一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置制造方法及图纸

技术编号:15779636 阅读:249 留言:0更新日期:2017-07-08 21:44
本发明专利技术公开了一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置,属于太阳能聚光发电及海水淡化技术领域。主要装置包括柔性充气式聚光器、充气阀、太阳能电池板、通气汇水器、冷凝器、导管、进排气阀、淡水储蓄箱。充气式聚光器充满气体后成复合抛物面型且其夹层内壁与气体相接处一侧镀反射膜。光线进入水下经聚光器内表面反射或全反射后汇集于太阳能电池板发电。电池板背面海水受热后在冷凝器下方自由液面处产生蒸汽。蒸汽经通气汇水器上细通孔进入冷凝器内壁冷凝,凝结淡水在重力作用下沿通气汇水器上槽道,经连接通气汇水器和淡水储蓄箱的导管进入淡水储蓄箱。本发明专利技术充分利用广阔海水下的光能,解决水下潜航器以及人员的用电和用水难题。

Inflatable underwater solar concentrator power generation and sea water desalination composite device

The invention discloses an inflatable underwater solar concentrator power generation and seawater desalination composite device, belonging to the technical field of solar energy concentrating power generation and sea water desalination. The main apparatus includes a flexible inflatable inflatable valve, condenser, solar panels, ventilation condenser, catchment conduit, into the exhaust valve, water saving box. The inflatable concentrator is filled with gas to form a composite parabolic surface, and the inner wall of the interlayer is coated with a reflecting film on one side of the gas. The light enters the water and is reflected or reflected on the inner surface of the condenser, and is gathered on the solar panel to generate electricity. When the sea water is heated behind the panel, the steam is generated at the free surface below the condenser. The steam is fine through holes for ventilation catchment into the condenser wall condensation, condensation under the action of gravity along the ventilation device channel water catchment, connected by a conduit for ventilation and water catchment deposit box into water saving box. The invention makes full use of the vast sea of light, to solve the underwater vehicle and personnel of electricity and water problems.

【技术实现步骤摘要】
一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置所属
本专利技术太阳能聚光发电与海水淡化利用
具体地说是一种充气式水下太阳能聚光器与太阳能电池板以及蒸馏式海水淡化装置相结合的新型结构。
技术介绍
太阳是地球的生命之源,每天大约5.5×1021kJ太阳能到达地球。如此巨大的能量大部分被占地球表面积的71%海洋吸收。而现有的利用太阳能的装置设计时,往往只考虑在陆地上如何安装使用,因而对于海洋来说这些装置并不适用,这就造成了海洋里的太阳能被大量的白白浪费。近年来,人类有向海洋发展的趋势,对海洋的探索越来越多,不但水上航行器日益增多,而且随着人们对水下探索的逐渐深入,水下潜航器或者水下工作装置也日益增多,因此潜航器或者水下工作装置的能量补给以及生活用水问题也逐渐摆在了人们的面前。目前,人们为潜航器等装置充电或补充能量,主要依靠基站或者补给船的方式进行,而这大大限制了潜航器的活动空间。如果能够就近利用自然的能量为潜航器充电,显然是非常有意义的。在海洋中,自然的能量也有很多,比如有海水的温差能、海洋流动能、潮汐能以及海面上丰富的太阳能等。然而,海洋的温差大约只有25℃左右,加之温差发电效率很低,因此利用温差发电为潜航器提供较大电力似乎不可行;利用海洋流动能和潮汐能发电,效率可以较高,但需要庞大的装置,这对潜航器的有限空间来说携带如此庞大的装置是不允许的。由于水下太阳光的密度已经变得很低,如果采用普通的光伏电池发电,将需要很大的电池面积,这是条件不允许的,也是没有必要的。我们可以将水下的太阳光聚集起来,实现水下聚光,减少电池的使用量。此外,我们还可以利用太阳能电池板产生的余热来加热海水,从而达到蒸馏海水产生淡水。这种复合装置既实现太阳能热电的综合利用,提高太阳能利用率又解决了水下潜航器上人员的用电和用水难题。因此,研究水下聚光装置就变得十分必要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种将充气式聚光器、太阳能电池组和蒸馏法海水淡化系统相结合的装置,利用太阳能发电和生产淡水。该复合装置在海水下工作,所以海上大风对系统运行影响比较小,抵抗恶劣天气性能强。充气式聚光器内壁内侧镀有反射膜并且由于内壁外侧的海水折射率大于内部空气折射率,这使得即使有部分光线透过反射膜只要其入射角大于临界角将发生全反射,这种利用了反射和全反射汇聚光线的聚光器提高了对进入光线利用率。非工作状态时,通过将柔性充气式聚光器夹层中气体放出,聚光器可折叠变小,使得整个系统便于携带及存储。整个系统不仅利用太阳能产生电能,还利用了电池板发电过程中产生的余热来蒸馏淡化海水,提高系统的能量利用率。一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化的复合装置,主要装置包括柔性充气式聚光器、充气阀、太阳能电池板、通气汇水器、冷凝器、导管、进排气阀、淡水储蓄箱。本专利技术所采用的技术方案和工作原理是:柔性充气式聚光器可充入不同质量的气体以适应不同深度水下压力,而柔性充气式聚光器内部大量的具有通孔限位隔膜可以限制聚光器两个外表面的相对位置以保证聚光器在充入气体后表面不会过分外凸,从而使其保持合适复合抛物面形状。当倾斜入射或平行于聚光器对称轴的光线进入水下经柔性充气式聚光器镀膜表面反射或多次反射后在太阳能电池板上汇集,由于光伏效应,太阳能电池板将光能转化为电能对外输出;在产生电能的同时,太阳能电池板所产生的余热将从电池板背面导出,从而达到冷却电池板加热海水的目的。由于冷凝器和淡水储蓄箱是由导管相连接,可通过淡水储蓄箱上进排气阀控制冷凝器中的气体量,以使得在冷凝器中形成的自由液面刚好没过太阳能电池板上端且不超过通气汇水器的细通孔的最低点。电池板背面海水受热后将在冷凝器内部的自由液面处产生蒸汽,蒸汽经通气汇水器上的细通孔进入冷凝器。由于冷凝器外壁的海水温度较低,进入冷凝器中的高温蒸汽将在冷凝器的内壁冷凝形成淡水滴。水滴在重力的作用下,沿通气汇水器上槽道流经一端连接淡水储蓄箱的导管,最终汇集到淡水储蓄箱。此外,由于充气式水下聚光器夹层内的气体折射率小于海水的折射率,即使少部分光线透过镀膜的反射面,只要其入射角大于或等于临界角,光线将在其表面发生全反射后在太阳能电池板上汇集,从而防止了这部分光线透过反射面,增大了充气式聚光器的聚光效率,进而提高了整个复合装置的能量利用率。有益效果:(1)本专利技术能量利用率高。本专利技术将太阳能发电和海水淡化技术相结合,使得复合装置系统吸收的太阳能全部被合理利用,提高了系统能量效率。打破了传统装置中太阳能只能发电或产热单一利用模式,做到了热电联合利用。此外,由于柔性充气式聚光器内部为空气,当水下光线入射角大于等于临界角,即使少量透过反射膜的光线也将发生全反射,从而被太阳能电池板接收。这种柔性充气式聚光器通过对入射光线反射和全反射汇集聚光,进一步提高了系统能量利用率。(2)本专利技术充分利用了广阔海洋水下光能,为水下工作装置,例如潜航器、小型潜艇等,提供了续航能源,使其更好地完成水下作业任务,同时还可以解决这些水下工作装置中人员用水难题。(3)本专利技术可以将低能流密度太阳光束汇聚成高能流密度的焦斑,并使得焦点在聚光器下方,实现了反射式顺向聚焦,这样使得接收器可以安装在聚光器的下方,方便了整个系统装置的设计和安装。而且在非工作状态时,柔性充气式聚光器可通过放气来减小其体积,从而使得整个系统变得简便,易于携带与存储。(4)本专利技术装置结构紧凑,制造成本低,运行稳定,维护费用少,使用寿命长,可以规模化应用。整套装置所有部件包括柔性充气式聚光器、太阳能电池板、通气汇水器、冷凝器以、导管、淡水储蓄箱以及进排气阀门。这些部件规则的布置在一个区域,使得整个装置非常紧凑。系统各个部件易于加工和标准化生产,制造成本低。整个系统是在水下运行,可以抵抗海上大风等恶劣天气,系统运行稳定,维护费用小,系统使用寿命长。本装置可以通过排列组合布置于海面下,形成大规模发电和生产淡水系统,从而实现了海下太阳能光伏和海水淡化的低成本、规模化应用。(5)本专利技术提出了一种新型充气式水下聚光器概念。根据不同深度水下压力,充气式聚光器内部充入合适质量气体,在其内部限位隔膜作用下,聚光器将形成复合抛物面型并在聚光器内壁与气体相接触的一侧镀反射膜。水下入射光线经反射和全反射的运行方式被汇集在接收器上。这种水下柔性充气式聚光器将为以后的聚光器设计提供一种新方向,同时也为水下太阳能利用提供新思路。附图说明图1为本专利技术结构示意图;图2为本专利技术光路运行原理图;图3为本专利技术运行原理图;图4为本专利技术充气式具有通气孔水平限位隔膜的柔性充气式聚光器的实施例图5为本专利技术冷凝器中带有热虹吸冷凝管实施例;图6为本专利技术仅用来发电装置的实施例;图7为本专利技术三维槽式聚光器实施例;图8为分别为旋转体式和槽式系统串联规模化应用实施例;其中,1—柔性充气式聚光器;2—具有通气孔的限位隔膜;3—反射膜;4—充气阀5—太阳能电池板;6—通气汇水器;7—细通孔;8—槽道;9—冷凝器;10—淡水储蓄箱;11—进排气阀;12—导管13—平行且远离对称轴光线;14—平行且靠近对称轴光线;15—透过反射膜光线;16—对称轴;17—倾斜入射光线;18—淡水滴;19—自由液面;20—具有通气孔的水平限位隔膜;21—热虹吸冷凝盘管;22—保温层;23—热虹吸冷凝盘管进口;24—本文档来自技高网
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一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置

【技术保护点】
一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置,其特征在于:其结构由柔性充气式聚光器(1)、充气阀(4)、太阳能电池板(5)、表面分布有细通孔(7)和汇水槽道(8)的通气汇水器(6)、冷凝器(9)、淡水储蓄箱(10)、导管(12)、进排气阀(11)组成。其中所述的太阳能电池板(5)下部与柔性充气式聚光器(1)底部相连,其上部和冷凝器(9)紧密连接。通气汇水器(6)外边缘与冷凝器(9)内壁面紧密相连,其内边缘与导管(12)的上端相连接。淡水储蓄箱(10)的进口与导管(12)的下端相连接。

【技术特征摘要】
1.一种充气式水下太阳能聚光发电及海水淡化复合装置,其特征在于:其结构由柔性充气式聚光器(1)、充气阀(4)、太阳能电池板(5)、表面分布有细通孔(7)和汇水槽道(8)的通气汇水器(6)、冷凝器(9)、淡水储蓄箱(10)、导管(12)、进排气阀(11)组成。其中所述的太阳能电池板(5)下部与柔性充气式聚光器(1)底部相连,其上部和冷凝器(9)紧密连接。通气汇水器(6)外边缘与冷凝器(9)内壁面紧密相连,其内边缘与导管(12)的上端相连接。淡水储蓄箱...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵云胜郑宏飞张翔崔丹丹
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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