一種基於聚光的微腔體式太陽能海水淡化單元的製作方法
2023-10-24 12:52:58
本發明涉及一種基於聚光的微腔體式太陽能海水淡化單元,屬太陽能集熱、海水淡化和水處理技術領域。
背景技術：
太陽能是極其重要的綠色能源，其取之不盡，用之不竭，有極大的利用價值。而我國人均淡水資源不足以及水資源汙染問題也日益嚴重。節約和保護水資源，已不是解決水資源匱乏的唯一出路。利用太陽能進行海水淡化有希望成為一個新的選擇，具備重大的國家戰略意義。
目前海水淡化技術有多種，傳統技術有反滲透法、電滲析法、露點蒸發法，然而這些方法具有成本過高、能耗大、使用壽命段等缺陷，直接影響了海洋經濟發展的進程。利用太陽能直接進行海水淡化成本低廉，節能又環保。如果能提供一種裝置利用太陽能在海面上直接進行海水淡化，無疑具有重大的經濟意義。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供一種基於聚光的微腔體式太陽能海水淡化單元，強化了蒸發與冷凝過程，完全利用天然能量在海面直接生產淡水。
一種基於聚光的微腔體式太陽能海水淡化單元，包括有殼體、三稜柱聚光器、蒸發腔、冷凝腔、透明板、多孔網格板、吸水材料和儲水罐；所述三稜柱聚光器可採用透明材料製作，底部與透明板重疊接觸，長度與殼體等長；所述吸水材料可採用薄層海綿。
各組元連接關係如下，殼體由兩個側板，兩個端蓋和透明板構成，其中透明板構成殼體的頂部；三稜柱聚光器固定連接於透明板上方，且三稜柱聚光器底部與透明板重疊；蒸發腔即為殼體，多孔網格板與支撐豎板所構成的空間；冷凝腔即為多孔網格板，支撐豎板，兩側端蓋與底板所構成的空間；支撐豎板垂直固定連接於底板，多孔網格板連接於兩側支撐豎板上邊緣和兩邊端蓋內側，且與透明板平行；吸水材料固定附著在支撐豎板和多孔網格板外側；位於多孔網格板上的吸水材料與網孔對應處開通相應氣孔；冷凝腔的底部外連接一個儲水罐。
本發明的工作原理：裝置整體置於海面上，太陽光11透射進入三稜柱聚光器1，當再從聚光器射出外界時，若入射角大於布魯斯特角的角度，太陽光11會發生全反射，部分太 陽光11將在聚光器內部反射，再透過透明板2聚集在蒸發腔3內。並加熱多孔網格板10上的吸水材料8，溫度升高，吸水材料8內含的海水將蒸發，形成蒸汽。
吸水材料8通過虹吸作用將海水引入蒸發腔3區域蒸發；經過一段時間，吸水材料8上部濃度大的海水下降，下部濃度低的海水上升，使得海水不斷得到補充；吸水材料8上部和下部的海水不停的對流稀釋，使得上部海水蒸發之後不會結晶；夜間，這種現象更加明顯。
海水蒸發之後，水蒸氣經氣孔從蒸發腔3進入冷凝腔4。水蒸氣在冷凝腔4內與外界冷海水12換熱，在冷凝腔4底部以及內壁冷凝生成冷凝液滴13，冷凝液滴13經冷凝腔4內壁滑落，儲存於與冷凝腔4底部連接的儲水罐5。
本裝置的主要優點在於：
1、淡化海水所需的能源全部來自太陽能，採用能量直接利用的方式，簡化了裝置結構的同時還提高了能源利用效率，運行成本低廉；
2、產品體積可大可小，可以單個使用應用於家庭場所，也可以多個排列組合規模化應用於海水淡化廠，或者海島以及沿海居民聚居區；
3、由於水從水蒸汽中冷凝得到，可直接達到飲用水品級，人畜可直接飲用，也可用於海上種植業等；
4、本裝置結構緊湊，採用全反射聚光原理，聚光效率高，提高了裝置的產水效率。海水蒸發後，吸水材料可實現上部濃度較高的海水與下部濃度較低的海水對流稀釋，避免了鹽的析出，利用裝置的持續使用，保養方便。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為本發明的整體結構示意圖；
圖2為本發明的運行原理示意圖；
圖3為本發明改變冷凝腔以及蒸發腔結構的實施例示意圖；
圖4為本發明把三稜柱聚光器改為風帆式結構聚光器的實施例示意圖；
圖5為由多個本發明排列組合在一起的示意圖。
圖中附圖標記表示為：
1—三稜柱聚光器、2—透明板、3—蒸發腔、4—冷凝腔、5—儲水罐、6—支撐豎板、7—殼體、8—吸水材料、9—氣孔、10—多孔網格板、11—太陽光、12—海水、13—冷凝液滴、14—固定錨、15—風帆式結構聚光器、16—支撐斜板、17—底板、18—側板、19—端 蓋。
具體實施方式
基於本專利的特點，下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
如圖1所示，一種基於聚光的微腔體式太陽能海水淡化單元的整體結構圖。包括有殼體7、三稜柱聚光器1、蒸發腔3、冷凝腔4、透明板2、多孔網格板10、吸水材料8和儲水罐5；所述三稜柱聚光器1可採用透明材料製作，底部與透明板2重疊，長度與殼體7等長；所述吸水材料8可採用薄層海綿。
各組元連接關係如下，殼體7由兩個側板18，兩個端蓋19和透明板2構成，其中透明板2構成殼體7的頂部；三稜柱聚光器1固定連接於透明板2上方，且三稜柱聚光器1底部與透明板2重疊；蒸發腔3即為殼體7，多孔網格板10和支撐豎板6所構成的空間；冷凝腔4即為多孔網格板10，支撐豎板6，兩側端蓋19和底板17所構成的空間；支撐豎板6垂直固定連接於底板17，多孔網格板10連接於兩側支撐豎板6上邊緣和兩邊端蓋19內側，且與透明板2平行；吸水材料8固定附著在支撐豎板6和多孔網格板10外側；位於多孔網格板10上的吸水材料8與網孔對應處開通相應氣孔9；冷凝腔4的底部外連接一個儲水罐5。
如圖2所示，當太陽光11射入三稜柱聚光器1時，滿足全反射條件的入射光線在三稜柱聚光器1內發生一次全反射，透過透明板2聚集在蒸發腔3，並加熱多孔網格板10上的吸水材料8，內含海水受熱蒸發，形成蒸汽。
吸水材料8通過虹吸作用將海水引入蒸發腔3區域蒸發；經過一段時間，吸水材料8上部濃度大的海水下降，下部濃度低的海水上升，使得海水不斷得到補充；吸水材料8上部和下部的海水不停的對流稀釋，使得上部海水蒸發之後不會結晶；夜間，這種現象更加明顯。
海水蒸發之後，水蒸氣經氣孔從蒸發腔3進入冷凝腔4。水蒸氣在冷凝腔4內與外界冷海水12換熱，在冷凝腔4底部以及內壁冷凝生成冷凝液滴13，由於重力作用冷凝液滴13經冷凝腔4內壁滑落，儲存於與冷凝腔4底部相連接的儲水罐5。
圖3所示的一個實施例中，殼體7內只有一側擁有支撐豎板6。支撐斜板16與該側支撐豎板6固定連接，並在連接處開有1至多個氣孔9。當太陽光11射入三稜柱聚光器1時，滿足全反射條件的入射光線在三稜柱聚光器1內發生一次全反射，透過透明板2聚集在蒸發腔3，並加熱支撐斜板16上的吸水材料8，內含海水受熱蒸發，形成蒸汽。海水蒸發之後，上升，水蒸氣在蒸發腔3與冷凝腔4之間，經氣孔9不斷循環。水蒸氣在冷凝腔4內 與外界冷海水12換熱，在冷凝腔4底部以及內壁冷凝生成冷凝液滴13，由於重力作用冷凝液滴13經冷凝腔4內壁滑落，儲存於與冷凝腔4底部相連接的儲水罐5。
圖4所示的一個實施例中，聚光器可採用風帆式結構聚光器15，風帆式結構可以有效增大裝置的受光面積，提高裝置蒸發腔內海水的蒸發效率。同時裝置可放在海中用固定錨14定位或可隨船而行。
圖5所示的實施例中，將多個裝置排列組合連接在一起使用，可大規模運用於海浪較小的海灣區域或者鹹水湖等區域。也可在裝置上部的空餘區域，種植一些非含鹽基質的淡水植物。保存在儲水罐5內的生成淡水，可為植物提供水源。