專利名稱：太陽(yáng)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(shuō)是一種太陽(yáng)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(guò)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(lái)太陽(yáng)能的利用得到迅猛發(fā)展，太陽(yáng)能被譽(yù)為綠色環(huán)保能源，無(wú)論是太陽(yáng)能熱水器還是太陽(yáng)能電池都給人們帶來(lái)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(lái)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(wèn)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(yáng)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(jiàn)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(yáng)能、實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)再利用的太陽(yáng)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(wèn)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(yáng)能蒸發(fā)式分離方法利用太陽(yáng)能吸收材料將太陽(yáng)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)程是能量平衡過(guò)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(guò)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(yáng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離)，可以用于物質(zhì)(如混合液)的陽(yáng)光分離，同時(shí)本發(fā)明通過(guò)對(duì)太陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(yáng)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(guò)率，并起絕熱密封作用，電加熱器和海水池通過(guò)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(guò)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(yáng)能吸收材料(瀝青)將太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)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校Ｋ?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(yáng)光通過(guò)透光板3射入，被黑體板1吸收，黑體板1將熱量通過(guò)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(lái)，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(guò)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(yáng)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(yáng)光海水淡化功能，同時(shí)也可以用于其它物質(zhì)的陽(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)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(yáng)能蒸發(fā)式分離方法，其特征在于利用太陽(yáng)能吸收材料將太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(kāi)一種太陽(yáng)能蒸發(fā)式分離方法及所用裝置。其方法是利用太陽(yáng)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(wàn)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