CN114349099A - 太阳能相变蓄热海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能相变蓄热海水淡化系统，包括透明罩体、支撑水盘、储水容器、冷却水槽、淡水集水槽、碳布和蓄热管；所述储水容器，用于盛放海水，并配置有补水口；所述支撑水盘，作为透明罩体的支撑结构，所述淡水集水槽和冷却水槽均设置于所述支撑水盘上；所述透明罩体罩设于所述支撑水盘上，所述透明罩体的下边界的外侧紧贴冷却水槽、内侧紧贴淡水集水槽，所述淡水集水槽设置有排水口；所述透明罩体、支撑水盘和储水容器合围构成封闭空间，所述储水容器的顶部设置有连通密闭空间的开口；所述蓄热管设置于封闭空间中，所述碳布的底端伸入储水容器中、顶端延伸至透明罩体的中部或上部。该太阳能相变蓄热海水淡化系统具有集成度高、热利用率高、适合小型化使用、淡化效率高的优势。

Description

太阳能相变蓄热海水淡化系统

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，具体的说，涉及了一种太阳能相变蓄热海水淡化系统。

背景技术

能源短缺和环境污染问题日益严峻，由此引发了淡水资源的严重短缺问题，已经成为威胁人类生存与发展的重大社会难题。

传统化石能源燃烧产生动力源，驱动海水淡化技术成本高、能耗大，导致严重的能源浪费和环境污染，导致与海水淡化的初衷背离，仅适用于那些暂时无法取代的传统化石能源的应用场景下。

因此，开发清洁高效能源驱动的海水淡化技术和装备成为未来可再生能源开发利用和海水淡化的重要途径。

太阳能总量丰富、来源广泛、清洁环保，发展太阳能驱动的海水淡化技术可以有效降低能源浪费和环境污染，充分缓解地球水资源短缺的危机。

现有利用太阳能海水淡化技术采用集热产生蒸汽冷凝成淡水，由于太阳能受到地域、昼夜、天气和季节等因素的影响，具有显著的间歇性特征，导致传统的太阳能海水淡化技术无法实现高效连续的运行，造成太阳能驱动的海水淡化系统的运行效率低

而相变蓄热技术利用蓄热材料的相变过程，实现热量的存储和释放，能够实现能量的存储，在储能领域具有重要的应用前景。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种集成度高、热利用率高、适合小型化使用、淡化效率高的太阳能相变蓄热海水淡化系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能相变蓄热海水淡化系统，包括透明罩体、支撑水盘、储水容器、冷却水槽、淡水集水槽、碳布和蓄热管；

所述储水容器，用于盛放海水，并配置有补水口；

所述支撑水盘，作为透明罩体的支撑结构，所述淡水集水槽和冷却水槽均设置于所述支撑水盘上；

所述透明罩体罩设于所述支撑水盘上，所述透明罩体的下边界的外侧紧贴冷却水槽、内侧紧贴淡水集水槽，所述淡水集水槽设置有排水口；

所述透明罩体、支撑水盘和储水容器合围构成封闭空间，所述储水容器的顶部设置有连通密闭空间的开口；

所述蓄热管设置于封闭空间中，所述蓄热管中填充相变储热材料，所述碳布的底端伸入储水容器中、顶端延伸至透明罩体的中部或上部。

基上所述，所述支撑水盘设置于储水容器的外周，所述支撑水盘与储水容器之间密封连接。

基上所述，所述蓄热管由所述碳布包裹。

基上所述，所述储水容器的顶端开口设计为窄口结构。

基上所述，所述蓄热管竖向设置。

基上所述，所述冷却水槽外接循环水。

基上所述，所述冷却水槽沿纵向设置有至少两层。

基上所述，所述透明罩体呈球帽形或正方体形或球形或长方体形。

基上所述，所述碳布在透明罩体中呈发散状布置。

基上所述，所述补水口外接补水泵和补水管，所述储水容器中设置第一液位传感器，所述第一液位传感器关联补水泵实现自动补水；所述淡水集水槽中设置第二液位传感器，所述排水口处安装电控阀，所述第二液位传感器关联电控阀实现自动排水。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用透明罩体、支撑水盘、储水容器、冷却水槽、淡水集水槽、碳布和蓄热管构造出高度集成的海水淡化装置，各个模块比如海水的引入、蒸发、冷却、收集于一体，全都集成在透明罩体、支撑水盘和储水容器相连的一个整体化的结构上，从系统的复杂程度上大幅降低，提升了集成化的程度，可以作为小型化的产品推广应用，适用的场景和范围都大幅提升。

进一步的，采用碳布结合蓄热管作为海水从储水容器向热源处的驱动机构，碳布本身具有较好的吸热性，同时其多孔结构又有利于海水的虹吸作用，使得海水不断的从储水容器中被虹吸到碳布的上端末端，并在蓄热管的热量作用下挥发成水蒸气，有效的提升了对海水的汽化能力，进而增强了淡化效率。

进一步的，冷却过程采用透明罩体与空气接触的直接冷却，和底部设置冷却水槽的热传导式冷却，从而满足冷量的供应，解决汽化的淡水冷凝的问题。

进一步的，由于采用太阳能代替传统化石能源，又使用了蓄热管，蓄热管中填充相变储热材料，不仅可以在白天通过直接吸收太阳能发热，还能在夜间通过相变放热，继续进行蒸发和冷凝循环，解决了海水淡化系统无法连续工作的严重缺陷。

进一步的，采用透明玻璃罩作为主要结构，一方面可以透过太阳光，吸收太阳光带来的热量，另一方面可以保温隔热，防止外部环境与内部发热结构直接接触，导致热损失。

附图说明

图1是本发明实施例1中太阳能相变蓄热海水淡化系统的结构示意图。

图2是本发明实施例2中太阳能相变蓄热海水淡化系统的结构示意图。

图3是本发明实施例3中太阳能相变蓄热海水淡化系统的结构示意图。

图4是本发明其它实施例中太阳能相变蓄热海水淡化系统的结构示意图。

图中：1.透明罩体；2.支撑水盘；3.储水容器；4.冷却水槽；5.淡水集水槽；6.碳布；7.蓄热管；8.补水口；9.排水口。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种太阳能相变蓄热海水淡化系统，包括透明罩体1、支撑水盘2、储水容器3、冷却水槽4、淡水集水槽5、碳布6和蓄热管7；

所述储水容器3，用于盛放海水，并配置有补水口8。

所述支撑水盘2，作为透明罩体1的支撑结构，所述淡水集水槽5和冷却水槽4均设置于所述支撑水盘2上，所述透明罩体罩设于所述支撑水盘上，本实施例中，淡水集水槽5和冷却水槽4共用一个槽体空间，透明罩体的下缘从共用槽体的中间将其分为内外两部分，使得透明罩体1的下边界的外侧紧贴冷却水槽4、内侧紧贴淡水集水槽5，所述淡水集水槽5设置有排水口9。

所述支撑水盘2设置于储水容器3的外周，所述支撑水盘2与储水容器3之间密封连接，所述透明罩体1、支撑水盘2和储水容器3合围构成封闭空间，所述储水容器3的顶部设置有连通密闭空间的开口，储水容器3在本实施例中使用海水瓶，其口部为收缩结构，能够一定程度的降低海水水面和上方空间的直接连接，进而降低海水水面本身对于封闭空间中热源的损耗。

透明罩体1的外形呈球帽状，主要目的是能够充分、均匀的吸收光照，同时水蒸气在透明罩体的内壁凝结后，可以顺着内壁向四周边界处流，防止滴落在其它区域。

所述蓄热管7竖向设置于封闭空间中，所述蓄热管7中填充相变储热材料，如石蜡或熔盐等，在吸收太阳能的热量后，由固态变为液态，吸收热量，在太阳光不足时，从液态变为固态，进行放热，从而提供连续的热源，蓄热管7的外部结构采用热传导效率高的金属管，如不锈钢或铜。

所述碳布6的底端伸入储水容器3中、顶端延伸至透明罩体1的中部或上部，碳布本身为黑色，具有较强的吸热能力，能够充分的利用太阳能，同时，碳布为多孔结构，容易发生虹吸效应、蒸腾效应，使海水快速的从储水容器中引入到上方的热源处挥发。

为了提高蓄热管7的利用效率， 所述蓄热管7由所述碳布6包裹，提升蓄热管7的吸热效率。

工作原理：

白天，当光照充足时，太阳光透过透明罩体1，碳布吸收太阳光的热量，内部包裹的蓄热管也同步储热，与此同时，由于碳布6中充满了从储水容器3中虹吸上来的海水，海水在碳布6的上方受热处被加热、蒸发，形成水蒸气，水蒸气上升，遇到透明罩体1的内壁时，由于透明罩体1外接与空气接触，随着空气流动散热，以及底部的冷却水槽4通过热传导方式使透明罩体1散热，透明罩体1的温度低于内部空气的温度，进而产生冷凝，冷凝的水珠随透明罩体侧壁下移，流入淡水集水槽5中汇聚，汇集的淡水从排水口9处排走，存储，使用。

长期使用后，由于冷却水槽中的水存在挥发可能，因此，冷却水槽中的水需要定期补水。

而透明罩体中的碳布6由于孔隙率高，在长期使用后容易积存杂质，如析出的矿物质和盐，需要定期进行冲洗，冲洗的过程可以通过向内部灌水实现。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的主要区别在于：蓄热管7和碳布6分离或局部接触，使蓄热管7的外表面不受海水侵蚀，保护蓄热管。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的主要区别在于：为保证冷却效果，提高冷凝效率，所述冷却水槽4沿纵向设置有至少两层。

实施例4

本实施例中，所述冷却水槽4外接循环水，实时或定期的更换冷却水，保证冷却效率。

实施例5

本实施例与实施例1的主要区别在于：所述碳布在透明罩体中呈发散状布置。

实施例6

本实施例与实施例1的主要区别在于：为提高自动化程度，本实施例中，所述补水口外接补水泵和补水管，所述储水容器中设置第一液位传感器，所述第一液位传感器关联补水泵实现自动补水；所述淡水集水槽中设置第二液位传感器，所述排水口处安装电控阀，所述第二液位传感器关联电控阀实现自动排水。

如图4所示，其它实施例中，所述透明罩体还可以是正方体形或球形或长方体形。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：包括透明罩体、支撑水盘、储水容器、冷却水槽、淡水集水槽、碳布和蓄热管；

所述储水容器，用于盛放海水，并配置有补水口；

所述支撑水盘，作为透明罩体的支撑结构，所述淡水集水槽和冷却水槽均设置于所述支撑水盘上；

所述透明罩体罩设于所述支撑水盘上，所述透明罩体的下边界的外侧紧贴冷却水槽、内侧紧贴淡水集水槽，所述淡水集水槽设置有排水口；

所述透明罩体、支撑水盘和储水容器合围构成封闭空间，所述储水容器的顶部设置有连通密闭空间的开口；

所述蓄热管设置于封闭空间中，所述蓄热管中填充相变储热材料，所述碳布的底端伸入储水容器中、顶端延伸至透明罩体的中部或上部。

2.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述支撑水盘设置于储水容器的外周，所述支撑水盘与储水容器之间密封连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述蓄热管由所述碳布包裹。

4.根据权利要求3所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述储水容器的顶端开口设计为窄口结构。

5.根据权利要求4所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述蓄热管竖向设置。

6.根据权利要求5所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述冷却水槽外接循环水。

7.根据权利要求6所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述冷却水槽沿纵向设置有至少两层。

8.根据权利要求7所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述透明罩体呈球帽形或正方体形或球形或长方体形。

9.根据权利要求8所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述碳布在透明罩体中呈发散状布置。

10.根据权利要求9所述的太阳能相变蓄热海水淡化系统，其特征在于：所述补水口外接补水泵和补水管，所述储水容器中设置第一液位传感器，所述第一液位传感器关联补水泵实现自动补水；所述淡水集水槽中设置第二液位传感器，所述排水口处安装电控阀，所述第二液位传感器关联电控阀实现自动排水。

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