CN109024779B - 一种基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，本体安装在沙滩上，沙滩下铺设有海水运输管，海水运输管分别通过进水管及出水管与基于光热膜的太阳光热蒸发器相连通，在进水管上分别安装有热交换器及水泵；基于光热膜的太阳光热蒸发器内设有光热膜，海水通过光热膜蒸发分离出水蒸汽，光热膜上方的海水通过出水管流回海水运输管；基于光热膜的太阳光热蒸发器通过出气管与热交换器连接后再连接至储水罐，真空泵与储水罐相连，分离出的水蒸汽由出气管输出、通过热交换器冷凝成淡水后流入储水罐中；海滩淋浴器上安装与蓄电池相连的太阳能电池板，真空泵及水泵分别与蓄电池连接；储水罐上连接有淋浴喷头。本发明具有节约淡水资源，成本低廉的优点。

Description

一种基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器

技术领域

本发明属于太阳光热应用领域，具体地说是一种基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器。

背景技术

对于沙滩浴场，淋浴是一种必要清洁设施，以供人们在游泳或沙滩运动后清洁身上的盐分、沙子等污物。然而，现有的海滩浴场淋浴设施多为自来水供水，运营过程中需要消耗大量，造成水资源浪费。虽然部分地区逐步采用污水处理后的二次水作为淋浴供水，但仍然成本较高；且由于二次水可能还有较多杂质和污染物，因此并不推荐推广。

尽管有相关设计利用太阳能发电，再通过电热转换加热海水通过蒸馏收集淡水，但多次能量转化造成太阳光利用率极低，且蒸馏过程对水的整体加热造成能量的进一步浪费。近年来，以光热膜为核心的基于光热膜的太阳光热蒸发器能够对太阳光进行有效利用，在光照条件下，太阳光能通过单次能量转化高效的转化为热能，直接对海水表面进行加热，从而实现水的高速高效蒸发，直接从海水中分离得到清洁淡水。现阶段应用于太阳光驱动水蒸发领域的光热膜主要由以下几种材料构成：1.包括碳纳米管、石墨烯、活性炭等在内的碳基材料；2.包括金、银、钯等贵金属在内的金属纳米材料；3.包括氧化钛、氧化钛及尖晶石结构材料在内的过渡金属氧化物；4.包括聚多巴胺、聚苯胺衍生物在内的高分子聚合物。通过调控膜材料的构成、微结构及表面浸润性，光热膜的光捕获性能、水传输性能、集热性能得到优化，从而实现高效的界面水蒸发。先进报道的大部分光热膜的吸光率可以达到95％以上，用以水蒸发的太阳光热转化效率普遍超过80％。通过宏观结构及保温层的构筑，太阳光热转化效率可以超过90％，远远高于太阳能加热中光—电—热的总转化效率，具有更优良的经济价值和实用性。

由于整个过程以太阳光作为能源，因此具有理想的环境友好性和可持续性，且运行成本明显低于传统淋浴所需的自来水供水。以基于光热膜的太阳光热蒸发为核心的淋浴设施，适合安置于沙滩浴场作为清洁设施使用。

发明内容

针对现有沙滩浴场淋浴直接使用自来水供水，造成水资源浪费的问题，本发明的目的在于提供一种可持续的环保、低成本的基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括蓄电池、真空泵、水泵、本体及分别安装在该本体上的基于光热膜的太阳光热蒸发器、储水罐和热交换器，其中本体安装在沙滩上，该沙滩下铺设有海水运输管，所述海水运输管分别通过进水管及出水管与基于光热膜的太阳光热蒸发器相连通，在该进水管上分别安装有热交换器及水泵；所述基于光热膜的太阳光热蒸发器内设有光热膜，海水通过水泵由海水运输管泵出，经所述热交换器预热后泵入到基于光热膜的太阳光热蒸发器内，通过所述光热膜蒸发分离出水蒸汽，基于光热膜的太阳光热蒸发器内位于光热膜上方的海水通过所述出水管流回海水运输管；所述基于光热膜的太阳光热蒸发器通过出气管与热交换器连接后再连接至储水罐，所述真空泵与储水罐相连、为该储水罐提供负压，分离出的水蒸汽由出气管输出、通过该热交换器冷凝成淡水后流入所述储水罐中；所述海滩淋浴器上安装有太阳能电池板，该太阳能电池板与蓄电池相连，所述真空泵及水泵分别与蓄电池连接，由该蓄电池分别为真空泵及水泵供电；所述储水罐上连接有淋浴喷头，该淋浴喷头通过设置于储水罐与淋浴喷头之间的淋浴开关控制；

其中：所述光热膜下表面设有与蓄电池连接的电热丝，该电热丝通过所述蓄电池供电加热蒸发海水；

所述基于光热膜的太阳光热蒸发器内通过光热膜分为水蒸汽收集区及海水储备区，该水蒸汽收集区与所述出气管相连通；

所述光热膜水平固定于基于光热膜的太阳光热蒸发器内的中间，该基于光热膜的太阳光热蒸发器的外部为透明材质；

所述蓄电池、真空泵及水泵均放置在位于沙滩下的密封箱内；

所述出水管的上端位于光热膜的上表面上方，下端与所述海水运输管相连通；

所述海滩淋浴器独立使用或多个相连，当为多个相连时，各海滩淋浴器共用一个蓄电池或各自设置供电的蓄电池，各海滩淋浴器中的储水罐通过水管相连通。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明提出利用基于光热膜的太阳光热蒸发过程，直接从海水中分离得到纯水，以替代传统海滩淋浴所使用的市政自来水，从而节约淡水资源，成本低廉，具有较好的经济价值。

2.本发明通过光热膜直接将太阳光能转化为热能，相比于利用太阳能淋浴中先将光能转化为电能再将电能转化为热能的多次能量转化过程，发热效率明显提高，提高了太阳光的利用率。

3.本发明在将光热膜与电热丝复合，并设置有太阳能发电和储电***，将电加热作为辅助手段，可以在光照不足或夜间保证蒸发分离清洁淡水正常进行，保证使太阳光热淋浴器具有持续运行。

4.本发明通过设置热交换器，一方面可以利用温度较高的水蒸汽对要进入基于光热膜的太阳光热蒸发器的海水进行预加热，另一方面可以将水蒸汽快速冷凝成淡水；蒸发过程中水蒸汽带走的热量得到回收再利用，有利于能量的高效率利用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明基于光热膜的太阳光热蒸发器的结构示意图；

其中：1为基于光热膜的太阳光热蒸发器，101为水蒸汽收集区，102为海水储备区，2为光热膜，3为电热丝，4为热交换器，5为进水管，6为出气管，7为出水管，8为储水罐，9为淋浴喷头，10为太阳能电池板，11为蓄电池，12为真空泵，13为真空管，14为水泵，15为密封箱，16为淋浴开关，17为立柱，18为海水运输管，19为沙滩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明为落地式淋浴器，包括基于光热膜的太阳光热蒸发器1、电热丝3、热交换器4、进水管5、出气管6、出水管7、储水罐8、淋浴喷头9、太阳能电池板10、蓄电池11、真空泵12、水泵14、密封箱15及本体，其中本体安装在沙滩19上、作为其他部件安装的基础；本实施例的本体为立柱17，基于光热膜的太阳光热蒸发器1、储水罐8和热交换器4分别安装在该立柱17上，基于光热膜的太阳光热蒸发器1安装在立柱17的顶端，有助于充分吸收和利用太阳光。

基于光热膜的太阳光热蒸发器1的外部为透明材质(如有机玻璃)，以减轻重量，同时保持高的稳定性；基于光热膜的太阳光热蒸发器1内部设有光热膜2，该光热膜2水平固定于基于光热膜的太阳光热蒸发器1内的中间；基于光热膜的太阳光热蒸发器1内部通过光热膜2分为水蒸汽收集区101及海水储备区102，水蒸汽收集区101位于光热膜2的上方，海水储备区102位于光热膜2的下方；优选地，海水储备区102的高度为10～50cm，最佳高度不超过30cm。光热膜2能够将光能直接转化为热能，材料可为活性炭、石墨烯、碳纳米管或碳纤维。

基于光热膜的太阳光热蒸发器1的下部装有进水管5和出水管7，沙滩19底部铺设有海水运输管18，该海水运输管18分别通过进水管5和出水管7与基于光热膜的太阳光热蒸发器1相连通。出水管6的上端位于光热膜2的上表面上方，用以移除高于光热膜2的海水；出水管6的下端与海水运输管18相连通。进水管5的下端与海水运输管18相连通，上端与海洋储备区102相连通；在进水管5上分别安装有热交换器4及水泵14。本发明的水泵14具有自动启动和关停及泵速调节功能，以维持光热膜之下水箱充满海水。进水管5用以将海水从沙滩19下面的海水运输管18经热交换器4运输到上部基于光热膜的太阳光热蒸发器1内，出水管7用以将基于光热膜的太阳光热蒸发器1内下部超过光热膜2的多余海水排出至海水运输管18中，循环使用。

基于光热膜的太阳光热蒸发器1通过出气管6与热交换器4连接后再连接至储水罐8，出气管6的一端与基于光热膜的太阳光热蒸发器1内的水蒸汽收集区101相连通，另一端接至热交换器4，再由热交换器4连接至储水罐8。出气管6用以将蒸发出的水蒸汽和淡水经热交换器4运输到储水罐8。真空泵12(本发明的真空泵12具有自启动/停机功能)通过位于立柱17内的真空管13与储水罐8相连通，为储水罐8提供负压，用以将经热交换器4冷凝的淡水运输至储水罐8。本发明的热交换器4与进水管5及出气管6相连，用以对进水管5中的较冷海水进行预加热，对于出气管6中蒸发出的较热水蒸汽进行冷凝。

本发明设有太阳能电池板10，该太阳能电池板10安装在便于吸收太阳光的位置即可，如立柱17上或储水罐8上；本实施例的太阳能电池板10安装在储水罐8上部，且不被基于光热膜的太阳光热蒸发器1遮挡。真空泵12、水泵14及太阳能电池板10分别与蓄电池11连接，通过太阳能电池板10可以利用太阳光发电，使产生的电能储存在蓄电池11中，再由蓄电池11分别为真空泵12及水泵14供电。蓄电池11、真空泵12及水泵14均放置在位于沙滩19下面的密封箱15内，密封箱子5起到隔水防尘防潮的作用，保护电器设备的安全；本实施例的密封箱15以塑料板为主体，通过硅橡胶密封圈密封开口及管线通路。优选地，密封箱15置于沙滩下部，深度不小于1米。

光热膜2下表面设有与蓄电池11连接的电热丝3，光热膜2与电热丝3复合叠加在一起，在光照不充足或夜间，该电热丝3通过蓄电池11供电加热蒸发海水。

储水罐8上连接有淋浴喷头9，该淋浴喷头9通过设置于储水罐8与淋浴喷头9之间的淋浴开关16控制。

本发明的海滩淋浴器可独立使用或多个相连，当为多个相连时，各海滩淋浴器可共用一个蓄电池11或各自设置供电的蓄电池11，各海滩淋浴器中的储水罐8通过水管相连通，共享储水。

本发明的进水管5、出水管7、出气管6、储水罐8采用塑料材质管材，最优选食品级PVC管。储水罐8的容积为5～60升，最优选容积为20～30升。

本发明的工作原理为：

蓄电池11为水泵14供电，水泵14工作，将海水运输管18中的海水通过进水管5泵向热交换器4，由热交换器4对进水管中的较冷海水进行预加热。经热交换器4预加热的海水进入到基于光热膜的太阳光热蒸发器1内，经过光热膜2的光热蒸发，从海水中分离得到水蒸汽，多余的海水由出水管7流回至海水运输管18中，循环利用。

蓄电池11为真空泵12供电，真空泵12工作，通过真空管13对储水罐8内抽真空，使储水罐8内形成负压。分离出的水蒸汽由出气管6流出，经过热交换器4时，由热交换器4对出气管6中的较热水蒸汽进行冷凝至淡水。冷凝后的淡水运输到储水罐8中，使用时只需打开淋浴开关16，清洁的淡水即可以从淋浴喷头9流出。当储水罐8中的淡水达到设定水位时，真空泵12自动停机。

当光照条件不足或在夜晚时，蓄电池11储存的电能为电热丝3供电，通过电加热的方式促进海水蒸发，维持基于光热膜的太阳光热蒸发器1的效率。

Claims (6)

1.一种基于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：包括蓄电池(11)、真空泵(12)、水泵(14)、本体及分别安装在该本体上的基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)、储水罐(8)和热交换器(4)，其中本体安装在沙滩(19)上，该沙滩(19)下铺设有海水运输管(18)，所述海水运输管(18)分别通过进水管(5)及出水管(7)与基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)相连通，在该进水管(5)上分别安装有热交换器(4)及水泵(14)；所述基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)内设有光热膜(2)，海水通过水泵(14)由海水运输管(18)泵出，经所述热交换器(4)预热后泵入到基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)内，通过所述光热膜(2)蒸发分离出水蒸汽，基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)内位于光热膜(2)上方的海水通过所述出水管(7)流回海水运输管(18)；所述基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)通过出气管(6)与热交换器(4)连接后再连接至储水罐(8)，所述真空泵(12)与储水罐(8)相连、为该储水罐(8)提供负压，分离出的水蒸汽由出气管(6)输出、通过该热交换器(4)冷凝成淡水后流入所述储水罐(8)中；所述海滩淋浴器上安装有太阳能电池板(10)，该太阳能电池板(10)与蓄电池(11)相连，所述真空泵(12)及水泵(14)分别与蓄电池(11)连接，由该蓄电池(11)分别为真空泵(12)及水泵(14)供电；所述储水罐(8)上连接有淋浴喷头(9)，该淋浴喷头(9)通过设置于储水罐(8)与淋浴喷头(9)之间的淋浴开关(16)控制，所述光热膜(2)下表面设有与蓄电池(11)连接的电热丝(3)，该电热丝(3)通过所述蓄电池(11)供电加热蒸发海水。

2.根据权利要求1所述于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：所述基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)内通过光热膜(2)分为水蒸汽收集区(101)及海水储备区(102)，该水蒸汽收集区(101)与所述出气管(6)相连通。

3.根据权利要求2所述于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：所述光热膜(2)水平固定于基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)内的中间，该基于光热膜的太阳光热蒸发器(1)的外部为透明材质。

4.根据权利要求1所述于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：所述蓄电池(11)、真空泵(12)及水泵(14)均放置在位于沙滩(19)下的密封箱(15)内。

5.根据权利要求1所述于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：所述出水管(6)的上端位于光热膜(2)的上表面上方，下端与所述海水运输管(18)相连通。

6.根据权利要求1所述于太阳光热膜技术的海滩淋浴器，其特征在于：所述海滩淋浴器独立使用或多个相连，当为多个相连时，各海滩淋浴器共用一个蓄电池(11)或各自设置供电的蓄电池(11)，各海滩淋浴器中的储水罐(8)通过水管相连通。

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