一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池及使用方法与流程

本发明涉及太阳能蒸馏和水处理技术领域，具体为一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池及使用方法。

背景技术：

受气候因素、地理因素和人口发展因素等影响，我国正面临着日趋严重的水资源短缺问题。在我国西北地区，年降水量少和地表蓄水能力差，造成当地居民一直为饮用水短缺问题所困扰；华北地区则面临着严重的季节性缺水问题；东部、南部地区降水相对丰富，且地表水系发达，然而由于工业的无序发展和人口的急剧扩张，大量工业废水、农业养殖业废水和生活污水正侵蚀着河流和地下水，水污染问题日益严重。太阳能蒸馏技术作为一种零功耗的水处理方案，是解决上述问题的理想技术。利用太阳能蒸馏技术，可以将西北地区的地下苦咸水转化成淡水，可以从华北地区的海岸线抽取海水进行淡化处理，也可以对工业废水、农业养殖业废水和生活污水进行蒸馏处理，降低能耗和成本。太阳能蒸馏是我国水资源短缺问题的理想解决方案。

然而，传统的太阳能蒸馏其存在光热转化效率较低、产水量低且装置无法规模化铺展、推广等缺点，目前仍处于实验室的小试阶段。为了改善其性能，近年来各国研究者们都提出了较有效的措施。如引入太阳能集热器提升光热转换效率，引入聚光器提高蒸发水体的温度提高产量，引入多效冷凝面使得冷凝潜热得以重复利用等。这些方法的确一定程度上提高了装置的单位面积产水量，但又产生了单位产量的设备投资提高、装置不易操作和大规模应用的问题。

技术实现要素：

本发明一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池，它通过合理的材料选材和可扩展的结构方案设计，可解决传统的太阳能蒸馏器产水量低和成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池，包括透明冷凝罩、原水水池，其特征在于：所述的太阳能蒸馏池是由该装置由透明冷凝罩和原水水池组成，所述透明冷凝罩由不锈管或塑料管材焊接成骨架，并外贴玻璃或透明塑料板材，所述透明冷凝罩底部内圈是淡水水槽，所述淡水水槽由u型不锈钢槽钢或塑料水槽焊接而成，并在底部设置有淡水出水口，所述淡水水槽向淡水出水口处倾斜，所述透明冷凝罩放置在原水水池上，并用密封胶固定密封，所述原水水池另一边设有原水进水口，与外部管道连接即可注入原水，所述吸光材料放置在原水水池底部。

优选的，所述吸光材料具有极高的吸光效率，是一种孔隙率高、亲水性好可快速吸水的二维材料，且热导率低。优选的，所述吸光材料在使用过程中原水表面，吸收太阳能转化为热能，仅对表层海水进行加热蒸发，避免了传统太阳能蒸馏器对整个原水水体进行加热的形式，能量直接用于原水的蒸发，从而提高了对太阳能的利用效率。

优选的，蒸馏池的透明冷凝罩具有多种形状，是由不锈管或塑料管材焊接成骨架，并外贴玻璃或透明塑料板材制成。

优选的，所述透光冷凝罩可以是玻璃材质，也可以是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚酯塑料等透明板材。

优选的，

所述透光冷凝罩内表面采用化学修饰的方法进行表面改性，使透光面的表面性质由疏水转变为亲水，水蒸气凝结后形成水膜而不是分散的小液滴，从而避免了对入射光的散射。化学修饰的具体方式是：在表面均匀涂抹具有亲水基团的活性物质，干燥即可完成。当水蒸气接触膜面就会完全润湿铺展，形成薄的透明水膜层，达到抗雾的目的。

优选的，所述蒸馏池的透明冷凝罩具有多种形状，是由不锈管或塑料管材焊接成骨架，并外贴玻璃或透明塑料板材制成。

优选的，水蒸气在透光面冷凝罩内壁冷凝，然后沿着透明冷凝壁流入淡水水槽，并从淡水出水口流出。

优选的，所述透明冷凝罩顶面的玻璃或塑料板可打开。

优选的，所述原水水池可由砖块、水泥或混泥土制造。

优选的，每个蒸馏池可作为一个制水单元，长宽可根据实际的产水需求进行设计，每个净水工程由多个制水单元并联运行。

优选的，一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池的使用方法，包括以下步骤：

s1：将太阳能蒸馏池建造在平面上，周围无遮挡阳光的建筑，透明冷凝罩的形状视纬度而定，若装置建造在北回归线以北或南回归线以南，则应建设成不对称倾角图2、图3的形状，且长边面向南或北；

s2：若装置建造在赤道附近，则应建设成图1对称倾角图的形状，以上方法可保证采光面积最大。将原水海水、苦咸水、污水等输送到原水水池中，吸光材料漂浮在原水表面；

s3：阳光通过透明冷凝罩上表面入射到吸光材料4表面，被吸收转化为热能加热吸光材料上的原水，水蒸气分别在透明冷凝罩的内表面冷凝；

s4：由于内表面做过亲水处理，水蒸气凝结后将形成水膜，而不是分散的小液滴，从而降低了冷凝水对阳光的散射，提高了透光率。冷凝水沿着透明冷凝壁流入淡水水槽，并从淡水出水口流出。而未淡化的浓水则留在原水水池中，定期通过浓水出水口流出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一：本发明吸光效率和光热转换效率高、单位面积产水量较目前常见的盘式被动式太阳能蒸馏器获得较大提升；

二：本发明装置不依赖大型集热器、多效蒸馏等器件，在常压常温下运行，结构精简，安全可靠；

三：本发明低能耗无污染，仅利用太阳能进行蒸馏；

四：本发明操作简便，适时加注原水、转运纯水即可；

五：设备结构简单，制造成本低，维护费用少，使用寿命长；

六：本发明可以小尺寸个人使用，也可以规模化工程化量产。

附图说明

图1为本发明的截面示意图；

图2为本发明的截面示意图；

图3为本发明的截面示意图。

图中标号：1、透明冷凝罩；2、淡水水槽；3、浓水出水口；4、吸光材料、5、原水水池；6、纯水出水口；7、原水进水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：该装置由透明冷凝罩1和原水水池5组成，透明冷凝罩1由不锈管或塑料管材焊接成骨架，并外贴玻璃或透明塑料板材，蒸馏池的透明冷凝罩1具有多种形状，具体视纬度而定。若装置建造在北回归线以北或南回归线以南，则应建设成不对称倾角图（2）、图（3）的形状，且长边面向南或北；若装置建造在赤道附近，则应建设成对称倾角图（1）的形状，以上方法可保证采光面积最大，透明冷凝罩1底部内圈是淡水水槽2，淡水水槽2由u型不锈钢槽钢或塑料水槽焊接而成，并在底部设置有淡水出水口6。淡水水槽2向淡水出水口6处倾斜，使得水槽内的淡水可以向一处汇集，方便从淡水出水口6流出，水蒸气在透光面冷凝罩1内壁冷凝，然后沿着透明冷凝壁1流入淡水水槽2，并从淡水出水口6流出。而未淡化的浓水则留在原水水池中，定期通过浓水出水口3流出，透明冷凝罩1顶面的玻璃或塑料板可打开，方便打开取出内部的吸光材料并对内部进行检修和清洗等，透明冷凝罩1放置在原水水池5上，并用密封胶固定密封。原水水池5可由砖块、水泥或混泥土制造，，底部做成斜坡，便于浓水向浓水出水口3排出。原水水池5内表面需做防水处理。原水水池5另一边设有原水进水口7，与外部管道连接即可注入原水，吸光材料4放置在原水水池5底部，注水后即可漂浮在原水表面，使用具有微纳结构的二维纳米吸收体作为吸光材料4。该材料具有极宽的太阳光谱吸收，在400～2500纳米光谱范围内的平均吸光率可达到97%以上，光热转换效率可达90%以上，远高于目前常见的吸光材料和太阳能集热器，所使用的吸光材料4漂浮在原水表面，吸收太阳能转化为热能，仅对表层海水进行加热蒸发，避免了传统太阳能蒸馏器对整个原水水体进行加热的形式，能量直接用于原水的蒸发，从而提高了对太阳能的利用效率，透明冷凝罩1的形状可以是图1、图2、图3所示的多种形状，具体视纬度而定。。

一种低成本可扩展的盘式太阳能蒸馏池的使用方法，包括以下步骤：

s1：将太阳能蒸馏池建造在平面上，周围无遮挡阳光的建筑，透明冷凝罩1的形状视纬度而定，若装置建造在北回归线以北或南回归线以南，则应建设成不对称倾角图2、图3的形状，且长边面向南或北；

s2：若装置建造在赤道附近，则应建设成对称倾角图1的形状，以上方法可保证采光面积最大。将原水海水、苦咸水、污水等输送到原水水池5中，吸光材料4漂浮在原水表面；

s3：阳光通过透明冷凝罩1上表面入射到吸光材料4表面，被吸收转化为热能加热吸光材料上的原水，水蒸气分别在透明冷凝罩1的内表面冷凝；

s4：由于内表面做过亲水处理，水蒸气凝结后将形成水膜，而不是分散的小液滴，从而降低了冷凝水对阳光的散射，提高了透光率。冷凝水沿着透明冷凝壁1流入淡水水槽2，并从淡水出水口6流出。而未淡化的浓水则留在原水水池中，定期通过浓水出水口3流出。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。