CN109399748A - 一种太阳能海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能海水淡化系统，具体涉及基于等离激元纳米流体的太阳能驱动海水淡化系统。集热器以等离激元纳米流体作为工质，直接吸收太阳能；原料海水从补水阀进入增湿腔，通过喷头喷淋到蒸发器表面，与蒸发器内的工质发生热交换；海水吸收热量产生蒸汽并与空气进行热湿交换形成热湿空气；热湿空气在风机的驱动下，经过风道进入冷凝腔，与冷凝器进行热交换，凝结形成淡水，聚集在冷凝腔的底部，收集并排出；经过冷凝器的热湿空气变成干空气，再次进入增湿腔增湿，然后再次进入冷凝腔，不断循环。其结构简单，使用方便，建造维护费用低，提高了太阳能的集热效率，强化了蒸发器的传热性能，提高了能量利用率，绿色节能环保，具有广泛的适用性。

Description

一种太阳能海水淡化系统
技术领域
本发明涉及一种海水淡化系统，具体涉及一种基于等离激元纳米流体的太阳能海水淡化系统。
背景技术
当今世界范围内，水资源短缺已成为人类生存和发展的威胁之一。海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术，已成为世界上公认的解决缺水的最佳方案之一。
目前实际应用的海水淡化方法分为蒸馏法和膜法。
蒸馏法是通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。与膜法海水淡化技术相比，蒸馏法海水淡化技术最早投入工业化应用，对原料海水水质要求低、产水纯度高，是当前海水淡化的主流技术之一。
海水淡化是高耗能产业，传统的大型海水淡化技术利用化石燃料作为能源，不仅容易造成环境污染，并且不能切实解决偏远、区域分散地区的淡水紧缺问题。
以太阳能为海水淡化的热源，对于解决能源危机及环境问题，具有重要作用。如何有效加强太阳能辐射的吸收，强化太阳能的转换率，提高太阳能的利用率一直是业内孜孜以求的研究方向，同时也是提高海水淡化转化率的有效手段。
因此，一种结构简单，运行稳定，易于清洁维护，可适用于小型分散化系统，并且容易和太阳能新能源耦合的海水淡化系统是本发明的研究主体。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、对环境友好、具有高效集热效率的太阳能海水淡化系统。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种太阳能海水淡化系统，增湿单元利用集热单元提供的热量蒸发海水产生的湿空气，进入除湿单元内凝结淡水后，成干空气返回增湿单元，并循环；
所述集热单元包括菲涅耳聚光器和体积吸收式太阳能集热器，所述体积吸收式太阳能集热器包括中空的透明管，通过高吸收性的循环工质直接吸收太阳能为增湿单元供热；循环泵为管内的工质提供循环动力；
所述工质为纳米流体，其既为吸热工质，也为传热工质，包括等离激元纳米流体。
上述循环的湿空气和干空气的动力源，包括集热单元提供的热量、空气热交换产生的空气压、及设于增湿单元和除湿单元之间的风道中的风机，至少一种。
上述增湿单元和除湿单元为通过风道连接的密闭腔体，包括顶部的湿气道和底部的干气道。
上述增湿单元的腔内顶部设有喷头，底部设有浓海水出口阀，侧壁设有海水进口阀；除湿单元的底部设有淡水出口阀。
进一步的，上述增湿单元的底部设有循环水泵，与喷头连接。
上述除湿单元内设冷凝管道。
上述增湿单元和/或除湿单元的腔壁由耐高温的PC塑料板构成，外壁贴合保温材料。
上述湿气道和/或干气道内设有风机。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种太阳能海水淡化系统，利用太阳能驱动增湿-除湿淡化海水，通过纳米流体直接吸收太阳能，与表面吸收式集热器相比，传热环节减少，传递热阻降低，具有更高的集热效率。
本发明以等离激元纳米流体为工质，其具有较强的太阳辐射吸收能力，相比其他流体工质，具有更强的光吸收性能，可以强化流体的传热性能，可同时作为吸热物质和传热物质，不仅可以提高太阳能集热器的集热效率，还强化了蒸发器的传热性能，提高了能量利用率；并且，可以极低的浓度就可以获得良好的温升效果，降低流体对装置的影响，保证装置安全可靠运行。
本发明的一种太阳能海水淡化系统，其结构简单，使用方便，建造维护费用低，易于清洁维护，以太阳能作为热源，绿色节能环保，适合于孤岛或边远地区小型海水淡化，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的一种太阳能海水淡化系统的结构示意图。
图2为本发明的体积吸收式太阳能集热器的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、菲涅尔聚光器，2、集热器，3、循环泵，4、补水阀，5、循环水泵，6、蒸发器，7、浓海水出口阀，8、海水，9、风机，10、冷凝器，11、淡水出口阀，12、冷却水管路，13、冷凝腔，14、增湿腔，15、喷头，16、保温材料，17、集热循环管；
21、透明封盖，22、底板， 23、纳米流体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示，本实施例的太阳能海水淡化系统，由太阳能集热单元、增湿单元、除湿单元组成。
太阳能集热单元包括菲涅尔聚光器1、体积吸收式太阳能集热器2、和集热循环管17；集热循环管17一端布设于集热器2内部，另一端布设于增湿单元腔内的蒸发器6内部，集热循环管17配置循环泵3，集热循环管17内部填充等离激元纳米流体，等离激元纳米流体为支持等离激元效应的纳米流体。
如图2所示，体积吸收式太阳能集热器2的管体为中空的透明管，进一步优化，由顶部的透明封盖21和底部的绝热底板22构成管体；管内为等离激元纳米流体23，其既为吸热工质，也为传热工质。
菲涅尔聚光器1的聚光比优选为20。
太阳光经菲涅尔聚光器1聚光之后，照射到太阳能集热器2，等离激元纳米流体经循环泵3，进入太阳能集热器2，吸收太阳能转换为热能后，进入蒸发器6进行热交换，然后从蒸发器6出口排出进入循环泵3完成一次循环。
等离激元纳米流体作为体积吸收式太阳能集热器的循环工质，直接吸收太阳能，并转换为热能，为蒸发器6提供热源，不仅可以提高太阳能集热器2的集热效率，还强化了蒸发器6的传热性能，提高了能量利用率。
增湿单元包括增湿腔14，腔内顶部设置喷头15，侧壁设有补水阀4，底部设有浓海水出口阀7和循环水泵5，循环水泵5与喷头15连接。增湿腔14壁由耐高温的PC塑料板构成，增湿腔14外壁贴合保温材料16。
原料海水经补水阀4进入增湿腔14，然后经循环水泵5通过喷头15喷淋到蒸发器6表面，与蒸发器6内流通的等离激元纳米流体进行热交换，一部分海水8蒸发，并与增湿腔14内的空气进行热湿交换，形成高温湿空气，然后通过风道（湿气道）进入除湿单元（冷凝腔13）；未蒸发的海水8汇集在增湿腔14的底部，通过循环水泵5抽到喷头15再次喷淋，循环利用；浓缩的海水8经底部的浓海水出口阀7排出。
冷凝单元包括冷凝腔13、冷凝器10、冷却水管路12；冷凝器10中布设冷却水管路12，冷却水管路12中流通冷海水。
冷凝腔13与增湿腔14通过顶部的湿气道和底部的干气道密封连接，且干气道内设有风机9。
经风道（湿气道）进入冷凝腔13的热湿空气与冷凝器10接触，进行热交换，湿蒸汽凝结成淡水，聚集在冷凝腔13的底部，通过底部的淡水出口阀11排出并收集；经过冷凝器10的热湿空气变成干空气后，在风机9的作用下经过另一风道（干气道）再次进入增湿腔14，带走部分蒸发的海水后，再次进入冷凝腔13，完成增湿-除湿的循环。
基于纳米流体的体积吸收式太阳能集热器，不同于表面吸收式的集热器，传热环节少，传递热阻小，光热转换效率高，是一种新型的太阳能集热装置。纳米流体用作太阳能集热器中的工作介质，可以强化对太阳光的吸收和转换。
实际使用时，可采用浓度极低的Au、Ag等离激元纳米流体作为太阳能集热器的工质，集热效率可以提高10%以上。金属纳米粒子表面可以激发局部共振效应，由于粒子表面等离激元共振效应的激发，纳米流体的光学性质发生变化，进而提高光吸收和热转换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，增湿单元利用集热单元提供的热量蒸发海水产生的湿空气，进入除湿单元内凝结淡水后，成干空气返回增湿单元，并循环；
所述集热单元包括菲涅耳聚光器和体积吸收式太阳能集热器，所述体积吸收式太阳能集热器包括中空的透明管，通过循环工质吸收太阳能为增湿单元供热；循环泵为管内的工质提供循环动力；
所述工质为纳米流体，其既为吸热工质，也为传热工质，包括等离激元纳米流体。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述循环的湿空气和干空气的动力源，包括集热单元提供的热量、空气热交换产生的空气压、及设于增湿单元和除湿单元之间的风道中的风机，至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种海水淡化系统，其特征在于，所述增湿单元和除湿单元为通过风道连接的密闭腔体，包括顶部的湿气道和底部的干气道。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述增湿单元的腔内顶部设有喷头，底部设有浓海水出口阀，侧壁设有补水阀；除湿单元的底部设有淡水出口阀。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述增湿单元的底部设有循环水泵，与喷头连接。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述除湿单元内设冷凝管道。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述增湿单元和/或除湿单元的腔壁由耐高温的PC塑料板构成，外壁贴合保温材料。
8.根据权利要求3所述的一种太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述湿气道和/或干气道内设有风机。
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