出馏出物，优选将位于压缩机处的蒸馏器端部(30)稍微升高，以使蒸馏器中的蒸汽更容易逸出。并且通过驱动器根据一天中的时间进行自动跟踪，以便将反射和聚焦的太阳辐射(2)落在蒸馏器(1)上或落在用于起始液体的容器(3)上，并且根据本发明的这种类型的装置可选地在农场中进行并联操作和/或可选地一个接一个地操作，在此使用各自的蒸馏残留物作为下一个蒸馏器的起始液体。在海水淡化的情况下，可以将生成的蒸馏残余物(盐水)选择性地送入蒸发池中以提取盐。
14.根据权利要求1至11中的一项所述的装置，其特征在于，蒸馏器(1)作为太阳能塔(32)垂直竖立并由反射镜(33)围绕，该反射镜将阳光(2)引导到太阳能塔(32)上，每个反射镜(33)(最好是矩形的)与白天和季节或相对于太阳光中的最亮点对齐。以使太阳辐射(2)导向塔形蒸馏器(32)或用于起始液体的容器(3)并优选在其中尽可能均匀地分布，太阳能塔(32)可选地竖立在基座(34)上，以便可以可选地在其整个长度上进行照射，以及根据本发明的这种类型的设备可选地被并联操作和/或一个接一个地操作，在此使用各自的蒸馏残留物作为下一个蒸馏器的起始液体，在海水淡化的情况下，可以将生成的蒸馏残渣(盐水)选择性地送入蒸发池中以提取盐。
15.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，将沸石和/或一个或多个沸腾棒放置在所述一个或多个起始液体容器(3)中，一个或多个搅拌器搅拌所述起始液体(4)，将空气、气体和/或蒸汽导入到起始液体(4)中，用于起始液体(4)的一个或多个容器(3)由石英玻璃组成，在石英玻璃表面全部或一部分可选地熔化石英砂，起始液体容器(3)用超声波进行超声处理以防止沸腾延迟，超声处理也可以抑制水垢形成和生物沉积，通过例如紫外线辐射灭菌对馏出物进行物理杀菌处理，因此将汞蒸气灯、发光二极管，激光器和/或气体放电灯优选地安装在馏出物的一个或多个容器中，和/或将压力和温度传感器安装在根据本发明的装置中，其测量信号优选地传递到电子控制器(18)，以便能够更精确地控制起始液体(4)的沸腾。
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