CN216377553U - 一种基于cpc集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统 - Google Patents
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Abstract
该实用新型提出了一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，主要由集热系统，预热系统，蒸发冷凝系统组成。其中集热系统主要包括导热油箱、CPC阵列、强制循环泵、管道等；预热系统主要包括海水箱、换热器、真空管集热器等；蒸发冷凝系统主要包括蒸馏器、透明辐射冷凝盖、淡水收集槽等结构，装置各部件之间由管道连接。CPC集热器加热导热油在蒸发器中通过蜂窝状紫铜盘管与海水进行换热，海水温度迅速升高甚至沸腾蒸发，水蒸气在透明辐射冷凝板上凝结流入淡水收集槽。装置采用盐水与集热系统分离的方式进行海水淡化，有效解决集热器直接通入海水的结构问题。
Description
技术领域
该实用新型设计了一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，属于太阳能热利用领域。
背景技术
能源和清洁水是全球性挑战，它们以不利的方式交织在一起：即使在有水可用的地区，也可能无法获得用于净化供人类使用的能源。在此背景下，海水淡化和内陆咸水淡化被视为缓解这一危机的可行方法。虽然反渗透、多级蒸馏等多项海水淡化技术已实现商业化，但高资本投资和电力消耗限制了其在农村、欠发达地区和海岛的大规模应用。相比之下，太阳能驱动的海水淡化为便携式低成本淡水发电提供机会，以满足未开发地区个人的日常需求。
一种不同的蒸汽冷凝技术是辐射露水冷凝。这种技术可以在自然界中找到，例如在纳米布沙漠的暗甲虫中。纳米布甲虫的身体通过红外辐射向晴朗的夜空散发热能，从潮湿的空气中产生露水，从而起到冷却器的作用。常见的蒸汽冷凝技术是对流和传导冷凝。尽管被动辐射冷却材料具有在夜间收集露水的潜力，但很少有人将其与海水淡化系统相结合以进行全天淡水收集。因此设计基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统。太阳能净水系统都包括一个太阳能吸收器和一个冷凝器。太阳能吸收器蒸发地表水（例如海水）或吸附在多孔金属有机框架中的水蒸气，在高于环境温度的温度下产生蒸气，然后在冷凝器上冷凝，通过对流和传导将热量散发到周围环境中。
发明内容
该实用新型利用CPC的聚光集热和PDMS薄膜的辐射制冷原理。加热导热油，热油进入蒸发系统充分与换热器盘管经过充分接触换热，与换热盘管表面的海水换热使其温度升高甚至到沸腾，加快海水在蒸馏系统的蒸发速率，再利用辐射冷却冷凝盖（透明PDMS薄膜＋玻璃）加速水蒸气凝结，减少了热损，提高集水效率。白天采用免聚光CPC集热器将低能流密度的太阳光线收集起来加热导热油，导热油与海水间接换热用于海水淡化，并使用辐射冷却冷凝盖加速水蒸气凝结。夜间，采用辐射制冷薄膜（PDMS）做冷凝面收集露水，当基材温度低于露点温度时，高湿度会导致基材表面出现露水沉积。
一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，主要由集热系统，预热系统，蒸发冷凝系统，露水收集系统组成。其中集热系统主要包括导热油箱、CPC阵列、强制循环泵、管道等；预热系统主要包括海水箱、换热器、真空管集热器等；蒸发冷凝系统主要包括蒸馏器、透明辐射冷凝器、淡水收集槽等，蒸馏器主要包括蜂窝状盘管、液面控制器等结构，装置各部件之间用管道连接。该实用新型通过CPC将低能流密度的太阳光集中起来，间接用于驱动海水蒸发收集得到淡水，透明辐射冷凝器加速蒸汽冷凝。该系统的关键是在白天可以通过太阳能驱动海水淡化有效地将太阳能转化为热量并产生淡水，并且可以将其表面温度降低到露点以下以在晚上收集露水。
所述的导热油在CPC阵列中循环流动，可将其加热到200℃以上高温用于蒸发系统。
所述的预热系统主要部件是真空管集热器和沉浸式蛇管换热器，真空管集热器晴天条件可将水加热到60℃以上，换热器外壳由不锈钢+玻璃棉+不锈钢材料制成，紫铜管环绕成蛇形沉浸在换热器内部。
所述的蒸发冷凝系统由不锈钢+玻璃棉+不锈钢材料制成蒸馏器腔壁。设置保温层，减少辐射制冷膜的热量传递，从而提高水蒸气冷凝效率。
所述的蜂窝状盘管以紫铜材料制成，将紫铜外管壁制成粗糙的蜂窝状，增大导热油与海水的接触面积。
所述的液面控制器采用连通器原理，用于控制蒸馏室内待蒸发海水液面高度，调控其待蒸发海水热容量。
所述的冷凝器为面积1m2透明辐射冷凝盖板（PDMS膜+玻璃），以辐射制冷薄膜加速蒸汽冷凝。
所述的凹槽内设有用于过滤所述冷凝水生成器上冷凝水的过滤件，过滤件将冷凝盖生成的冷凝水过滤，去除杂质。
本实用新型相较于传统的太阳能海水淡化和露水收集系统，通过海水预热、蒸发室改进、CPC和透明辐射冷凝器利用等方式，有效提高太阳能利用效率和蒸汽收集速率。
附图说明
附图1为装置系统图，如图中所示：A—集热系统 B—预热系统 C—蒸发冷凝系统1—导热油箱 2—CPC阵列 3—强制循环泵 4—管道 5—海水箱 6—换热器 7—真空管集热器 8—蒸馏冷凝器 9—淡水收集槽 10—浓盐水出口。
附图2为蒸馏冷凝器示意图，如图中所示：8-1 热海水进口 8-2 导热油进口 8-3蜂窝状盘管 8-4 导热油出口 8-5 液面控制器 8-6 冷凝水出口 8-7 透明辐射冷凝盖板8-8 蒸发室。
具体实施方式
本实用新型提出了一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，以下将通过结合附图，对该装置的具体实施方式做出详细说明。
运行过程主要分为以下几步（以下步骤同时进行，不分先后）：
1. 聚光集热过程。在有太阳辐射的晴朗天气，CPC阵列（2）暴露在阳光下，太阳光线照射到CPC集热器（1）表面，聚集到内部的管道中，导热油自油箱（1）由强制循环泵（3）泵入集热器内部热管加热，温度迅速升高到100℃以上。
2. 预热过程。在晴朗天气下，真空管集热器（7）吸收热量，加热热水器中的水到60℃以上，热水自热水器流经换热器（6）内部空间回到集热器（7），如此循环。海水通过海水箱（5）自由进入换热器（6），在蛇形紫铜盘管中与热水进行充分换热，被加热的海水自热海水进口（8-1）进入蒸发冷凝器（8）待蒸发。
3. 水蒸发过程。通过集热系统（A）加热的导热油流经管道自导热油进口（8-2）进入蒸发冷凝器（8），热油在蜂窝状紫铜盘管（8-3）中循环，与预热后的海水充分换热，海水温度迅速升高甚至达到沸腾变为水蒸气，在此过程中，通过液面控制器（8-5）控制蒸发室内部的待蒸发海水高度，甚至以薄层形式存在，减少待蒸发海水热容量。导热油经盘管后自导热油出口（8-4）流出，在强制循环泵（3）作用下回到CPC阵列（2），如此不断循环。
4. 冷凝收集过程。经换热蒸发的蒸汽充满蒸发室（8-8）内部，在辐射制冷作用下通过透明辐射制冷盖板（8-7）冷凝成水珠到淡水收集槽（9）中被收集，浓盐水自出口（10）流出被收集处理。
5. 露水收集过程。经蒸馏冷凝器上的辐射制冷薄膜（PDMS）（8-7），可以将其表面温度降低到露点以下以在晚上收集露水。
Claims (4)
1.一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，其特征在于主要由集热系统（A），预热系统（B），蒸发冷凝系统（C）组成，其中集热系统主要包括导热油箱（1）、CPC阵列（2）、强制循环泵（3）、管道等（4）；预热系统主要包括海水箱（5）、换热器（6）、真空管集热器（7）等；蒸发冷凝系统主要包括蒸馏冷凝器（8）、淡水收集槽（9）等，蒸馏器主要包括蜂窝状盘管（8-3）、液面控制器（8-5）、透明辐射冷凝盖板（8-7）等结构，装置各部件之间由管道连接，通过免追踪CPC集热器、充分利用蒸汽潜热、原海水预热、辐射制冷等方式，达到提高产淡水和收集淡水效率的目的。
2.根据权利要求1中所述的一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，其特征在于CPC一年只需调四次角度，不需要复杂追踪系统，降低成本和装置的运行维护费用，同时CPC加热导热油间接用于海水淡化，防止集热器内部结构问题。
3.根据权利要求1中所述的一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，其特征在于蒸发式室中采用蜂窝状紫铜盘管，导热系数较大且换热面积增大，大大提高换热效率。
4.根据权利要求1中所述的一种基于CPC集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统，其特征在于在蒸馏冷凝系统中，采用透明辐射制冷为盖板，对蒸汽进行冷凝，蒸汽凝结速率提升，使系统产水效率提高，减少热损。
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