CN111689540B - 开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置 - Google Patents

开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，属于太阳能聚光直热海水淡化技术领域。该系统主要由透明盖板、太阳能聚光器、毛细管、冷凝腔及淡水收集腔组成，海水从毛细管下端进入到毛细管中，太阳光透过透明盖板进入装置，经太阳能聚光器反射后照射到毛细管上，毛细管中的海水受热蒸发，产生的水蒸气从毛细管上端流出，进入冷凝腔，蒸汽在透明盖板内壁上冷凝，产生的淡水滴落在聚光器上侧的平板上，最终流进淡水收集腔，毛细管中的浓盐水经重力作用，从其下端再返回大海中，实现海水的多次利用。装置在太阳能和毛细作用的驱动下被动运行，无需动力装置，且漂浮于海面上，不占用陆地面积。

Description

开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置
所属技术领域
本发明涉及一种开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，属于太阳能聚光直热海水淡化技术领域。
背景技术
太阳能是一种清洁、可靠、无污染的新能源，高效的利用太阳能是解决能源短缺、环境污染等问题的重要途径。而将太阳能与海水淡化相结合，已成为应对水资源短缺和能源危机的有效措施之一。我国有着漫长的海岸线和丰富的海水资源，如果能将这些资源进行有效利用，会成为缓解我国淡水压力的重要途径。然而，我国东南沿海地区为重要的经济贸易区，如果占用大量的土地面积用于海水淡化，势必对我国沿海地区的经济发展造成影响。但如果可以将海水淡化装置漂浮于海平面上，就可以有效解决这个问题。在所有海水淡化技术中，蒸馏是最简单、最廉价的方法之一，因此，如果可以将太阳能聚光技术、海水蒸馏技术和海上漂浮装置相结合，就可以设计出适应我国沿海地区的太阳能海水淡化装置。
本发明提供一种开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，利用太阳能聚光器汇聚太阳光，使其加热位于聚光器中心毛细管中的海水，海水蒸发产生的水蒸气经毛细管上端直接进入冷凝腔，在透明盖板内壁上冷凝形成小水滴，淡水水滴会滴落在聚光器上侧的平板上，最终流入淡水收集腔。该装置的主要优点在于，集聚光、加热、蒸发、冷凝为一体，结构紧凑，省去了冗长的管道，减少了热损失，大幅提高了能量利用率，并且漂浮在海上，不占用陆地面积。
发明内容
本发明使用高透射率的透明盖板以及大接收角的太阳能聚光器实现对太阳光的利用。将毛细管固定在聚光器中心，其下端与海水相连，由于毛细作用，海水会经由毛细管不断上升，并最终保持在一稳定液面高度。毛细管中存储的海水经聚光器汇聚的太阳光不断加热，受热蒸发，产生水蒸气。水蒸气经毛细管进入冷凝腔，并在装置顶部的透明盖板内侧凝结，形成的小水滴落在聚光器上侧的平板上，随后进入淡水收集腔。利用上述过程实现开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，其主要包括：透明盖板(1)，毛细管(3)，太阳能聚光器(7)，四周支撑结构(8)和淡水收集腔(10)。装置的透明盖板(1)和四周的支撑结构(8)形成了一个密闭空间，避免海上外界环境对装置内部聚光、蒸发和冷凝等过程的影响。淡水收集腔(10)紧贴着支撑结构(8)的侧面。
太阳光(2)透过透明盖板(1)进入装置中，经聚光器(7)反射到毛细管(3)上，毛细管(3)中的海水受热蒸发，形成的水蒸气经毛细管上侧进入冷凝腔，随后在透明盖板(1)的下方冷凝。冷凝后在聚光器(7)上侧的平板上形成淡水线(6)。随后打开淡水排出阀门，平板上中的淡水进入淡水收集腔(10)中，收集的淡水(9)在淡水收集腔中储存。
有益效果：
(1)一体化的设计使该装置结构简单紧凑、成本低廉，对密封、保温的要求不高，易于组装、搭建。
(2)聚光器安装在密封腔体中，能够始终保持清洁，保持较高的聚光效率，提高了能量利用率。此外，海水的冷却作用使聚光器避免因温度升高而变形，从而延长其使用寿命。
(3)整个装置在在太阳光的驱动下被动运行，不需要太阳能之外的其他能量来源，无需外部供能装置、无需人工看管。
(4)装置可漂浮于海上，不占用宝贵的陆地面积，能够为远洋及水下工作设备及沿海居民提供淡水，意义重大。
(5)在传热方面，该装置传热热阻较小，蒸发冷凝过程直接受温度影响，易于发生。
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为本发明结构示意图；
图2为本发明结构俯视图；
图3为太阳能聚光器由透明材料组成的开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置；
图4是用曲面透明板为盖板的开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置；
图5为海水淡化与海上种植相结合的开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置；
图6为采用二维槽式聚光器代替三维回转体聚光器并采用狭缝代替毛细管的开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置；
其中，1-透明盖板；2-太阳光；3-毛细管；4-水蒸气；5-淡水水滴；6-淡水水线；7-太阳能聚光器；8-四周支撑结构；9-收集的淡水；10-淡水收集腔；11-反光材料；12-淡水收集槽；13-吸水材料；14-狭缝。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明技术方案做进一步详细说明。
图1是本发明开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置的结构示意图。其主要结构包括：透明盖板(1)，毛细管(3)，太阳能聚光器(7)，支撑结构(8)及淡水收集腔(10)。各部分连接关系为，透明盖板(1)与支撑结构(8)连接形成密闭腔体，淡水收集腔(10)紧贴在支撑结构(8)的侧面。装置内部中，太阳能聚光器(7)与支撑结构(8)紧密连接，聚光器上侧的平板与太阳能聚光器(7)形成密闭空间。
一种开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置的运行原理如下：太阳光(2)经透明盖板(1)进入装置，随后经太阳能聚光器(7)反射后照射到毛细管(3)上。与此同时，装置下方的海水在毛细作用的影响下进入到毛细管中，毛细管中的海水液面不断上升，并最终保持在一稳定高度。毛细管中的海水被经聚光器反射后的太阳光直接照射加热，部分海水受热蒸发，形成的水蒸气从毛细管上侧流出毛细管，进入到冷凝腔中。在水的表面张力的作用下，流出毛细管的水蒸气不会返回到毛细管中。水蒸气在冷凝腔上侧的透明盖板下方冷凝，冷凝后形成的小水滴滴落在聚光器上侧的平板上，形成的淡水可经淡水排出阀门流进淡水收集腔(10)。
如图2所示的图1装置俯视图，太阳能聚光器(7)为回转体结构，与支撑结构(8)紧密连接，多个聚光器水平排列，毛细管(3)位于聚光器的中心。淡水收集腔(10)位于装置的一侧。
如图3所示的一个实施实例，太阳能聚光器(7)是由透光材料做成的实体，照射进聚光器的光线在聚光器下表面的大部分区域可发生全反射现象，在不能发生全反射的部分的下部粘贴有反光材料(11)。由此，聚光器内部的材料由图1的空气变为实心的透光材料，达到了更佳的保温效果。聚光器长时间被太阳光照射，温度较高，这部分热量可以直接传递给毛细管(3)中的海水，进一步提升海水的温度，有效提高了能量利用率。
如图4所示的一个实施实例，透明盖板(1)为上凸结构，水蒸气遇冷凝结后形成的水滴可沿着曲面缓缓流下，在两个曲面的交点处滴落进淡水收集槽(12)内，不同位置的淡水收集槽(12)收集的淡水可有不同的利用方式，增加了装置的灵活性。
如图5所示的一个实施实例，沿用了图4的淡水收集方式，但是相邻的聚光器收集的淡水被储存在一起，收集槽中放置了吸水性材料(13)，吸水性材料上侧可种植花草，海水淡化得到的淡水经吸水性材料(13)提供给花草，实现海上种植。
如图6所示的一个实施实例，将原本采用的三维回转体太阳能聚光器改为二维拉伸的槽式太阳能聚光器，并采用夹缝(14)代替毛细管，这样可以增大装置在海上的覆盖面积，进而提升装置在海上漂浮的稳定性。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，其特征在于，由如下部分构成：透明盖板(1)，毛细管(3)，太阳能聚光器(7)，四周支撑结构(8)和淡水收集腔(10),各部分连接关系为，透明盖板(1)和四周支撑结构(8)形成了一个密闭空间，若干聚光器(7)水平排列在该密闭空间内，毛细管(3)安装在聚光器(7)的中心，其下端与海水相连，淡水收集腔(10)放置在支撑结构(8)的侧面；
所述聚光器(7)由透光材料做成的实体，照射进所述聚光器的光线在所述聚光器下表面的特定区域能够发生全反射现象，在所述聚光器下表面的不能发生全反射现象的区域的下部粘贴有反光材料(11)。
2.根据权利要求1所述的开放式热管驱动蒸发的漂浮式太阳能聚光海水淡化装置，其特征在于：毛细管(3)竖直固定在聚光器(7)的中心，太阳光(2)经聚光器(7)反射到毛细管(3)上，毛细管(3)中的海水受热蒸发，形成的水蒸气进入冷凝腔。
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