CN112591834B - 一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，所述太阳能海水淡化装置包括海水储水箱、蒸发室和淡水储水箱，所述海水储水箱的下端依次通过泵阀、第一海水输运管道与蒸发室上方反射加热区域的海水加热管道的一端相连通，所述海水加热管道的另一端通过第二海水输运管道与蒸发室内的热水喷淋装置相连通；所述蒸发室的顶板从蒸发室两侧到蒸发室中部高度逐渐减小，蒸发室内顶板中部的正下方设置有淡水收集槽，所述淡水收集槽的出水端通过淡水输运管道与淡水储水箱相连通；所述顶板的上表面贴附有反射型辐射制冷膜。本设计利用反射型辐射制冷膜不仅能提高加热效率，而且利用对空辐射创造低温表面提高冷凝效率。

Description

一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置
技术领域
本发明涉及一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，具体适用于清洁无污染、高效率、低成本、易操作、可持续的大规模海水淡化过程。
背景技术
随着世界经济的发展和人口增加，水资源的消耗量日益增长，如今水资源的严重短缺构成的水危机已成为全世界亟待解决的问题。我国水资源总量虽多，但人均用水量很少，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。海水淡化技术通过从海水中取得淡水，是解决水资源匮乏问题的有效方法。此外，我国海洋面积广阔，岛礁众多，随着国家海洋战略的推进，解决我国海洋开发面临的淡水资源缺乏的问题已越来越紧迫，亟需开发高效可靠价值低廉的海水淡化技术来弥补淡水资源短缺与经济快速发展的巨大缺口。
目前，国内外所采用的海水淡化技术有多种，其中反渗透膜法及蒸馏法已经得到了广泛的应用。但是传统的蒸馏法能耗高，而反渗透膜法则存在原水利用率低、预处理要求高、初期投资较大等问题，这些问题都对海水淡化技术的低成本、大规模应用带来一定限制。因此，对现有的海水淡化技术存在问题的改进，提出一种清洁无污染的、高效率的、低成本的、易操作的、可持续的海水淡化技术，是缓解淡水资源短缺的重要措施，同时是发展海洋经济的重要组成部分。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的成本高、净化效率低的问题，提供了一种低成本、高效率辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，所述太阳能海水淡化装置包括海水储水箱、蒸发室和淡水储水箱，所述海水储水箱的下端依次通过泵阀、第一海水输运管道与蒸发室上方反射加热区域的海水加热管道的一端相连通，所述海水加热管道的另一端通过第二海水输运管道与蒸发室内的热水喷淋装置相连通；
所述蒸发室的顶板从蒸发室两侧到蒸发室中部高度逐渐减小，蒸发室内顶板中部的正下方设置有淡水收集槽，所述淡水收集槽的出水端通过淡水输运管道与淡水储水箱相连通；
所述顶板的上表面贴附有反射型辐射制冷膜。
所述顶板为圆弧形板，顶板所在圆弧面的中轴线与海水加热管道的中轴线相重合，所述顶板的下表面为淡水冷凝面，所述淡水冷凝面上涂刷有憎水涂层。
所述反射型辐射制冷膜的热反射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜的大气窗口辐射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜的制冷功率为100-150W/㎡。
所述反射型辐射制冷膜为内部分布有球型晶粒的机高分子材料薄膜，所述球型晶粒为无机功能材料制造，所述反射型辐射制冷膜的厚度为150-200μm。
所述蒸发室的下端通过海水循环管道与海水储水箱的上端相通，所述海水储水箱的上端还设置有海水补充管道，所述海水储水箱通过海水补充管道与大海相通，所述海水补充管道上设置有闸阀。
所述海水加热管道为表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层的膨胀系数5.0的一级耐水中性硼硅玻璃管；
所述第一海水输运管道和第二海水输运管道表面包覆有保温层。
所述顶板为金属板，所述顶板的两侧通过固定支架与海水加热管道相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置中利用反射型辐射制冷膜，将热辐射反射到海水加热管道上对管道内的水进行加热，同时利用对空辐射创造低温表面，使蒸发室得顶板与蒸发室内部温度形成温差，加速了蒸发室内水蒸气在顶板上的冷凝速度，有效提高冷凝效率，进而提高产水效率。因此，本设计利用反射型辐射制冷膜不仅能提高加热效率，而且利用对空辐射创造低温表面提高冷凝效率。
2、本发明一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置中海水加热管道的加热能源来源于反射型辐射制冷膜的反射阳光和太阳的直射光，有效提高了能量利用率，而且装置加热整体使用太阳能，减少了其他能源的消耗。因此，本设计的海水加热管道同时利用反射阳光和太阳的直射光对其进行加热，有效提高了能量利用率。
3、本发明一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置中的顶板采用下凹的弧形板面设计，将平行的日光聚集到海水加热管道上，提高了加热管附近的能量密度，同时在海水加热管道的表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层，有效提高海水加热管道的吸收效率。因此，本设计能够有效提高海水加热管道的吸收效率。
4、本发明一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置中的顶板采用下凹的弧形板面设计，并在其淡水冷凝面涂覆有憎水涂层，加速冷凝的水蒸气聚集成液滴后向其最低处滑落，并滴入至淡水收集槽，可实现冷凝后淡水的高效分离，避免海水与淡水的掺混，节约系统空间。因此，本设计在其淡水冷凝面涂覆有憎水涂层实现冷凝后淡水的高效分离，避免海水与淡水的掺混，节约系统空间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：海水储水箱1、第一海水输运管道2、海水加热管道3、反射型辐射制冷膜4、热水喷淋装置5、蒸发室6、淡水冷凝面7、淡水收集槽8、淡水输运管道9、淡水储水箱10、海水循环管道11、海水补充管道12、第二海水输运管道13、泵阀14、闸阀15、顶板16。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，所述太阳能海水淡化装置包括海水储水箱1、蒸发室6和淡水储水箱10，所述海水储水箱1的下端依次通过泵阀14、第一海水输运管道2与蒸发室6上方反射加热区域的海水加热管道3的一端相连通，所述海水加热管道3的另一端通过第二海水输运管道13与蒸发室6内的热水喷淋装置5相连通；
所述蒸发室6的顶板16从蒸发室6两侧到蒸发室6中部高度逐渐减小，蒸发室6内顶板16中部的正下方设置有淡水收集槽8，所述淡水收集槽8的出水端通过淡水输运管道9与淡水储水箱10相连通；
所述顶板16的上表面贴附有反射型辐射制冷膜4。
所述顶板16为圆弧形板，顶板16所在圆弧面的中轴线与海水加热管道3的中轴线相重合，所述顶板16的下表面为淡水冷凝面7，所述淡水冷凝面7上涂刷有憎水涂层。
所述反射型辐射制冷膜4的热反射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜4的大气窗口辐射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜4的制冷功率为100-150W/㎡。
所述反射型辐射制冷膜4为内部分布有球型晶粒的机高分子材料薄膜，所述球型晶粒为无机功能材料制造，所述反射型辐射制冷膜4的厚度为150-200μm。
所述蒸发室6的下端通过海水循环管道11与海水储水箱1的上端相通，所述海水储水箱1的上端还设置有海水补充管道12，所述海水储水箱1通过海水补充管道12与大海相通，所述海水补充管道12上设置有闸阀15。
所述海水加热管道3为表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层的膨胀系数5.0的一级耐水中性硼硅玻璃管；
所述第一海水输运管道2和第二海水输运管道13表面包覆有保温层。
所述顶板16为金属板，所述顶板16的两侧通过固定支架与海水加热管道3相连接。
本发明的原理说明如下：
反射型辐射制冷膜4，由有机高分子材料和无机功能材料构成，利用材料的高红外发射能力，将能量送至外部空间，同时利用其高反射能力达到制冷的效果，降温效果显著，具有优异的柔韧性、耐UV老化性、耐盐雾性等功能，无光污染，直接应用于设备表面即可实现辐射制冷过程。
海水加热管道3为表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层的膨胀系数5.0的一级耐水中性硼硅玻璃管，膨胀系数5.0一级耐水中性硼硅玻璃是当今世界上最好的中高温集热管用材料，其透光率、化学稳定性及机械强度、抗冲击性都优于其他玻璃，并且能够有效解决与可伐合金的融接问题，是当今世界上太阳能光热发电集热管的首选材料。
淡水冷凝面7上涂刷有憎水涂层，液滴在重力作用下会汇聚在弧顶处，滴落在槽中，如果布置多槽，可能会阻碍蒸汽流动。
所述顶板16为金属板，具备较好的导热性能。
实施例1：
一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，所述太阳能海水淡化装置包括海水储水箱1、蒸发室6和淡水储水箱10，所述海水储水箱1的下端依次通过泵阀14、第一海水输运管道2与蒸发室6上方反射加热区域的海水加热管道3的一端相连通，所述海水加热管道3的另一端通过第二海水输运管道13与蒸发室6内的热水喷淋装置5相连通；所述蒸发室6的顶板16从蒸发室6两侧到蒸发室6中部高度逐渐减小，蒸发室6内顶板16中部的正下方设置有淡水收集槽8，所述淡水收集槽8的出水端通过淡水输运管道9与淡水储水箱10相连通；所述顶板16的上表面贴附有反射型辐射制冷膜4；所述反射型辐射制冷膜4的热反射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜4的大气窗口辐射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜4的制冷功率为100-150W/㎡；所述反射型辐射制冷膜4为内部分布有球型晶粒的机高分子材料薄膜，所述球型晶粒为无机功能材料制造，所述反射型辐射制冷膜4的厚度为150-200μm；所述蒸发室6的下端通过海水循环管道11与海水储水箱1的上端相通，所述海水储水箱1的上端还设置有海水补充管道12，所述海水储水箱1通过海水补充管道12与大海相通，所述海水补充管道12上设置有闸阀15。
实施例2：
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
所述顶板16为圆弧形板，顶板16所在圆弧面的中轴线与海水加热管道3的中轴线相重合，所述顶板16的下表面为淡水冷凝面7，所述淡水冷凝面7上涂刷有憎水涂层。
实施例3：
实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：
所述海水加热管道3为表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层的膨胀系数5.0的一级耐水中性硼硅玻璃管； 所述第一海水输运管道2和第二海水输运管道13表面包覆有保温层；所述顶板16为金属板，所述顶板16的两侧通过固定支架与海水加热管道3相连接。

Claims (5)

1.一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，其特征在于：
所述太阳能海水淡化装置包括海水储水箱（1）、蒸发室（6）和淡水储水箱（10），所述海水储水箱（1）的下端依次通过泵阀（14）、第一海水输运管道（2）与蒸发室（6）上方反射加热区域的海水加热管道（3）的一端相连通，所述海水加热管道（3）的另一端通过第二海水输运管道（13）与蒸发室（6）内的热水喷淋装置（5）相连通；
所述蒸发室（6）的顶板（16）从蒸发室（6）两侧到蒸发室（6）中部高度逐渐减小，蒸发室（6）内顶板（16）中部的正下方设置有淡水收集槽（8），所述淡水收集槽（8）的出水端通过淡水输运管道（9）与淡水储水箱（10）相连通；
所述顶板（16）的上表面贴附有反射型辐射制冷膜（4）；
所述顶板（16）为圆弧形板，顶板（16）所在圆弧面的中轴线与海水加热管道（3）的中轴线相重合，所述顶板（16）的下表面为淡水冷凝面（7），所述淡水冷凝面（7）上涂刷有憎水涂层；
所述反射型辐射制冷膜（4）的热反射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜（4）的大气窗口辐射率大于90%，所述反射型辐射制冷膜（4）的制冷功率为100-150W/㎡。
2.根据权利要求1所述的一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，其特征在于：
所述反射型辐射制冷膜（4）为内部分布有球型晶粒的机高分子材料薄膜，所述球型晶粒为无机功能材料制造，所述反射型辐射制冷膜（4）的厚度为150-200μm。
3.根据权利要求2所述的一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，其特征在于：
所述蒸发室（6）的下端通过海水循环管道（11）与海水储水箱（1）的上端相通，所述海水储水箱（1）的上端还设置有海水补充管道（12），所述海水储水箱（1）通过海水补充管道（12）与大海相通，所述海水补充管道（12）上设置有闸阀（15）。
4.根据权利要求3所述的一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，其特征在于：
所述海水加热管道（3）为表面涂覆高效太阳能辐射吸收涂层的膨胀系数5.0的一级耐水中性硼硅玻璃管；
所述第一海水输运管道（2）和第二海水输运管道（13）表面包覆有保温层。
5.根据权利要求4所述的一种辐射制冷强化的大规模高效太阳能海水淡化装置，其特征在于：
所述顶板（16）为金属板，所述顶板（16）的两侧通过固定支架与海水加热管道（3）相连接。
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