TWI472363B - 太陽能海水淡化裝置 - Google Patents

Description

太陽能海水淡化裝置

本發明是有關於一種海水淡化裝置，特別是指一種利用太陽熱能進行海水淡化之太陽能海水淡化裝置。

地球上水總儲量約為1.36x10¹⁸ m³ ，但除去海洋等鹹水資源外，只有2.5%為淡水。淡水又主要以冰川和深層地下水的形式存在，河流和湖泊中的淡水僅佔世界總淡水的0.3%。

世界氣象組織於1996年初指出：缺水是全世界城市面臨的首要問題，估計到2050年，全球有46%的城市人口缺水。對於水資源稀少的地區來說，水已經超出生活資源的範圍，而成為戰略資源，由於水資源的稀有性，水戰爭爆發的可能性越來越高。為了讓全世界都關心淡水資源短缺的問題，第47屆聯合國大會遂決定將每年3月22日定為世界水日。

早期人們會抽取使用地下水，然而使用地下水會造成地層下陷並破壞地底結構，造成無法回復的永久性破壞，亦有可能阻斷地下水，在許多地方人們禁止使用地下水，以避免各種永久性的損害。海水淡化是其一種對策，但由於耗用能量過高及成本過高，多數海水淡化廠在建成後不久就因資金不足被迫關閉。在中東杜拜這個乾旱但富裕地方，則利用這個方法取得淡水。

中華民國發明專利第I345995號「淡水生成方法、淡 水生成裝置、海水淡化方法及海水淡化裝置」案，該案揭露一種能夠自海水等非淨化水中獲得淡水等淨化水之淡水生成方法。其主要是藉由逆滲透膜加壓過濾而生成淡水者，將鹽濃度低於海水之低鹽濃度水與海水混合，並對由該混合所獲得之混合水進行逆滲透膜過濾，藉此生成淡水。

但是，要將海水通過逆滲透膜需要外加能量進行擠壓，否則水分子無法快速通過密度極細的逆滲透膜，因此有必要運用大量能源來產製淡水。而此舉會因為能源價格上漲而使成本大增，導致不具大規模推廣潛力。

由上述所言可知，水是地球上的任何生物、生命體的必需物質，缺水的土壤便無法孕育生物，淡水更是灌溉與孕育陸地生物的必要元素，淡水的來源、節約、儲存、利用是全球的重要議題。所以，實有必要發展一種可以有效進行海水淡化，又不會額外浪費能源的技術，以增加潔淨淡水之產出。

因此，本發明之目的，即在提供一種太陽能海水淡化裝置，並包含一反射單元、一進水單元，及一冷凝單元。

該反射單元包括一支撐底架、一設置於該支撐底架之上的陽光反射器，及一設置於該陽光反射器周緣之固定支架。該陽光反射器之上方具有一集熱槽，該集熱槽之外側設有一側孔與一通孔，該固定支架是與該集熱槽連接在一起。該進水單元包括一進水管，且該進水管之一端與該集熱槽之側孔連接在一起。該冷凝單元包括一蒸發管與一連 接該蒸發管之儲水槽，該蒸發管之一端與該集熱槽之通孔連接在一起。

由以上說明可知，本發明之有益功效在於，藉由該陽光反射器可以反射太陽光至該集熱槽上，並對該集熱槽進行加熱，而流入該集熱槽的水受熱蒸發並自該蒸發管逸出，並經冷凝後至該儲水槽儲存，利用太陽光進行照射加熱可以不須額外消耗能源即能得到潔淨的水資源。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在進行詳細說明前，要注意的是，類似的元件是以相同的編號進行表示。

參閱圖1、2，為本發明太陽能海水淡化裝置之第一較佳實施例，該太陽能海水淡化裝置包含一反射單元3、一進水單元4，及一冷凝單元5。

該反射單元3包括一支撐底架31、一陽光反射器32、一固定支架33，及一集熱槽34。該支撐底架31是撐立於地面，該陽光反射器32設置於該支撐底架31之上方並具有一可反射太陽光之反射面321，該固定支架33具有複數支腳331，每一支腳331之一端是設置於該陽光反射器32的周緣上，相反的另一端則向上且向中心共點集中。該集熱槽34與該複數支腳331共點集中，受該複數支腳331連接撐立於該陽光反射器32上方。

在本較佳實施例中，該陽光反射器32是一圓形碟造型，但實際實施時，也可以是凹槽形、多邊形或是其它幾何形狀等，不應以此為限。而該集熱槽34更具有一側孔341、一通孔342、一本體343，及一設置於該本體343上用以啟閉該本體343之開蓋344。

該進水單元4包括一進水槽40，及一進水管41。該進水槽40中容納有海水並位於高處且連接該進水管41，該進水管41之一端與該進水槽40連接，相反的另一端則與該集熱槽34之側孔341連接在一起。該冷凝單元5包括一蒸發管51與一連接該蒸發管51之儲水槽52，該蒸發管51之一端並與該集熱槽34之通孔342連接在一起。

值得一提的是，本發明在實際實施時，該冷凝單元5也可以視需要而配置一設於該蒸發管51上之冷凝器53(例如金屬散熱器)，用以快速對該蒸發管51中之水蒸氣進行冷卻，由於該冷凝器53之構造眾多，且非本案重點所在，故於此不再對該冷凝器53之構造多加贅述。

本發明太陽能海水淡化裝置藉由該陽光反射器32可以反射太陽光至該集熱槽34上，並對該集熱槽34進行加熱，而流入該集熱槽34的海水受熱而汽化蒸發並自該蒸發管51逸出，途中經冷凝結成水滴後至該儲水槽52儲存，利用太陽光能不須額外消耗能源即可得到潔淨的水資源。

而該開蓋344設置於該集熱槽34之底部，用以開啟及封閉該集熱槽34，當海水流入該集熱槽34中並且受熱蒸發之後，會遺留下水中雜質或海鹽結晶體等殘留物，藉由該 開蓋344之設計，便可以方便使用者清除該集熱槽34中的殘留物。

配合參閱圖3，在本較佳實施例中，該集熱槽34更具有一設於其上並可承受高溫之溫度感測器345。該進水單元4更具有一設於該進水管41上方之流量控制器411。該流量控制器411是一閥門，用以控制自該進水槽40流經該進水管41並流入該集熱槽34之水量。該流量控制器411之構造例如傳統的點滴控制機構，由於閥門及點滴控制機構的種類眾多，且非本案重點所在，故於此不再對該流量控制器411之構造多加贅述。

該溫度感測器345設置於該集熱槽34上，當該集熱槽34受到較強烈之太陽光照射而使溫度上升較高、蒸發速率變快時，會反饋一個訊號給該流量控制器411，使流經該流量控制器411之水量增多，此時，海水便能快速地進入該集熱槽34。相對地，當該集熱槽34受到較少太陽光照射而使溫度下降、蒸發速率變慢時，會反饋一個訊號給該流量控制器411，使流經該流量控制器411之水量減少，使海水能較緩慢地流入該集熱槽34中。

由上述說明可知，當該集熱槽34升溫之後，利用該流量控制器411來控制進入該集熱槽34的水量，使之維持相對高的溫度，讓蒸發效率能有效提高，變成一個有效率的控制方式。

參閱圖4，為本發明太陽能海水淡化裝置之第二較佳實施例，該第二較佳實施例同樣包含一反射單元3、一進水單 元4，及一冷凝單元5。相同之處於此不再贅述，不同之處在於，在該第二較佳實施例中，該陽光反射器32是類似一般之圓形天線碟並具有一光滑的反射面321，該反射面321可以將太陽光進行反射，而為了增加太陽光的反射效率，該陽光反射器32之反射面321更設置有複數個聚焦鏡片322。

在該第二較佳實施例中，該陽光反射器32之背面更具有一設置於該支撐底架31上之滑動齒輪組323。該支撐底架31具有一可360度轉動之心軸311，該滑動齒輪組323可使該陽光反射器32在一第一滑動位置與一第二滑動位置之間做往復運動。藉由該陽光反射器32可在第一、二滑動位置間滑動與配合該心軸311之轉動，可使該陽光反射器32跟隨著太陽的運行軌跡進行滑動與轉動。

由於該陽光反射器32之反射面321可以隨著太陽光而移動，所以設置於該陽光反射器32上之集熱槽34會一直受到太陽光反射而持續加熱升溫，不會因為無法反射太陽光而失去加熱能力。

值得一提的是，該反射單元3更具有一設置於該支撐底架31上之電控組35，該電控組35除了可以控制該滑動齒輪組323及該心軸311作動之外，還可調整該聚焦鏡片322之反射角度。

只要輸入太陽運行軌跡給該電控組35，該電控組35即可驅動該齒輪組323及該心軸311相對作動，以滿足該陽光反射器32能時刻對準太陽光源。當然，實際實施時，也 可以利用手動方式讓該陽光反射器32對準太陽光源，不應以此為限。

吾人對於蒸發的定義是：個別的水分子因獲得能量變得較活躍，因而脫離原來的水體，散逸至空氣中。在提供定額能量時，水體越大，溫度上升越慢，蒸發量也就越少。在本發明的設計中，海水被類似點滴般的流量控制器411隔離地一滴一滴吸熱，相對少量的液態水分子瞬間接觸相對大量的熱能，有助於提高蒸發效率。

此外，該陽光反射器32的聚熱效果亦可大幅提高蒸發效率。本發明之第二較佳實施例中，該陽光反射器32之反射面321設置有複數個聚焦鏡片322，精心打造的聚焦鏡片322，在豔陽下可在幾分鐘內就使聚焦處升溫至攝氏數百度。而由於蒸發效率高，適宜運用本發明的地點亦相形擴大。

而高緯度的歐洲、日本或中國的華北等地，雖然均溫較低、日照相對較少，仍可運用本發明來取得一定程度的淡水。因運用太陽能之故，本發明的絕大優勢是乾旱越嚴重時，海水淡化的效率就越高，因而也就越有利於緩解乾旱帶來的損失。即便沒有到鬧旱災的程度，妥善利用夏季的日照資源實施海水淡化，搭配精心設計的戲水設施，亦有助於消暑及減少空調能源的消耗。

除此之外，本發明之太陽能海水淡化裝置，在海面上也能實施！雖然在海面上實施還須打造浮台，但在地狹人稠的區域還是有其價值。例如在台灣缺乏冬雨的高雄市， 在附近海域實施此方案即可大幅提高淡水供應的穩定度。另外在長期缺水的澎湖，則更是如此。本發明除可能影響全球水資源供應、及糧食供應的情勢外，還可能產生其他衍生性影響，例如：水庫的興建，就值得重新評估。而且，應有助於既有森林的保育、甚至將部分的近山的農地退耕還林，從而有利於水土保持。

綜合上述，本發明太陽能海水淡化裝置藉由該陽光反射器32可以反射太陽光至該集熱槽34上，並對該集熱槽34進行加熱，而流入該集熱槽34的水受熱而汽化蒸發並自該蒸發管51逸出，途中經冷凝結成水滴後至該儲水槽52儲存，利用太陽光能不須額外消耗能源即可得到潔淨的水資源，而配合溫度感測器345反饋訊號給該流量控制器411，當該集熱槽34急遽升溫之後，利用該流量控制器411來控制進入該集熱槽34的水量，使之保持一定的溫度，讓蒸發效率能有效提高，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之二個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧反射單元

31‧‧‧支撐底架

311‧‧‧心軸

32‧‧‧陽光反射器

321‧‧‧反射面

322‧‧‧聚焦鏡片

323‧‧‧滑動齒輪組

33‧‧‧固定支架

331‧‧‧支腳

34‧‧‧集熱槽

341‧‧‧側孔

342‧‧‧通孔

343‧‧‧本體

344‧‧‧開蓋

345‧‧‧溫度感測器

35‧‧‧電控組

4‧‧‧進水單元

40‧‧‧進水槽

41‧‧‧進水管

411‧‧‧流量控制器

5‧‧‧冷凝單元

51‧‧‧蒸發管

52‧‧‧儲水槽

53‧‧‧冷凝器

圖1是本發明太陽能海水淡化裝置之第一較佳實施例的實施示意圖；圖2是該第一較佳實施例中一集熱槽之局部剖面示意圖；圖3是一方塊示意圖，說明該一溫度感測器反饋訊號給一流量控制器，以控制一進水槽流經該流量控制器之水量多寡；及圖4是本發明太陽能海水淡化裝置之第二較佳實施例的實施示意圖。

3‧‧‧反射單元

31‧‧‧支撐底架

32‧‧‧陽光反射器

33‧‧‧固定支架

331‧‧‧支腳

34‧‧‧集熱槽

341‧‧‧側孔

342‧‧‧通孔

4‧‧‧進水單元

40‧‧‧進水槽

41‧‧‧進水管

411‧‧‧流量控制器

5‧‧‧冷凝單元

51‧‧‧蒸發管

52‧‧‧儲水槽

53‧‧‧冷凝器

Claims (4)

1. 一種太陽能海水淡化裝置，包含：一反射單元，包括一支撐底架、一設置於該支撐底架之上方之陽光反射器、一設置於該陽光反射器周緣之固定支架，及一設置於該陽光反射器上方之集熱槽，該集熱槽上開設有一側孔與一通孔，及一設於其上之溫度感測器，該固定支架是與該集熱槽連接在一起；一進水單元，包括一進水管，及一設於該進水管上方之流量控制器，該進水管之一端與該集熱槽之該側孔連接在一起；及一冷凝單元，包括一蒸發管與一連接該蒸發管之儲水槽，該蒸發管之一端與該集熱槽之通孔連接在一起，當該集熱槽溫度上升較高、蒸發速率變快時，該溫度感測器會反饋一個訊號給該流量控制器，使流經該流量控制器之水量增多，相對地，當該集熱槽溫度下降、蒸發速率變慢時，該溫度感測器會反饋一個訊號給該流量控制器，使流經該流量控制器之水量減少，讓該集熱槽保持一定的溫度，提高蒸發效率。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能海水淡化裝置，其中，該冷凝單元更具有一設於該蒸發管上方之冷凝器。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之太陽能海水淡化裝置，其中，該陽光反射器之表面設有至少一個以上之聚焦鏡片。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能海水淡化裝置，其 中，該集熱槽更具有一本體，及一設置於該本體上用以啟閉該本體之開蓋。