一种太阳能蒸馏单元及蒸馏方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能蒸馏单元及蒸馏方法，包括从左向右依次设置的汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔，所述蒸发冷凝腔、含溶质水腔的上端均与阳光吸热装置的底部连接，在所述蒸发冷凝腔的上端与所述阳光吸热装置的底部之间以及含溶质水腔中设有相互连通的亲水材料层，所述蒸发冷凝腔的腔体内充有摩尔质量小于水分子摩尔质量的气体，所述汲水腔中设有汲水装置，所述亲水材料层的左端与所述汲水装置连通，位于所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔与平面荧光聚光器的输出右端连接，所述蒸发冷凝腔的下端与输出冷凝液的管道连接。本发明专利技术优化蒸馏单元中的汲水装置，实现高效蒸馏；有利于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能蒸馏单元及蒸馏方法
本专利技术涉及一种蒸馏单元及方法，尤其是涉及一种太阳能蒸馏单元及蒸馏方法。
技术介绍
水资源是人类赖以生存的重要资源，人们在生产和生活中，时时刻刻离不开水资源。当今时代，水资源紧张俨然已成为世界性的问题。就我国而言，我国水资源总量居世界前列，然而，人均水资源不足2400立方米，仅为世界平均水平的1/4左右，被联合国列为最贫水国家之一。我国东部沿海省份，经济发达，人口稠密，人均淡水资源少，但生产、生活耗水量大；我国内陆省份近几年来伴随经济的发展用水量也逐年增长，国家结合环保行动，加大对废水、污水的治理投入力度，实现部分领域水资源的工农业再利用，然而，有些地区水资源尤其是优质的淡水资源紧张的问题依然突出，已经发展成为制约该地区经济和社会发展的瓶颈。直接通过蒸馏技术对水体进行净化处理以获取优质纯净淡水资源是一种可行的做法，但在当前技术条件下，存在能源消耗大、水处理成本高的技术问题。我国东部沿海地带有着丰富的海水资源和丰富的太阳能资源，这使得太阳能海水淡化切实可行。海水淡化技术在一定程度上很好的解决淡水资源缺乏问题，而太阳能海水淡化技术能否实现高效全被动、零排放运行，一直备受关注。目前，采用特种功能材料、自吸水全被动运行的海水蒸馏装置被不断专利技术和研究和改进，这种技术的主要特征是采用亲水性多孔材料，如碳纳米材料、等离子体，或者是开放式热管等，利用毛细吸升作用实现布水，其特点是材料表面海水分布均匀，热容小，利于蒸发。此外，通过多级潜热回收利用，单个多级蒸馏装置的实验室效率已经高达385％。遗憾的是，这样的技术应用起来却十分受限制，其原因主要在于这一类蒸馏装置的布水方式的缺陷。其一，海水在蒸发过程中没有形成开放流动。当装置长时间运行时，随着吸水材料中的水分蒸发，材料中的盐浓度升高甚至出现结晶，进而阻塞材料孔隙，降低蒸发速率，影响装置产水。在全被动装置中，对于这一问题的解决仍然采取浓盐自由扩散的方式，速率缓慢，这也严重限制了这一类蒸馏装置的规模化设计。其二，正向传热传质方向的限制。众所周知，热蒸汽是自然向上对流，因此现有的蒸馏装置往往是正向上或侧向上传热，使得太阳光接收面在蒸馏装置的下方，这本身与自然光照方向相反，难以实现高效太阳能接受利用，制约了太阳能海水淡化的发展。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服现有水处理中的蒸馏技术的技术不足，提出一种太阳能蒸馏单元。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种太阳能蒸馏单元，包括从左向右依次设置的汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔，在所述蒸发冷凝腔、含溶质水腔的上方设有阳光吸热装置，所述阳光吸热装置的底部呈面状且与水平面平行或左侧高于右侧与水平面之间设有倾角；在所述蒸发冷凝腔的上端与所述阳光吸热装置的底部之间以及含溶质水腔中设有相互连通的亲水材料层，所述汲水腔中设有汲水装置，所述亲水材料层的左端与所述汲水装置连通，位于所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔与平面荧光聚光器的输出右端连接，所述汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔的下端均位于吃水线下，所述蒸发冷凝腔的下端与输出冷凝液的管道连接。所述蒸发冷凝腔的上端包括靠接在亲水材料层下表面上的支撑网，所述蒸发冷凝腔的腔体内充有摩尔质量小于水分子摩尔质量的气体，所述蒸发冷凝腔的下端设有冷凝面，所述冷凝面与水平面平行或左侧高于右侧与水平面之间设有倾角；所述冷凝面位于所述蒸发冷凝腔的吃水线以下，输出冷凝液的管道连接在所述冷凝面的右侧端；所述阳光吸热装置包括上部设有的透光隔热罩和底部设有的吸光板，所述平面荧光聚光器的上端面、所述汲水腔的上端面、所述透光隔热罩的上端面三者共面，所述吸光板的底面与所述亲水材料层的上表面靠接。在所述蒸发冷凝腔上端的支撑网与下端的冷凝面之间还设有至少一组平行于支撑网的中间蒸发面，所述中间蒸发面从上往下依次设有中间冷凝面、亲水材料层、中间支撑网，所述中间冷凝面和中间支撑网之间的亲水材料层的左端与所述汲水装置连通、右端与所述含溶质水腔中的亲水材料层连接为一体，位于所述支撑网和所述中间支撑网上且靠近所述汲水腔的右侧端部均设有向上的凸台，位于所述中间冷凝面的右侧端，在所述中间冷凝面和中间支撑网之间设有连通上下的连通管，所述汲水腔的上端设有端盖，所述汲水腔的下端口连接有滤网且位于吃水线以下，所述亲水材料层包括设有的亲水性棉，位于含溶质水腔中所述亲水材料层的亲水性棉的下端位于吃水线下且低于滤网所处水平面，所述亲水性棉为片状或条状。所述汲水装置包括位于汲水腔中的输水主管，所述输水主管的下管口位于吃水线下，在靠接所述下管口的上侧的输水主管上设置单向阀，在靠近单向阀上侧的输水主管上设置水泵，在单向阀和水泵之间的输水主管上设有总回水接口，所述平面荧光聚光器的输出左端或输出后端或输出前端设有太阳能电池，所述太阳能电池通过断路器与所述水泵电连接，所述输水主管为直管或螺旋管；所述水泵的出水口通过输水主管连接在扁水箱底部，所述扁水箱的左侧面与所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔相对，在所述扁水箱的上部设有第一阀门，所述第一阀门通过第一输水集流管与至少一条通向支撑网上表面的亲水材料层的第一出水导管连接，靠近所述支撑网的底面设有至少一条第二出水导管，所述第二出水导管的上端口通过第二输水集流管与所述扁水箱上部连接，所述第二出水导管为每层在水平方向布设并由上到下逐层级联的蛇形管，每层所述蛇形管穿过所述含溶质水腔且蛇形管的弯曲部位于含溶质水腔的右侧壁外，至少一条所述第二出水导管的下端口通过回水总管与所述总回水接口连接。所述汲水装置包括位于汲水腔中的输水主管，所述输水主管的下管口位于吃水线下的滤网中，在靠接所述下管口的上侧的输水主管上设置单向阀，在靠近单向阀上侧的输水主管上设置水泵，在单向阀和水泵之间的输水主管上设有总回水接口，所述平面荧光聚光器的输出左端或输出后端或输出前端设有太阳能电池，所述太阳能电池通过断路器与所述水泵电连接，所述输水主管为直管或螺旋管；所述水泵的出水口通过输水主管连接在扁水箱底部，所述扁水箱的左侧面与所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔相对，在所述扁水箱的上部设有第一阀门和至少一个第一中间阀门，所述第一阀门通过第一输水集流管与至少一条通向支撑网上表面的亲水材料层的第一出水导管连接，每个所述第一中间阀门通过各自的第一中间连管与各自的第一中间输水集流管连接，每个第一中间输水集流管与旁边对应的中间支撑网上表面的亲水材料层中的至少一条第一出水导管连接；靠近所述支撑网的底面和至少一组中间支撑网的底面分别设有至少一条第二出水导管，靠近所述支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的上端口通过第二输水集流管与所述扁水箱上部连接，靠近所述中间支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的上端口与所述中间支撑网旁的第二中间输水集流管连接，靠近所述支撑网的底面或所述中间支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管为每层在水平方向布设并由上到下逐层级联的蛇形管，每层所述蛇形管穿过所述含溶质水腔且蛇形管的弯曲部位于含溶质水腔的右侧壁外，所述第二输水集流管通过第二中间连管与其下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，包括从左向右依次设置的汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔，在所述蒸发冷凝腔、含溶质水腔的上方设有阳光吸热装置，所述阳光吸热装置的底部呈面状且与水平面平行或左侧高于右侧与水平面之间设有倾角；/n在所述蒸发冷凝腔的上端与所述阳光吸热装置的底部之间以及含溶质水腔中设有相互连通的亲水材料层，所述汲水腔中设有汲水装置，所述亲水材料层的左端与所述汲水装置连通，位于所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔与平面荧光聚光器的输出右端连接，所述汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔的下端均位于吃水线下，所述蒸发冷凝腔的下端与输出冷凝液的管道连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，包括从左向右依次设置的汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔，在所述蒸发冷凝腔、含溶质水腔的上方设有阳光吸热装置，所述阳光吸热装置的底部呈面状且与水平面平行或左侧高于右侧与水平面之间设有倾角；
在所述蒸发冷凝腔的上端与所述阳光吸热装置的底部之间以及含溶质水腔中设有相互连通的亲水材料层，所述汲水腔中设有汲水装置，所述亲水材料层的左端与所述汲水装置连通，位于所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔与平面荧光聚光器的输出右端连接，所述汲水腔、蒸发冷凝腔、含溶质水腔的下端均位于吃水线下，所述蒸发冷凝腔的下端与输出冷凝液的管道连接。


2.根据权利要求1所述的一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，所述蒸发冷凝腔的上端包括靠接在亲水材料层下表面上的支撑网，所述蒸发冷凝腔的腔体内充有摩尔质量小于水分子摩尔质量的气体，所述蒸发冷凝腔的下端设有冷凝面，所述冷凝面与水平面平行或左侧高于右侧与水平面之间设有倾角；所述冷凝面位于所述蒸发冷凝腔的吃水线以下，输出冷凝液的管道连接在所述冷凝面的右侧端；
所述阳光吸热装置包括上部设有的透光隔热罩和底部设有的吸光板，所述平面荧光聚光器的上端面、所述汲水腔的上端面、所述透光隔热罩的上端面三者共面，所述吸光板的底面与所述亲水材料层的上表面靠接。


3.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，在所述蒸发冷凝腔上端的支撑网与下端的冷凝面之间还设有至少一组平行于支撑网的中间蒸发面，所述中间蒸发面从上往下依次设有中间冷凝面、亲水材料层、中间支撑网，所述中间冷凝面和中间支撑网之间的亲水材料层的左端与所述汲水装置连通、右端与所述含溶质水腔中的亲水材料层连接为一体，位于所述支撑网和所述中间支撑网上且靠近所述汲水腔的右侧端部均设有向上的凸台，位于所述中间冷凝面的右侧端，在所述中间冷凝面和中间支撑网之间设有连通上下的连通管，所述汲水腔的上端设有端盖，所述汲水腔的下端口连接有滤网且位于吃水线以下，所述亲水材料层包括设有的亲水性棉，位于含溶质水腔中所述亲水材料层的亲水性棉的下端位于吃水线下且低于滤网所处水平面，所述亲水性棉为片状或条状。


4.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，所述汲水装置包括位于汲水腔中的输水主管，所述输水主管的下管口位于吃水线下，在靠接所述下管口的上侧的输水主管上设置单向阀，在靠近单向阀上侧的输水主管上设置水泵，在单向阀和水泵之间的输水主管上设有总回水接口，所述平面荧光聚光器的输出左端或输出后端或输出前端设有太阳能电池，所述太阳能电池通过断路器与所述水泵电连接，所述输水主管为直管或螺旋管；
所述水泵的出水口通过输水主管连接在扁水箱底部，所述扁水箱的左侧面与所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔相对，在所述扁水箱的上部设有第一阀门，所述第一阀门通过第一输水集流管与至少一条通向支撑网上表面的亲水材料层的第一出水导管连接，靠近所述支撑网的底面设有至少一条第二出水导管，所述第二出水导管的上端口通过第二输水集流管与所述扁水箱上部连接，所述第二出水导管为每层在水平方向布设并由上到下逐层级联的蛇形管，每层所述蛇形管穿过所述含溶质水腔且蛇形管的弯曲部位于含溶质水腔的右侧壁外，至少一条所述第二出水导管的下端口通过回水总管与所述总回水接口连接。


5.根据权利要求3所述的一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，所述汲水装置包括位于汲水腔中的输水主管，所述输水主管的下管口位于吃水线下的滤网中，在靠接所述下管口的上侧的输水主管上设置单向阀，在靠近单向阀上侧的输水主管上设置水泵，在单向阀和水泵之间的输水主管上设有总回水接口，所述平面荧光聚光器的输出左端或输出后端或输出前端设有太阳能电池，所述太阳能电池通过断路器与所述水泵电连接，所述输水主管为直管或螺旋管；
所述水泵的出水口通过输水主管连接在扁水箱底部，所述扁水箱的左侧面与所述汲水腔的左侧壁上设有的通孔相对，在所述扁水箱的上部设有第一阀门和至少一个第一中间阀门，所述第一阀门通过第一输水集流管与至少一条通向支撑网上表面的亲水材料层的第一出水导管连接，
每个所述第一中间阀门通过各自的第一中间连管与各自的第一中间输水集流管连接，每个第一中间输水集流管与旁边对应的中间支撑网上表面的亲水材料层中的至少一条第一出水导管连接；
靠近所述支撑网的底面和至少一组中间支撑网的底面分别设有至少一条第二出水导管，靠近所述支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的上端口通过第二输水集流管与所述扁水箱上部连接，靠近所述中间支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的上端口与所述中间支撑网旁的第二中间输水集流管连接，靠近所述支撑网的底面或所述中间支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管为每层在水平方向布设并由上到下逐层级联的蛇形管，每层所述蛇形管穿过所述含溶质水腔且蛇形管的弯曲部位于含溶质水腔的右侧壁外，所述第二输水集流管通过第二中间连管与其下方的至少一组所述中间支撑网旁的第二中间输水集流管从上到下依次级联；
靠近所述支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的下端口与回水集流管连接，靠近所述中间支撑网的底面的至少一条所述第二出水导管的下端口与中间回水集流管连接，所述回水集流管通过第三中间连管与其下方相邻的所述中间支撑网旁的第二中间输水集流管连接；
所述中间回水集流管与存在其下方的所述中间支撑网旁的第二中间输水集流管之间由上到下依次通过第三中间连管首尾级联后最终经回水总管与所述总回水接口连接。


6.根据权利要求3所述的一种太阳能蒸馏单元，其特征在于，所述汲水装置包括位于汲水腔中的输水主管，所述输水主管的下管口位于吃水线下的滤网中，在靠接所述下管口的上侧的输水主管上设置单向阀，在靠近单向阀上侧的输水主管上设置水泵，在单向阀和水泵之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔慧，马兴龙，郑宏飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11