基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器制造技术

本发明专利技术公开了属于太阳能辅助海水淡化领域的基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器。所述装置包括适用于环形菲涅尔聚光器的新型蒸馏器以及配套的固定系统、水路系统、潜热回收系统等。此新型蒸馏器以环形菲涅尔式聚光器的聚光特点进行设计，主要包括蒸馏器及配套热系统的设计；蒸馏器特点在于光线入口处面积较小，内部腔体可以进行充分的光线吸收，此外蒸馏器内部材质可由多种材质组合而成，可进行传热以及房腐蚀方面的优化；热系统主要是蒸馏器的潜热回收系统，由于蒸馏器冷凝板部位并非透光状态，因此可以进行潜热的回收，提高蒸馏器的热利用率。提高蒸馏器的热利用率。提高蒸馏器的热利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器


[0001]本专利技术属于太阳能辅助海水淡化领域，特别涉及到环形菲涅尔聚光器的应用以及满足其聚光特点的蒸馏器的设计。

技术介绍

[0002]随着一次能源消费量的逐年递增，出现了一系列诸如碳排量过高的环境问题，也随之带动了可再生能源高效利用的发展。太阳能作为可再生能源的主要能量形式之一，在目前能源利用趋势越发紧张的情况下，如何实现太阳能的有效利用成为了目前极为重要能源进展难题。目前，限制太阳能利用的研究难点之一为不聚光时，太阳能能流密度较低，利用率也较低，因此聚光器对于太阳能的利用至关重要，而聚光器的光学精度与工艺精度之间存在着较大得差距，现有的加工工艺很难在较低的成本下满足聚光器所需的光学精度，而一旦发生聚光误差，很容易导致设备的损耗以及产生安全问题，而太阳能辅助海水淡化系统由于水的介质的存在，对聚光器追踪精度要求较低，克服了聚光器设备成本较高的缺点，因此太阳能辅助海水淡化在太阳能利用领域有着极高的工程应用前景，同时也对缓解淡水紧缺问题提供了新的解决思路。

技术实现思路

[0003]本专利提出的基于太阳能直接辅助海水淡化的迫切现状，以高倍聚光的形式进行太阳能的高能流密度聚集，以期实现高效的海水蒸馏以及淡水收集。本专利聚光器使用的是环形菲涅尔聚光器，本专利在现有的环形菲涅尔聚光器的基础之上对其光斑形状以及支撑架的结构进行了改进，传统环形菲涅尔聚光器光斑形状呈现高斯分布，均匀度较低，本专利在此基础上调节了光斑中心点光线聚集度，略微降低聚光比的情况下优化了光斑均匀性；同时将支撑架与蒸馏器进行连接，改变追踪电机的固定方式，使光斑在追踪的过程中始终投射于蒸馏器表面顶部透镜中心处。
[0004]蒸馏器内部方面，本专利将蒸馏器分为5个部分，分别为顶部透镜、冷凝板、蒸馏腔体、隔热层、淡水储存室。太阳光有高倍聚光器聚集，经由顶部透镜入射到蒸馏腔体中，由内部的海水以及腔体内壁的吸热材料吸收，对海水进行升温，提高自然蒸发的概率同时，接近海水中水分蒸馏的温度，水蒸气从海水中分离出以后自然上升，一部分被顶部透镜阻隔，另一部分遇到冷凝板在冷凝板表面发生冷凝，形成液滴附着于冷凝板上并在重力的作用下沿着冷凝板进入淡水储存室，最后导出。
[0005]区别于传统的蒸馏器，本专利进光口较小，冷凝板与进光口并未发生功能性重叠，因此可以与冷凝板表面搭建潜热回收系统，利用导热性较好的铜管作为潜热回收的材料，同时涂覆吸热材料对散射太阳光进行收集，一方面提高了水蒸气的冷凝效率，另一方面对盐水进行了预热处理，在系统连续运行的工况下，可以降低系统进水对蒸发率的减弱作用。
[0006]本专利技术的有益效果为：本专利技术的新型蒸馏器适配于环形菲涅尔聚光器，由于点型聚光的小光斑特点，本专利得以实现蒸汽潜热的高效回收利用，同时蒸馏器内部由于小孔
进光，达成了近黑体的效果，光线吸收率极高。
附图说明
[0007]图1为聚光器及蒸馏器的光路及设计原理图。
[0008]图2为潜热回收系统的初代实物模型图。
[0009]1，环形菲涅而反射镜；2，圆形菲涅尔透镜；3，蒸馏器透镜；4，蒸馏器冷凝板；5，蒸馏器隔热层；6，蒸馏器蒸馏腔体；7，淡水存储室；8，潜热回收系统出口；9，潜热回收系统；10，潜热回收系统入口；11，蒸馏器。
具体实施方式
[0010]下面如图和具体实施方式对本专利技术进行进一步说明：如图1所示为蒸馏器内部结构示意图，图2所示为蒸馏器实物模型图，进一步说明主要针对于系统的运行模式，应当指出，本专利技术是基于新型环形菲涅尔聚光器的蒸馏器设计，包括材料改动、聚光器细微调整等轻微改动在本专利技术的权利要求保护中。
[0011]系统的运行模式主要针对于系统的进水系统、聚光系统以及潜热回收系统的运行。
[0012]进水系统即盐水的定时输运，由于蒸馏系统的运行模式原因，系统无法进行连续供水，需要在淡水蒸发到一定程度时开始供水。本专利蒸馏器与聚光系统固定，随着聚光系统的定日追踪而进行旋转，因此蒸馏器内部水位处于变化过程，传统的利用水位控制进水的原理无法运用于本专利的蒸馏系统，因此本专利利用淡水收集量进行进水系统的控制，实现系统的自动化控制，当淡水累积收集量超过一定值时开启指定时间的进水系统，淡水量限定值与进水系统开启时间均由系统的容量确定。
[0013]聚光系统在本专利中负责太阳能光线的汇集以及引导，聚光系统主要是聚光器的追踪系统，将聚光器与蒸馏器相结合，保证聚光器焦点处的光斑与蒸馏器顶部透镜重合。
[0014]潜热回收系统主要是蒸馏器冷凝板表面的吸热铜管，由于冷凝的发生是连续的，因此潜热回收系统与进水系统之间构成了储热关系，潜热回收系统与进水系统形成闭式循环，进水系统内部盐水温度逐渐增加。系统正常运转情况下，潜热回收系统随着聚光系统与蒸馏系统一同开始运转，进水系统则是出于间歇性运转状态，各个子系统彼此配合，完成整个系统高效有序运行。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器特征在于：高倍聚光器（1
‑
2），蒸馏器（3
‑
7），潜热回收系统；高倍聚光器主要分为两个部分：环形菲涅尔反射镜1，圆形菲涅尔透镜2；蒸馏器主要分为四个部分：顶部透镜3，冷凝板4，隔热层5，蒸馏器腔体6，淡水储存室7，蒸馏器上部配有潜热回收系统，螺旋缠绕于冷凝板上表面。2.根据权利要求1所述高倍聚光器，其特征在于：聚光器采用环形菲涅尔点型高倍聚光器，其独特之处在于需要与蒸馏器进行耦合设计，特点在于：聚光器由环形反射镜与菲涅尔透镜组合构成，二者之间的焦距需根据聚光倍数进行设计；聚光器的焦点光斑位置应与蒸馏器的透镜位置重合，此外为了保证蒸馏器接收辐照量最大化，需要保证蒸馏器与聚光器共同进行太阳追踪，同时不影响蒸馏器系统的进水、冷凝以及淡水的收集。3.根据权利要求1所述的新型蒸馏器内部腔体有以下特征：光线收集方面，需对蒸馏器内部腔体涂抹吸热涂料，需满足光线吸收率大于等于95%，同时需要满足防腐蚀的需求，避免盐水对蒸馏器腔体造成腐蚀，涂覆厚度应在5mm以内。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衡，梁凯，陈海平，刘扬，张泳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：