專利名稱：太陽能蒸發(fā)式分離方法及所用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)分離及海水淡化技術(shù)，具體地說是一種太陽能蒸發(fā)式分離方法及所用裝置，特別適用于海水淡化。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，物質(zhì)的提純和分離成為了重要的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，這種生產(chǎn)過程可分物理方法和化學(xué)方法，其物理方法最具代表性的是蒸餾法和膜分離法。其中蒸餾法一般需要蒸發(fā)器和冷凝器，工作時(shí)不僅需要加熱而且還需要制冷，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能大。而膜分離法現(xiàn)在應(yīng)用較多，但這種系統(tǒng)需要定期清洗、更換膜材料，同時(shí)工作時(shí)需要消耗一定的電能，因此成本相對(duì)較高。近年來太陽能的利用得到迅猛發(fā)展，太陽能被譽(yù)為綠色環(huán)保能源，無論是太陽能熱水器還是太陽能電池都給人們帶來了巨大的方便和利益。同時(shí)隨著工業(yè)迅猛發(fā)展和人們生活水平日益提高，人們對(duì)淡水的需求量越來越大。但現(xiàn)在我國(guó)淡水資源日益趨貧乏，而沿海城市普遍淡水短缺。世界各地普遍重視淡水的利用問題，均提出了節(jié)約用水、采取淡水循環(huán)再利用等一系列的解決方案，這些都是為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供必須的淡水資源保障，但是充分利用太陽能能源、實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)再利用，以達(dá)到蒸發(fā)分離物質(zhì)之目的的物質(zhì)分離方法，特別是海水淡化方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能充分利用太陽能、實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)再利用的太陽能蒸發(fā)式分離方法及所用裝置。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能、成本低，主要解決海水淡化問題，采用本發(fā)明裝置將為沿海城市及海島地區(qū)提供豐富的淡水資源。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下太陽能蒸發(fā)式分離方法利用太陽能吸收材料將太陽輻射能量吸收進(jìn)絕熱的裝置中，被吸收的能量集中用于加熱待分離的物質(zhì)，使其表面溫度局部升高，以提高物質(zhì)的蒸發(fā)速度及其在裝置中的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致蒸汽在裝置內(nèi)各個(gè)面上凝結(jié)、液化，定向流到收集用容器內(nèi)，由混合物中各物質(zhì)間飽和蒸汽壓及蒸發(fā)速度的差異，實(shí)現(xiàn)分離；同時(shí)，物質(zhì)蒸發(fā)吸收的能量在冷凝時(shí)被放出，產(chǎn)生能量的移動(dòng)，再利用發(fā)出的能量加熱待蒸發(fā)混合物，實(shí)現(xiàn)能量的再利用；所述物質(zhì)指混合液。
所用裝置由黑體板、透光板、加熱板、冷凝器、海水池、淡水池、殼體組成，其中殼體為內(nèi)外雙層的容器，上部開口為斜面結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與外層之間加設(shè)保溫材料構(gòu)成保溫層，底部作為淡水池；透光板覆蓋在殼體上開口處，黑體板與透光板平行設(shè)置、于其下方，兩者之間留有真空腔；在黑體板下方通過導(dǎo)熱器與位于海水池中的加熱板相連；海水池水平安裝在黑體板下方，海水池底部設(shè)冷凝器；另設(shè)海水導(dǎo)入口于殼體上經(jīng)海水進(jìn)水管與海水池相通，淡水導(dǎo)出口位于殼體的底部，通過淡水導(dǎo)出管與水泵相連。
在海水導(dǎo)入口及淡水導(dǎo)出口加設(shè)閥件A、B；在加熱板下方設(shè)加熱器于海水池中，配有電源插座及插座蓋板；在殼體外壁設(shè)有配重勾；水位探測(cè)器分別設(shè)在淡水池和海水池的上方，海水溫探測(cè)器設(shè)置在海水池中，在水面和加熱器之間；所述探測(cè)器輸出信號(hào)與微處理器電連接，實(shí)現(xiàn)水位、水溫、進(jìn)水、排水的自動(dòng)控制；透光板與殼體間設(shè)密封裝置。
海水池的水位不高于加熱板20mm，又不低于加熱板；本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)原理是從質(zhì)量守恒角度出發(fā)，蒸發(fā)和冷凝將會(huì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。從能量的角度出發(fā)，海水池蒸發(fā)出的每克水蒸氣將帶走539卡的熱量，而水蒸氣將在整個(gè)裝置空間內(nèi)的各個(gè)表面積凝結(jié)，其凝結(jié)時(shí)每克蒸汽將放出539卡的熱量，因此整個(gè)過程是能量平衡過程；由于海水池的溫度高所以其中的水蒸發(fā)快(是主要的蒸發(fā)源)，蒸發(fā)到裝置內(nèi)的水蒸汽將彌散整個(gè)裝置內(nèi)空間，但冷凝主要發(fā)生在冷凝器、黑體板下表面、殼體內(nèi)壁上這些冷凝水即為淡水。因此，在這種能量和物質(zhì)的動(dòng)平衡過程中實(shí)現(xiàn)水的定向流動(dòng)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.具有多功能。采用本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)分離功能(主要是利用太陽能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離)，可以用于物質(zhì)(如混合液)的陽光分離，同時(shí)本發(fā)明通過對(duì)太陽能的利用為海水淡化提出條新技術(shù)路線。本發(fā)明應(yīng)用于海水淡化，實(shí)現(xiàn)了基本的陽光海水淡化功能，為沿海城市及海島地區(qū)提供豐富的淡水資源。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理。本發(fā)明黑體板可以增強(qiáng)對(duì)光線的吸收，并能將能量通過導(dǎo)熱器傳導(dǎo)給待加熱物質(zhì)；透光板和黑體板間存在封閉的真空腔，實(shí)現(xiàn)絕熱保溫作用。加熱器在待加熱液中，可以實(shí)現(xiàn)局部加熱升溫，有利于提高蒸發(fā)效率。整體裝置既可以將海水引入到裝置中在陸地上使用，又可以將其放置在海水中使用。
3.冷凝效果好。冷凝器、黑體板和殼體內(nèi)壁為主要的淡水冷凝面，增大了冷凝面積，加速了冷凝，有利于物質(zhì)分離。
4.具有節(jié)能特點(diǎn)。本發(fā)明所述裝置在實(shí)現(xiàn)利用太陽能進(jìn)行物質(zhì)分離(如海水淡化)的同時(shí)，還可以盡可能地節(jié)約能源。表現(xiàn)在1)所述裝置為全封閉，外層有絕熱保溫層，防止能量損失。2)其電加熱器起輔助加熱的作用，可以不使用；在不使用時(shí)要拔掉電源，將電源插座孔用插座蓋板塞緊，目的也是防止能量的損失。3)透光板增強(qiáng)光線透過率，并起絕熱密封作用，電加熱器和海水池通過密封圈密封，以有利于對(duì)蒸發(fā)液體的有效加熱。另外，4)海水池下方緊連接著的冷凝器起主要的冷凝作用，并且將蒸汽冷凝放出的熱量傳遞給海水池，以實(shí)現(xiàn)能量的再利用。
5.使用方便。本發(fā)明裝置有配重鉤可以帶配重物，可使裝置適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入海洋中；亦可以不帶配重物，在陸地上使用。還可以根據(jù)需要通過安裝水位探測(cè)器和水溫探測(cè)器實(shí)現(xiàn)水位、水溫、進(jìn)水、排水的自動(dòng)控制。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以在海洋中試用為例利用太陽能吸收材料(瀝青)將太陽輻射能量吸收進(jìn)絕熱的裝置中，為了避免能量的散失，裝置采用絕熱密閉結(jié)構(gòu)，被裝置吸收的能量集中用于加熱待分離的物質(zhì)，使其表面溫度局部升高，以提高物質(zhì)的蒸發(fā)速度及其在裝置中的飽和蒸汽壓，但由于混合物中物質(zhì)間的飽和蒸汽壓相差較大導(dǎo)致蒸汽的組分以飽和蒸汽壓高的為主，同時(shí)，蒸汽要在裝置內(nèi)各個(gè)面上凝結(jié)、液化，其液化過程在溫度較低的表面上凝結(jié)速度較快，在這些表面上冷凝的物質(zhì)將被定向流到收集用容器內(nèi)，這樣實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)蒸發(fā)和冷凝的動(dòng)態(tài)平衡。在此過程中，被分離物實(shí)現(xiàn)了定向流動(dòng)，但使得其組分大為改變，由于混合物中各物質(zhì)飽和蒸汽壓的差異，從而實(shí)現(xiàn)分離；同時(shí)，物質(zhì)蒸發(fā)吸收大量的能量將在冷凝時(shí)被放出，導(dǎo)致能量的移動(dòng)，冷凝器起主要冷凝作用，其將物質(zhì)冷凝放出大部分能量用到加熱待蒸發(fā)混合物中去，實(shí)現(xiàn)能量的再利用過程，同時(shí)降低冷凝器溫度，以提高物質(zhì)定向流動(dòng)；本實(shí)施例將整個(gè)裝置放置到海洋中，在配重鉤8上加配重物19，使裝置適當(dāng)?shù)厍秩朐诤Ｋ?，海水?3的水位和海洋中的水位相同，但海水池的水位不高于加熱板20mm，又不能低于加熱板4；陽光通過透光板3射入，被黑體板1吸收，黑體板1將熱量通過導(dǎo)熱器12傳給加熱板4，加熱板4將局部海水加熱，使海水池13表面海水蒸發(fā)速度加快，水蒸氣將在整個(gè)裝置的內(nèi)表面凝結(jié)，凝結(jié)的水為淡水，其大部分將定向地流到淡水池中，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的定向流動(dòng)。冷凝器7起到主要的冷凝作用；水蒸氣冷凝放出的熱量將由冷凝器7傳到海水池13中，加熱待蒸發(fā)的海水，實(shí)現(xiàn)能源的再利用，同時(shí)，冷凝器7將被冷卻，增強(qiáng)其對(duì)水蒸氣冷凝效果。為了使能量不損失，所以采用絕熱保溫層26和真空腔2進(jìn)行保溫；電加熱器5的工作可以進(jìn)一步提高產(chǎn)率，但其只是輔助作用，在不使用時(shí)將其電源從插座20上拔下來，并將插座蓋板16蓋上，插座蓋板16由絕熱材料制成，具有防止熱量散失的作用。
其中黑體板1(可采用瀝青)可增強(qiáng)對(duì)光線的吸收，并能將能量通過導(dǎo)熱器傳導(dǎo)給待加熱物質(zhì)；透光板3和黑體板1間存在封閉的真空腔2，實(shí)現(xiàn)絕熱保溫作用；加熱器4在待加熱液中，但距離液體液面距離不大于20mm，以實(shí)現(xiàn)局部加熱升溫，有利于提高蒸發(fā)效率；海水池13中的電加熱器5位于加熱器下方，保持間距在2mm左右。
冷凝器7、黑體板1和側(cè)板14是主要淡水冷凝面，淡水冷凝面采取親水處理工藝，加快在冷凝面上的淡水流到淡水池18的速度，提高淡水的產(chǎn)率。海水進(jìn)水管6要長(zhǎng)，即起到冷凝管的作用，又起到降低與外界海水溫度梯度的作用。
黑體板1、導(dǎo)熱器12、加熱器4、海水池13、冷凝器7均為導(dǎo)熱材料(本實(shí)施例采用高導(dǎo)熱鋁合金)制成，而透光板3、淡水池18、保溫層26、海水進(jìn)水管6、淡水出水管11均為絕熱材料(本實(shí)施例采用四氟乙烯)；電加熱器5和海水池13之間由密封墊圈15密封連接，密封墊圈15采用耐高溫、具有絕緣絕熱性能的材料(本實(shí)施例采用絕熱橡膠)。
因此，其裝置特點(diǎn)在于利用太陽能的同時(shí)采用能量的再循環(huán)利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，達(dá)到物質(zhì)提純目的。本發(fā)明同時(shí)采用能量再利用方法，進(jìn)而保證待分離混合物表面具有較高的溫度，提高分離的產(chǎn)率。
以上實(shí)現(xiàn)了基本的陽光海水淡化功能，同時(shí)也可以用于其它物質(zhì)的陽光分離。
另外，為了實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化程度，可以采用微處理器21。將海水溫度探測(cè)器22置于海水池13中，在水面和加熱器5之間；與微處理器21電連接的水位探測(cè)器9分別設(shè)在淡水池18和海水池13的上方，微處理器21接收水位探測(cè)器9的水位信號(hào)，通過閥件A10(本實(shí)施例為電磁閥件)和泵23，控制淡水池18水位，并通過閥件B10(本實(shí)施例為電磁閥件)控制海水池13的水位。微處理器21根據(jù)海水溫度探測(cè)器22的信號(hào)，通過電加熱器5控制蒸發(fā)海水的溫度，使蒸發(fā)控制在最佳的性價(jià)比上，水位傳感器9分別測(cè)量海水池水位和淡水池水位，當(dāng)?shù)?8水位達(dá)到一定高度時(shí)淡水將由淡水排出管11排出。
權(quán)利要求
1.一種太陽能蒸發(fā)式分離方法，其特征在于利用太陽能吸收材料將太陽輻射能量吸收進(jìn)絕熱的裝置中，被吸收的能量集中用于加熱待分離的物質(zhì)，使其表面溫度局部升高，以提高物質(zhì)的蒸發(fā)速度及其在裝置中的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致蒸汽在裝置內(nèi)各個(gè)面上凝結(jié)、液化，定向流到收集用容器內(nèi)，由混合物中各物質(zhì)間飽和蒸汽壓及蒸發(fā)速度的差異，實(shí)現(xiàn)分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法，其特征在于所述物質(zhì)蒸發(fā)吸收的能量在冷凝時(shí)被放出，產(chǎn)生能量的移動(dòng)，可將發(fā)出的能量加熱待蒸發(fā)混合物，實(shí)現(xiàn)能量的再利用；所述物質(zhì)可以為混合液。
3.一種太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于由黑體板(1)、透光板(3)、加熱板(4)、冷凝器(7)、海水池(13)、淡水池(18)、殼體(27)組成，其中殼體(27)為內(nèi)外雙層的容器，上部開口為斜面結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與外層之間加設(shè)保溫材料構(gòu)成保溫層(26)，底部作為淡水池(18)；透光板(3)覆蓋在殼體(27)上開口處，黑體板(1)與透光板(3)平行設(shè)置、于其下方，兩者之間留有真空腔(2)；在黑體板(1)下方通過導(dǎo)熱器(12)與位于海水池(13)中的加熱板(4)相連；海水池(13)水平安裝在黑體板(1)下方，海水池(13)底部設(shè)冷凝器(7)；另設(shè)海水導(dǎo)入口(24)于殼體(27)上經(jīng)海水進(jìn)水管(6)與海水池(13)相通，淡水導(dǎo)出口(25)位于殼體(27)的底部，通過淡水導(dǎo)出管(11)與水泵23相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于在海水導(dǎo)入口(24)及淡水導(dǎo)出口(25)加設(shè)閥件(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于在加熱板(4)下方設(shè)加熱器(5)于海水池(13)中，配有電源插座(20)及插座蓋板(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于在殼體(27)外壁設(shè)有配重勾(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于海水池(13)的水位高于加熱板(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于水位探測(cè)器(9)分別設(shè)在淡水池(18)和海水池(13)的上方，海水溫探測(cè)器(22)設(shè)置在海水池(13)中，以上探測(cè)器與微處理器(21)電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于透光板(3)與殼體(27)間設(shè)密封裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述太陽能蒸發(fā)式分離方法所用裝置，其特征在于水泵(26)與淡水出水管(17)相通。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽能蒸發(fā)式分離方法及所用裝置。其方法是利用太陽能為主要加熱能源，提高被分離混合物的表面局部溫度，以提高混合物的蒸發(fā)和凝結(jié)速度，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的定向流動(dòng)，達(dá)到物質(zhì)分離的目的；其裝置結(jié)構(gòu)殼體為內(nèi)外雙層的容器，上部開口為斜面結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與外層之間加設(shè)保溫材料構(gòu)成保溫層，底部作為淡水池；透光板覆蓋在殼體上開口處，黑體板與透光板平行設(shè)置、于其下方，兩者之間留有真空腔；在黑體板下方通過導(dǎo)熱器與位于海水池中的加熱板相連；海水池水平安裝在黑體板下方，海水池底部設(shè)冷凝器；另設(shè)海水導(dǎo)入口于殼體上經(jīng)海水進(jìn)水管與海水池相通，淡水導(dǎo)出口位于殼體的底部，通過淡水導(dǎo)出管與水泵相連。它特別適用于海水淡化。
文檔編號(hào)C02F1/14GK1522966SQ03133919
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者劉萬發(fā), 從志強(qiáng), 王科, 公發(fā)全, 趙彤, 徐增和, 徐文剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所