CN103754967A - 一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前、后支撑板固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；蒸发箱体3向右倾斜。本发明结构简单、运行可靠、移动性强、安装维护方便、无需专人值守以及无需动力设备，能够利用常温海水在夜间或太阳辐照度较低的情况下生产淡水，适合于淡水和电力缺乏的海岛等偏远地区，以及紧急情况下的淡水需求。

Description

一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置
技术领域
本发明属于可再生能源和海水淡化技术领域，涉及一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置。
技术背景
水是一切生命之源。随着工农业不断发展，人口快速增长，淡水的需求将急剧增加，淡水短缺是许多国家未来必将面临的严重问题。尤其在一些岛屿和偏远的咸水湖地区，水资源大都是海水或者苦咸水，淡水严重缺乏，同时能源供应也比较困难。因此，利用太阳能等可再生能能源进行海水淡化是解决这些地区淡水短缺问题的重要途径。太阳能蒸馏器结构简单、取材方便，运行时基本无需人员管理，因而受到用户的青睐。
太阳能蒸馏器运行过程中，水在空气中蒸发，与空气中原有的水蒸汽分压差有关，如果原有空气中水蒸汽分压低于现在水表面附近的水蒸汽饱和分压，那么蒸发过程能够发生，低于越甚则蒸发过程越剧烈。传统盘式太阳能蒸馏器，利用装置上方的透明盖板作为凝结器，虽然这样使装置更为简单，但也存在不利之处，水蒸汽凝结时放出潜热使盖板温度升高，同时盖板吸收一定的太阳辐射，从而提高了盖板附近的水蒸汽分压，使蒸发面与冷凝面之间的水蒸汽分压差减小，降低了太阳能蒸馏器的传质推动力，使其产水量仅为3-4kg/(d·㎡)，大大限制了其应用范围。此外，在夜间或者太阳辐照度较低的情况下，太阳能蒸馏器难以实现生产淡水。
地球大气层外宇宙空间的温度接近绝对零度，高层大气层的当量黑体温度与地面温度相比要低得多。探索利用上述冷源使地面上的物体在不消耗能源的情况下进行自然冷却的可能性，已经引起了太阳能热利用领域的广泛关注。虽然外层空间接近绝对零度，大气层的存在却阻碍了地面物体向它直接散热，但在8-13μm波段内，大气层中水蒸汽、二氧化碳和臭氧对辐射的吸收能力很弱，因此，大气在这个波段的透明度很高，通常这个波段称为“大气窗口”。地面上的辐射可以直接透过“大气窗口”进入外太空，从而得到一定程度的制冷效果，辐射面温度可低于环境温度10℃左右。采用太空辐射制冷降低蒸馏器的盖板温度，能够增大传质推动力，从而增大产水量；同时能够实现在夜间或者太阳辐照度较低的情况下的淡水生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置。
本发明的技术方案概述如下：
一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的不包括顶板2的外表面设置有保温材料层，蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前支撑板、后支撑板17固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；盖板1的材质为碲化镉、Ge10As20Te70硫化物玻璃或Si15Ge10As25Te50硫化物玻璃，顶板2为聚酯板、聚四氟乙烯板、搪瓷板、涂覆有有机硅胶的铝板或均匀附着有炭黑的铝板，顶板2和盖板1之间的距离为1-50cm，盖板1的厚度为0.01-10mm；蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3的底板与水平面的夹角为5-65度。
较好的是在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5。
较好的是在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
较好的是在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的不包括顶板2的外表面设置有保温材料层，蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前支撑板、后支撑板17固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；盖板1的材质为氟化钙、聚乙烯或聚四氟乙烯，顶板2为抛光铝板、反光铝膜或镜面不锈钢板，顶板2和盖板1之间的距离为1-50cm，盖板1的厚度为0.01-10mm；蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3的底板与水平面的夹角为5-65度。
较好的是在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5。
较好的是在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
较好的是在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
本发明具有以下积极效果：
本发明将太空辐射制冷技术引入到海水淡化领域，利用太空辐射冷能提高蒸馏器传质温差，增大传质推动力，提高蒸馏器单位面积的产水量。即使是在夜间或太阳辐照度较低的情况下，也能利用该装置产生淡水。该装置具有结构简单、运行可靠、占地面积小、产水量高、移动性强、安装维护方便、无需专人值守以及无需动力设备等特点，即使常温海水也能够利用该装置生产淡水。除此之外，本发明的装置易于与太阳能、地热能以及工业废热等能源相结合，提高单位辐射面积的产水量。该装置能够满足海岛等偏远地区海水和苦咸水处理用户的小规模用水需求，以及紧急情况临时用水需求等，具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置结构示意图；
图2为布液管结构示意图；
图3为与太阳能结合的利用太空辐射制冷实现海水淡化的系统示意图。
图中标号为：
1-盖板            2-顶板
3-蒸发箱体        4-原料水进水口
5-布液管          6-吸液芯
7-浓盐水出水口    8-集水槽
9-产品水出水口    10-挡水板
11-太阳能集热器   12-原料水箱
13-阀门           14-利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置
15-浓盐水箱       16-产品水箱
17-后支撑板       18-空气通道
19-左档板         20-右档板
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的举例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的不包括顶板2的外表面设置有保温材料层，保温层为聚苯乙烯泡沫塑料；蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前支撑板、后支撑板17固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；当环境空气温度低于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20打开，通过空气通道18的“烟囱效应”与太空辐射制冷的双重作用降低盖板温度；当环境空气温度高于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20关闭空气通道18的左端口和右端口，形成隔热层保证顶板2的低温；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；盖板1能够阻挡绝大多数太阳短波辐射、但可透过8-13μm的长波辐射，最大限度的利用太空辐射原理降低顶板2的温度，达到或低于水蒸汽的露点温度，增大蒸发箱体3内海水蒸发的传质推动力，盖板1的材质为碲化镉；顶板2具有较高长波辐射发射率，顶板2为聚酯板；顶板2和盖板1之间的距离为5cm，盖板1的厚度为0.02mm，蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3底板与水平面的夹角为45度。
盖板1的材质还可以选Ge10As20Te70硫化物玻璃或Si15Ge10As25Te50硫化物玻璃；
顶板2还可以是聚四氟乙烯板、搪瓷板、涂覆有有机硅胶的铝板或均匀附着有炭黑的铝板；
顶板2和盖板1之间的距离还可以是1cm，2cm，8cm，10cm，12cm，20cm，30cm，40cm或50cm；
盖板1的厚度还可以是0.01mm，0.05mm，0.1mm，0.5mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm或10mm；
蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3的底板与水平面的夹角为5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、50度、55度、60度或65度。
较好的是在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5。
较好的是在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
较好的是在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
第二种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的不包括顶板2的外表面设置有保温材料层，保温层为聚苯乙烯泡沫塑料；蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前支撑板、后支撑板17固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；当环境空气温度低于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20打开，通过空气通道18的“烟囱效应”与太空辐射制冷的双重作用降低盖板温度；在环境空气温度高于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20关闭空气通道18的左端口和右端口，形成隔热层保证顶板2的低温；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；盖板1能透过太阳短波辐射以及8-13μm的长波辐射，盖板1的材质为聚乙烯；顶板2可以反射绝大多数的太阳短波辐射并且具有较高的长波辐射发射率，顶板2的材质为抛光铝板；顶板2和盖板1之间的距离为5cm，盖板1的厚度为0.2mm，蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3底板与水平面的夹角为30度。
盖板1的材质还可以选氟化钙或聚四氟乙烯；
顶板2还可以是反光铝膜或镜面不锈钢板；
顶板2和盖板1之间的距离还可以是1cm，2cm，8cm，10cm，12cm，20cm，30cm，40cm或50cm；
盖板1的厚度还可以是0.01mm，0.02mm，0.05mm，0.1mm，0.5mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm或10mm；
蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3的底板与水平面的夹角为5度、10度、15度、20度、25度、35度、40度、45度、50度、55度、60度或65度。
较好的是在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5。
较好的是在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
较好的是在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
还可以在蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，在蒸发箱体3的底板上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为活性炭纤维布、海绵或棉布，并在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
下面用实施例来说明本发明的效果
实施例1
第二种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体3，蒸发箱体3的不包括顶板2的外表面设置有保温材料层，保温层为聚苯乙烯泡沫塑料；蒸发箱体3的长、宽、高分别为2000mm、1000mm和200mm，保温材料层的厚度为20mm；蒸发箱体3的顶板2的上方设置有盖板1，顶板2和盖板1之间由前支撑板、后支撑板17固定连接构成空气通道18，左档板19、右档板20分别与空气通道18的左端口和右端口活动连接；当环境空气温度低于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20打开，通过空气通道18的“烟囱效应”与太空辐射制冷的双重作用降低盖板温度；在环境空气温度高于顶板2的温度时，将左档板19、右档板20关闭空气通道18的左端口和右端口，形成隔热层保证顶板2的低温；在蒸发箱体3的左侧板下部设置有原料水进水口4；在蒸发箱体3的右侧板上部设置有集水槽8和产品水出水口9；在蒸发箱体3的右侧板下部设置有浓盐水出水口7；盖板1能透过太阳短波辐射以及8-13μm的长波辐射，盖板1的材质为聚乙烯，顶板2可以反射绝大多数的太阳短波辐射并且具有较高的长波辐射发射率，顶板2的材质为抛光铝板，顶板2和盖板1之间的距离为5cm，盖板1的厚度为0.2mm，蒸发箱体3向右倾斜，使蒸发箱体3底板与水平面的夹角为30度；蒸发箱体3的内部原料水进水口4连接有布液管5，蒸发箱体3底板的上表面铺设有吸液芯6，吸液芯6为1mm厚活性炭纤维布，在位于集水槽8上方、顶板2的下表面设置有挡水板10。
在晴朗的天气条件下，25℃-30℃的海水，通过原料水进水口4以2kg/(㎡h)的流速进入蒸发箱体3，通过布液管5均匀分布在吸液芯6上缓慢蒸发形成水蒸汽，当顶板2在太空辐射制冷的作用下达到或低于水蒸汽的露点温度，水蒸汽在顶板2的下表面冷凝成为产品淡水，产品淡水在重力作用下沿顶板2向下流动，遇到挡水板10，滴落到集水槽8中，从产品水出水口9排出，未蒸发的海水从浓盐水出水口7排出。该条件下的太空辐射制冷海水淡化装置产水量为4-8kg/(㎡d)，而一般传统被动式太阳能蒸馏器的淡水产量约为3-4kg/(㎡d)左右。
实施例2
本发明的利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置还可以与太阳能集热器或其它废热源相结合，提升海水温度，增大单位辐射面积的产水量，图3为与太阳能结合的利用太空辐射制冷实现海水淡化的系统。
其中利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置为实施例1的装置。
采用太阳能集热器11加热原料水箱12中的海水至50-60℃，打开阀门13，原料水以2kg/(㎡h)的流速进入利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，产水量为8-12kg/(㎡d)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体（3），蒸发箱体（3）的不包括顶板（2）的外表面设置有保温材料层，其特征是蒸发箱体（3）的顶板（2）的上方设置有盖板（1），顶板（2）和盖板（1）之间由前支撑板、后支撑板（17）固定连接构成空气通道（18），左档板（19）、右档板（20）分别与空气通道（18）的左端口和右端口活动连接；在蒸发箱体（3）的左侧板下部设置有原料水进水口（4）；在蒸发箱体（3）的右侧板上部设置有集水槽（8）和产品水出水口（9）；在蒸发箱体（3）的右侧板下部设置有浓盐水出水口（7）；盖板（1）的材质为碲化镉、Ge10As20Te70硫化物玻璃或Si15Ge10As25Te50硫化物玻璃，顶板（2）为聚酯板、聚四氟乙烯板、搪瓷板、涂覆有有机硅胶的铝板或均匀附着有炭黑的铝板，顶板（2）和盖板（1）之间的距离为1-50cm，盖板（1）的厚度为0.01-10mm；蒸发箱体（3）向右倾斜，使蒸发箱体（3）的底板与水平面的夹角为5-65度。
2.一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，包括蒸发箱体（3），蒸发箱体（3）的不包括顶板（2）的外表面设置有保温材料层，其特征是蒸发箱体（3）的顶板（2）的上方设置有盖板（1），顶板（2）和盖板（1）之间由前支撑板、后支撑板（17）固定连接构成空气通道（18），左档板（19）、右档板（20）分别与空气通道（18）的左端口和右端口活动连接；在蒸发箱体（3）的左侧板下部设置有原料水进水口（4）；在蒸发箱体（3）的右侧板上部设置有集水槽（8）和产品水出水口（9）；在蒸发箱体（3）的右侧板下部设置有浓盐水出水口（7）；盖板（1）的材质为氟化钙、聚乙烯或聚四氟乙烯，顶板（2）为抛光铝板、反光铝膜或镜面不锈钢板，顶板（2）和盖板（1）之间的距离为1-50cm，盖板（1）的厚度为0.01-10mm；蒸发箱体（3）向右倾斜，使蒸发箱体（3）的底板与水平面的夹角为5-65度。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在蒸发箱体（3）的内部原料水进水口（4）连接有布液管（5）。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在蒸发箱体（3）的底板上表面铺设有吸液芯（6），吸液芯（6）为活性炭纤维布、海绵或棉布。
5.根据权利要求3所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在蒸发箱体（3）的底板上表面铺设有吸液芯（6），吸液芯（6）为活性炭纤维布、海绵或棉布。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在位于集水槽（8）上方、顶板（2）的下表面设置有挡水板（10）。
7.根据权利要求3所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在位于集水槽（8）上方、顶板（2）的下表面设置有挡水板（10）。
8.根据权利要求4所述的一种利用太空辐射制冷实现海水淡化的装置，其特征是在位于集水槽（8）上方、顶板（2）的下表面设置有挡水板（10）。
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