一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置。其中太陽能蒸發(fā)冷凝裝置由太陽能集熱管、水蒸氣排氣管、外套筒和內(nèi)套筒組成；內(nèi)套筒嵌套設置于外套筒內(nèi)部，兩者之間夾持形成密閉的儲液空間，外套筒上固定有若干條與儲液空間相通且頂部密封的太陽能集熱管，太陽能集熱管中嵌套有與內(nèi)套筒相通的水蒸氣排氣管，水蒸氣排氣管頂部與太陽能集熱管頂部空間相通；所述的正滲透汲水裝置外殼呈中空的圓柱形，外殼的一個端面通過引水管與太陽能蒸發(fā)冷凝裝置中的所述的儲液空間相通；另一個端面上設有若干個與外殼內(nèi)部空間相通的通孔，通孔的橫截面上設有正滲透膜。本實用新型仿植物冠部蒸騰作用和根部滲透作用，采用正滲透汲水裝置實現(xiàn)了純太陽能、無電力驅(qū)動海水淡化。
【專利說明】
一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于海水淡化領域，具體涉及一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化
目.0
【背景技術】
[0002]在淡水資源短缺和缺水地區(qū)獲取淡水資源成本高這一背景下，我國政府高度重視海水淡化問題，自十一五計劃開始，海水淡化技術發(fā)展迅速，解決了部分海水淡化問題，為緩解水資源短缺問題作出重要貢獻。現(xiàn)有的海水淡化技術主要為反滲透法、冷凍法、蒸餾法三種。其中反滲透法設備龐大，適用于大型工業(yè);冷凍法適合家用，但是結(jié)構復雜，且水的口感苦澀;蒸餾法適合小型化家用，但是能耗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的問題，并提供一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0004]—種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，包括太陽能蒸發(fā)冷凝裝置和正滲透汲水裝置;所述的太陽能蒸發(fā)冷凝裝置由太陽能集熱管、水蒸氣排氣管、外套筒和內(nèi)套筒組成；內(nèi)套筒嵌套設置于外套筒內(nèi)部，兩者之間夾持形成密閉的儲液空間，外套筒上固定有若干條與儲液空間相通且頂部密封的太陽能集熱管，太陽能集熱管中嵌套有與內(nèi)套筒相通的水蒸氣排氣管，水蒸氣排氣管頂部與太陽能集熱管頂部空間相通;所述的正滲透汲水裝置外殼呈中空的圓柱形，外殼的一個端面通過引水管與太陽能蒸發(fā)冷凝裝置中的所述的儲液空間相通；另一個端面上設有若干個與外殼內(nèi)部空間相通的通孔，通孔的橫截面上設有正滲透膜。
[0005]作為優(yōu)選，所述的外套筒兩端分別由前端蓋和后端蓋密封，所述的內(nèi)套筒固定于前端蓋和后端蓋上。
[0006]作為優(yōu)選，所述的正滲透汲水裝置外殼由水側(cè)套蓋、套壁和汲取液側(cè)套蓋組成，所述的通孔設置于水側(cè)套蓋上，且通孔呈凸字形狀，直徑較大一端朝向外殼內(nèi)部空腔;正滲透膜放置于通孔直徑變化處的截面上，且正滲透膜的直徑大于通孔中較小一端的直徑;透水圓塊按壓于正滲透膜上，使正滲透膜緊貼通孔并完全覆蓋通孔直徑變化處的截面，透水圓塊通過固定裝置固定于通孔中。
[0007]作為優(yōu)選，所述的內(nèi)套筒與外套筒夾持形成的儲液空間、正滲透汲水裝置外殼內(nèi)部空間中均裝有汲取液，且汲取液需充滿正滲透汲水裝置外殼內(nèi)部空間。
[0008]本實用新型將植物蒸騰過程中的正滲透汲水過程與現(xiàn)有的蒸餾法相結(jié)合，并以太陽能作為驅(qū)動，設計了一種新型自動汲水的海水淡化小型裝置。與現(xiàn)有的小型化蒸餾式海水淡化裝置相比，該裝置節(jié)約了相應的汲水栗和海水蒸餾的能耗，在海水淡化過程中無需人工補水或者用水栗抽水，較其他蒸餾式海水淡化裝置降低了能耗，更加方便使用。具有的有益效果如下:
[0009]I)仿植物冠部蒸騰作用和根部滲透作用，采用正滲透汲水裝置，實現(xiàn)了提升一定高度水位的自動汲水功能，無需電力，在避免了原有水栗抽水或人工運水所需的人力物力的同時，省去水栗結(jié)構，使裝置更加小型化。
[0010]2)利用太陽能使汲取液中水分蒸發(fā)來維持FO膜兩側(cè)的濃度差，保持持續(xù)汲水能力，實現(xiàn)了補水量與水蒸發(fā)量實時保持一致，達到動態(tài)平衡；同時，汲取液為純凈的NaCl溶液，相比成分復雜的海水，分離淡水更容易控制。
[0011]3)在太陽能集熱管中設置換熱管，根據(jù)回熱原理，將待冷凝的水蒸氣和待加熱的汲取液進行管壁式熱交換，在冷凝水蒸氣的同時，對汲取液進行預熱，加大能量利用率。
【附圖說明】
[0012]圖1為一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置的結(jié)構示意圖；
[0013]圖2為本實用新型的太陽能蒸發(fā)冷凝裝置結(jié)構示意圖；
[0014]圖3為本實用新型的正滲透汲水裝置結(jié)構示意圖；
[0015]圖4為本實用新型的正滲透汲水裝置拆分結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步闡述和說明。本實用新型中各個實施方式的技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。
[0017]如圖1所示，一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，其基本組成包括太陽能蒸發(fā)冷凝裝置I和正滲透汲水裝置2。
[0018]所述的太陽能蒸發(fā)冷凝裝置由太陽能集熱管101、水蒸氣排氣管102、外套筒104和內(nèi)套筒105組成。內(nèi)套筒105嵌套設置于外套筒104內(nèi)部形成雙層套筒。兩者之間夾持形成密閉的儲液空間，外套筒104上固定有若干條與儲液空間相通且頂部密封的太陽能集熱管101，太陽能集熱管101中嵌套有與內(nèi)套筒105相通的水蒸氣排氣管102，水蒸氣排氣管102頂部與太陽能集熱管101頂部空間相通。
[0019]正滲透汲水裝置2外殼呈中空的圓柱形，外殼的一個端面通過引水管與太陽能蒸發(fā)冷凝裝置I中的所述的儲液空間相通；另一個端面上設有若干個與外殼內(nèi)部空間相通的通孔，通孔的橫截面上設有正滲透膜。
[0020]雙層套筒的固定方式可采用多種形式，下面提供其中一種建議可行的方式。如圖2所示，外套筒104兩端分別由前端蓋103和后端蓋106密封，所述的內(nèi)套筒105固定于前端蓋103和后端蓋106上。
[0021]正滲透汲水裝置2上的膜組件可采用不同的方式進行固定，本實施方式中外殼由水側(cè)套蓋201、套壁204和汲取液側(cè)套蓋205組成，所述的通孔設置于水側(cè)套蓋201上，且通孔呈凸字形狀，直徑較大一端朝向外殼內(nèi)部空腔;正滲透膜放置于通孔直徑變化處的截面上，且正滲透膜的直徑大于通孔中較小一端的直徑;透水圓塊202按壓于正滲透膜上，使正滲透膜緊貼通孔并完全覆蓋通孔直徑變化處的截面，透水圓塊202通過固定裝置203固定于通孔中。固定裝置可采用硬質(zhì)鋼鐵蓋子，其中間開設有容納透水圓塊202的孔，外側(cè)通過螺紋將旋緊與通孔側(cè)壁上，作為固定。
[0022]在使用時，內(nèi)套筒105與外套筒104夾持形成的儲液空間、正滲透汲水裝置2外殼內(nèi)部空間中均裝有汲取液。其中，汲取液需充滿正滲透汲水裝置2外殼內(nèi)部空間。
[0023]本裝置為一基于植物仿生的海水淡化系統(tǒng)，由三個部分組成，即海水汲取、汲取液再生以及淡水冷凝過程，其工作原理為:
[0024]I)海水汲取部分核心裝置為一膜組件，其中膜為一具有水通透性好而截留率高的正滲透膜(FO)，通過具有高密閉性的組件進行固定并實施其功能。
[0025]目前已商品化的FO膜為美國HTI公司推廣的三醋酸纖維素正滲透膜(HT1-CTA)13FO膜一端(下端)與待淡化的模擬海水(0.6mol/L的NaCl溶液)相接觸，另一端(上端)接觸濃度為2mol/L的NaCl汲取液。由于兩者的濃度差所產(chǎn)生的滲透壓使海水中的水份不斷的被汲取到膜上方，實現(xiàn)利用化學勢實現(xiàn)海水汲取的功能。
[0026]2)汲取液再生過程是恢復裝置源動力的重要環(huán)節(jié)。
[0027]汲取液在汲取模擬海水中的水分后，濃度逐漸降低，與模擬海水濃度趨于相近，當兩者濃度平衡后便無法進行滲透，汲水停止。仿照植物蒸騰作用維持細胞滲透壓的原理，此時利用太陽能來蒸發(fā)汲取液，讓汲取液保持較高的濃度，能繼續(xù)汲取模擬海水中的水分，維持汲取液滲透壓。當水的蒸發(fā)量與滲透量相同時，汲取液濃度保持動態(tài)平衡，同時產(chǎn)生淡水。
[0028]3)淡水冷凝過程同時起到冷凝淡水、預熱汲取液的作用。
[0029]蒸發(fā)冷凝裝置采用太陽能集熱管101與圓柱套筒結(jié)合的形式。在太陽能集熱管101中有較細的水蒸氣排氣管102，將其與外套筒104內(nèi)的內(nèi)套筒105固聯(lián)在一起。汲取液的液面高度不超過水蒸氣排氣管102的頂端，水蒸氣在水蒸氣排氣管102和內(nèi)套筒105中通過管壁與汲取液換熱實現(xiàn)冷凝并收集。整個過程實現(xiàn)冷凝并利用了蒸汽中的能量進行汲取液預熱，實現(xiàn)節(jié)能作用。
[0030]以上所述的實施例只是本實用新型的一種較佳的方案，然其并非用以限制本實用新型，凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，其特征在于，包括太陽能蒸發(fā)冷凝裝置(I)和正滲透汲水裝置(2); 所述的太陽能蒸發(fā)冷凝裝置(I)由太陽能集熱管(101)、水蒸氣排氣管(102)、外套筒(104)和內(nèi)套筒(105)組成；內(nèi)套筒(105)嵌套設置于外套筒(104)內(nèi)部，兩者之間夾持形成密閉的儲液空間，外套筒(104)上固定有若干條與儲液空間相通且頂部密封的太陽能集熱管(101)，太陽能集熱管(101)中嵌套有與內(nèi)套筒(105)相通的水蒸氣排氣管(102)，水蒸氣排氣管(102)頂部與太陽能集熱管(101)頂部空間相通； 所述的正滲透汲水裝置(2)外殼呈中空的圓柱形，外殼的一個端面通過引水管與太陽能蒸發(fā)冷凝裝置(I)中的所述的儲液空間相通;另一個端面上設有若干個與外殼內(nèi)部空間相通的通孔，通孔的橫截面上設有正滲透膜。2.如權利要求1所述的基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，其特征在于，所述的外套筒(104)兩端分別由前端蓋(103)和后端蓋(106)密封，所述的內(nèi)套筒(105)固定于前端蓋(103)和后端蓋(106)上。3.如權利要求1所述的基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，其特征在于，所述的正滲透汲水裝置(2)外殼由水側(cè)套蓋(201)、套壁(204)和汲取液側(cè)套蓋(205)組成，所述的通孔設置于水側(cè)套蓋(201)上，且通孔呈凸字形狀，直徑較大一端朝向外殼內(nèi)部空腔；正滲透膜放置于通孔直徑變化處的截面上，且正滲透膜的直徑大于通孔中較小一端的直徑;透水圓塊(202)按壓于正滲透膜上，使正滲透膜緊貼通孔并完全覆蓋通孔直徑變化處的截面，透水圓塊(202)通過固定裝置(203)固定于通孔中。4.如權利要求1所述的基于仿生的正滲透自汲水海水淡化裝置，其特征在于，所述的內(nèi)套筒(105)與外套筒(104)夾持形成的儲液空間、正滲透汲水裝置(2)外殼內(nèi)部空間中均裝有汲取液，且汲取液需充滿正滲透汲水裝置(2)外殼內(nèi)部空間。
【文檔編號】C02F103/08GK205501020SQ201620190214
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月12日
【發(fā)明人】王彬, 張靖鵬, 金洪明, 沃崇娜, 金健安
【申請人】浙江大學