CN116639751A - 一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，包括聚光器固定机构、聚光器、加热器、蒸汽冷凝器、导水槽以及淡水收集机构；聚光器和聚光器固定机构固接，加热器固接于聚光器的上，蒸汽冷凝器固接于淡水收集机构上，水槽固接于蒸汽冷凝器上，加热器穿过蒸汽冷凝器延伸至淡水收集机构内。本发明能够在无额外电能驱动下实现自聚光，且无运动部件、避免常规光线穿过水蒸气造成光学损失的同时，还可减少蒸发体的体积，进而降低装置成本。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化装置技术领域，具体涉及一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置。
背景技术
太阳能热驱动的海水淡化系统，是将太阳能转换为热能，然后加热海水使其蒸发，实现盐和水的分离，之后通过水蒸汽的冷凝过程，获得所需的淡水。当前实现上述光-热-淡水的技术途径主要包括两种：第一种是入射太阳光透过透明材质直接照射至吸光体实现光-热转换，并通过热驱动盐水分离实现海水淡化；第二种是利用跟踪聚光技术，将入射太阳光先聚光，后照射至吸光体，实现光-热转换，并通过热驱动盐水分离实现海水淡化。
针对第一种技术途径，虽然结构简单，但存在以下难点：入射太阳能能量密度低(<1000W/m2)，穿透透明材质后，其能量密度进一步降低，由于低的能量密度，致使获得的太阳热能温度较低<60℃，最终海水淡化速率较慢，更多的太阳热能被散失到环境中，太阳能的能量利用率较低。
针对第二种技术途径，虽然采用聚光方式提高了太阳能的能量密度，并获得了温度高于100℃的太阳热能，促进了海水淡化速率，一定程度上提高了太阳能的利用效率。但是由于聚光跟踪装置成本高，可靠性低，需要外接电能驱动，以及日常运行维护，因此限制了实际应用。
因此需要设计一款能够提高太阳能利用效率、且成本低不需要额外电能驱动的海水淡化装置。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现：
一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，包括聚光器固定机构、聚光器、加热器、蒸汽冷凝器、导水槽以及淡水收集机构；
聚光器和聚光器固定机构固接，加热器固接于聚光器的上，蒸汽冷凝器固接于淡水收集机构上，导水槽固接于蒸汽冷凝器上，加热器穿过蒸汽冷凝器延伸至淡水收集机构内。
有益地，所述淡水收集机构包括蒸发体、海水容器、引流槽、支撑外壳以及淡水容器；所述蒸汽冷凝器和海水容器连接，所述加热器延伸至蒸发体内，蒸发体放置于海水容器内，海水容器固接于支撑外壳内，引流槽倾斜设置于海水容器内壁上，淡水容器镶嵌于支撑外壳和海水容器之间。
有益地，所述聚光器是复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器包括两个以上聚光杯件，每个聚光杯件均和所述加热器固接。
有益地，所述聚光器固定机构包括固定件和两个连接条，两个连接条均固接于固定件上，固定件顶壁呈曲面状，固定件顶壁开设有两个以上通孔，连接条开设有可控旋转孔，每一个所述聚光杯件分别固接于每一个通孔内壁，两个连接条均通过可控旋转孔与所述支撑外壳外壁连接。
有益地，所述固定件顶壁为类圆柱面，面积呈中间大边缘小，通孔集中在中间位置。
有益地，两个所述连接条均通过可控旋转孔与所述支撑外壳外壁转动连接。
有益地，所述加热器包括相互固接的受光体和导热体，受光体固接于所述聚光杯件底壁，导热体穿过所述蒸汽冷凝器延伸至所述蒸发体内，导热体是热管。
有益地，所述引流槽上开设有出水孔。
有益地，所述蒸汽冷凝器呈漏斗形状，蒸汽冷凝器内壁和外壁均设有肋片。
有益地，所述导水槽固接于蒸汽冷凝器底部。
本发明具有以下有益效果为：
本发明通过聚光器的自身光学结构特点，可将一定入射角度范围内的光线聚光到聚光器底部，进而实现单个聚光器在固定位置下的长时间聚光工作；聚光器的曲面状布置，可实现全天候不同时段的聚光，最终可省去昂贵复杂的跟踪聚光装置，同时由于无需外界电能驱动，因此具有更宽的适用场合；利用聚光器的低倍聚光特点，可获得与海水蒸发过程温度相匹配的太阳热能，避免了传统跟踪聚光方式下太阳热能温度过高引起的散热损失严重的问题；聚光器将入射光线聚焦到受光体表面，通过光热转化过程，受光体充当热源，并利用热管的高导热功率的特点，及时将热量导入蒸发体中驱动盐水分离，不仅避免了常规光线穿过水蒸气造成的光学损失，还可减少蒸发体的体积，进而降低装置成本；利用可控旋转孔，按季度或者按月调整固定件和支撑外壳间相对位置，以改变聚光器的角度，实现跟踪入射光线的同时，可大幅减少聚光器的实际需求数量，进一步简化设备。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置的结构组成示意图；
图2是本发明一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置中海水容器和引流槽的结构示意图。
图3是本发明一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置的整体示意图；
附图标记：聚光器固定机构1、固定件11，通孔12，可控旋转孔13，连接条14，聚光器2，聚光杯件21，加热器3，受光体31，导热体32，蒸汽冷凝器4，导水槽5，蒸发体6，海水容器7，引流槽71，支撑外壳8，支撑底部81，淡水容器9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图3所示，一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，包括聚光器固定机构1、聚光器2、加热器3、蒸汽冷凝器4、导水槽5以及淡水收集机构；
聚光器2和聚光器固定机构1固接，加热器3固接于聚光器2的上，蒸汽冷凝器4固接于淡水收集机构上，导水槽5固接于蒸汽冷凝器4上，加热器3穿过蒸汽冷凝器4延伸至淡水收集机构内。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述淡水收集机构包括蒸发体6、海水容器7、引流槽71、支撑外壳8以及淡水容器9；
所述蒸汽冷凝器4和海水容器7连接，所述加热器3延伸至蒸发体6内，蒸发体6放置于海水容器7内，海水容器7固接于支撑外壳8内，引流槽71倾斜设置于海水容器7内壁上，淡水容器9镶嵌于支撑外壳8和海水容器7之间。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述聚光器2是复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器包括两个以上聚光杯件21，每个聚光杯件21均和所述加热器3固接。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述聚光器固定机构1包括固定件11和两个连接条14，两个连接条14均固接于固定件11上，固定件11顶壁呈曲面状，固定件11顶壁开设有两个以上通孔12，连接条14开设有可控旋转孔13，每一个所述聚光杯件21分别固接于每一个通孔12内壁，两个连接条14均通过可控旋转孔13与所述支撑外壳8外壁连接。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述固定件11顶壁为类圆柱面，面积呈中间大边缘小，通孔12集中在中间位置。
根据本发明一种可选的实施方式中，两个所述连接条14均通过可控旋转孔13与所述支撑外壳8外壁转动连接。通过转动连接，固定件11和支撑外壳8间相对位置可调。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述加热器3包括相互固接的受光体31和导热体32，受光体31固接于所述聚光杯件21底壁，导热体32穿过所述蒸汽冷凝器4延伸至所述蒸发体6内，导热体32是热管。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述引流槽71上开设有出水孔。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述蒸汽冷凝器4呈漏斗形状，蒸汽冷凝器4内壁和外壁均设有肋片。
根据本发明一种可选的实施方式中，所述导水槽5固接于蒸汽冷凝器4底部。
实施过程：
固定件11上部呈曲面状，尽管入射太阳光的光线路径实时变化，但总存在正对太阳光的一个或多个聚光杯件21能正常聚光，最终实现全天候聚光，太阳光经过聚光杯件21的聚光后，汇聚至聚光器2底部受光体31表面，通过吸热涂层实现光能转换为热能，进一步，导热体32将受光体31中的太阳热能传输至蒸发体6，并加热蒸发体6内部的海水，使海水吸热蒸发，同时，通过蒸发体6的毛细效应，使得海水容器7中的海水源源不断传输至蒸发体6内部，用于吸热蒸发，蒸发体6蒸发的水蒸汽，自发向上流动，在蒸汽冷凝器4下表面被部分冷凝成水，冷凝出的淡水在重力作用下汇聚至蒸汽冷凝器4底端，滴落至导水槽5，并沿着倾斜的导水槽5流动，通过出水孔流入到淡水容器9中；此外，剩余水蒸汽会在海水容器7的内壁表面被冷凝，冷凝后获得的淡水在重力作用下从海水容器7内壁表面汇至引流槽71，最终流入到淡水容器9中。
本发明亦可在连接条14上设置可控旋转孔13，通过可控旋转孔13，按季度或者按月份将固定件11旋转一个角度，使固定件11上的较多的聚光杯件21朝向与太阳光全天直射方向一致，以此减少聚光器2所需聚光杯件21数量，进而降低成本。
本发明通过聚光器2的自身光学结构特点，可将一定入射角度范围内的光线聚光到聚光器2底部，进而实现单个聚光器2在固定位置下的长时间聚光工作；
聚光器2的曲面状设计，可实现全天候不同时段的聚光，最终可省去昂贵复杂的跟踪聚光装置，同时由于无需外界电能驱动，因此具有更宽的适用场合；
利用聚光器2的低倍聚光特点，可获得与海水蒸发过程温度相匹配的太阳热能，避免了传统跟踪聚光方式下太阳热能温度过高引起的散热损失严重的问题；
利用热管的高导热功率的特点，及时将热量导入蒸发体中驱动盐水分离，不仅避免了常规光线穿过水蒸气造成的光学损失，还可减少蒸发体的体积，进而降低装置成本；
利用可控旋转孔，按季度或者按月调整固定件和支撑外壳间相对位置，以改变聚光器的角度，实现跟踪入射光线的同时，可大幅减少聚光器的实际需求数量，进一步简化设备。
本发明没有详细描述结构的部件、模块、机构以及装置等均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
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，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，包括聚光器固定机构(1)、聚光器(2)、加热器(3)、蒸汽冷凝器(4)、导水槽(5)以及淡水收集机构；
聚光器(2)和聚光器固定机构(1)固接，加热器(3)固接于聚光器(2)的上，蒸汽冷凝器(4)固接于淡水收集机构上，导水槽(5)固接于蒸汽冷凝器(4)上，加热器(3)穿过蒸汽冷凝器(4)延伸至淡水收集机构内。
2.根据权利要求1所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述淡水收集机构包括蒸发体(6)、海水容器(7)、引流槽(71)、支撑外壳(8)以及淡水容器(9)；
所述蒸汽冷凝器(4)和海水容器(7)连接，所述加热器(3)延伸至蒸发体(6)内，蒸发体(6)放置于海水容器(7)内，海水容器(7)固接于支撑外壳(8)内，引流槽(71)倾斜设置于海水容器(7)内壁上，淡水容器(9)镶嵌于支撑外壳(8)和海水容器(7)之间。
3.根据权利要求2所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述聚光器(2)是复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器包括两个以上聚光杯件(21)，每个聚光杯件(21)均和所述加热器(3)固接。
4.根据权利要求3所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述聚光器固定机构(1)包括固定件(11)和两个连接条(14)，两个连接条(14)均固接于固定件(11)上，固定件(11)顶壁呈曲面状，固定件(11)顶壁开设有两个以上通孔(12)，连接条(14)开设有可控旋转孔(13)，每一个所述聚光杯件(21)分别固接于每一个通孔(12)内壁，两个连接条(14)均通过可控旋转孔(13)与所述支撑外壳(8)外壁连接。
5.根据权利要求4所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述固定件(11)顶壁为类圆柱面，面积呈中间大边缘小，通孔(12)集中在中间位置。
6.根据权利要求4所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，两个所述连接条(14)均通过可控旋转孔(13)与所述支撑外壳(8)外壁转动连接。
7.根据权利要求4所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述加热器(3)包括相互固接的受光体(31)和导热体(32)，受光体(31)固接于所述聚光杯件(21)底壁，导热体(32)穿过所述蒸汽冷凝器(4)延伸至所述蒸发体(6)内，导热体(32)是热管。
8.根据权利要求2所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述引流槽(71)上开设有出水孔。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述蒸汽冷凝器(4)呈漏斗形状，蒸汽冷凝器(4)内壁和外壁均设有肋片。
10.根据权利要求9所述的一种仿生花朵的无跟踪自聚光海水淡化装置，其特征是，所述导水槽(5)固接于蒸汽冷凝器(4)底部。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116639751B (zh) | 2024-03-15 |
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