一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水处理技术领域，尤其涉及一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置。

背景技术

随着人口的急剧增长和经济的快速发展，淡水需求与日俱增。海水淡化是解决水资源短缺的重要技术，但传统的海水淡化技术，诸如反渗透和多级闪蒸，不仅装置庞大、结构复杂，而且运行成本高，难以在偏远地区和经济不发达地区推广应用。太阳能海水淡化是解决这一问题的有效途径，其中被动式太阳能蒸馏是一种低成本、配置灵活、不消耗化石能源和电能的海水淡化技术，可以实现分布式运行和零碳排放海水淡化。

现有的被动式太阳能蒸馏装置常用毛细吸液芯作为蒸发器，利用毛细吸力将盐水泵送至蒸发界面，从而实现自动补水，并减少蒸发界面向水体的热损失，提高能量转换效率。然而吸液芯内部多孔结构对盐分扩散排出有强抑制作用，在长时间运行中蒸发器会有盐结晶析出并导致输运失效和产水率下降，显著降低了蒸馏的稳定性。目前，盐结晶问题已成为限制太阳能蒸馏装置应用的关键瓶颈。现有提高装置抗结盐能力的措施包括(1)光热转换与蒸发解耦、(2)扩展或增加盐水输运通道、(3)重力或浓度差驱动下的盐水冲刷，这些措施在加快整个供水通道内的盐分扩散的同时，也会增加蒸发器向外部水体的热损失。此外，这些措施没有摆脱毛细吸液芯材料的限制，蒸馏装置的尺寸取决于材料所提供的的毛细吸力，不利于该技术的大型化和实用化。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种耐盐的被动式太阳能海水淡化装置，能利用类船型结构实现自漂浮，通过盐水层替换传统的毛细吸液芯作为蒸发器，提高装置的耐盐性能和蒸馏稳定性，同时海水在外界压强作用下自动流入装置，实现自动供水，具有高效、耐盐、容易大型化等优点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高太阳能海水淡化装置的耐盐性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括漂浮连通器和太阳能蒸馏器，其中，所述太阳能蒸馏器设置在所述漂浮连通器内部，所述漂浮连通器上设有连通器入口，所述连通器入口与外部盐水相连通，所述太阳能蒸馏器包括盐水入口、吸热装置和冷凝装置，所述盐水入口与所述连通器入口相连通，所述盐水入口用于给所述太阳能蒸馏器提供盐水，所述吸热装置包括透明上盖，所述吸热装置设置在所述冷凝装置上方，所述冷凝装置包括疏水透气膜、冷凝板和淡水出口，所述疏水透气膜、所述淡水出口和所述冷凝板从上到下依次排列，所述疏水透气膜的上方为盐水层，所述疏水透气膜的下方为淡水收集层。

进一步地，所述太阳能蒸馏器还包括外部骨架，所述外部骨架由尼龙或硅胶制成。

进一步地，所述漂浮连通器为透明容器。

进一步地，所述太阳能海水淡化装置还包括集水槽，所述集水槽设置在所述淡水出口的下方。

进一步地，所述太阳能蒸馏器还包括光热板，所述光热板设置在所述透明上盖与所述冷凝装置之间。

进一步地，所述光热板与所述透明上盖之间的间距为3到5毫米。

进一步地，所述太阳能蒸馏器包括多个所述冷凝装置，多个所述冷凝装置从上到下依次连接。

进一步地，靠近所述透明上盖的所述疏水透气膜为光热膜。

进一步地，所述太阳能蒸馏器还包括盐水和空气出口，所述盐水和空气出口用于连通空气与所述盐水层。

进一步地，所述太阳能蒸馏器的底部还设有铝翅片式散热器。

本发明的有益技术效果如下：

1、常用的毛细吸液芯蒸发器容易结盐，本发明采用盐水层结构替代毛细蒸发器，盐水层内部盐分扩散更容易，耐盐性提高，产水性能更稳定。

2、材料的毛细吸力限制了装置尺寸，本发明通过装置内外气压实现自动补水，膜蒸馏装置位于水面下方，内外气压驱动下盐水自动流入装置，装置更容易实现大型化。

3、纯被动太阳能蒸馏效率不高，本发明采用多级冷凝热回收提升效率，通过多级结构实现冷凝热的重复利用，大幅提升了太阳能利用效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置的总体结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置的工作原理示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置的采用光热板的太阳能蒸馏器的结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的一种耐盐的类船型太阳能海水淡化装置的采用光热膜的太阳能蒸馏器的结构示意图；

其中，1-漂浮连通器，2-太阳能蒸馏器，3-集水槽，4-连通器入口，5-盐水入口，6-盐水和空气出口，7-淡水出口，8-透明上盖，9-光热板，10-盐水层，11-疏水透气膜，12-气隙，13-冷凝板，14-铝翅片式散热器，15-外部骨架，16-硅胶垫片，17-光热膜。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明的目的在于提供一种耐盐的被动式太阳能海水淡化装置，利用类船型结构实现自漂浮，通过盐水层替换传统的毛细吸液芯作为蒸发器，提高装置的耐盐性能和蒸馏稳定性，同时海水在外界压强作用下自动流入装置，实现自动供水。装置可通过光热板或光热膜进行光热转换和蒸发脱盐，光热膜可提高蒸发温度，降低热损失的同时提高蒸馏效率。此外，蒸馏装置可以通过多级结构实现冷凝热回收利用，进而大幅提升太阳能利用效率，具有高效、耐盐、容易大型化等优点。

如图1、图2、图3和图4所示，太阳能海水淡化装置主要部件包括漂浮连通器1、太阳能蒸馏器2和集水槽3。漂浮连通器1为透明容器，用于将太阳能蒸馏器2与外部水体隔开，形成自漂浮的类船型结构，同时减少太阳能蒸馏器2向外部水体的热损失，漂浮连通器1的侧壁设计有连通器入口4。太阳能蒸馏器2的外部骨架15由尼龙或硅胶等低导热材料制成，太阳能蒸馏器2的内部从上往下分别为透明上盖8、光热板9或光热膜17、疏水透气膜11和冷凝板13，疏水透气膜11的上方为盐水层，下方为淡水收集层。太阳能蒸馏器2的前端设有盐水入口5和淡水出口7，后端设有盐水和空气出口6，太阳能蒸馏器2的底部安装有铝翅片式散热器14。盐水入口5通过导管与连通器入口4相连，蒸馏器收集的淡水通过淡水出口7流出，最终沿导管流入集水槽3中。

如图2所示，太阳能海水淡化装置可以漂浮在盐水中，黑色虚线为漂浮连通器1的吃水线，吃水线以下的部分位于水面之下。带箭头的黑色直线表示盐水在大气压作用下的流动。装置运行时太阳能蒸馏器2低于连通器吃水线，盐水在外界压强作用下从连通器侧壁入口4流入，随后沿细管流入蒸馏器，平衡后装置内部盐水液位与连通器吃水线高度相同，这样可以实现自动补水而且不受材料尺寸限制，容易实现大型化。

图2中带箭头的曲线表示蒸气的流动。太阳能蒸馏器2顶部的光热板9吸收阳光并对盐水进行加热，随着盐水温度和蒸气压的提高，水蒸气会穿过疏水透气膜11和气隙12，在冷凝板13表面凝结成水并释放冷凝热。此外，太阳能蒸馏器2可以采用多级结构，蒸气在冷凝板13上释放的冷凝热可用于加热下一级的盐水，这样第一级得到的热能通过蒸发-冷凝的方式逐级向下传递，从而实现冷凝热回收，提高太阳能利用效率。蒸馏器的最后一级用铝翅片式散热器14替换冷凝板，将最后一级的冷凝热转移到环境冷源中并维持稳定的冷凝温度。

此外，光热板9可替换为光热膜17，此时盐水层位于透明上盖8和光热膜17之间，光热转换界面与蒸发界面重合，提升蒸发速率的同时降低装置热损失。下面将分别对光热板和光热膜这两种实施例的内部结构和运行原理进行介绍。

实施例1

太阳能蒸馏器2顶部设有光热板9，图3为太阳能蒸馏器2第一级的结构示意图。顶部的透明上盖8与光热板9之间有厚度为3-5mm的间距，可以起到抑制对流并降低吸光板热损失的作用。吸光板下方依次为盐水层10、疏水透气膜11、气隙12。疏水透气膜11的上下两侧还设有硅胶垫片16，由于盐水层10低于漂浮连通器吃水线，装置不仅能够漂浮于盐水中，同时在内外压差的作用下外部盐水将蒸馏器盐水层中的空气挤出。运行过程中蒸馏器内部盐水不断蒸发减少，盐水可自动补充并充满整个蒸馏器盐水层。

实施例2

图4为太阳能蒸馏器2采用光热膜17替代光热板9后的结构示意图。去掉光热板9后，太阳能蒸馏器2的透明上盖8与盐水层10直接接触，盐水层10下方为光热膜17，光热膜17的上下两侧还设有硅胶垫片16。光热膜17与普通疏水透气膜一样起到隔离盐水层和冷凝层的作用，同时允许水蒸气透过。装置运行时阳光穿过透明上盖8和盐水层10直接照射到光热膜17上，光热膜17吸光并加热盐水完成蒸发脱盐。由于光热转换界面与蒸发界面重合，第一级的蒸发温度更高，蒸气通量和产水速率也会有一定的提升。

本发明可用于海水淡化、污水处理等，除太阳能外没有其他能源输入，在低碳和离网运行等方面具有独特优势。装置通过类船型结构实现自漂浮和自动补水，同时基于盐水层蒸发增强了蒸馏装置的耐盐性和稳定性，采用多级冷凝热回收和光热膜提升能量利用效率，这种兼顾高效率和强稳定性的设计可以大幅降低产水成本，对被动式太阳能蒸馏技术的实用化具有重要意义。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。