CN104291405B - 太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

太阳能海水淡化装置涉及太阳能的利用和海水淡化领域。为提高太阳能蒸馏法的海水淡化的产率。技术方案：由导热性能差的材料构成的保温绝热的双层结构，两层之间为真空；双层结构的内层的内侧有一个由散热面围成的水容器，进水管位于水容器的底部，散热面的外层和双层结构的内层的内侧之间有导流沟，导流沟为螺旋圈状结构，导流沟促进冷凝水螺旋下流到下方的出水管。水容器液面下1-5cm有个吸热板，吸热板中心有通孔。有益效果：装置能够悬浮于海面，利于维持液面恒定；底部进水管促进水容器内海水盐度保持恒定；导流沟延长冷凝水与散热面的接触时间、扩大冷凝水与散热面的接触面积；双层结构的真空，减少能量散失；吸热板促进太阳光热量的吸收，降低太阳光照射的深度。

Description

太阳能海水淡化装置

技术领域

本发明涉及太阳能的利用和海水淡化领域。

背景技术

在郑宏飞编著的化学工业出版社出版的“太阳能海水淡化原理与技术，2013年1月第一版，p9”的“第四节 一般海水淡化方法概述”的第4小节“太阳能蒸馏”，其主要的缺点在于光照面和冷凝面为同一个，水蒸气冷凝放出的热量将会大量地散失掉，导致产率低。

发明内容

为充分利用太阳能，提高太阳能蒸馏法的海水淡化的产率，本发明提出一种新型的太阳能海水淡化装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种太阳能海水淡化装置，主要由双层结构、储水槽、进水管、出水管、散热面和导流沟组成，装置悬浮在海面上，其特征是：由导热性能差的材料构成的保温绝热的双层结构，两层之间为真空；双层结构的上端面为双层透明材料构成的光照面；双层结构的内层的外侧底部和外层的内侧底部之间有至少三个绝热垫，绝热垫为导热性能差的材料，同时绝热垫起支撑作用；双层结构的内层的内侧有一个由导热性能良好的材料构成的散热面，散热面围成水容器，进水管位于水容器的底部，进水管连通海水和水容器，水容器的形状为上端大、下端小的锥形结构，散热面的外侧和双层结构的内层的内侧之间有导流沟，导流沟为螺旋圈状结构，导流沟的纵剖界面表现为从双层结构的内层的内侧到散热面外侧的方向，向下倾斜，并且在导流沟形成的冷凝水流经的路径上，存在多个阻流挡板，导流沟促进冷凝水螺旋下流到下方的出水管，出水管流出的水导流到储水槽，储水槽的水分由水泵等转移出去；同时导流沟起支撑水容器的作用。

一个抽气管连接到双层结构，抽气管有单向阀门，抽气管两端开口，两端开口分别位于双层结构的外层的内侧和外侧，移除抽气机后，单向阀门关闭以维持双层结构的内外两层之间的真空。

阻流挡板的高度高于导流沟深度的一半，最高高度为其上部与导流沟的边缘平齐。

阻流挡板的间隔为阻流挡板的上端的竖直高度与上一个阻流挡板的底部平齐。

水容器液面下方1-5cm有一个吸热板，吸热板的中心有一个通孔。

本发明的有益效果是：依靠双层结构的浮力，装置能够悬浮于海水水面；进水管位于由散热面围成的水容器的底部，连通海水和水容器，相对于本装置的体积而言，海水体积为无穷大，有利于维持水面的恒定和促进水容器内部的浓盐水向外渗透，促进水容器的海水的盐度保持恒定，而热水有上升的趋势（曾经有一个实验，一个试管中容纳一条小鱼和足量的水，在试管中上端加热，上端水已经沸腾，下端的鱼儿还是自由自在地游动），浓盐水的扩散对热量的散失可以忽略；导流沟的阻流挡板有利于延长冷凝水与散热面的接触时间，导流沟向散热面倾斜有利于扩大冷凝水与散热面的接触面积，导流沟的螺旋结构有利于延长冷凝水的下移距离、同时也就延长了与散热面的接触时间，导流沟的结构有利于促进冷凝水尽可能将剩余的热量传递给散热面内侧的海水；双层结构的材料的导热性能差和真空，有利于减少能量散失；光照面为透明材料，为现有技术，在光照面处也为双层结构，光照面可以直接接受太阳光或者汇聚光，接受汇聚光，其效果更好；水受热变成气体后，气压增加，从散热面和双层结构的内层的内侧之间扩散，受到散热面内侧的海水的冷却作用，部分冷却为冷凝水，冷凝水沿着导流沟向下移动，冷凝水受到散热面内侧的海水的冷却，温度降低，沿着导流沟，越往低处，阻流挡板内容纳的冷凝水的温度更低，有利于截获水蒸气，提高水蒸气的冷却效率；本发明采用的锥形结构，上端面大、下端面小，有利于增大吸热面，本装置的上表面类似瓷砖表面形状，利于平铺海面布置；利用现有技术的吸热板，布置在靠近液面的位置，一方面促进太阳光热量的吸收，另一方面降低太阳光照射的深度，有利于使太阳光热量的吸收集中在液面附近；现有技术的光照面也是冷凝面，水蒸气冷凝在光照面，一方面导致热量散热，另一方面也影响到光照面的透光效果，本发明的光照面为双层结构，不易散热，海水吸收热量后，水蒸气上升到光照面，由于缺乏有效散热，光照面的温度较高，水蒸气不会在光照面冷凝成水，有利于保证光照面的良好的透光效果。

附图说明

图1是太阳能海水淡化装置的纵剖示意图；图2是散热面示意图；图3是采用现有技术吸热板的装置示意图。

其中，1、光照面，2、双层结构，3、散热面，4、导流沟，5、进水管，6、出水管，7、储水槽；8、阻流挡板，9、通孔，10、吸热板。

具体实施方式

太阳能海水淡化装置，主要由保温绝热的双层结构2、进水管5、散热面3、导流沟4、出水管6和储水槽7组成，双层结构2的上端面为双层透明材料构成的光照面1。双层结构2的内外两层之间为真空，具有良好的隔热效果，同时双层结构2能够产生一定的浮力，促使装置悬浮在海面上。

一个由导热性能差的材料构成的保温绝热的双层结构2，双层结构2的内层的外侧和外层的内侧最好相互平行，双层之间的间隔在5-20cm（该间隔指内层的外侧与外层的内侧之间的距离，不包含材料的厚度，距离是指内层的外侧和外层的内侧之间的垂直距离，或者称为最短距离，也据说，一条线段同时垂直于内层的外表面和外层的内表面，该线段的距离，这是常见的距离定义方式），导热性能差的材料也利于维持内层材料的外侧一个较低的温度，从而减少辐射散热，该距离的选择要保证产生的足够的浮力促使装置悬浮在海面上；内层材料的外侧底部和外层材料的内侧底部之间有至少三个绝热垫，绝热垫为导热性能差的材料，如塑料或者陶瓷或者木棒或者橡胶等，绝热垫支撑内层材料以及容器内部海水的重量，并具备绝热效果。双层结构2的两层之间为真空（由生产厂家制作完成），为维护方便，有一个抽气管连接双层结构2的外层的两侧，抽气管有单向阀门（压缩机或者打气装置等常用设备），抽气管两端开口，两端开口分别位于外层材料的内侧和外侧（图中未标示），换句话说，一端开口位于双层结构2的内外两层之间（外层材料的内侧、内层材料的外侧，不接触内层材料），另一端开口位于外层材料的外侧，抽气管连接到抽气机，抽气机通过抽气管抽走双层结构2的内外两层之间的气体，使双层结构2的内外两层之间的气压下降，从而减少空气对流传热带来的能量损耗，双层结构2的内外两层之间的气压大小由抽气机的性能决定，从效果来讲，气压越低效果越好，从成本上讲，气压越低，抽气机的结构越复杂和成本越高。

双层结构2的内层材料的内侧有一个由传热性能较好的并耐高浓度盐水的材料构成的散热面3，散热面3的内侧围成一个水容器，水容器的形状为上端大、下端小的锥形结构，散热面3的外侧和双层结构的内层的内侧之间有导流沟4，导流沟4为螺旋圈状结构，导流沟4一方面起支撑水容器的作用，另一方面，导流沟4促进冷凝水螺旋下流到下方的出水管6，导流沟4的纵剖界面表现为从双层结构2的内层的内侧到散热面3外侧的方向向下倾斜，并且在导流沟4形成的冷凝水流经的路径上，存在多个阻流挡板8，阻流挡板8的高度高于导流沟4最深深度的一半，最高高度为其上部与导流沟边缘平齐，阻流挡板8的间隔最佳设计为阻流挡板8的上端竖直高度与上一个阻流挡板8的底部平齐，也就是说，当阻流挡板8导致导流沟4滞留水分刚好漫过阻流挡板8时，滞留水分形成的水体能够达到上一个阻流挡板8的底部位置，滞留水分有利于冷凝水较长时间接触散热面，促进冷凝水将较多的热量传递给散热面内侧的水分。出水管6将冷凝水导流到储水槽7，储水槽7的水分转移出去（采用水泵抽走），整个淡化过程就完成。

在本发明装置中，引入现有技术的吸热板10，吸热板10布置在水容器液面下方1-5cm，吸热板10的中心有一个通孔9，通孔9连通吸热板10上方和下方的海水，同时促进上方的浓盐水向下方扩散。

Claims (4)

1.一种太阳能海水淡化装置，主要由双层结构（2）、储水槽（7）、进水管（5）、出水管（6）、散热面（3）和导流沟（4）组成，装置悬浮在海面上，其特征是：由导热性能差的材料构成的保温绝热的双层结构（2），两层之间为真空；双层结构（2）的上端面为双层透明材料构成的光照面（1）；双层结构（2）的内层的外侧底部和外层的内侧底部之间有至少三个绝热垫，绝热垫为导热性能差的材料，同时绝热垫起支撑作用；双层结构（2）的内层的内侧有一个由导热性能良好的材料构成的散热面（3），散热面（3）围成水容器，进水管（5）位于水容器的底部，进水管（5）连通海水和水容器，水容器的形状为上端大、下端小的锥形结构，散热面（3）的外侧和双层结构（2）的内层的内侧之间有导流沟（4），导流沟（4）为螺旋圈状结构，导流沟（4）的纵剖界面表现为从双层结构（2）的内层的内侧到散热面（3）外侧的方向向下倾斜，并且在导流沟（4）形成的冷凝水流经的路径上，存在多个阻流挡板（8），导流沟（4）促进冷凝水螺旋下流到下方的出水管（6），出水管（6）流出的水导流到储水槽（7），储水槽（7）的水分转移出去，同时，导流沟（4）起支撑水容器的作用。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是：一个抽气管连接到双层结构（2），抽气管有单向阀门，抽气管两端开口，两端开口分别位于双层结构（2）的外层的内侧和外侧，移除抽气机后，单向阀门关闭以维持双层结构（2）的内外两层之间的真空。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是：阻流挡板（8）的间隔为阻流挡板（8）的上端的竖直高度与上一个阻流挡板（8）的底部平齐。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是：水容器液面下方1-5cm有一个吸热板（10），吸热板（10）的中心有一个通孔（9）。