CN112340799A - 一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置，属于太阳能热利用技术领域。包括光伏电池、透明盖板、黑色疏水排气膜、多孔亲水材料、平面反光板、次级反光板、冷凝腔等几部分。该装置工作时漂浮于海面上，入射的太阳光一部分被光伏电池吸收转化为电力，进行光伏发电的同时产生的余热被多孔亲水材料的上表面吸收；另一部分太阳光穿过透明盖板，被平面反光板和次级反光板反射到黑色疏水排气膜的下表面，这部分热量随后由疏水排气膜传导给多孔亲水材料的下表面。多孔亲水材料内海水受热蒸发后，产生的蒸汽通过黑色疏水排气膜进入冷凝腔，并在淡水收集槽内凝结。本发明通过双面加热的方式提高了海水的蒸发效率。

Description

一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置
所属技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置。
背景技术
随着人口增加及环境污染的加重，淡水资源的短缺已经成为限制人类社会发展的主要问题之一。目前已经商业化的海水淡化技术如反渗透和多级闪蒸等已经非常成熟，但是这会消耗大量的化石燃料，同时会对当地环境造成难以估量的损害。
与常规能源相比，太阳能具有辐射面积广，清洁无污染等优点。太阳能蒸馏器是应用最为广泛的太阳能海水淡化装置，利用装置上方的透明盖板作为冷凝器，结构简单、操作便利，然而它有两个缺点：一是水池内海水热容较大，加热过程会带来巨大的热损失，使装置的太阳能利用效率较低，单位聚光面积的产水量较低，还会对设备造成腐蚀；二是占地面积过大，需要配备管路来输送海水，初始建设成本过高，不适合应用在土地面积有限的海岛地区。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置，该装置结构轻巧，成本低廉，漂浮在海面上淡化，具有较高的蒸发效率，可直接利用太阳能产生淡水和电能。
本发明采取的技术方案是：一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置，包括：隔板、光伏电池、黑色疏水排气膜、平面反光板、次级反光板、淡水收集槽、多孔亲水材料、冷凝腔、单轴跟踪电机等；所述透明盖板与所述光伏电池密封连接；所述多孔亲水材料从装置的两端伸出，垂入到海水中，通过毛细吸力将海水输送到上表面；所述黑色疏水排气膜下方由多个支撑杆进行固定；所述平面反光板的底端与淡水收集槽密封连接，淡水收集槽下表面浸没在海水中；所述透明盖板、光伏电池、平面反光板、淡水收集槽的侧端通过隔板密封连接，由此形成气体封闭的冷凝腔；所述单轴跟踪电机安装在固定支架上，由光伏电池提供电力，可对太阳水平方位角实时跟踪。
进一步，所述平面反光板的底端安装有次级反光板，平面反光板和次级反光板相对于水平面有偏转角，二者可以将太阳光线反射在黑色疏水排气膜的下表面。
进一步，所述多孔亲水材料的上表面紧贴于光伏电池的下端，下表面紧贴于黑色疏水排气膜的上端，利用膜的疏水性，使多孔材料产生的水蒸气穿过膜孔向下方冷凝腔内运动。
该发明的工作原理：该装置工作时漂浮于海面上，可将固定支架插入近海区域的泥土或沙石中。入射的太阳光一部分被光伏电池吸收转化为电力，用来驱动单轴跟踪电机对太阳方位角实时跟踪，同时光伏发电产生的余热被多孔亲水材料的上表面吸收；另一部分太阳光穿过透明盖板，被平面反光板和次级反光板反射到黑色疏水排气膜的下表面，这部分热量随后由黑色疏水排气膜传导给多孔亲水材料的下表面。多孔亲水材料上下表面同时加热，产生的水蒸气穿过膜孔向下方冷凝腔内运动，最终被温度较低的淡水收集槽冷凝为淡水。
白天持续的蒸馏会使多孔亲水材料内的海水浓度不断增高，高浓度的海水会向下流动，同时多孔亲水材料下端不断吸取低浓度海水向上输送，使上端蒸发面不易结垢，实现了装置的自清洁功能。
本发明的有益效果：(1)装置结构简单，成本低廉，易于拆装和携带，使用时可根据需要进行横向大量拼接，为海上工作人员提供淡水和电能。
(2)不需要外部能源，仅利用太阳能实现对海水的蒸馏，同时可以利用光伏发电产生的电能对太阳方位角实时跟踪，提高了太阳光线接收率。
(3)多孔亲水材料的上下表面都可以吸收热量，提高了蒸发效率，利用毛细吸力直接从海洋中吸取海水进行蒸发，较少了热损失。
(4)装置的下端浸没在海水里，使冷凝面的温度较低，且接近于恒温条件，这样蒸发面和冷凝面温差较大，使产生的水蒸气可以被快速地凝结，提高了冷凝效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的纵向剖面图；
图3为本发明的三维结构图；
图4为本发明实施例中平面反光板为两段式的结构示意图；
图5为本发明实施例中蒸汽向上方进行冷凝的结构示意图。
其中，1-透明盖板；2-光伏电池；3-挡板；4-疏水排气膜；5-平面反光板；6-次级反光板；7-淡水收集槽；8-多孔亲水材料；9-支撑杆；10-冷凝腔；11-连接板；12-连接杆；13-固定支架；14-单轴跟踪电机；15-水底沙土；16-淡水导出管。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明提供了一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置，包括：透明盖板(1)、光伏电池(2)、黑色疏水排气膜(4)、平面反光板(5)、次级反光板(6)、淡水收集槽(7)、多孔亲水材料(8)、冷凝腔(10)、单轴跟踪电机(14)等；所述透明盖板(1)与所述光伏电池(2)密封连接；所述多孔亲水材料(8)从装置的两端伸出，垂入到海水中，通过毛细吸力将海水输送到上表面；所述黑色疏水排气膜(3)下方由多个支撑杆(9)进行固定；所述平面反光板(4)的底端与淡水收集槽(7)密封连接，淡水收集槽(7)下表面浸没在海水中；所述透明盖板(1)、光伏电池(2)、平面反光板(5)、淡水收集槽(7)的侧端通过隔板(1)密封连接，由此形成气体封闭的冷凝腔(10)；所述单轴跟踪电机(14)安装在固定支架(13)上，由光伏电池(2)提供电力，可对太阳水平方位角实时跟踪。
进一步的，所述平面反光板(4)的底端安装有次级反光板(5)，平面反光板(4)和次级反光板(5)相对于水平面有偏转角，二者可以将太阳光线反射在黑色疏水排气膜(3)的下表面。
进一步的，所述多孔亲水材料(8)的上表面紧贴于光伏电池(2)的下端，下表面紧贴于黑色疏水排气膜(3)的上端，利用膜的疏水性，使多孔材料产生的水蒸气穿过膜孔向下方冷凝腔(10)内运动。
装置的工作原理：该装置工作时漂浮于海面上，可将固定支架插入近海区域的泥土(14)中。入射的太阳光一部分被光伏电池(2)吸收转化为电力，用来驱动单轴跟踪电机(13)对太阳方位角实时跟踪，同时光伏发电产生的余热被多孔亲水材料(8)的上表面吸收；另一部分太阳光穿过透明盖板(1)，被平面反光板(5)和次级反光板(6)反射到黑色疏水排气膜(3)的下表面，这部分热量随后由黑色疏水排气膜(4)传导给多孔亲水材料(8)的下表面。多孔亲水材料(8)上下表面同时加热，产生的水蒸气穿过膜孔向下方冷凝腔(10)内运动，最终被温度较低的淡水收集槽(7)冷凝为淡水。
白天持续的蒸馏会使多孔亲水材料(8)内的海水浓度不断增高，高浓度的海水会向下流动，同时多孔亲水材料(8)下端不断吸取低浓度海水向上输送，使上端蒸发面不易结垢，实现了装置的自清洁功能。
如附图2所示，为本发明的纵向剖面图，其中多孔亲水材料(8)利用毛细吸力不断将下方的海水输送至上端进行吸热蒸发。
在图4所示的一个实施例中，平面反光板(5)为两段式，这样黑色疏水排气膜(3)的下表面能接收更多的太阳光线。
在图5所示的一个实施例中，光伏电池(2)安装于多孔亲水材料(8)的下表面，用来吸收平面反光板(5)和次级反光板(6)反射的太阳光线，进行光伏发电的同时将热量传导给多孔亲水材料(8)的下表面。多孔亲水材料(8)上端为透明盖板(1)，它们之间为气体封闭的冷凝腔(10)。多孔亲水材料(8)上表面可吸收透过透明盖板(1)的太阳光线，这样多孔亲水材料(8)上下表面可同时加热，产生的水蒸气在透明盖板(1)的下表面通过风冷的方式冷凝，凝结的淡水通过淡水导出管(16)流出。
由此，本发明中具体实施方式的描述，并非是对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明技术方案前提下，本领域普通技术人员对技术方案所做出的任何变形和改进将仍属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双面加热式太阳能光伏/热海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化装置包括透明盖板(1)、光伏电池(2)、黑色疏水排气膜(4)、平面反光板(5)、次级反光板(6)、淡水收集槽(7)、多孔亲水材料(8)、冷凝腔(10)、单轴跟踪电机(14)等；所述透明盖板(1)与所述光伏电池(2)密封连接，安装于装置的顶端；所述多孔亲水材料(8)从装置的两端伸出，垂入到海水中，通过毛细吸力将海水输送到上表面；所述黑色疏水排气膜(4)下方由多个支撑杆(9)进行固定；所述平面反光板(4)的底端与淡水收集槽(7)密封连接，淡水收集槽(7)下表面浸没在海水中；所述透明盖板(1)、光伏电池(2)、平面反光板(5)、淡水收集槽(7)的侧端通过隔板(1)密封连接，由此形成气体封闭的冷凝腔(10)；所述单轴跟踪电机(14)安装在固定支架(13)上，由光伏电池(2)提供电力，可对太阳水平方位角实时跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种荧光聚光太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述平面反光板(5)的底端安装有次级反光板(6)，平面反光板(5)和次级反光板(6)相对于水平面有偏转角，二者可以将太阳光线反射在黑色疏水排气膜(4)的下表面。
3.根据权利要求1所述的一种荧光聚光太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述多孔亲水材料(8)的上表面紧贴于光伏电池(2)的下端，下表面紧贴于黑色疏水排气膜(4)的上端，利用膜的疏水性，使多孔亲水材料(8)产生的水蒸气穿过膜孔向下进入冷凝腔(10)中，并最终在淡水收集槽(7)内凝结形成淡水。
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