CN106396224A - 一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，属太阳能集热、海水淡化和水处理技术领域。本发明由壳体，三棱柱聚光器，蒸发腔，冷凝腔，透明板，多孔网格板，吸水材料和储水罐构成。将多个此太阳能海水淡化单元排列组合，可漂浮在海面大面积使用。本发明利用吸水材料的吸水性能使海水上升到蒸发腔区域，太阳光经三棱柱聚光器将太阳光汇聚到蒸发腔区域内产生热能，实现海水蒸发。水蒸气经气孔进入冷凝腔，在冷凝腔底部及竖壁不断与外界冷海水换热，形成淡水，并储存于冷凝腔底部的储水罐。这些淡水经累积可供给用户，也可用于海上种植业。

Description

一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元
技术领域
本发明涉及一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元,属太阳能集热、海水淡化和水处理技术领域。
背景技术
太阳能是极其重要的绿色能源，其取之不尽，用之不竭，有极大的利用价值。而我国人均淡水资源不足以及水资源污染问题也日益严重。节约和保护水资源，已不是解决水资源匮乏的唯一出路。利用太阳能进行海水淡化有希望成为一个新的选择，具备重大的国家战略意义。
目前海水淡化技术有多种，传统技术有反渗透法、电渗析法、露点蒸发法，然而这些方法具有成本过高、能耗大、使用寿命段等缺陷，直接影响了海洋经济发展的进程。利用太阳能直接进行海水淡化成本低廉，节能又环保。如果能提供一种装置利用太阳能在海面上直接进行海水淡化，无疑具有重大的经济意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，强化了蒸发与冷凝过程，完全利用天然能量在海面直接生产淡水。
一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，包括有壳体、三棱柱聚光器、蒸发腔、冷凝腔、透明板、多孔网格板、吸水材料和储水罐；所述三棱柱聚光器可采用透明材料制作，底部与透明板重叠接触，长度与壳体等长；所述吸水材料可采用薄层海绵。
各组元连接关系如下，壳体由两个侧板，两个端盖和透明板构成，其中透明板构成壳体的顶部；三棱柱聚光器固定连接于透明板上方，且三棱柱聚光器底部与透明板重叠；蒸发腔即为壳体，多孔网格板与支撑竖板所构成的空间；冷凝腔即为多孔网格板，支撑竖板，两侧端盖与底板所构成的空间；支撑竖板垂直固定连接于底板，多孔网格板连接于两侧支撑竖板上边缘和两边端盖内侧，且与透明板平行；吸水材料固定附着在支撑竖板和多孔网格板外侧；位于多孔网格板上的吸水材料与网孔对应处开通相应气孔；冷凝腔的底部外连接一个储水罐。
本发明的工作原理：装置整体置于海面上，太阳光11透射进入三棱柱聚光器1，当再从聚光器射出外界时，若入射角大于布鲁斯特角的角度，太阳光11会发生全反射，部分太阳光11将在聚光器内部反射，再透过透明板2聚集在蒸发腔3内。并加热多孔网格板10上的吸水材料8，温度升高，吸水材料8内含的海水将蒸发，形成蒸汽。
吸水材料8通过虹吸作用将海水引入蒸发腔3区域蒸发；经过一段时间，吸水材料8上部浓度大的海水下降，下部浓度低的海水上升，使得海水不断得到补充；吸水材料8上部和下部的海水不停的对流稀释，使得上部海水蒸发之后不会结晶；夜间，这种现象更加明显。
海水蒸发之后，水蒸气经气孔从蒸发腔3进入冷凝腔4。水蒸气在冷凝腔4内与外界冷海水12换热，在冷凝腔4底部以及内壁冷凝生成冷凝液滴13，冷凝液滴13经冷凝腔4内壁滑落，储存于与冷凝腔4底部连接的储水罐5。
本装置的主要优点在于：
1、淡化海水所需的能源全部来自太阳能，采用能量直接利用的方式，简化了装置结构的同时还提高了能源利用效率，运行成本低廉；
2、产品体积可大可小，可以单个使用应用于家庭场所，也可以多个排列组合规模化应用于海水淡化厂，或者海岛以及沿海居民聚居区；
3、由于水从水蒸汽中冷凝得到，可直接达到饮用水品级，人畜可直接饮用，也可用于海上种植业等；
4、本装置结构紧凑，采用全反射聚光原理，聚光效率高，提高了装置的产水效率。海水蒸发后，吸水材料可实现上部浓度较高的海水与下部浓度较低的海水对流稀释，避免了盐的析出，利用装置的持续使用，保养方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的运行原理示意图；
图3为本发明改变冷凝腔以及蒸发腔结构的实施例示意图；
图4为本发明把三棱柱聚光器改为风帆式结构聚光器的实施例示意图；
图5为由多个本发明排列组合在一起的示意图。
图中附图标记表示为：
1—三棱柱聚光器、2—透明板、3—蒸发腔、4—冷凝腔、5—储水罐、6—支撑竖板、7—壳体、8—吸水材料、9—气孔、10—多孔网格板、11—太阳光、12—海水、13—冷凝液滴、14—固定锚、15—风帆式结构聚光器、16—支撑斜板、17—底板、18—侧板、19—端盖。
具体实施方式
基于本专利的特点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元的整体结构图。包括有壳体7、三棱柱聚光器1、蒸发腔3、冷凝腔4、透明板2、多孔网格板10、吸水材料8和储水罐5；所述三棱柱聚光器1可采用透明材料制作，底部与透明板2重叠，长度与壳体7等长；所述吸水材料8可采用薄层海绵。
各组元连接关系如下，壳体7由两个侧板18，两个端盖19和透明板2构成，其中透明板2构成壳体7的顶部；三棱柱聚光器1固定连接于透明板2上方，且三棱柱聚光器1底部与透明板2重叠；蒸发腔3即为壳体7，多孔网格板10和支撑竖板6所构成的空间；冷凝腔4即为多孔网格板10，支撑竖板6，两侧端盖19和底板17所构成的空间；支撑竖板6垂直固定连接于底板17，多孔网格板10连接于两侧支撑竖板6上边缘和两边端盖19内侧，且与透明板2平行；吸水材料8固定附着在支撑竖板6和多孔网格板10外侧；位于多孔网格板10上的吸水材料8与网孔对应处开通相应气孔9；冷凝腔4的底部外连接一个储水罐5。
如图2所示，当太阳光11射入三棱柱聚光器1时，满足全反射条件的入射光线在三棱柱聚光器1内发生一次全反射，透过透明板2聚集在蒸发腔3，并加热多孔网格板10上的吸水材料8，内含海水受热蒸发，形成蒸汽。
吸水材料8通过虹吸作用将海水引入蒸发腔3区域蒸发；经过一段时间，吸水材料8上部浓度大的海水下降，下部浓度低的海水上升，使得海水不断得到补充；吸水材料8上部和下部的海水不停的对流稀释，使得上部海水蒸发之后不会结晶；夜间，这种现象更加明显。
海水蒸发之后，水蒸气经气孔从蒸发腔3进入冷凝腔4。水蒸气在冷凝腔4内与外界冷海水12换热，在冷凝腔4底部以及内壁冷凝生成冷凝液滴13，由于重力作用冷凝液滴13经冷凝腔4内壁滑落，储存于与冷凝腔4底部相连接的储水罐5。
图3所示的一个实施例中，壳体7内只有一侧拥有支撑竖板6。支撑斜板16与该侧支撑竖板6固定连接，并在连接处开有1至多个气孔9。当太阳光11射入三棱柱聚光器1时，满足全反射条件的入射光线在三棱柱聚光器1内发生一次全反射，透过透明板2聚集在蒸发腔3，并加热支撑斜板16上的吸水材料8，内含海水受热蒸发，形成蒸汽。海水蒸发之后，上升，水蒸气在蒸发腔3与冷凝腔4之间，经气孔9不断循环。水蒸气在冷凝腔4内与外界冷海水12换热，在冷凝腔4底部以及内壁冷凝生成冷凝液滴13，由于重力作用冷凝液滴13经冷凝腔4内壁滑落，储存于与冷凝腔4底部相连接的储水罐5。
图4所示的一个实施例中，聚光器可采用风帆式结构聚光器15，风帆式结构可以有效增大装置的受光面积，提高装置蒸发腔内海水的蒸发效率。同时装置可放在海中用固定锚14定位或可随船而行。
图5所示的实施例中，将多个装置排列组合连接在一起使用，可大规模运用于海浪较小的海湾区域或者咸水湖等区域。也可在装置上部的空余区域，种植一些非含盐基质的淡水植物。保存在储水罐5内的生成淡水，可为植物提供水源。

Claims (3)

1.一种基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，其特征在于：包括壳体(7)、三棱柱聚光器(1)、蒸发腔(3)、冷凝腔(4)、透明板(2)、多孔网格板(10)、吸水材料(8)、储水罐(5)；蒸发腔(3)包括了透明板(2)和吸水材料(8)；各组元连接关系如下，壳体(7)由两个侧板(18)，两个端盖(19)和透明板(2)构成，其中透明板(2)构成壳体(7)的顶部；三棱柱聚光器(1)固定连接于透明板(2)上方，且三棱柱聚光器(1)底部与透明板(2)重叠；蒸发腔(3)即为壳体(7)，多孔网格板(10)和支撑竖板(6)所构成的空间；冷凝腔(4)即为多孔网格板(10)，支撑竖板(6)，两侧端盖(19)和底板(17)所构成的空间；支撑竖板(6)垂直固定连接于底板(17)，多孔网格板(10)连接于两侧支撑竖板(6)上边缘和两边端盖(19)内侧，且与透明板(2)平行；吸水材料(8)固定附着在支撑竖板(6)和多孔网格板(10)外侧；位于多孔网格板(10)上的吸水材料(8)与网孔对应处开通相应气孔(9)；冷凝腔(4)的底部外连接一个储水罐(5)。
2.根据权利要求1所述的基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，其特征在于：装置聚光器采用的三棱柱聚光器(1)可根据实际工作环境调整工作角度与底部面积，最大化的增加太阳光(11)的有效入射面积；太阳光(11)透射进入三棱柱聚光器(1)，当再从聚光器射出外界时，若入射角大于布鲁斯特角的角度，太阳光(11)会发生全反射，部分太阳光(11)将在聚光器内部反射，再透过透明板(2)聚集在蒸发腔(3)内。
3.根据权利要求1所述的基于聚光的微腔体式太阳能海水淡化单元，其特征在于：蒸发腔(3)位于冷凝腔(4)上部，通过两者之间的气孔(9)进行气体交换；通过两侧支撑竖板(6)附着的吸水材料(8)将海水吸附至多孔网格板(10)的上部，进行蒸发；冷凝腔(4)部分浸透于海水(12)中，蒸汽可在冷凝腔(4)的底部以及侧壁与外界冷海水(12)进行热交换，完成冷凝，形成淡水，同时冷凝腔(4)的底部连接有储水罐(5)。
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