发明内容
针对现有技术中蒸发冷凝技术装置存在水蒸发速率低以及冷凝效率低,进而导致洁净水收集效率不高的问题,本发明的目的在于提供一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取装置,以便于至少部分地解决上述问题。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
第一方面,本发明提供一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取装置,包括真空管,所述真空管包括内层管和外层管以及封闭在所述内层管与所述外层管之间真空夹层;所述真空管内设有毛细管组件,所述毛细管组件包括管架以及固定在所述管架上的毛细管,所述毛细管组件的外侧与所述真空管的内壁之间设有由吸水材料制作的光热蒸发层;所述光热蒸发层的上端与所述管架的上端固定连接,且所述管架的上端设置有用于连接所述毛细管与所述光热蒸发层的原水输送通道;所述管架的下端则设置有用于向所述毛细管的下端供水的原水供给通道、用于收集所述光热蒸发层的下端排出的废水的废水排出通道以及用于收集所述毛细管的外壁冷凝出的洁净水的洁净水排出通道。
在一优选实施例中,所述管架包括顶部件、底部件和托部件;所述顶部件及所述底部件均开设有与所述毛细管相适配的管孔,所述毛细管的两端分别固定在所述顶部件及所述底部件上所开设的管孔中;
所述底部件密封固定在所述真空管的下端内壁,所述底部件的顶面一侧开设有处于内侧的洁净水水槽和处于外侧的废水收集槽,所述底部件上的各管孔均位于所述洁净水水槽中;所述底部件的底面一侧设置有与所述洁净水水槽相连通的洁净水管接头,所述洁净水水槽及所述洁净水管接头构成所述洁净水排出通道;所述底部件的底面一侧还开设有环绕所述洁净水管接头布置的供水环槽,所述底部件上的各管孔均与所述供水环槽相连通,所述供水环槽通过所述供水槽盖封闭,所述供水槽盖的底面一侧还设置有原水管接头,所述供水环槽及所述原水管接头构成所述原水供给通道;所述底部件的底面一侧设置有与所述废水收集槽相连通的废水管接头,所述废水收集槽及所述废水管接头构成所述废水排出通道;
所述顶部件的顶面一侧开设有原水槽,所述顶部件上的各管孔均与所述原水槽相连通,所述托部件可拆卸连接在所述顶部件的顶面一侧,所述光热蒸发层的上端被夹紧固定在所述托部件与所述顶部件之间,所述毛细管的内腔及所述原水槽构成所述原水输送通道。
在一优选实施例中,所述底部件的底面一侧还开设有位于所述供水环槽外侧处的废水环槽,所述废水环槽与所述废水收集槽相连通,所述废水环槽通过废水槽盖封闭,所述废水管接头则设置在所述废水槽盖的底面一侧。
在一优选实施例中,所述托部件上开设有溢流孔。
在一优选实施例中,所述毛细管组件包括若干个所述毛细管,若干个所述毛细管呈分散状布置在所述管架上。
在一优选实施例中,所述毛细管的材料为不锈钢、铝或铝合金、铜或铜合金。
在一优选实施例中,所述吸水材料为无纺布、粘胶纤维布或棉布。
在一优选实施例中,所述光热蒸发层铺满所述真空管的内壁。
在一优选实施例中,所述毛细管的外壁设置有螺旋状的凹槽或凸起;和/或,所述毛细管的外壁涂有若干道环状的亲水涂层和疏水涂层,所述亲水涂层和所述疏水涂层沿轴向交错间隔布置。
第二方面,本发明还提供一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取系统,包括原水管、洁净水管、废水管以及至少两个如上所述的洁净水获取装置;所述原水管上安装有过滤器,各所述洁净水获取装置中的原水供给通道均与所述原水管相连接,各所述洁净水获取装置中的洁净水排出通道均与所述洁净水管相连接,各所述洁净水获取装置中的废水排出通道均与所述废水管相连接。
采用上述技术方案,本发明的有益效果在于:本发明技术方案通过毛细管将液态的原水向上输送给光热蒸发层,然后液态水在光热蒸发层向下流动的过程中受热蒸发,蒸发的水蒸气则又在毛细管的外壁上冷凝成洁净水,从而获取到洁净水。相比于现有技术,本发明的光热蒸发作用发生在真空管内部,真空管的使用能够高效地将太阳能转化为热能,并且能够使真空管的内部实现更持久的蒸发温度,从而提高光热蒸发层上的水蒸发速率;另外,本发明中水蒸气冷凝发生在毛细管的外壁,而毛细管的外侧有围绕有光热蒸发层,加之毛细管内部持续流动的液态水,使得毛细管的外壁能够更好的提供适于冷凝的低温环境,进而提高水蒸气的冷凝效率;在冷凝效率和水蒸发速率均得到提高的情况下,本发明提供的洁净水获取装置获取洁净水的效率则得到有效提高。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明,仅是为了便于描述本发明的简便,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”,仅为对相同或相似结构,或者起相似功能的对应结构的称谓区分,不是对这些结构重要性的排列,也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,连接可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据本发明的总体思路,联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1-5所示,本发明实施例提供一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取装置,包括真空管1、光热蒸发层2和毛细管组件。
真空管1呈圆柱管状构造,其一端封闭、另一端敞开,使用时真空管1大致沿竖直方向布置,并允许在一定角度范围内倾斜,其封闭端位于上方依次、敞开端位于下方一侧。真空管1包括内层管102和外层管101以及封闭在内层管102与外层管101之间的真空夹层103,真空夹层103内部为真空状态,真空管1通常由玻璃材质制作,例如配置为太阳能真空管。
毛细管组件布置在真空管1内,毛细管组件从真空管1的下端穿入并沿真空管1的轴向长度方向布置。毛细管组件包括管架以及固定在管架上的毛细管3,毛细管3的材料为不锈钢、铝或铝合金、铜或铜合金均可。
光热蒸发层2围绕在毛细管组件的外侧与真空管1的内壁之间,光热蒸发层2由吸水材料制作,并且光热蒸发层2的上端与管架的上端固定连接,当真空管1竖向布置时,即可使光热蒸发层2大致以悬挂的状态布置在毛细管组件的外侧与真空管1的内壁之间。
另外,管架的上端设置有用于连接毛细管3与光热蒸发层2的原水输送通道;管架的下端则设置有用于向毛细管3的下端供水的原水供给通道、用于收集光热蒸发层2的下端排出的废水的废水排出通道以及用于收集毛细管3的外壁冷凝出的洁净水的洁净水排出通道。
本实施例中,具体配置管架包括顶部件4、底部件5和托部件6。
其中,顶部件4及底部件5均开设有与毛细管3相适配的管孔7,毛细管3的两端分别固定在顶部件4及底部件5上所开设的管孔7中,其中管孔7均为台阶孔,以防止毛细管3穿透顶部件4和底部件5。容易理解的是,毛细管3的数量通常有两个或以上,例如为20-60个,各毛细管3互相平行并且大致对齐,同时各毛细管3呈分散状布置,即相邻两个毛细管3之间具有大致相当的距离。更多数量的毛细管3具有更大的输水能力和更大的冷凝能力。
底部件5大致呈圆盘状构造,底部件5圆周侧面与真空管1的下端内壁相适配,从而使底部件5能够密封固定在真空管1的下端敞口的内壁处。另外底部件5圆周侧面的下端处还一体成型地设置有一圈凸缘,以防止底部件5完全进入到真空管1中。
底部件5的顶面一侧开设有同心布置的洁净水水槽51和废水收集槽52,其中洁净水水槽51处于内侧,废水收集槽52处于外侧。容易理解的是,由于底部件5的圆周侧面与真空管1的内壁密封相接,因此废水收集槽52还可以配置为开设在底部件5顶面一侧外沿处的台阶状槽,从而将真空管1的内壁作为槽壁使用。
底部件5上所开设的各个管孔7均位于洁净水水槽51中,另外底部件5的底面一侧一体成型地设置有与洁净水水槽51相连通的洁净水管接头8,该洁净水管接头8大致位于底部件5的中心处(即底部件5的中心处不设置管孔7),该洁净水管接头8及洁净水水槽51共同构成上述的洁净水排出通道。
底部件5的底面一侧还开设有环绕洁净水管接头8布置的供水环槽53,底部件5上所开设的各管孔7均与该供水环槽53相连通。该供水环槽53通过供水槽盖9封闭,该供水槽盖9的底面一侧还设置有原水管接头10,例如一体成型或粘接,供水环槽53及原水管接头10则构成上述的原水供给通道。其中,供水槽盖9呈环状并粘接固定在底部件5的底面一侧从而完全封闭供水环槽53,同时供水槽盖9的中心处开设有供洁净水管接头8通过的通孔。
底部件5的底面一侧还开设有废水环槽54,还废水环槽54呈环状并位于供水环槽53的外侧。该废水环槽54与废水收集槽52相连通,该废水环槽54通过废水槽盖11封闭,废水槽盖11的底面一侧还设置有废水管接头12,例如粘接或一体成型,故而废水管接头12、废水环槽54及废水收集槽52共同构成上述的废水排出通道。另外容易理解的是,废水环槽54及废水槽盖11并不是必须的,还可以将废水管接头12一体成型设置在底部件5的底面一侧,并且使废水管接头12直接与废水收集槽52相连通,此时废水收集槽52及废水管接头12则构成上述的废水排出通道。
顶部件4也呈圆盘状构造,顶部件4的顶面一侧开设有原水槽41,顶部件4上的各个管孔7均与该原水槽41相连通,使得各毛细管3通过毛细作用输送的原水都会被收集在该原水槽41中。
托部件6也呈圆盘状构造,且托部件6的面积大于顶部件4的面积,托部件6的中心处开设有螺钉穿孔61,顶部件4的顶面中心处还开设有螺纹孔42,该螺纹孔42为盲孔,从而使得托部件6能够通过螺钉63被固定在顶部件4的顶面一侧,并且通过托部件6将原水槽41封闭。容易理解的是,为了防止原水对螺钉63造成腐蚀,本实施例中,将原水槽41配置为环形的水槽,从而使螺纹孔与原水槽41之间没有直接接触,进而保护螺接在螺纹孔中的螺钉63。
其中,光热蒸发层2卷绕呈筒状,并套设在毛细管组件的外侧,光热蒸发层2的下端支撑在底部件5顶面一侧的废水收集槽52中,光热蒸发层2的上端则被压紧在托部件6与顶部件4之间,从而使光热蒸发层2上端能够有一段伸入至原水槽41中,从而更好地使原水槽41中的原水输送给光热蒸发层2的上端,相应的,毛细管3的内腔及原水槽41则构成上述的原水输送通道。并且,为了防止光照射到毛细管3,配置筒状的光热蒸发层2同时沿轴向和周向两个方向完全遮蔽真空管1的内壁。
本发明实施例提供的基于真空管光热蒸发的洁净水获取装置的工作过程如下:
使用时,真空管1呈竖直布置或略微倾斜布置,并通过原水管向原水管接头10输送原水,然后原水进入供水环槽53中与各个毛细管3的下端相接触;在毛细作用下,液态的原水沿毛细管3上升并从毛细管3的上端流入到顶部件4顶面一侧的原水槽41中,然后原水槽41中的原水则传输给光热蒸发层2;光热蒸发层2的上端浸湿后,在重力作用下,液态的原水会沿着光热蒸发层2向下流动;原水在光热蒸发层2上流动的过程中,真空管1及其内的光热蒸发层2会受到太阳光照射从而使光热蒸发层2的温度升高,使得原水受热蒸发;由于光热蒸发层2是围绕毛细管组件布置的,因此毛细管3不受光照作用,并且在毛细管3内部的原水的冷却下,毛细管3将保持较低的温度,故而光热蒸发层2上蒸发出的水蒸气在接触到毛细管3的外壁时将会发生冷凝,从而在毛细管3的外壁形成冷凝水,冷凝水积累后则在重力作用下顺着毛细管3的外壁向下流动到底部件5顶面一侧的洁净水水槽51中,然后经洁净水管接头8流出,即可通过连接在洁净水管接头8上的洁净水管收集到洁净水。光热蒸发层2下端流出的废水则会流到底部件5顶面一侧开始的废水收集槽52中,然后废水依次经废水环槽54和废水管接头12流出,即可通过连接在废水管接头12上的废水管将废水引出排放,其中的废水包括没有进行充分蒸发的多余的液态水以及进行充分蒸发后的高浓度液态水。
相比于现有技术,本发明的光热蒸发作用发生在真空管1内部,真空管1能够高效地将太阳能转化为热能,并且能够使真空管1的内部实现更持久的蒸发温度,从而提高光热蒸发层2上的水蒸发速率。另外,本发明中水蒸气冷凝发生在毛细管3的外壁,而毛细管3的外侧围绕有光热蒸发层2,加之毛细管3内部持续流动的液态水,使得毛细管3的外壁能够更好的提供适于冷凝的低温环境,进而提高水蒸气的冷凝效率。在冷凝效率和水蒸发速率均得到提高的情况下,本发明提供的洁净水获取装置获取洁净水的效率则得到有效提高。
容易理解的是,为了提高水分蒸发效果,在其他优选实施例中,还可以为光热蒸发层2配置保持架,保持架为由金属编制而成的环筒状镂空构造,并且在制作光热蒸发层2时嵌在内部,保持架的作用是使围成光热蒸发层2的筒状构造不变形,并且使光热蒸发层2的外侧面能够更好地与真空管1的内壁相接触,从而使蒸发作用不在光热蒸发层2的迎光面发生,进而使热量尽量向光热蒸发层2的背阴面传递,从而提高背阴面的温度,提高背阴面的水分蒸发效率。
容易理解的是,托部件6上还开设有溢流孔62,如此,当原水槽41中的原水无法被光热蒸发层2及时吸收时,则多余的原水能够从溢流孔62流出,并且配置托部件6的圆周侧面与真空管1的内壁之间具有间隙,从而使溢流出的原水能够通过该间隙向下流动,进而流到光热蒸发层2上。
实施例二
本实施例中,如图6所示,毛细管3的外壁设置有螺旋状的凸起31,例如外凸的螺纹。如此设置,使得毛细管3的外壁表面积得到提高,并且冷凝的洁净水依然能够顺利流下。当然,也可以用螺旋状的凹槽来代替螺旋状的凸起31。
实施例三
本实施例中,毛细管3的外壁涂有若干道环状的亲水涂层32和疏水涂层33,并且亲水涂层和疏水涂层沿毛细管3的轴线方向交错间隔布置,如图7所示。
如此设置,由于疏水涂层上不易挂水珠,因此其上冷凝出的微小的水珠也将会发生向下滑落的情况,并且在滑经亲水涂层时,会将亲水涂层上冷凝的微小水珠裹起并一同滑落,并在继续滑落的过程中形成较大的水珠,进而使毛细管3外壁上更多的微小水珠被包裹滑落,如此使得毛细管3外壁能够保持“干净”的状态,从而使后续的水蒸气能够及时接触毛细管3的外壁而发生冷凝,进而提高水蒸气冷凝效率。
容易理解的是,毛细管3外壁上还可以同步地设置有螺旋状的凹槽或凸起的方案,如此进一步提高水蒸气冷凝效率。
实施例四
本发明还提供一种基于真空管光热蒸发的洁净水获取系统,如图8所示,包括原水管13、洁净水管14、废水管15以及至少两个上述实施例公开的洁净水获取装置。
各洁净水获取装置通过支架(图中未示出)固定,各洁净水获取装置中的原水供给通道(即原水管接头10)均通过支管与原水管13相连接,从而通过原水管13向各洁净水获取装置供给原水,通常原水管13上还安装有用于调控供水速率的阀门。其中,原水管13上还安装有用于过滤沙尘等杂质的过滤器,使得原水管13在向各洁净水获取装置供给原水之前,事先将杂质过滤。
各洁净水获取装置中的洁净水排出通道(即洁净水管接头8)均通过支管与洁净水管14相连接,各洁净水获取装置中的废水排出通道(即废水管接头12)均通过支管与废水管15相连接。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。