CN212864202U - 基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，包括透光保温层、太阳能吸收层、保温隔热体、导热蒸馏层、导热冷凝层、毛细吸液层、集水体和保温箱体，所述保温箱体的内部设有保温隔热体，所述保温隔热体顶部设有透光保温层，所述透光保温层下面设有太阳能吸收层，所述太阳能吸收层下面设有导热蒸馏层并延伸到保温隔热体的一侧覆盖其上。本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型采用导热技术实现热量的转移和循环利用，多方位更可能多地接收太阳能，利用导热技术实现底部加热上部冷凝，有利于水汽凝结，利用导热技术降低冷凝部位温度，提高冷凝效果，利用导热技术预热海水，实现热量的回收利用，提高***效率。

Description

基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及海水淡化装置，特别涉及基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，属于海水淡化装置技术领域。

背景技术

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一，目前存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水已不足0.36%。占地球总水量的97%以上的海水，由于含盐度太高不能直接饮用或灌溉，剩下不足3%的淡水分布极其不均，其中3/4被冻结在地球的两极及高寒地带的冰川中，余下的淡水中地下水又比地表水多出了37倍。随着社会经济发展及工业化进程的加快，人类对淡水资源的需求日益增长，淡水紧缺的局面愈发严重。一些岛礁和沿海盐碱地区以及内陆苦咸水地区长期缺乏淡水，多数农村落后地区难于得到清洁宜饮的干净水，即便发达地区有时也会因为污染问题出现水荒。国外，如中东等沙漠地区更是缺水严重。调查显示全球1/3人口受到淡水短缺的影响。考虑到海水、苦咸水的分布广泛，海水淡化技术成为解决淡水紧缺的有效途径之一。

海水淡化技术目前包括反渗透、多级闪蒸、太阳能蒸馏等。太阳能蒸馏利用太阳能加热产生蒸汽并冷凝收集淡水，具有简单方便、成本低廉、适用面广等优势，对电力供应不便等偏远地区尤为适用。太阳能是地球能源的终极来源，太阳能海水淡化技术不消耗常规能源，无污染、安全、环保，所得淡水纯度高，具有良好前景。然而传统太阳能蒸馏器的产水效率低，约为35%左右，影响限制了其广泛使用。

将太阳能光热转换置于气液蒸发界面进行局部加热蒸发，可大幅提升太阳能蒸发效率，已成为能源科学研究热点。但蒸馏后如果蒸汽直接把热量带走，冷凝放热得不到回收利用，太阳能即便全部转化为蒸汽能，其转化效率最高也只能为100%。如果能将蒸汽冷凝释放的潜热（焓）回收利用，有望提升转换效率使其超过100%甚至远大于100%。

2019年，上海交通大学制冷与低温工程研究所王如竹教授、徐震原副教授团队与麻省理工学院的研究人员发表了有关超高效太阳能海水淡化研究的最新进展，通过采用局部加热多级太阳能蒸馏方式结合界面蒸发和多级冷凝热回收，使实验装置创纪录地实现了385%的太阳蒸发效率，比此前的效率记录高约2倍。相关成果发表于能源领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》杂志。

然而，深入分析可以发现，该研究装置蒸发效率虽高，实际使用却可能难于发挥高效率。为了实现多级蒸馏和多级冷凝热回收，该研究采用了水平方向接收太阳光的方式。真实的阳光从早到晚水平光照远低于垂直光照，若实际使用该装置对阳光的总接收率不高，即便蒸发效率再高，制水量也受限。而且，热往上走，该装置利用水平方向传热，效率不高。装置上方蒸汽虽丰富，但温度也高，不利用冷凝。这些因素综合起来会影响整个装置的淡水制备效率。

通常，垂直方向阳光最足，且热蒸汽往上走，因此想要实现高效率制水应从垂直方向接收阳光，并让往上走的蒸汽遇冷冷凝且将释放的热回收利用。然而，实际实施若把两者都安排在垂直方向会相互妨碍，难于兼容。不借助新的导热技术，传统方法无法经济地做到从垂直方向接收太阳光并将冷凝热回收利用。这也是上海交大的研究把接收阳光通道置于水平方向的原因。

本实用新型提出借助新的导热技术，将上方接收的太阳能热量通过导热膜导到下方蒸发海水，让另一导热膜接触海水冷却并部分置于蒸发层上方以便上升的蒸汽遇冷冷凝，同时将冷凝释放的热导向海水让其预热，实现冷凝热的回收与循环利用，提高整个装置的蒸发效率，从而解决上面提到的传统方法无法经济解决的问题

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，包括透光保温层、太阳能吸收层、保温隔热体、导热蒸馏层、导热冷凝层、毛细吸液层、集水体和保温箱体，所述保温箱体的内部设有保温隔热体，所述保温隔热体顶部设有透光保温层，所述透光保温层下面设有太阳能吸收层，所述太阳能吸收层下面设有导热蒸馏层并延伸到保温隔热体的一侧覆盖其上，所述保温隔热体底部和其另一侧设有导热冷凝层，所述导热蒸馏层外侧设有毛细吸液层，所述毛细吸液层沿覆盖导热冷凝层的保温隔热体外部延伸并下垂到保温隔热体下面的海水内，所述导热冷凝层下部一侧安装有集水体，所述导热蒸馏层与导热冷凝层在底部不连接，所述保温箱体内下部盛有海水。

作为优选，所述导热蒸馏层和导热冷凝层为石墨烯导热膜或为石墨导热膜等柔性导热膜制成。

作为优选，所述透光保温层为二氧化硅气凝胶材料制成。

作为优选，每组所述透光保温层、太阳能吸收层、保温隔热体、导热蒸馏层、导热冷凝层、毛细吸液层以及集水体构成基本结构单元，所述基本结构单元并列设有若干组，所述基本结构单元在安装时导热冷凝层靠近前一基本结构单元的导热蒸馏层一侧的斜面安装。

作为优选，所述太阳能吸收层为高效吸收太阳能热且热辐射少的黑漆材料制成。

作为优选，所述保温隔热体与保温箱均为不渗水保温泡沫制成。

作为优选，所述毛细吸液层为吸水纤维线条制成。

作为优选，所述集水体为轻质管材或吸水纤维线条制成制成。

本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型采用导热技术实现热量的转移和循环利用，多方位更可能多地接收太阳能，采用新材料尽可能多地将太阳能转化为热能，采用透光保温材料尽可能多地接收阳光并防止热量散失，采用毛细吸液材料实现海水界面加热提高蒸馏效果，利用导热技术实现底部加热上部冷凝，有利于水汽凝结，利用导热技术降低冷凝部位温度，提高冷凝效果，利用导热技术预热海水，实现热量的回收利用，提高***效率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构垂直剖面示意图；

图2是本实用新型的基本结构单元垂直剖面示意图。

图中:1、透光保温层；2、太阳能吸收层；3、导热蒸馏层；4、保温隔热体；5、毛细吸液层；6、集水体；7、导热冷凝层；8、海水；9、保温箱体。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1-2所示，基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，包括透光保温层1、太阳能吸收层2、保温隔热体4、导热蒸馏层3、导热冷凝层7、毛细吸液层5、集水体6和保温箱体9，其特征在于，保温箱体9的内部设有保温隔热体4，保温隔热体4顶部设有透光保温层1，透光保温层1下面设有太阳能吸收层2，太阳能吸收层2下面设有导热蒸馏层3并延伸到保温隔热体4的一侧覆盖其上，保温隔热体4底部和其另一侧设有导热冷凝层7，导热蒸馏层3外侧设有毛细吸液层5，毛细吸液层5沿覆盖导热冷凝层7的保温隔热体4外部延伸并下垂到保温隔热体4下面的海水8内，导热冷凝层7下部一侧安装有集水体6，导热蒸馏层3与导热冷凝层7在底部不连接，保温箱体9内下部盛有海水8。

进一步的，导热蒸馏层3和导热冷凝层7为石墨烯导热膜或为石墨导热膜柔性导热膜制成，替换过去常使用的铜等金属导热材料，金属导热材料既不经济又不易塑形，而石墨烯质地轻薄、强度高、导热导电好，同时石墨烯导热膜稳定性好、耐腐蚀、柔软易加工，为理想的导热材料，将其应用于太阳能海水淡化，有望实现本实用新型设定的目标。

进一步的，透光保温层1为二氧化硅气凝胶材料制成，便于透光和保温。

进一步的，每组透光保温层1、太阳能吸收层2、保温隔热体4、导热蒸馏层3、导热冷凝层7、毛细吸液层5以及集水体6构成基本结构单元，基本结构单元并列设有若干组，基本结构单元在安装时导热冷凝层7靠近前一基本结构单元的导热蒸馏层3一侧的斜面安装，并列数量根据需要选择确定。

进一步的，保温隔热体4和保温箱9均为不渗水保温泡沫制成，保温性能好、疏水、质地轻盈，耐海水腐蚀。

进一步的，太阳能吸收层2为高效吸收太阳能热的黑漆直接涂覆在导热蒸馏层3上，便于将吸收的太阳能热传导给导热蒸馏层3。

进一步的，毛细吸液层5为棉线制成，便于引导海水。

进一步的，集水体6为轻质管材或为棉线绳制成，便于利用集水体6的吸水和引水的特性，将收集的淡水最终汇总到一起。

具体的，本实用新型使用时，透光保温层1、太阳能吸收层2、保温隔热箱体4、导热蒸馏层3、导热冷凝层7、毛细吸液层5以及集水体6构成基本结构单元，基本结构单元并列设有若干组，将若干基本结构单元并联组成后安装在保温箱体9内，该装置左右前后四边可以不对称配置，以最大限度接收太阳能转化为热能且尽可能小地损失热量为原则，向保温箱体9内加入适量的海水，且保证海水面低于保温隔热体4，将保温箱体9侧边有透光保温层1的一侧对向太阳照射的方向，太阳光经透光保温层1照射到太阳能吸收层2上产生热量，热量经导热蒸馏层3传导到下方，加热敷在导热蒸馏层3上毛细吸液层5吸附的海水8界面蒸发产生蒸汽，蒸汽上升，在紧邻的另一基本结构单元导热冷凝层7上遇冷凝结为淡水，淡水顺膜下滑到集水体6，当集水体6为轻质管材时，淡水顺膜下滑到管材内流向收集处，当集水体6为棉线绳时，利用其吸水和引水的特性，将收集的淡水引流到收集处，其中，导热冷凝层7下端与毛细吸液层5中的海水8接触而降温，利于蒸汽在其上冷凝，同时，导热冷凝层7将蒸汽冷凝释放的热导向下端毛细吸液层5对其中的海水8起预热作用，预热的海水8由毛细吸液层5输送到导热蒸馏层3上端蒸发，实现冷凝热的循环利用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，包括透光保温层（1）、太阳能吸收层（2）、保温隔热体（4）、导热蒸馏层（3）、导热冷凝层（7）、毛细吸液层（5）、集水体（6）和保温箱体（9），其特征在于，所述保温箱体（9）的内部设有保温隔热体（4），所述保温隔热体（4）顶部设有透光保温层（1），所述透光保温层（1）下面设有太阳能吸收层（2），所述太阳能吸收层（2）下面设有导热蒸馏层（3）并延伸到保温隔热体（4）的一侧覆盖其上，所述保温隔热体（4）底部和其另一侧设有导热冷凝层（7），所述导热蒸馏层（3）外侧设有毛细吸液层（5），所述毛细吸液层（5）沿覆盖导热冷凝层（7）的保温隔热体（4）外部延伸并下垂到保温隔热体（4）下面的海水（8）内，所述导热冷凝层（7）下部一侧安装有集水体（6），所述导热蒸馏层（3）与导热冷凝层（7）在底部不连接，所述保温箱体（9）内下部盛有海水（8）。

2.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述导热蒸馏层（3）和导热冷凝层（7）均为柔性导热膜制成。

3.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述透光保温层（1）为高效透光保温材料制成。

4.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，每组所述透光保温层（1）、太阳能吸收层（2）、保温隔热体（4）、导热蒸馏层（3）、导热冷凝层（7）、毛细吸液层（5）以及集水体（6）构成基本结构单元，所述基本结构单元并列设有若干组，所述基本结构单元在安装时导热冷凝层（7）靠近前一基本结构单元的导热蒸馏层（3）一侧的斜面安装。

5.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能吸收层（2）应为高效吸收太阳光转变为热能的材料制成。

6.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述保温隔热体（4）与保温箱体（9）均为不渗水保温隔热材料制成。

7.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述毛细吸液层（5）为高效吸水的纤维材料制成。

8.根据权利要求1所述基于导热技术热循环利用高效太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述集水体（6）为轻质管材或吸水纤维线条制成。

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