[發(fā)明專利]一種基于反射和全反射的太陽(yáng)能海水淡化裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410178099.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN103964524A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭宏飛;伍綱;馮朝卿;熊建銀;康慧芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/14
• 分類號(hào): C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直接利用太陽(yáng)能在海面上進(jìn)行海水淡化，提取淡水的裝置，屬太陽(yáng)能集熱、海水淡化和水處理技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是一種利用反射和全反射的聚光器的微型結(jié)構(gòu)，利用太陽(yáng)能直接產(chǎn)生淡水的裝置。

背景技術(shù)

從海水中提取淡水的方法有多種，但在目前技術(shù)上比較成熟的有兩大類，一類是采用反滲透膜技術(shù)的膜法海水淡化系統(tǒng)，另一類為利用熱能驅(qū)動(dòng)的蒸餾法海水淡化系統(tǒng)。由于滲透膜技術(shù)使用費(fèi)用高，主要是反滲透膜本身的使用壽命不長(zhǎng)，具有一次性投資大、需要消耗常規(guī)電能等缺陷。利用熱能驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)是最成熟的，也是目前海水淡化工業(yè)的主流，但此類系統(tǒng)需要消耗大量熱能。由于此類系統(tǒng)一般還處在真空負(fù)壓下工作，因此它還需要強(qiáng)度堅(jiān)固和抗腐蝕性良好的殼體材料，這增加了它的造價(jià)和運(yùn)行成本。利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化既節(jié)能又環(huán)保，因而受到人們推崇。如果在海面上能夠直接進(jìn)行海水淡化，無疑對(duì)在海上的生產(chǎn)和生活提供巨大便利條件。但現(xiàn)有的太陽(yáng)能海上淡化裝置存在下面4個(gè)明顯的缺陷；

(1)需要利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電或太陽(yáng)能集熱器，制造成本很高，不利于推廣；

(2)現(xiàn)有裝置中海水的存量大，不利用系統(tǒng)升級(jí)，降低了系統(tǒng)效率；

(3)裝置中待蒸發(fā)的原水從海上中提取方式，耗費(fèi)了一定的能量，對(duì)整個(gè)裝置的效率影響太大；

(4)現(xiàn)有太陽(yáng)能海水淡化裝置由于要收集太陽(yáng)能，需要有較大的接收面積，土地使用成本較高；因此，克服上述4個(gè)缺陷，強(qiáng)化蒸發(fā)與冷凝過程，是提高太陽(yáng)能海水淡化裝置性能的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于反射和全反射的太陽(yáng)能海水淡化裝置，能夠完全利用天然能量在海面上直接生產(chǎn)淡水。

一種基于反射和全反射的太陽(yáng)能海水淡化裝置，包括殼體、透明全反射膜、透明薄膜、支撐圓筒、親水毛細(xì)管束和毛細(xì)管套筒；所述透明全反射膜的外形為兩端開口大小不一的弧形面回轉(zhuǎn)體，弧形面回轉(zhuǎn)體為實(shí)體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)反射面和外側(cè)反射面均為弧形面，透明全反射膜大端至小端的壁厚形成上窄下寬的結(jié)構(gòu)；毛細(xì)管套筒內(nèi)裝有并列設(shè)置的親水毛細(xì)管束；所述親水毛細(xì)管束采用碳纖維親水毛細(xì)管束。

其整體連接關(guān)系為：透明全反射膜的小端與支撐圓筒的一端固定連接，支撐圓筒的另一端與殼體的底板固定連接，透明全反射膜的大端與殼體的開口端連接，透明薄膜將殼體的開口端和透明全反射膜的大端封閉，透明全反射膜的內(nèi)側(cè)反射面和透明薄膜形成封閉的蒸發(fā)-冷凝腔，毛細(xì)管套筒固定在殼體的底面上且位于支撐圓筒內(nèi)，毛細(xì)管套筒內(nèi)親水毛細(xì)管束對(duì)應(yīng)的殼體底面鏤空；支撐圓筒的圓周面上開有一個(gè)或一個(gè)以上的出水孔，殼體的壁面上的淡水輸送孔，用于向外界提供淡水。

進(jìn)一步的，在蒸發(fā)-冷凝腔內(nèi)充入密度小于水蒸氣的氣體，充入的氣體浮在水蒸氣的上層，可使蒸發(fā)的水蒸氣停留在蒸發(fā)-冷凝腔的底部冷凝，使得冷凝的效率更高。

進(jìn)一步的，所述支撐圓筒上周向分布的出水孔水平高度低于毛細(xì)管套筒的上端面；這樣是為了支撐圓筒內(nèi)的淡水不會(huì)阻礙從透明全反射膜射出的光線，影響毛細(xì)管黑色側(cè)面的光線吸收。當(dāng)殼體內(nèi)儲(chǔ)存淡水達(dá)到一定量時(shí)，可從通過淡水輸送孔給外界使用。

進(jìn)一步的，所述親水毛細(xì)管束通過毛細(xì)管網(wǎng)固定在毛細(xì)管套筒內(nèi)，毛細(xì)管網(wǎng)的網(wǎng)格間隙與親水毛細(xì)管束直徑相當(dāng)，利用導(dǎo)熱膠將親水毛細(xì)管束固定在毛細(xì)管網(wǎng)上，再將毛細(xì)管網(wǎng)固定在毛細(xì)管套筒的上端面。

進(jìn)一步的，所述透明薄膜的下表面中央和四周分別涂有疏水涂層和親水涂層，防止在親水毛細(xì)管束正上方冷凝的淡水滴落其中。

工作原理：裝置整體置于海面上，太陽(yáng)光透過表層透明薄膜射入蒸發(fā)-冷凝腔，遇到內(nèi)側(cè)反射面反射到親水毛細(xì)管束頂端，另外部分大角度入射的太陽(yáng)光進(jìn)入全反射膜后，光線在透明全反射膜內(nèi)經(jīng)過多次全反射，射入親水毛細(xì)管束黑色的側(cè)壁上。太陽(yáng)光通過反射和全反射最終匯聚到親水毛細(xì)管束上端部，并加熱親水毛細(xì)管束上端的海水，形成蒸汽。

毛細(xì)管套筒內(nèi)的有親水毛細(xì)管束通過虹吸作用將海水引入毛細(xì)管頂端區(qū)域蒸發(fā)；經(jīng)過一段時(shí)間，親水毛細(xì)管束上層濃度大的海水下降，下層濃度低的海水上升，使得海水不斷得到補(bǔ)充；毛細(xì)管內(nèi)部上層和下層海水不停的對(duì)流稀釋，使得頂端的海水不會(huì)形成結(jié)晶堵塞毛細(xì)管；在夜間，這種現(xiàn)象更加明顯。