CN113165911B - 水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

一种水净化和淡化系统，包括接收太阳光并将太阳光引向多个位置的太阳能集中器。位于所述多个位置处的集热元件吸收太阳辐射并将该太阳辐射转化为热能。一些集热元件包括多个孔，以促进具有高含盐量的传热流体的状态变化。冷凝器使用传热流体的一部分作为其冷却剂来冷凝传热流体的一部分。

Description

水淡化系统
优先权要求
本申请要求2018年10月17日提交的申请号为62/746,856和2018年12月18日提交的申请号为62/781,125的美国临时专利申请的优先权，其中，本申请的发明名称为水淡化系统和方法。
技术领域
本申请涉及从海水中去除盐和其它杂质，尤其涉及生产淡化水的经聚集的太阳能驱动的成套(turn-key)系统。本申请还涉及通过产生可再生能源的方法使由摄入受污染的水而引起的疾病最小化，该受污染的水可包括诸如细菌、脊髓灰质炎、病毒、阿米巴等的生物制剂。该方法加热海水/远洋海水并将其一部分转化为湿蒸汽以最小化生物污染。
背景技术
尽管水覆盖了我们地球的大部分物理表面，但是许多社区仍然面临饮用水严重短缺的问题。多种预测预见到许多国家在本世纪正经历严重的水短缺。由于大部分地球表面被盐水和其它矿物质占据，挑战不是水的可用性，而是淡化水的可获得性。一些方法通过迫使海水/远洋海水通过盐类不能通过的专用半透膜来生产饮用水。这些工艺(反渗透)通常依赖于过量的石油、煤和其它化石燃料来产生饮用水。
使用化石燃料留下了大量的碳足迹，污染环境，并导致心脏病、中风、肺病和癌症。碳基污染也会导致过早死亡、全球变暖、变化无常的天气状态、冰川融化和海平面上升。
附图说明
专利或申请文件包含至少一个彩色附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将由官方在请求并支付必要的费用后提供。
附图中的元件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本公开的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记在不同示图中表示相应的部件。
图1是水淡化/净化系统。
图2是水淡化/净化过程。
图3是集热元件的截面图。
图4是替换集热元件的截面图。
图5是水淡化/净化系统的一部分。
图6是包括蒸汽发生器的图5的水淡化/净化系统。
图7是净化系统。
具体实施方式
成套淡化/净化系统和方法(称为一个或多个系统)利用太阳辐射，即，一种可再生的、取之不尽的以及无污染的能源，以将海水和/或废水(例如，灰水)转换成饮用水。通过蒸馏和控制压力，一些系统将热能转换成动力，并且在一些应用中，还存储热能以在太阳无法照射时用于将海水转换成饮用水和/或用于发电，这允许多个系统连续地运行而不消耗不可再生的能源或消耗最少量的化石燃料和其它不可再生的能源。该多个系统的模块化由于对环境的影响很小提供了灵活性，以允许多个系统服务于不同的地理区域、满足消费需求、并且补充能源和饮用水储备。
在图1或图2中，多个系统接收传热流体，例如从大海或海洋泵送或接收的水(称为可互换海水或远洋海水)。在202处对海水/远洋海水进行预处理，其中，通过使海水/远洋海水通过多孔材料去除大的悬浮碎片、污染物和颗粒，以将液体与悬浮的颗粒物分离，而不是与盐或溶解的化学物质(即溶质)分离。这被称为在202处的清洁的和/或预处理的海水/远洋海水。通常，海水的含盐量可以包括大约3.5％或每千加仑水三十五份盐。
该成套可再生系统将太阳光反射并聚集到集热元件104上，其中，该集热元件收集太阳能并将太阳光转换成热能。一个或多个太阳能集中器106由一种或多种反射材料或反射器构成，其中，该太阳能集中器将阳光(例如，太阳辐射)反射到集热元件104上。太阳能集中器106将热量分布在流过集热元件104的传热流体(预处理的海水/远洋海水)上。在图1中，太阳能场由形状为两个或多个抛物面槽的曲面镜构成，或者可选地，由近似于多个抛物面槽的多个线性菲涅尔收集器构成。在多个其它系统中，使用多种其它能源。
太阳能集中器106通过使光线弯曲将阳光聚集到集热元件104上，其中，该集热元件吸收热量并将热量释放到流过集热元件104的传热流体(预处理的海水/远洋海水)中。在一些应用中，传热流体被集热元件104限制在大气压(大约14.6959磅/平方英寸)以下，以降低传热流体的沸点和凝固点。
半透明和/或不透明密封件(例如，由玻璃和/或金属制成)保持期望的压力水平并且补偿热膨胀和收缩。在可再生水循环的第一阶段期间，太阳辐射在从太阳能集中器106反射到集热元件104上之后，对流经集热元件104的传热流体(预处理的海水/远洋海水)进行加热。随着传热流体(预处理的海水/远洋海水)的温度升高，预处理的海水/远洋海水的一部分开始转化为蒸汽。由于蒸汽较轻，所以蒸汽通过划分过热器管302的凹形屏障310/凸形屏障404中的多个孔上升进入第二腔室306/第三腔室402(图4所示)。蒸汽206在使产生电和/或电功率的蒸汽涡轮机和/或发电机108上的水冲击最小化的压力下被单独地引导到处于过热状态。此后，过热蒸汽经由可再生水循环的第二阶段借助于冷凝流体冷凝成净化的饮用水。未转化为蒸汽的预处理的海水/远洋海水212返回到热交换器102。
当太阳无法照射时，通过使用其它传热流体，例如用作冷却剂的熔盐或油来代替预处理的海水/远洋海水，并且将在冷却蒸汽的过程中被加热的其它传热流体存储到热盐/油储存罐(下面描述)中，系统的灵活性有利于淡化水和产生电。在一些系统中，当太阳无法照射时，存储在热盐/油罐中的热能用于加热预处理的海水/远洋海水，从而当太阳能不可用时允许产生淡化/净化饮用水和动力。
在图1中，过热蒸汽和冷凝流体来自相同的能源。在示例性的使用情况下，过热蒸汽和冷凝流体包括转换成多种不同物理状态的盐水或预处理的海水/远洋海水。该系统执行本文所述的以及图1所示的工艺流程和特征，以产生机械动力、电力和/或淡化水和/或净化污水。
预处理的海水/远洋海水通过热交换器102加热，其中，该热交换器将热量从集热元件104的输出处返回的残留水传递到预处理的海水/远洋海水。在第一通路中，过滤后的海水不通过热交换器102加热，因为传热流体(例如，通过太阳能集中器106的水)的温度基本上等于进入的预处理的海水/远洋海水的温度。传热流体(预处理的海水/远洋海水)在通过集热元件104/太阳能集中器106之后被加热，然后当加热的水从集热元件104返回时，加热的水用于加热进入的预处理的海水/远洋海水212。如稍后所解释的，从集热元件104返回的具有较高盐浓度的预处理的海水/远洋海水(例如，传热流体)在第一混合室112中与未处理的海水混合。在返回海洋之前，以三比一或其它适当比例进行混合，以使返回海洋的水的盐含量不是非常高浓度的并且对海洋生物不是有害的。
在204处，太阳能集中器106(示出为抛物面槽)将太阳的辐射能转换为热能。通过将所接收的由太阳发射的太阳辐射反射到集热元件104上发生热传递，其中，集热元件104延续太阳能集中器106的长度。在图1和图2中，集热元件104定位在位于抛物面槽/太阳能集中器106的焦距处的通道中。太阳能集中器106相对于太阳沿南北方向定位，并且通过与春分和秋分(3月21日和9月21日)对准的跟踪系统跟踪太阳的运动，以保持太阳能集中器106的位置垂直于太阳。这种对准确保了在太阳日期间连续的太阳辐射保持聚焦在集热元件104上。在一些系统中，太阳能集中器106以太阳的正常热强度的大约三十至一百倍聚焦太阳辐射。季节性/跟踪补偿无法应用于包括以下这些系统的一些系统中：在太阳能集中器106的反射表面的至少一部分上接收太阳光。在多个其它系统中，季节性/跟踪补偿用于确保在太阳能集中器106的反射表面的至少一部分上接收太阳光。
由太阳能集中器106收集的热量引起保持在集热元件104中的传热流体(预处理的海水/远洋海水)的物理状态变化，这将传热流体(预处理的海水/远洋海水)的一部分转换成蒸汽。在一些系统中，在恒定压力下发生物理状态变化。在可选206处，在集热元件104的一部分或辅助设备中对从残留水分离出的蒸汽进行加热，以产生过热干蒸汽。过热干蒸汽在其流向涡轮机108和/或发电机期间可能会损失一些内能(例如，冷却)，而没有冷凝成饱和蒸汽和/或液体并不会导致水冲击。
在图1和图2中，过热干蒸汽通过涡轮叶片(例如，涡轮机)108和/或往复活塞(例如，发电机)的机械膨胀而产生动力学反应，这导致转子和/或活塞转动，从而在208处提供动力。当施加压力感应时，过热蒸汽在其穿过涡轮机108或发动机/发电机时保持为可压缩气体，从而防止伴随水冲击可能发生的水损坏。在206处的可选的过度加热提高了热效率。在多个涡轮机108和发电机中，水冲击损坏导致推力轴承故障、叶片损坏、热裂纹、摩擦损坏、永久翘曲、环损坏和控制损坏，其中，所公开的技术防止这些水冲击损坏并且在其它应用中大幅度最小化这些水冲击损坏。
在210处，蒸汽和/或过热蒸汽由冷凝器110冷却到饱和温度，其中，该冷凝器提供淡化水。当过热蒸汽冷却时，其在冷凝和释放潜热(蒸发焓)之前释放热量。当过热蒸汽冷却到饱和水平时，过热蒸汽释放的热量被传热流体吸收。在一些系统中，冷凝器110使用的冷凝流体或冷却剂包括在202处预处理的未加热的海水/远洋海水。在一些系统中，使用其它热交换介质，例如熔盐或油，并且将吸收的热能存储在下面描述的级联的潜能储存系统中。所使用的冷却介质与被冷却的蒸汽不直接接触以提供淡化水。
为了使沸点低于净化水的沸点的挥发性有机化合物的存在最小化，一些集热元件104通过排空在传热流体被加热到低于净化水的沸点时它们所产生的气体来排出或单独地收集有机化合物。在保存净化水蒸气之前，排出或捕获远程系统或膨胀箱中的这些气体去除或减少了在多种已知蒸馏水方法中发现的杂质。这种过程控制允许所公开的系统去除杀虫剂、除草剂、致癌物和/或沸点低于净化水沸点的其它挥发性化学品。所得到的净化水具有比已知的蒸馏净化水显著更高的纯度。净化水是其中溶解的固体或杂质的杂质载荷不超过约百万分之十的水。
类似地，在集热元件104中调节温度，以确保沸点高于净化水沸点的其它污染物和/或杂质不会转化成气态。在一些系统中，通过以下步骤来保持温度控制：调节引导到集热元件104的热能(例如，阻挡阳光、通过重新定位太阳能集中器106重新引导阳光等)、当达到或超过温度阈值时从集热元件104排出热和/或介质、和/或向集热元件104添加预定体积的较冷的传热流体直到达到预定温度或保持温度范围为止。
在212处，从集热元件104的输出处返回的加热的残留水被供给通过热交换器102，其中，该热交换器将热量从集热元件104的输出返回的残留流体传递到供给到集热元件104的输入的传热流体(预处理的海水/远洋海水)。使未处理的流体和处理过的流体不会彼此直接接触的情况下发生热交换。如图1所示，从冷凝器110流出的加热的冷凝流体(预处理的海水/远洋海水)与供给到集热元件104的输入的传热流体(预处理的海水/远洋海水)混合。
为了在将加热的残留水释放回到海/海洋中之前调节加热的残留水的输出(例如，温度、成分、含盐量、污染物等)，在第一混合室112/第二混合室214中稀释加热的残留水。当传热流体是预处理的海水/远洋海水时，残留的海水在稀释之前通常更浓和更重，并且如果未稀释的残留的海水返回到海洋，则残留海水将下沉到含盐量较低的海水以下。如果不加处理，其释放将影响洋流和海洋生物。在图1和图2中，残留水通过第一混合室112稀释，直到系统的输出的平均含盐量基本上为百分之三点五(～+/-4％)。此后，例如，残留水可以被稀释以获得其他期望的度量标准，诸如温度范围和含盐量水平。在一些示例性使用情况下，第一混合室112将残留水稀释到从集热元件104返回的残留水的体积的大约2.5至3倍，以获得期望的温度和含盐量水平。在图1中，由供给集热元件104的传热流体源(预处理的海水/远洋海水)提供稀释剂。
集热元件104包括过热器管302和与过热器管302同轴并围绕该过热器管的集热器管304。在图3和图4中，集热器管304由具有选择性吸收表面的抗反射玻璃制成，其中，该选择性吸收表面提供预定的光学和辐射特性。选择表面和厚度以吸收波长低于百万分之三米的辐射，有效地捕获由太阳辐射传输的能量的大约8-9％。在一些系统中，集热器管304封闭并保持真空，该真空减少热损失并防止过热器管302氧化。本文所述的一些集热元件104使用玻璃和金属密封件以及金属波纹管来控制过热器管302与集热器管304之间的热膨胀。金属波纹管是当产生和施加压力时，弹性容器在某些条件下被压缩或伸展。
在一些系统中，包括集热元件104的过热器管302和集热器管304具有不同的辐射特性。在一些系统中，过热器管302和集热器管304的表面具有选择性的吸收范围。一些过热器管302具有预定的辐射特性，其增强了传热流体(预处理的海水/远洋海水)到蒸汽和过热蒸汽的转换，并且与过热器管302相比，集热器管304降低了高操作温度下的热损失。表面可以结合高太阳能吸收率和低温度损失率，控制该表面接收并保持预定热辐射水平的温度范围。在一些系统中，集热元件104的一些或所有表面特性被调节成吸收波长低于约百万分之三米的辐射(例如，～3μm)，有效地捕获由太阳辐射传输的能量的大约8-9％。在一些系统中，集热元件104的一些或全部表面特性被调节为吸收可见光和红外光的波长，其提供在所公开的光谱之外的加热特性。
在图3和图4中，过热器管302直接接收预处理的传热流体(例如，预处理的海水)，该过热器管包括由共用的凹形屏障310分开的第一抛物面形腔室和第二抛物面形腔室，该屏障提供第二腔室306和第一腔室308之间的直接筛连接。如图所示，凹形屏障310的曲率(例如，弯月面的曲率)可在倒置的抛物面形腔室或类圆拱形腔室(Quonset-like chamber)(例如，第二腔室306)中引起纬度方向的顶点，这导致水滴朝向凹形抛物面形腔室或新月形腔室(例如，第一腔室308)的一部分汇聚和下落。
在运行中，由太阳能集中器106反射的太阳能被集热器管304吸收并被传递到过热器管302。当能量超过传热流体的沸点时，在该示例性使用情况下该传热流体为预处理的海水/远洋海水，从海水/远洋海水中产生湿蒸汽和悬浮的水滴。由于水滴具有比蒸汽更大的质量和更大的惯性，所以与穿过凹形屏障310的孔相比，凹形屏障310的多个无孔部分的更大的横截面面积使得水滴聚集在凹形屏障310的多个无孔部分上，并且保持在第一腔室308内。水滴和蒸汽穿过凹形屏障310中的多孔开口，经受由凹形屏障310的曲率引起的流动紊流。紊流使得通过凹形屏障310中的多孔开口的水滴具有更大质量和惯性，以聚集在位于传热流体的较冷部分上方的公共凹形屏障310的多部分上。这有助于将液态的传热流体(预处理的海水/远洋海水)与蒸汽/水汽状态的传热流体(预处理的海水/远洋海水)分离。温度差由限制在横截面中所示出的第一腔室的传热流体的灰度等级或彩色部分示出(例如，红色或部分310表示最热温度，蓝色或部分314表示最冷温度，而紫色或部分312表示传热流体的最热温度和最冷温度之间的传热流体的中间温度)。
如图所示，第二腔室306的横截面面积大于第一腔室308的横截面面积。第二腔室306的横截面流动面积越大且第一腔室308的尺寸越小，也导致第二腔室306中的悬浮介质的速度的更大减小。这降低了第二腔室306中悬浮水滴的动能，从而与产生大量过热蒸汽的可选尺寸的腔室相比导致更多水滴脱离悬浮状态。
在另一替代系统中，过热器管302可包括可选的限流器(未示出)以减少传热流体(例如，预处理的海水/远洋海水)的紊流，并在热量传递到过热器管302时将热量储存在第一腔室308中。限流器可与过热器管302集成或成为过热器管的统一部分，并通过增加第一腔室308中的加热和冷却表面面积保持第一腔室308的多部分中更可控的稳态温度范围。
图4示出了执行本文描述的和图中示出的系统功能和工艺流程的另一替代系统。图4还包括分别通过凹形屏障310和凸形屏障404将第一腔室308与第二腔室306分开的第三腔室402(以径向横截面示出)。如图所示，凹形屏障310的曲率(例如，弯月面的曲率)和凸形屏障404的曲率将起腔室(例如，第二腔室306)中的蒸汽流的纬度方向的顶点诱导到凹形屏障310和凸形屏障404的相应顶点。在一些系统中，多个顶点沿着虚拟纵向轴线基本上对准以建立定向流动。
在运行中，由太阳能集中器106反射的太阳能被集热器管304吸收并通过热辐射传递到过热器管302。当能量将传热流体(例如，污水)加热到挥发性有机化合物的沸点以上但净化水的沸点以下时，产生污染物蒸汽和悬浮的污染液滴。在保持温度的情况下，通过将污染物和蒸汽排放到辅助的远程系统或罐中(未示出)而从传热流体中去除有机化合物并将该有机化合物排出。在产生净化水蒸气之前，在辅助系统或罐中排出和捕获这些气体减少了以其他方式保留在传热流体中的杂质。
当能量将传热流体加热到净化水(例如，在该示例性使用情况下，海水内的净化水)的沸点以上时，产生湿蒸汽和悬浮水滴。由于水滴具有比蒸汽更大的质量和更大的惯性，所以与穿过其中的孔相比，凹形屏障310的更大的横截面面积导致水滴聚集在凹形屏障310的多个无孔部分上，并且穿过开口到达第一腔室308。穿过凹形屏障310的多个孔开口进入第三腔室402的水滴和蒸汽分别经受由凹形屏障310和凸形屏障404的曲率引起的流动紊流。紊流导致穿过凹形屏障310进入第三腔室402的具有更大质量和惯性的水滴通过开口落回到第一腔室308。当第三腔室402内的过热蒸汽被凝结时(通过本文中描述的稍后的过程)，蒸馏水基本上不含杀虫剂、除草剂、致癌物和/或沸点低于净化水沸点的其他挥发性化学品。所得到的净化水具有比已知的蒸馏水显著更高的纯度。
图5和图6示出了执行本文所述和附图所示的系统功能和工艺流程的替换水淡化系统。图5和图6中级联的潜能储存系统按需提供额外的能量和/或响应于控制器请求分配能量。储备能量可以提供经由蒸汽发生器602直接产生蒸汽所需的热动力，可以用于通过提供更多蒸汽和/或动力来增加成套淡化系统的输出，和/或使系统连续运行(例如，每天二十四小时，每周七天)。级联的潜能储存系统包括多个冷储存罐604和热储存罐606，其中在冷储存罐604中的例如熔盐或油的热交换介质用作冷凝器110中的制冷剂。当冷凝器110冷却蒸汽或过热蒸汽时，该热交换介质(例如熔盐或油)吸收由蒸汽或过热蒸汽释放出的热量，然后存储在热储存罐606中。当需要时，热交换介质流过蒸汽发生器602，其中，将热量传递到流过蒸汽发生器602的传热流体(例如，预处理的海水/远洋海水)，以直接产生过热蒸汽。流经蒸汽发生器602的热交换介质随后流回到冷储存罐604。然后，在太阳照射的白天期间，通过产生的蒸汽和/或过热蒸汽对其进行再加热，并且在传热流体(预处理的海水/远洋海水)返回(在一些系统中经由泵)到热储存罐606之前，当该传热流体通过冷凝器110时，太阳辐射用于加热通过集热元件104的传热流体。在该替代系统中，传热流体(熔盐或油)用于共同地或在单独系统中产生过热蒸汽、净化水、电力和/或备用动力。当例如在夜晚或阴天期间没有足够量的太阳能来驱动该系统时，级联的潜能储存系统用作主要的动力源。
在一些系统中，集热元件104用于净化灰水。灰水为具有比污水(例如，黑水)更少的有机负荷的生活废水。在去除悬浮杂质之后，灰水经过集热元件104，并且通过将灰水加热到期望沸点，灰水在作为净化水返回之前被处理到高标准。返回的净化水减少了对其它净化水源的需要，并且可以显著地减少对公共供水的需求。此外，通过图7所示的净化系统的水的分流减少了进入下水道的废水的量，这进一步减少了提供废水并将其作为废水返回的能量需求，以及处理废水所需的资源。此外，可以在灰水源的现场局部使用净化系统，从而减少生产和输送净化水所需的资源。
在运行中，由太阳能集中器106反射的太阳能被集热器管304吸收并通过热辐射传递到过热器管302。当能量将灰水加热到集热元件104中的水的沸点以上时，沸水和湿蒸汽中的热能杀死或灭活灰水中的生物活性有机体，例如病毒、细菌、原生动物、虫卵蠕虫病、真菌和其它病原体。在一些系统中，还从灰水中去除有机化合物，并将该有机化合物排出到如本文所述的辅助系统和/或罐中。在产生净化水蒸气之前排出和捕获这些气体进一步减少了以其他方式残留的杂质。一旦被净化，处理过的水可以被用于便携式或非便携式用途、过滤等。
每个公开的系统由集中式太阳能控制器系统(例如，控制器)调节和管理，其中，该集中式太阳能控制器系统提供对本文所述的流体流动和处理的实时控制和监测。一些控制器系统与控制器-致动器一起工作，其中，该控制器-致动器提供与恒温器和压力传感器一起使用的全范围的流量控制。
虽然本文所示和所述的多个系统和多个方法中每一个自动地运行并且独立地运行，但是它们也可以包含在其它系统和方法内，并且经由成套系统执行用于产生和/或储存动力和/或净化水和/或淡化水的一些或全部过程中的任何迭代次数(N)。替代系统可以包括在一个或多个附图中描述或示出的结构和功能的任何组合，其中，附图包括专门产生净化水的系统和通过多个管道专门产生动力的系统。此外，本文说明性地公开的系统可在缺乏所公开的任何元件(例如，涡轮机108、冷凝器110和/或热交换器102、过滤器等中的一个或多个)的情况下进行实践，并且可在缺乏(例如，排除)本文未具体公开的任何元件(包括现有技术中公开但本文未具体公开的那些元件)的情况下进行实践。响应于存储在由控制器执行的非暂时性计算机可读介质中或上的一组或多组逻辑或指令，可以执行附图中示出的和/或本文描述的功能、动作或任务。功能、动作或任务独立于软件指令、指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可以由单独运行或以组合方式运行的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行该功能、动作或任务。
在本说明书中公开的术语“耦合”旨在包括直接和间接耦合。因此，当第一和第二元件彼此直接连接时，以及当第一元件通过中间部件连接时，第一和第二元件被称为耦合，其中，该中间部件直接或经由一个或多个另外的中间部件连接到第二元件。术语“基本上”或“大约”包括指定的主要范围但未必是指定的全部范围。它包括除了可忽略的量之外的所有范围，例如所公开的值和/或在给定值或范围的百分之五至百分之十的范围内的方差。术语“干蒸汽”和“过热蒸汽”是处于其饱和温度但不含悬浮的水微粒子(water particles)的蒸汽。干蒸汽和过热蒸汽具有非常高的干燥度，基本上没有湿度。在本公开中，干蒸汽和过热蒸汽含有不超过0.5％的湿度。当设备或流程响应于命令事件和/或请求时，设备或其他流程的动作和/或步骤(例如设备正在执行的操作)作为前述命令、事件、动作和/或流程的直接或间接结果必然发生。换句话说，操作和/或流程作为先前操作和/或流程的结果而发生。设备响应于另一个动作，该设备需要多于一个动作(即，设备的响应)仅仅跟随另一个动作。
所公开的成套淡化/净化系统利用可再生、取之不尽、且无污染的能源以将海水和废水转换成净化的饮用水。通过独特处理，系统产生动力并且在一些应用中储存动力，这允许系统连续地运行而不需要输入能量。该系统在由于环境影响很小而服务于各种各样的和崎岖不平的地理区域，满足能源和饮用水标准和消耗需求，并补充能量和饮用水储备。
本公开的主题还可以尤其涉及以下方面(由数字引用)：
1、一种净化水系统，包括：
多个太阳能集中器，接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向所述多个位置；
多个集热元件，定位在所述多个位置处，具有被调节成吸收多种波长的太阳辐射并将所述太阳辐射转换成热能的外表面，其中，所述多种波长低于3μm；
所述多个集热元件定位成引起传热流体的状态变化，所述传热流体的含盐量为约3.5％；以及
冷凝器，使用所述传热流体的一部分作为冷却剂将所述传热流体的一部分从气态冷凝为液态；以及
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括具有多个孔的腔室，所述多个孔促进将干蒸汽转移至所述冷凝器。
2、根据方面1所述的系统，其中，所述多个太阳能集中器包括多个抛物面槽。
3、根据方面1至方面2中的任一方面所述的系统，其中，所述多个太阳能集中器包括多个菲涅尔收集器。
4、根据方面1至方面3中的任一方面所述的系统，其中，所述多个集热元件包括彼此筛连通的多个腔室。
5、根据方面4所述的系统，其中，所述多个腔室封闭多个不同的容积。
6、根据方面5所述的系统，其中，所述多个集热元件包括：第一管，具有增强所述传热流体向蒸汽的转化的辐射特性；和第二管，具有增强所述蒸汽向过热蒸汽的转化的辐射特性。
7、根据方面6所述的系统，其中，所述第二管被配置成直接封闭所述传热流体。
8、根据方面1至方面7中的任一方面所述的系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件与第二集热元件一起直接封闭真空。
9、根据方面1至方面8中的任一方面所述的系统，还包括调节装置，将热量从流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体传递到未流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体。
10、一种净化水系统，包括：
多个太阳能集中器，接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向所述多个位置；以及
多个集热元件，定位在所述多个位置处，具有被调节成吸收和转换多种波长的太阳辐射的外表面；
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括具有多个孔的腔室，所述多个孔促进将蒸汽转移至冷凝器。
11、根据方面10所述的净化水系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括多个腔室。
12、一种方法，包括：
从多个太阳能集中器接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向多个位置；
在多个集热元件处接收所述太阳光的所述多条光线，所述多个集热元件定位在所述多个位置处并具有被调节成吸收多种波长的太阳辐射并将所述太阳辐射转换成热能的物理表面，所述多种波长低于3μm；
通过所述多个集热元件引起含盐量为约3.5％的传热流体的状态变化；以及
通过使用所述传热流体的一部分作为冷却剂，通过冷凝器将所述传热流体的一部分从气态冷凝为液态；
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括具有多个孔的腔室，所述孔促进将干蒸汽转移至冷凝器。
13、根据方面12所述的方法，其中，所述多个太阳能集中器包括多个抛物面槽。
14、根据方面12至方面13中的任一方面所述的方法，其中，所述多个太阳能集中器包括多个菲涅尔收集器。
15、根据方面12至方面14中的任一方面所述的方法，其中，所述多个集热元件包括彼此筛连通的多个腔室。
16、根据方面15所述的方法，其中，所述多个腔室由三个腔室组成。
17、根据方面15所述的方法，其中，所述多个集热元件包括：第一管，具有增强所述传热流体向蒸汽的转化的辐射特性；和第二管，具有增强所述蒸汽向过热蒸汽的转化的辐射特性。
18、根据方面17所述的方法，其中，所述第一管直接密封腔室，以及所述第二管密封三个腔室。
19、根据方面12至方面18中的任一方面所述的方法，还包括调节装置，将热量从流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体传递到尚未流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体。
20、根据方面12至方面19中的任一方面所述的方法，还包括将所述气态的动能转换成电力。
在研究了附图和详细描述之后，其它系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说将是或将变得显而易见。所有这些附加系统、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中，在本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。

Claims (20)

1.一种净化水系统，包括：
多个太阳能集中器，接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向多个位置；
多个集热元件，定位在所述多个位置处，具有被调节成吸收多种波长的太阳辐射并将所述太阳辐射转换成热能的外表面，其中，所述多种波长低于3μm；
所述多个集热元件定位成引起含盐量为3.5％的传热流体的状态变化；以及
冷凝器，使用所述传热流体的一部分作为冷却剂将所述传热流体的一部分从气态冷凝为液态；以及
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括：延续所述至少一个集热元件的长度的多个抛物面形腔室，所述多个抛物面形腔室由凹形屏障和凸形屏障形成，所述凹形屏障邻近并面对所述凸形屏障，并且所述凹形屏障和所述凸形屏障均具有沿着所述至少一个集热元件的长度的多个孔；所述凹形屏障和所述凸形屏障具有曲率，所述曲率引起通过所述至少一个集热元件的流动紊流以导致冷凝，从而促进将干蒸汽转移至所述冷凝器；
所述多个集热元件包括彼此筛连通的多个腔室；
所述凹形屏障和所述凸形屏障的曲率将腔室中的蒸汽流的纬度方向的顶点诱导到所述凹形屏障和所述凸形屏障的相应顶点。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个太阳能集中器包括多个抛物面槽。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个太阳能集中器包括多个菲涅尔收集器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个腔室封闭多个不同的容积。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个集热元件包括：第一管，具有增强所述传热流体向蒸汽的转化的辐射特性；和第二管，具有增强所述蒸汽向过热蒸汽的转化的辐射特性。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二管被配置成直接封闭所述传热流体。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件与第二集热元件一起直接封闭真空。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括调节装置，将热量从流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体传递到尚未流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括抗反射材料，所述抗反射材料具有捕获太阳辐射的8-9％的厚度。
10.一种净化水系统，包括：
多个太阳能集中器，接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向多个位置；以及
多个集热元件，定位在所述多个位置处，具有被调节成吸收和转换多种波长的太阳辐射的外表面；
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括：延续所述至少一个集热元件的长度的多个抛物面形腔室，所述多个抛物面形腔室由凹形屏障和凸形屏障形成，所述凹形屏障邻近并面对所述凸形屏障，并且所述凹形屏障和所述凸形屏障均具有沿着所述至少一个集热元件的长度的多个孔；所述凹形屏障和所述凸形屏障具有曲率，所述曲率引起通过所述至少一个集热元件的流动紊流以导致冷凝，从而促进将干蒸汽转移至冷凝器；
所述多个集热元件包括彼此筛连通的多个腔室；
所述凹形屏障和所述凸形屏障的曲率将腔室中的蒸汽流的纬度方向的顶点诱导到所述凹形屏障和所述凸形屏障的相应顶点。
11.根据权利要求10所述的净化水系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括与所述多个抛物面形腔室分开的新月形腔室。
12.根据权利要求10所述的净化水系统，其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括抗反射材料，所述抗反射材料具有吸收低于3μm波长的厚度，使得所述厚度捕获太阳辐射的8-9％。
13.一种方法，包括：
从多个太阳能集中器接收太阳光，并且通过使所述太阳光的多条光线弯曲并将所述太阳光的多条光线聚焦到多个位置上，将所述太阳光引向多个位置；
在多个集热元件处接收所述太阳光的多条光线，所述多个集热元件定位在所述多个位置处并具有被配置成吸收并转换多种波长的太阳辐射的物理表面；
通过所述多个集热元件引起含盐的传热流体的状态变化；以及
通过使用所述传热流体的一部分作为冷却剂，通过冷凝器将所述传热流体的一部分从气态冷凝为液态；
其中，所述多个太阳能集中器部分地围绕所述多个集热元件；以及
其中，所述多个集热元件中的至少一个集热元件包括延续所述至少一个集热元件的长度的多个抛物面形腔室，所述多个抛物面形腔室由凹形屏障和凸形屏障形成，所述凹形屏障邻近并面对所述凸形屏障，并且所述凹形屏障和所述凸形屏障均具有沿着所述至少一个集热元件的长度的多个孔；所述凹形屏障和所述凸形屏障具有曲率，所述曲率引起通过所述至少一个集热元件的流动紊流以导致冷凝，从而促进将干蒸汽转移至所述冷凝器；
所述多个集热元件包括彼此筛连通的多个腔室；
所述凹形屏障和所述凸形屏障的曲率将腔室中的蒸汽流的纬度方向的顶点诱导到所述凹形屏障和所述凸形屏障的相应顶点。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个太阳能集中器包括多个抛物面槽。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个太阳能集中器包括多个菲涅尔收集器。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个腔室由三个腔室组成。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个集热元件包括：第一管，具有增强所述传热流体向蒸汽的转化的辐射特性；和第二管，具有增强所述蒸汽向过热蒸汽的转化的辐射特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一管直接密封腔室，以及所述第二管密封三个腔室。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括调节装置，将热量从流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体传递到尚未流过所述多个集热元件中的至少一个集热元件的传热流体。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述气态的动能转换成电力。
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