一种太阳能海水淡化装置.doc

说明书
一种太阳能海水淡化装置

摘要 本发明提出一套综合解决太阳能吸收、海水蒸发、蒸汽热量回收等问题的太阳能海水淡化技术方案，设计出一种只用太阳能作能源的海水淡化装置。光热材料在海水蒸发罐两侧面和水面吸收阳光，加热蒸发海水，形成蒸汽。蒸汽流入冷凝管冷凝成淡水，然后流出海水蒸发罐，进入淡水罐。蒸汽冷凝放出的潜热被海水吸收。吸收蒸汽潜热后的海水蒸发所需太阳能相应减少，产出的淡水相应增多。该太阳能海水淡化装置结构简单，操作简便，不消耗电力，在常压下运行，不需要人值守。是海岛的可靠水源。
专利号 201710028482.5

所属技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置具体为一种太阳能海水淡化装置。

背景技术
随着人口持续增长，全球各地不断爆发水危机。各国纷纷寻求水源增量技术，海水淡化技术成为首要选择。各类海水淡化技术层出不穷，仍然没有化解水危机的迹象。尤其是沿海地区和海岛，日照充足，海水丰富，却至今没有办法将两者有效结合生产淡水。因此限制了人类的活动范围。如中国南海的很多海岛，由于缺少淡水，人类不能在海岛上长期居住。其实，地球赋与了人类足够的淡水，只是人类还没有找到高效获取淡水的方法。从海水淡化技术发展趋势来看，利用太阳能淡化海水是低成本制取淡水的可行途径。
然而，要将可行性变为现实，太阳能海水淡化技术必须解决好三个问题：一是如何利用单位土地面积，尽可能多的收集太阳能？二是如何高效利用收集的太阳能将水蒸发成蒸汽？三是如何回收利用蒸汽冷凝成水所放热量？单位土地面积的太阳光照是一定的，不同收集方法收集到的太阳能数量却不一样。因为太阳斜射的时间多于直射的时间，单一水平面吸收的太阳能一定少于一个立方体吸收的太阳能。解决第一个问题的办法就是利用立方体顶面和两个侧面吸收太阳光。高效利用收集的太阳能将水蒸发成蒸汽就是寻找能将太阳光高效转换成热能的光热材料。最近，朱嘉课题组在国际上首次利用金属纳米等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化，其能量传递效率约90%，该材料具有超宽太阳光谱高光吸收效率，在400～2500纳米太阳光谱范围内平均吸收效率大于96%，而且材料制备成本低廉。这种紧密排列的金属纳米颗粒薄膜漂浮在海水表面，纳米颗粒的局域等离激元增强效应则使得膜液交界面的表层海水快速升温，产生淡水蒸汽，而膜上的多孔结构又为蒸汽逃逸提供了有效的通道。这种新材料圆满解决了第二个问题。太阳能使表层海水快速升温产生淡水蒸汽，必然导致表层海水温度高于下层海水温度。用下层海水冷凝蒸汽，在获得淡水的同时加热下层海水，热量被回收利用。如果找到实现这个技术构想的可行方案，第三个问题也就迎刃而解了。综合解决了上述三个问题的太阳能海水淡化装置，必然能解决沿海地区和海岛淡水供应问题。
遗憾的是，这样的太阳能海水淡化装置至今还没有出现。

发明内容
本发明的目的是提供一套综合解决太阳能吸收、海水蒸发、蒸汽热量回收等问题的太阳能海水淡化技术方案，设计出一种只用太阳能作能源的海水淡化装置。
为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括海水蒸发罐、侧面加热板、冷凝管、淡水收集管、淡水罐、海水流入管、水面加热板、浓盐水排出阀。其特征在于：海水蒸发罐为四方形罐。海水蒸发罐有不相邻的两个侧面和顶面由透明材料构成，称为透明侧面和透明顶面。其余两个侧面称为非透明侧面。透明侧面内侧安装侧面加热板。侧面加热板由光热材料制成。两侧面加热板之间安装冷凝管。冷凝管是内部有很多换热管的中空柱体。冷凝管进口正对透明顶面而不接触到透明顶面，冷凝管出口接通淡水收集管。淡水收集管出口接淡水罐。海水流入管经非透明侧面与海水蒸发罐连通。海水流入管进口高度决定海水蒸发罐最高水位。海水流入管进口高度低于冷凝管进口高度。水面加热板浮在水面上。水面加热板由光热材料和轻质材料制成。浓盐水排出阀安装在海水蒸发罐底面下。
所述海水蒸发罐内垂直于透明侧面设置多道隔离墙，将海水蒸发罐内部空间分隔成多个底部连通的空间。各个空间的大小没有特定限制。每个空间内都安装冷凝管、侧面加热板和水面加热板。所有冷凝管都由海水蒸发罐底部的淡水收集管连通。海水流入管经非透明侧面与海水蒸发罐连通。浓盐水排出阀安装在靠近另一非透明侧面的海水蒸发罐底面下。
所述水面加热板由上下两层组合而成。上层是光热材料，下层是轻质材料。轻质材料是密度小的物质或有封闭内部空间的物体。确保水面加热板随水面升降始终浮在水面上。
本发明的优点在于：一是最大限度地利用了整套装置的外表面吸收太阳光，在装置的侧面和顶面加热海水，致使侧面和水面附近海水温度高于冷凝管温度，海水的蒸发冷凝能在较小的空间内完成，装置结构紧凑；二是装置在常压下运行，安全可靠；三是完全没有电力消耗，只要注入海水，仅消耗太阳能一种能量，就能够源源不断产出淡水；四是操作简便 ，适时加注海水、转运淡水、排放浓盐水即可；五是设备结构简单，制造成本低，维护费用少，使用寿命长。

附图说明
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明太阳能海水淡化装置图；
图2是本发明水面加热板与冷凝管位置关系图。
图中，1、透明顶面，2、透明侧面，3、浓盐水排出阀，4、淡水罐，5、淡水收集管，6、海水流入管，7、冷凝管进口，8、换热管，9、冷凝管，10、轻质材料，11、光热材料。

具体实施方式
本实施例是具有六个冷凝管的太阳能海水淡化装置。图1是本实施例的装置图。其海水蒸发罐被分隔成六个底部连通的空间，各空间容积依次缩小。透明顶面1、透明侧面2及侧面加热板也被分成面积依次递减的六部分。浓盐水排出阀3安装在容积最大的空间底面下。海水流入管6经非透明侧面连通海水蒸发罐。六个冷凝管分置于相应的六个空间内。淡水收集管5在海水蒸发罐底部连通六个冷凝管后，穿过非透明侧面通至淡水罐4。冷凝管是内部有很多换热管8的中空柱体。冷凝管进口7正对透明顶面1而不接触到透明顶面1。海水流入管进口高度决定海水蒸发罐最高水位。海水流入管进口高度低于冷凝管进口7高度。水面加热板浮在水面上。水面加热板由光热材料11和轻质材料10制成。图2是水面加热板与冷凝管位置关系图，图中轻质材料10是两个空心物体。整套装置水平放置，两透明侧面正对东西两个方向。
本发明的工作过程是：关闭浓盐水排出阀3，经海水流入管6注入海水至最高水位。上午太阳光主要照在正对东方的透明侧面上，其后的侧面加热板吸收阳光，加热海水，海水吸热向上流动到水面蒸发；少量阳光照在透明顶面上，其后的水面加热板吸收阳光，加热海水，海水吸热蒸发。所产生的蒸汽经冷凝管进口7进入冷凝管内，在冷凝管内壁和换热管上冷凝成淡水,放出潜热。淡水经淡水收集管5流入淡水罐4。放出的潜热加热海水而被回收利用。随着时间推移，照射透明侧面的阳光逐步减少，照射透明顶面的阳光逐步增多。侧面加热板和水面加热板吸收的阳光此消彼涨。正午以后，阳光照射透明顶面和正对西方的透明侧面。海水不断蒸发，然后冷凝成淡水流入淡水罐4。海水蒸发罐内的水位相应下降。转运淡水，补充海水到到最高水位。为第二天淡水生产作好准备。如此运行几天，打开浓盐水排出阀3，放掉部分浓盐水后再补充海水，防止盐沉积。

图1

图2

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注意事项
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技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
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