[發明專利]被動式全天候一體化太陽能水淡化與冷凝收集裝置

有效

• 申請號: 202110206752.3
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113044901B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 楊柳;何賽靈;孫志林;屠錫濤;王海威;田慶
• 申請（專利權）人: 浙江大學;杭州市余杭區澤達光學儀器工程技術研究中心
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/30;C02F9/08;C02F103/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種被動式全天候一體化太陽能水淡化與冷凝收集裝置，包括蒸發單元、冷凝單元和集水單元，蒸發單元包括蒸發池和太陽光選擇性吸收制熱器，太陽光選擇性吸收制熱器位于蒸發池的內部，在太陽光波段的吸收率大于80%，太陽光以外的中紅外波段的吸收率低于20%；冷凝單元采用中紅外光選擇性輻射材料或結構，覆蓋在蒸發單元上，用于透射太陽光和輻射中紅外光；集水單元包括內部集水槽和外部集水槽，內部集水槽位于冷凝單元內底部周邊，用于收集匯集的蒸發池中的冷凝水，外部集水槽位于冷凝單元外底部周邊，用于收集匯集的空氣中的冷凝水。本發明集太陽能水淡化與冷凝水收集于一體，發揮兩者優勢，淡水產出率更高，結構簡單，綠色環保。

技術領域

本發明涉及光學工程技術領域和水利工程技術領域，尤其涉及一種集太陽能海水淡化與冷凝水收集于一體的獲取淡水資源的裝置。

背景技術

水資源危機和能源危機是全球性挑戰。預計2050年，世界上約75%的人口將面臨水資源短缺問題。不僅如此，能源的匱乏也影響人類對淡水資源的獲取。

地球上約71%的面積覆蓋著海水，海水約占總水量的97%，而陸地上的淡水資源不到總水量的1%。如此少的可利用淡水資源還面臨著環境污染。為解決人類對淡水資源日益增加的需求，多級閃蒸、反滲透、電滲析、太陽能膜蒸餾等多種海水淡化技術被開發出來。太陽能海水淡化技術借助太陽光來加熱海水，使之蒸發冷凝獲得純凈水。太陽光取之不盡用之不竭且綠色環保。相比其它技術，太陽能海水淡化技術具有結構簡單、成本低廉、環境友好和可持續利用的優勢，特別適合應用于能源匱乏的國家或者地區。關于太陽能海水淡化技術主要集中于研究局部加熱技術來提高水的蒸發速率(Nature Communications, 2014,5: 4449; Nature Energy, 2016, 1: 16126; Nature Photonics, 2016, 10: 393-398;Nature Nanotechnology, 2018, 13: 489-495)。在自然太陽光照射下，蒸發速率已接近其理論極限(Nature Energy, 2018, 1: 16126)。以往采用熱傳導和對流換熱方式實現水蒸氣的冷凝，其冷凝功率遠低于太陽光的加熱功率，致使太陽能海水淡化系統產水量不高。

另一方面，空氣中的水分是一種巨大的可再生水資源。利用冷凝器將空氣溫度降到露點溫度便可使水汽凝結成水。相比主動式冷凝器，被動式冷凝器通過輻射中紅外波段能量到外太空（溫度僅為3 K）實現冷凝，而無需消耗能源(Sustainable Water ResourcesManagement, 2016, 2: 71-86)。然而利用現有冷凝技術推出的商用輻射冷凝器主要工作在夜間，因其對太陽光有吸收，日間冷凝效果減弱。

發明內容

本發明旨在克服現有技術劣勢，將太陽能海水淡化與被動式輻射冷凝器有機結合起來，發揮兩種技術優勢，提供一種被動式全天候一體化太陽能水淡化與冷凝收集裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種被動式全天候一體化太陽能水淡化與冷凝收集裝置，包括蒸發單元、冷凝單元和集水單元；

所述蒸發單元包括蒸發池和太陽光選擇性吸收制熱器，所述蒸發池設有原水進口和濃鹽水出口，所述太陽光選擇性吸收制熱器位于蒸發池的內部，在太陽光波段的吸收率大于80%，太陽光以外的中紅外波段的吸收率低于20%；

所述冷凝單元采用中紅外光選擇性輻射材料或結構，覆蓋在所述蒸發單元上，用于透射太陽光和輻射中紅外光；

所述集水單元包括內部集水槽和外部集水槽，內部集水槽位于冷凝單元內底部周邊，用于收集重力作用下匯集的蒸發池中的冷凝水，外部集水槽位于冷凝單元外底部周邊，用于收集重力作用下匯集的空氣中的冷凝水。

所述原水進口高于濃鹽水出口。

所述太陽光選擇性吸收制熱器為平面薄膜結構、納米顆粒結構或多孔結構，位于蒸發池邊壁、液體底部、液體中間或液面上。