阅读说明：本技术 一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置及淡化方案 (Split type seawater desalination device based on carbon-based energy storage material and desalination scheme ) 是由 蒋春燕 袁国秋 莫亚梅 王孟 曹敏 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置及淡化方案,包括太阳能集热模块、水箱汽化冷凝模块、电机驱动与传感模块以及淡水收集装置；太阳能集热模块包括菲涅尔太阳能聚光透镜、料桶及碳基相变储能材料；水箱汽化冷凝模块包括海水进水口、外隔热层、外桶冷凝管出口、冷凝管、水蒸气收集口、水蒸气管、冷凝管入口；电机驱动与传感模块包括温度传感器、电机、滚刷；电机连接滚刷；温度传感器设置在料桶；冷凝管出口位置处通过管路连接淡水收集装置。本发明采用分体式结构设计,一定程度上提高了海水淡化效率和对太阳能利用率,减少沉积盐对装置的影响,提高了蒸发效率。该装置利用太阳能和高性能储能材料,做到了资源节约,持续环保。(The invention discloses a split type seawater desalination device based on a carbon-based energy storage material and a desalination scheme, wherein the device comprises a solar heat collection module, a water tank vaporization and condensation module, a motor driving and sensing module and a fresh water collection device; the solar heat collection module comprises a Fresnel solar condensing lens, a material barrel and a carbon-based phase-change energy storage material; the water tank vaporization and condensation module comprises a seawater inlet, an outer heat insulation layer, an outer barrel condensation pipe outlet, a condensation pipe, a water vapor collecting port, a water vapor pipe and a condensation pipe inlet; the motor driving and sensing module comprises a temperature sensor, a motor and a rolling brush; the motor is connected with the rolling brush; the temperature sensor is arranged on the charging basket; the outlet of the condensing pipe is connected with a fresh water collecting device through a pipeline. The invention adopts a split structure design, improves the seawater desalination efficiency and the solar energy utilization rate to a certain extent, reduces the influence of deposited salt on the device, and improves the evaporation efficiency. The device utilizes solar energy and high-performance energy storage materials, achieves resource conservation, and is continuously environment-friendly.)

一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置及淡化方案

技术领域

本发明涉及一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置及淡化方案，属于海水淡化技术领域。

背景技术

伴随着全球人口爆炸性地增长，工农业日新月异的变化，城市化过程今非昔比，好多地域本来的水资源基本上属于供不应求，转而从别处调水解决供需，不注意维护水资源，无奈被污染后还不能及时治理，使得水资源的供给和需求之间更加不平衡。眼前来看，世界上众多国度工农业生活生产需要的淡水已经凸显紧俏，并且更糟糕的是超多地域甚至都无法发现找到能够合乎人类饮用规范的水源。因而，如何解决淡水的日常供应问题已经变成了全人类亟待考虑的关系到人类生存发展的重大问题。海水淡化技术的研究是一项意义重大的科学研究，海水淡化技术即将海水脱盐达到趋于淡水或即是淡水的过程。当今世界，淡水资源匮乏，研究一种高效，低成本的海水淡化技术成为海水淡化领域的研究热点。

目前大多数的海水淡化装置大都利用太阳能作为热源，环保无害，取之不尽用之不竭，符合可持续发展的理念。相比于传统的高能耗，高污染的淡化技术来讲，相当具有应用价值。但是利用太阳能蒸发也会存在一部分的热量损耗，减少热量的损耗可以提高蒸发效率，因此设计一种利用太阳能作为热源并且可以减少热能损耗的海水淡化方案尤为重要。

目前海水淡化技术主要包括多级闪蒸淡化技术和多效蒸发淡化技术和反渗透膜法等，虽然装置在不断的优化性能，但不可避免的问题是能耗依旧很高，多级闪蒸淡化技术中，海水的不断循环加剧了能源的消耗，在多效蒸发淡化中，沉积盐现象是非常严重的，反渗透法主要利用半透膜，在压力的作用下，将海水中的溶质和溶液分离，得到淡水。中国专利202110084222 .6所述的装置属于膜法的一种，利用毛细原理将海水透过吸水薄膜到达蒸发室，看似都是可实现的，也能够在一定程度上完成海水淡化的过程，但是该过程在长时间的超负荷工作下，可能导致吸水薄膜的孔隙被沉积盐堵住，造成海水最终不能到达球面膜下方的蒸发室，最后会导致海水淡化装置无法工作。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置，包括太阳能集热模块、水箱汽化冷凝模块、电机驱动与传感模块以及淡水收集装置；所述太阳能集热模块包括菲涅尔太阳能聚光透镜、料桶以及填充于料桶的碳基相变储能材料；所述料桶内壁设置有隔热内衬；所述水箱汽化冷凝模块包括海水进水口、外隔热层、外桶冷凝管出口、冷凝管、水蒸气收集口、水蒸气管、冷凝管入口；所述海水进水口设置在外桶的一侧上端；所述外隔热层位于外桶内壁；所述冷凝管出口设置在外桶的一侧下端，其位于海水进水口下；所述冷凝管设置在所述外桶内腔，冷凝管一端连接在冷凝管出口，另一端连接在水蒸汽管的下端口出；所述蒸汽管的上端口为水蒸气收集口；所述冷凝管入口与蒸汽管的下端口连接；所述电机驱动与传感模块包括温度传感器、电机、滚刷；所述电机连接滚刷；所述温度传感器设置在料桶；所述冷凝管出口位置处通过管路连接淡水收集装置。

进一步的，所述相变储能材料为赤藓糖醇和膨化石墨的混合溶液经过剪切、离心、烘干、压片步骤制成的薄膜压片；所述薄膜压片的压片厚度为0.5mm。

一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化方案，包括以下步骤；

步骤一：整个分体式海水淡化装置可以置于任何阳光充足的地方，太阳能照射金属料桶盖上表面加热，同时会不断地给凹槽中的碳基储能材料提供能量并存储；

步骤二：海水从海水进水口（2）处将海水送入箱体中，同时启动电源，电机带动转轴以及滚刷开始转动，海水匀速注入箱体内，保持液面和滚刷接触，在箱体内部上方还设有温度传感器用于检测海水温度；

步骤三：滚刷会将海水带到料桶下表面的沟槽中，由于菲涅尔透镜聚焦和储能材料薄膜的共同作用，使得料桶下表面的温度极高，一旦海水接触过后瞬间蒸发，变成水蒸气，通过沟槽流向水蒸气收集口，然后顺着水蒸气管流入置于海水中的冷凝管将淡化后的海水冷却并收集起来供日常使用；

步骤四：当液体汽化以后，料桶下表面的温度会降低，此时太阳能继续提供热量，料桶的温度继续上升，碳基储能材料会将太阳能的辐射热量收集起来，往复循环，达到海水淡化的效果。

本发明的有益效果是：料桶上表面中央的凹槽做到尽可能的大，能够放置较大表面积的碳基储能材料薄膜，提高了料桶表面的温度，同时凹槽内壁置有隔热内衬可以有效减少碳基储能材料的能量损耗，有利于提高蒸发速率；下表面是具有螺纹沟槽状，而不是平面，有利于水蒸气冷凝为液态淡水后从沟槽引流至水蒸气收集口，方便日常使用；电机工作时，带动转轴及滚刷的转速均匀控制在20°/秒以内，便于蒸发充分和平衡；海水淡化装置水箱体积做成常规大小，既便于携带，又便于开展工作，应用范围广，且成本低廉，环保可持续。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、温度传感器，2、海水进水口，3、外隔热层，4、外桶，5、冷凝管出口，6、冷凝管， 8、碳基相变储能材料，9、料桶，10、电机，11、隔热内衬，12、滚刷，13、水蒸气收集口，14、蒸汽管，15、冷凝管入口，16、海水出水口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化装置，包括太阳能集热模块、水箱汽化冷凝模块、电机驱动与传感模块以及淡水收集装置；所述太阳能集热模块包括菲涅尔太阳能聚光透镜、料桶9以及填充于料桶的碳基相变储能材料8；所述料桶9内壁设置有隔热内衬11；所述水箱汽化冷凝模块包括海水进水口2、外隔热层3、外桶4冷凝管出口5、冷凝管6、水蒸气收集口13、水蒸气管14、冷凝管入口15以及海水出水口16；所述海水进水口2设置在外桶4的一侧上端；所述外隔热层3位于外桶4内壁；所述冷凝管出口5设置在外桶4的一侧下端，其位于海水进水口2下；所述冷凝管6设置在所述外桶4内腔，冷凝管6一端连接在冷凝管出口5，另一端连接在水蒸汽管14的下端口出；所述蒸汽管14的上端口为水蒸气收集口13；所述冷凝管入口15与蒸汽管14的下端口连接；所述电机驱动与传感模块包括温度传感器1、电机10、滚刷12；所述电机10连接滚刷12；所述温度传感器1设置在料桶9；所述冷凝管出口5位置处通过管路连接淡水收集装置。

本实施例优选的，相变储能材料8为赤藓糖醇和膨化石墨的混合溶液经过剪切、离心、烘干、压片步骤制成的薄膜压片；所述薄膜压片的压片厚度为0.5mm。

本实施例优选的，海水淡化装置的顶部有一个金属料桶，料桶的上表面中央置有圆形的凹槽，用于放置碳基储能材料薄膜压片，料桶的下表面是带有螺纹的小沟槽,整个料桶和水箱箱体密封连接。

一种基于碳基储能材料的分体式海水淡化方案，包括以下步骤；

步骤一：整个分体式海水淡化装置可以置于任何阳光充足的地方，太阳能照射金属料桶盖上表面加热，同时会不断地给碳基储能材料8提供能量并存储；

步骤二：海水通过海水进水口2将海水送入箱体中，同时启动电源，电机带动转轴以及滚刷12开始转动，海水匀速注入箱体内，保持液面和滚刷12底部接触，在箱体内部上方还设有温度传感器用于检测海水温度；

步骤三：滚刷12会将海水带到料桶下表面的沟槽中，由于菲涅尔透镜聚焦和碳基储能材料薄膜的共同作用，使得料桶下表面的温度极高，一旦海水接触过后瞬间蒸发，变成水蒸气，通过沟槽流向水蒸气收集口13，然后顺着水蒸气管14流入置于海水中的冷凝管6将淡化后的海水冷却并收集起来供日常使用；

步骤四：当液体汽化以后，料桶下表面的温度会降低，此时太阳能继续提供热量，料桶的温度继续上升，碳基储能材料会将太阳能的辐射热量收集起来，往复循环，达到海水淡化的效果。

本实施例的工作过程是：太阳能通过菲涅尔聚光透镜照射在料桶9的上表面，料桶9上表面中央凹槽中且置有碳基储能相变材料8，在高温照射下，碳基储能相变材料吸收太阳能的辐射，将能量存储在其内部。将需要淡化的海水经过海水进水口2缓慢匀速输送到水箱箱体中，并保持滚刷和液面充分接触。在箱体内部置有温度传感器装置，用于检测箱体内的温度。电机10转轴在外围驱动电路的驱动下，开始带动转轴和滚刷12的转动，将海水提高至与料桶下表面接触，由于料桶下表面的温度在透镜聚光照射及碳基储能相变材料的共同作用下变得很高，在海水接触的时候，达到汽化蒸发的效果，蒸汽顺着下表面的螺纹沟槽引流到水蒸气收集口13并通过水蒸气管14送到冷凝管入口15，通过置于箱体内的S形的冷凝管6可以最大程度上将蒸汽冷凝并通过淡水收集水箱将其存储起来。碳基储能相变材料8在料桶下表面温度下降之后可以形成热量的快速补充，以达到提高蒸发的效率和对太阳能的充分利用。

本发明料桶上表面的圆形凹槽做到尽可能的大，能够放置较大表面积的碳基储能材料薄膜，提高了料桶表面的温度，同时凹槽内壁置有隔热内衬可以有效减少碳基储能材料的能量损耗，有利于提高蒸发速率，下表面是具有螺纹沟槽状，而不是平面，有利于水蒸气冷凝为液态淡水后从沟槽引流至水蒸气收集口，方便日常使用。电机工作时，带动转轴及滚刷12的转速均匀控制在20°/秒以内，便于蒸发充分和平衡。海水淡化装置水箱体积做成常规大小，既便于携带，又便于开展工作，应用范围广，且成本低廉，环保可持续。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。