半浸没式太阳能海水淡化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种半浸没式太阳能海水淡化系统，属于太阳能集热和海水淡化领域。本发明专利技术由菲涅尔镜、曲面透光膜、透光薄板、真空管、冷凝管、集水瓶等构成。本淡化系统工作时，太阳光被菲涅尔镜汇聚到海面上，并经两次折射后被真空管内侧壁面的黑色吸收涂层吸收，产生的热量用来加热真空管内的海水并使之蒸发，产生的蒸气在冷凝管表面冷凝得到淡水。另外，冷凝放出的热量用来加热冷凝管内部的海水并使之蒸发，产生的蒸气从冷凝管出口进入到由透光膜和透光薄板形成的冷凝腔中冷凝，再次得到淡水，用户可通过集水瓶上的单向阀直接收集淡水。本发明专利技术半浸没式淡化系统可直接漂浮于海面上，并采用双效蒸发结构，能够高效地实现海水淡化。

Semi submerged solar desalination system

The invention discloses a semi submerged solar sea water desalination system, belonging to the solar energy collection and heat sea desalination field. The invention is composed of a Finel mirror, a curved transparent film, a light transmitting plate, a vacuum tube, a condensing tube, a water collecting bottle, etc.. The desalination system work, the sun light is converged to the Fresnel lens on the surface of the sea, and after two times of refraction after vacuum tube inner wall surface of the black absorbing coating absorption, heat generated by the heating vacuum tube used to evaporate water and the vapor generated in the condenser tube surface condensation to fresh water. In addition, the condensation heat of evaporation for internal heating water condensing tube and the vapor generated from the condenser tube outlet into the condensation condensation cavity formed by a transparent film and a transparent sheet, again to get fresh water, the user can set the one-way valve on the water bottle to collect water directly. The semi submerged desalination system of the invention can be directly floated on the sea surface, and the double effect evaporation structure can be used to effectively realize desalination of sea water.

【技术实现步骤摘要】
半浸没式太阳能海水淡化系统
专利技术涉及一种半浸没式太阳能海水淡化系统，属于太阳能集热、海水淡化

技术介绍
淡水作为人类生活中不可缺少的重要资源，特别是在沿海地区，越来越受到人们的重视。海水淡化技术是我们获取淡水资源的重要手段，而太阳能海水淡化技术则是一种新兴的海水淡化技术。目前太阳能海水淡化技术主要分为两大类，一类是采用反渗透技术的膜法淡化系统，另一类是利用蒸馏技术的热法淡化系统。其中，目前的反渗透技术主要是利用光热或光伏发电来为系统中的泵提供动力，但是反渗透法需要更严格的海水预处理，所以更易受环境的影响，而且膜的寿命不长，维持费用高，同时大量废热废水也对环境造成了一定的影响；另一类利用蒸馏技术的热法淡化系统一般用集热器来提高集热效率以增加产水量。因此，利用太阳能海水淡化技术生产淡水是一种环保又节能的途径，但是现有的太阳能海水淡化装置存在下面4个明显的缺陷；(1)如利用太阳能电池或集热器，制造成本高，不利于推广。(2)装置中的海水存量大，热惰性高，降低了系统效率且不利于装置升级。(3)装置中的原水从海上提取，耗费了一定的能量。(4)装置吸收太阳能需要较大的接收面积，土地使用成本太高；因此，克服上述4个缺陷，并且强化蒸发和冷凝过程，是提高太阳能海水淡化装置性能的主要方向。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了一种半浸没式太阳能海水淡化系统，该装置直接漂浮于海面上，利用太阳光且采用双效蒸发技术生产淡水。一种半浸没式太阳能海水淡化系统，包括球冠式菲涅尔镜、曲面透光膜、透光薄板、异形真空管、冷凝管、集水槽、输水管、集水瓶、单向阀；其中，球冠式菲涅尔镜的上表面为球面，纵截面呈圆弧形；曲面透光膜为光滑的曲面透明薄膜；透光薄板为圆形薄板，圆心位置处有一个直径与冷凝管直径相等的中心孔，中心孔的外边有一个正好能固定异形真空管的圆环孔，远离圆心的一侧有一个尺寸与集水瓶口径相同的出水孔；异形真空管由内外两层管构成，管层之间抽真空，中心部分为通孔。异形真空管上部的两层管均为圆柱结构，下部是由内侧圆柱、外侧球体围成的异形结构，并且下部的内侧圆柱面上涂有黑色吸收涂层。另外，异形真空管球体结构的上方还有一个孔径略大于输水管的进水孔；集水槽为带有出水孔的圆环状结构，固定于冷凝管表面且略高于异形真空管内水面的位置；冷凝管为下部包有保温层的圆柱管；集水瓶为颈部带有进水孔的长颈圆底烧瓶。透光薄板漂浮在海面上，球冠式菲涅尔镜与曲面透光膜固定在透光薄板表面，并且曲面透光膜处在球冠式菲涅尔镜和透光薄板之间的中部位置。透光薄板的中心孔、圆环孔与出水孔分别固定冷凝管、异形真空管和集水瓶，其中，冷凝管和真空管的管口位置均略高于透光薄板，集水瓶的瓶口则与透光薄板平齐。输水管通过异形真空管的出水口连接集水槽的出水口和集水瓶的进水口。工作原理：本系统工作时，球冠式菲涅尔镜将太阳光汇聚到海面上，在空气-海水界面发生折射，并以一个很小的入射角照射到异形真空管球形外表面上，由于此时的入射角小于光线从海水进入异形真空管表面的全反射角，光线会继续折射到异形真空管内部，被异形真空管内壁面的黑色吸收涂层吸收。吸收的能量用来加热异形真空管内部的海水并使之蒸发，产生的蒸气在冷凝管外壁冷凝得到淡水并滑落到集水槽内，最后经由输水管收集到集水瓶中。另外，蒸气在冷凝管外壁冷凝时放出的潜热用来加热冷凝管内部的海水并使之蒸发，产生的蒸气进入到曲面透光膜和透光薄板所围成的冷凝腔中，并在曲面透光膜下表面和透光薄板上表面冷凝再次得到淡水，最终汇集到集水瓶中。装置说明：曲面透光膜做成曲顶结构是为了让在其表面冷凝的淡水从两端滑落并收集到集水瓶中，以防止淡水滴落回冷凝管内的海水中；冷凝管和异形真空管的上端均高于透光薄板是为了防止冷凝管中的海水污染透光薄板表面的淡水，且为了防止异形真空管内的水蒸气与其正上方透光薄板上的冷凝水进行热交换，这种情况下，在透光薄板下表面上且处于异形真空管内的地方会有水蒸气凝结，产生的淡水有一部分会滴落回真空管内的海水中，降低产水率；异形真空管下方做成球形结构是为了让光线进入其表面时的入射角小于全反射角，使光线能够进入其中，并被内侧壁面的黑色吸收涂层吸收；异形真空管球形结构上方的进水孔是为了使海水进入到异形真空管中且水面略高于进水孔的位置；用户可通过集水瓶底部的单向阀取出淡水。进一步的，为简化装置，节省成本，取消冷凝管、集水槽和输水管，装置只采用单效蒸发结构。光线经球冠式菲涅尔镜汇聚以及在海面和异形真空管外表面发生折射后被异形真空管内侧壁面的黑色吸收涂层吸收，吸收太阳光所得到的能量用以加热异形真空管内的海水并使之蒸发，产生的蒸气进入冷凝腔并在曲面透光膜下表面和透光薄板上表面冷凝，冷凝产生淡水并汇集到集水瓶中。进一步的，为实现大规模产水，改用圆柱面菲涅尔镜代替球冠式菲涅尔镜，并将聚光集热系统与蒸发系统分开布置。整个淡化系统包括圆柱面菲涅尔镜、圆柱真空管、左右保温管、隔热厚板、冷凝管、集水槽、输水管、集水瓶、球面透光膜、漂浮材料、单向阀。其中，圆柱面菲涅尔镜是截面呈圆弧形的长条状菲涅尔镜；圆柱真空管由内外两层圆管构成，管层之间抽真空，内管的上半部分弧面上涂有黑色吸收涂层；左侧保温管的左端向下弯折并与海水相通，右端与圆柱真空管相连；右侧保温管的左端与圆柱真空管相连，右端向上弯折并形成竖直圆筒结构，其中部位置开有两个进水孔，其顶部还固定有一半径与之相等的圆形隔热厚板，隔热厚板的圆心处开有一中心孔，中心孔附近还开有一小孔径的出水孔；出水孔处固定有一单向阀，并只在水从上向下经过它时打开，不允许气体从下向上流过；另外，在隔热厚板的上表面固定有一球面透光膜，它是截面形状为优弧、开口向下的部分球体结构，且其开口正好将隔热厚板表面上的中心孔和出水孔完全包含；在隔热厚板的中心孔内固定有一冷凝管，冷凝管上端略高于海平面、下端向右弯折并与右侧保温管中部偏下的出水孔固定连接。在冷凝管的外部，且低于右侧保温管中水面的部分均套有保温层；在冷凝管外侧固定有一带出水孔的集水槽，其位置略高于右侧保温管内部水面的位置。圆柱面菲涅尔镜通过固定在漂浮材料中而漂浮在海面上，圆柱真空管处于圆柱面菲涅尔镜正下方的水中，左右两端分别与保温管固定连接。右侧保温管的上端固定有隔热厚板，并靠固定在隔热厚板上表面的球面透光膜漂浮在海面上。其中，球面透光膜完全包含隔热厚板上的中心孔和出水孔。另外，插入右侧保温管内部的冷凝管通过隔热厚板上的中心孔以及右侧保温管下部位置的出水孔固定，并且其上端略高于海平面。在冷凝管的外侧固定有一位置略高于右侧保温管内水平面的集水槽，集水槽上有一出水孔，一根经过右侧保温管上部出水口的输水管连接集水槽上的出水孔和集水瓶。有益效果1、本专利技术半浸没式淡化装置无需其他固定可直接放置在海面上，产水方便，集水简单。2、本专利技术实现了能量的双效利用，充分使用了水蒸气冷凝时的潜热，使得装置产水率提高。3、由于在相同的聚光面积下，圆柱面菲涅尔镜有着比球冠式菲涅尔镜更小的体积，所以采用圆柱面菲涅尔镜聚光能够使得在不大幅度增加装置体积的情况下实现大面积规模化产水。附图说明图1为本专利技术半浸没式太阳能海水淡化系统示意图。图2为本专利技术简化装置的实施例示意图。图3为本专利技术将球冠式菲涅尔镜改成圆柱面菲涅尔镜、并将聚光集热系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半浸没式太阳能海水淡化系统，其特征在于，包括球冠式菲涅尔镜(2)、曲面透光膜(3)、透光薄板(4)、异形真空管(5)、外壁固定有集水槽(8)的冷凝管(15)、输水管(11)、底部带有单向阀(18)的集水瓶(13)。其中，所述球冠式菲涅尔镜(2)的上表面为球面，纵截面呈圆弧形；所述曲面透光膜(3)为光滑的曲面透明薄膜；所述透光薄板(4)为导热性能良好的圆形透光薄板，圆心位置处有一个直径与冷凝管(15)直径相等的中心孔(14)，中心孔(14)的外边有一个能固定异形真空管(5)的圆环孔(16)，远离圆心的一侧有一个尺寸与集水瓶(13)口径相同的出水孔(17)；所述异形真空管(5)由内外两层管构成，管层之间抽真空，中心部分为通孔。真空管(5)上部的两层管均为圆柱结构，下部是由内侧圆柱、外侧球体围成的异形结构，并且下部的内侧圆柱面上涂有黑色吸收涂层(6)。另外，异形真空管球体结构的上方还有一个孔径略大于输水管(11)的进水孔(10)；所述集水槽(8)为带有出水孔(9)的圆环状结构，固定于冷凝管(15)的外表面且略高于异形真空管(5)内水面的位置；所述冷凝管(15)为下部包有保温层(7)的圆柱管；所述集水瓶(13)为颈部带有进水孔(12)的长颈圆底烧瓶。所述透光薄板(4)漂浮在海面上，球冠式菲涅尔镜(2)与曲面透光膜(3)固定在透光薄板(4)表面，并且曲面透光膜(3)处在球冠式菲涅尔镜(2)和透光薄板(4)之间的中部位置。透光薄板(4)的中心孔(14)、圆环孔(16)与出水孔(17)分别固定冷凝管(15)、异形真空管(5)和集水瓶(13)，其中，冷凝管(15)和真空管(5)的管口位置均略高于透光薄板(4)，集水瓶(13)的瓶口则与透光薄板(4)平齐。输水管(11)通过真空管(5)的出水孔(10)连接集水槽(8)的出水孔(9)和集水瓶(13)的进水孔(12)，集水瓶(13)底部连接单向阀(18)。...

【技术特征摘要】
1.一种半浸没式太阳能海水淡化系统，其特征在于，包括球冠式菲涅尔镜(2)、曲面透光膜(3)、透光薄板(4)、异形真空管(5)、外壁固定有集水槽(8)的冷凝管(15)、输水管(11)、底部带有单向阀(18)的集水瓶(13)。其中，所述球冠式菲涅尔镜(2)的上表面为球面，纵截面呈圆弧形；所述曲面透光膜(3)为光滑的曲面透明薄膜；所述透光薄板(4)为导热性能良好的圆形透光薄板，圆心位置处有一个直径与冷凝管(15)直径相等的中心孔(14)，中心孔(14)的外边有一个能固定异形真空管(5)的圆环孔(16)，远离圆心的一侧有一个尺寸与集水瓶(13)口径相同的出水孔(17)；所述异形真空管(5)由内外两层管构成，管层之间抽真空，中心部分为通孔。真空管(5)上部的两层管均为圆柱结构，下部是由内侧圆柱、外侧球体围成的异形结构，并且下部的内侧圆柱面上涂有黑色吸收涂层(6)。另外，异形真空管球体结构的上方还有一个孔径略大于输水管(11)的进水孔(10)；所述集水槽(8)为带有出水孔(9)的圆环状结构，固定于冷凝管(15)的外表面且略高于异形真空管(5)内水面的位置；所述冷凝管(15)为下部包有保温层(7)的圆柱管；所述集水瓶(13)为颈部带有进水孔(12)的长颈圆底烧瓶。所述透光薄板(4)漂浮在海面上，球冠式菲涅尔镜(2)与曲面透光膜(3)固定在透光薄板(4)表面，并且曲面透光膜(3)处在球冠式菲涅尔镜(2)和透光薄板(4)之间的中部位置。透光薄板...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝子夜，郑宏飞，陶涛，马兴龙，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11