發(fā)明涉及一種半浸沒(méi)式太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能集熱、海水淡化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

淡水作為人類生活中不可缺少的重要資源，特別是在沿海地區(qū)，越來(lái)越受到人們的重視。海水淡化技術(shù)是我們獲取淡水資源的重要手段，而太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)則是一種新興的海水淡化技術(shù)。目前太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)主要分為兩大類，一類是采用反滲透技術(shù)的膜法淡化系統(tǒng)，另一類是利用蒸餾技術(shù)的熱法淡化系統(tǒng)。其中，目前的反滲透技術(shù)主要是利用光熱或光伏發(fā)電來(lái)為系統(tǒng)中的泵提供動(dòng)力，但是反滲透法需要更嚴(yán)格的海水預(yù)處理，所以更易受環(huán)境的影響，而且膜的壽命不長(zhǎng)，維持費(fèi)用高，同時(shí)大量廢熱廢水也對(duì)環(huán)境造成了一定的影響；另一類利用蒸餾技術(shù)的熱法淡化系統(tǒng)一般用集熱器來(lái)提高集熱效率以增加產(chǎn)水量。因此，利用太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水是一種環(huán)保又節(jié)能的途徑，但是現(xiàn)有的太陽(yáng)能海水淡化裝置存在下面4個(gè)明顯的缺陷；

(1)如利用太陽(yáng)能電池或集熱器，制造成本高，不利于推廣。

(2)裝置中的海水存量大，熱惰性高，降低了系統(tǒng)效率且不利于裝置升級(jí)。

(3)裝置中的原水從海上提取，耗費(fèi)了一定的能量。

(4)裝置吸收太陽(yáng)能需要較大的接收面積，土地使用成本太高；因此，克服上述4個(gè)缺陷，并且強(qiáng)化蒸發(fā)和冷凝過(guò)程，是提高太陽(yáng)能海水淡化裝置性能的主要方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此,本發(fā)明提供了一種半浸沒(méi)式太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，該裝置直接漂浮于海面上，利用太陽(yáng)光且采用雙效蒸發(fā)技術(shù)生產(chǎn)淡水。

一種半浸沒(méi)式太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，包括球冠式菲涅爾鏡、曲面透光膜、透光薄板、異形真空管、冷凝管、集水槽、輸水管、集水瓶、單向閥；其中，球冠式菲涅爾鏡的上表面為球面，縱截面呈圓弧形；曲面透光膜為光滑的曲面透明薄膜；透光薄板為圓形薄板，圓心位置處有一個(gè)直徑與冷凝管直徑相等的中心孔，中心孔的外邊有一個(gè)正好能固定異形真空管的圓環(huán)孔，遠(yuǎn)離圓心的一側(cè)有一個(gè)尺寸與集水瓶口徑相同的出水孔；異形真空管由內(nèi)外兩層管構(gòu)成，管層之間抽真空，中心部分為通孔。異形真空管上部的兩層管均為圓柱結(jié)構(gòu)，下部是由內(nèi)側(cè)圓柱、外側(cè)球體圍成的異形結(jié)構(gòu)，并且下部的內(nèi)側(cè)圓柱面上涂有黑色吸收涂層。另外，異形真空管球體結(jié)構(gòu)的上方還有一個(gè)孔徑略大于輸水管的進(jìn)水孔；集水槽為帶有出水孔的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，固定于冷凝管表面且略高于異形真空管內(nèi)水面的位置；冷凝管為下部包有保溫層的圓柱管；集水瓶為頸部帶有進(jìn)水孔的長(zhǎng)頸圓底燒瓶。

透光薄板漂浮在海面上，球冠式菲涅爾鏡與曲面透光膜固定在透光薄板表面，并且曲面透光膜處在球冠式菲涅爾鏡和透光薄板之間的中部位置。透光薄板的中心孔、圓環(huán)孔與出水孔分別固定冷凝管、異形真空管和集水瓶，其中，冷凝管和真空管的管口位置均略高于透光薄板，集水瓶的瓶口則與透光薄板平齊。輸水管通過(guò)異形真空管的出水口連接集水槽的出水口和集水瓶的進(jìn)水口。

工作原理：本系統(tǒng)工作時(shí)，球冠式菲涅爾鏡將太陽(yáng)光匯聚到海面上，在空氣-海水界面發(fā)生折射，并以一個(gè)很小的入射角照射到異形真空管球形外表面上，由于此時(shí)的入射角小于光線從海水進(jìn)入異形真空管表面的全反射角，光線會(huì)繼續(xù)折射到異形真空管內(nèi)部，被異形真空管內(nèi)壁面的黑色吸收涂層吸收。吸收的能量用來(lái)加熱異形真空管內(nèi)部的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣在冷凝管外壁冷凝得到淡水并滑落到集水槽內(nèi)，最后經(jīng)由輸水管收集到集水瓶中。另外，蒸氣在冷凝管外壁冷凝時(shí)放出的潛熱用來(lái)加熱冷凝管內(nèi)部的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入到曲面透光膜和透光薄板所圍成的冷凝腔中，并在曲面透光膜下表面和透光薄板上表面冷凝再次得到淡水，最終匯集到集水瓶中。

裝置說(shuō)明：曲面透光膜做成曲頂結(jié)構(gòu)是為了讓在其表面冷凝的淡水從兩端滑落并收集到集水瓶中，以防止淡水滴落回冷凝管內(nèi)的海水中；冷凝管和異形真空管的上端均高于透光薄板是為了防止冷凝管中的海水污染透光薄板表面的淡水，且為了防止異形真空管內(nèi)的水蒸氣與其正上方透光薄板上的冷凝水進(jìn)行熱交換，這種情況下，在透光薄板下表面上且處于異形真空管內(nèi)的地方會(huì)有水蒸氣凝結(jié)，產(chǎn)生的淡水有一部分會(huì)滴落回真空管內(nèi)的海水中，降低產(chǎn)水率；異形真空管下方做成球形結(jié)構(gòu)是為了讓光線進(jìn)入其表面時(shí)的入射角小于全反射角，使光線能夠進(jìn)入其中，并被內(nèi)側(cè)壁面的黑色吸收涂層吸收；異形真空管球形結(jié)構(gòu)上方的進(jìn)水孔是為了使海水進(jìn)入到異形真空管中且水面略高于進(jìn)水孔的位置；用戶可通過(guò)集水瓶底部的單向閥取出淡水。

進(jìn)一步的，為簡(jiǎn)化裝置，節(jié)省成本，取消冷凝管、集水槽和輸水管，裝置只采用單效蒸發(fā)結(jié)構(gòu)。

光線經(jīng)球冠式菲涅爾鏡匯聚以及在海面和異形真空管外表面發(fā)生折射后被異形真空管內(nèi)側(cè)壁面的黑色吸收涂層吸收，吸收太陽(yáng)光所得到的能量用以加熱異形真空管內(nèi)的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入冷凝腔并在曲面透光膜下表面和透光薄板上表面冷凝，冷凝產(chǎn)生淡水并匯集到集水瓶中。

進(jìn)一步的，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)水，改用圓柱面菲涅爾鏡代替球冠式菲涅爾鏡，并將聚光集熱系統(tǒng)與蒸發(fā)系統(tǒng)分開布置。

整個(gè)淡化系統(tǒng)包括圓柱面菲涅爾鏡、圓柱真空管、左右保溫管、隔熱厚板、冷凝管、集水槽、輸水管、集水瓶、球面透光膜、漂浮材料、單向閥。其中，圓柱面菲涅爾鏡是截面呈圓弧形的長(zhǎng)條狀菲涅爾鏡；圓柱真空管由內(nèi)外兩層圓管構(gòu)成，管層之間抽真空，內(nèi)管的上半部分弧面上涂有黑色吸收涂層；左側(cè)保溫管的左端向下彎折并與海水相通，右端與圓柱真空管相連；右側(cè)保溫管的左端與圓柱真空管相連，右端向上彎折并形成豎直圓筒結(jié)構(gòu)，其中部位置開有兩個(gè)進(jìn)水孔，其頂部還固定有一半徑與之相等的圓形隔熱厚板，隔熱厚板的圓心處開有一中心孔，中心孔附近還開有一小孔徑的出水孔；出水孔處固定有一單向閥，并只在水從上向下經(jīng)過(guò)它時(shí)打開，不允許氣體從下向上流過(guò)；另外，在隔熱厚板的上表面固定有一球面透光膜，它是截面形狀為優(yōu)弧、開口向下的部分球體結(jié)構(gòu)，且其開口正好將隔熱厚板表面上的中心孔和出水孔完全包含；在隔熱厚板的中心孔內(nèi)固定有一冷凝管，冷凝管上端略高于海平面、下端向右彎折并與右側(cè)保溫管中部偏下的出水孔固定連接。在冷凝管的外部，且低于右側(cè)保溫管中水面的部分均套有保溫層；在冷凝管外側(cè)固定有一帶出水孔的集水槽，其位置略高于右側(cè)保溫管內(nèi)部水面的位置。

圓柱面菲涅爾鏡通過(guò)固定在漂浮材料中而漂浮在海面上，圓柱真空管處于圓柱面菲涅爾鏡正下方的水中，左右兩端分別與保溫管固定連接。右側(cè)保溫管的上端固定有隔熱厚板，并靠固定在隔熱厚板上表面的球面透光膜漂浮在海面上。其中，球面透光膜完全包含隔熱厚板上的中心孔和出水孔。另外，插入右側(cè)保溫管內(nèi)部的冷凝管通過(guò)隔熱厚板上的中心孔以及右側(cè)保溫管下部位置的出水孔固定，并且其上端略高于海平面。在冷凝管的外側(cè)固定有一位置略高于右側(cè)保溫管內(nèi)水平面的集水槽，集水槽上有一出水孔，一根經(jīng)過(guò)右側(cè)保溫管上部出水口的輸水管連接集水槽上的出水孔和集水瓶。

有益效果

1、本發(fā)明半浸沒(méi)式淡化裝置無(wú)需其他固定可直接放置在海面上，產(chǎn)水方便，集水簡(jiǎn)單。

2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能量的雙效利用，充分使用了水蒸氣冷凝時(shí)的潛熱，使得裝置產(chǎn)水率提高。

3、由于在相同的聚光面積下，圓柱面菲涅爾鏡有著比球冠式菲涅爾鏡更小的體積，所以采用圓柱面菲涅爾鏡聚光能夠使得在不大幅度增加裝置體積的情況下實(shí)現(xiàn)大面積規(guī)?；a(chǎn)水。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明半浸沒(méi)式太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明簡(jiǎn)化裝置的實(shí)施例示意圖。

圖3為本發(fā)明將球冠式菲涅爾鏡改成圓柱面菲涅爾鏡、并將聚光集熱系統(tǒng)與蒸發(fā)系統(tǒng)分離的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

其中，1-太陽(yáng)光；2-球冠式菲涅爾鏡；3-曲面透光膜；4-透光薄板；5-異形真空管；6-黑色吸收涂層；7-保溫層；8-集水槽；9-出水孔；10-進(jìn)水孔；11-輸水管；12-進(jìn)水孔；13-集水瓶；14-中心孔；15-冷凝管；16-圓環(huán)孔；17-出水孔；18-單向閥；19-保溫管；20-保溫管；21-進(jìn)水孔；22-單向閥；23-漂浮材料。

另外，在圖3中，2為圓柱面菲涅爾鏡，3為開口向下的球面透光膜，4為隔熱厚板，5為圓柱真空管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種半浸沒(méi)式太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，包括：球冠式菲涅爾鏡2、曲面透光膜3、透光薄板4、異形真空管5、冷凝管15、集水槽8、輸水管11、集水瓶13；其中，球冠式菲涅爾鏡2的上表面為球面，縱截面呈圓弧形；曲面透光膜3為光滑的曲面透明薄膜；透光薄板4為導(dǎo)熱性能很好的圓形透光薄板，圓心位置處有一個(gè)直徑與冷凝管15直徑相等的中心孔14，中心孔的外邊有一個(gè)正好能固定異形真空管5的圓環(huán)孔16，遠(yuǎn)離圓心的一側(cè)有一個(gè)尺寸與集水瓶13口徑相同的出水孔17；異形真空管5由內(nèi)外兩層管構(gòu)成，管層之間抽真空，中心部分為通孔。異形真空管5上部的兩層管均為圓柱結(jié)構(gòu)，下部是由內(nèi)側(cè)圓柱、外側(cè)球體圍成的異形結(jié)構(gòu)，并且下部的內(nèi)側(cè)圓柱面上涂有黑色吸收涂層6。另外，異形真空管球體結(jié)構(gòu)的上方還有一個(gè)孔徑略大于輸水管11的進(jìn)水孔10；集水槽8為帶有出水孔9的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，固定于冷凝管15表面且略高于異形真空管5內(nèi)水面的位置；冷凝管15為下部包有保溫層7的圓柱管；集水瓶13為頸部帶有進(jìn)水孔12的長(zhǎng)頸圓底燒瓶。

透光薄板4漂浮在海面上，球冠式菲涅爾鏡2與曲面透光膜3固定在透光薄板4表面，并且曲面透光膜3處在球冠式菲涅爾鏡2和透光薄板4之間的中部位置。透光薄板4的中心孔14、圓環(huán)孔16與出水孔17分別固定冷凝管15、異形真空管5和集水瓶13，其中，冷凝管15和異形真空管5的管口位置均略高于透光薄板4，集水瓶13的瓶口則與透光薄板4平齊。輸水管11通過(guò)異形真空管5的出水孔10連接集水槽8的出水孔9和集水瓶13的進(jìn)水孔12。

工作原理：本系統(tǒng)工作時(shí)，球冠式菲涅爾鏡2將太陽(yáng)光1匯聚到海面上，在空氣-海水界面發(fā)生折射，并以一個(gè)很小的入射角照射到異形真空管5的球形外表面上，由于此時(shí)的入射角小于光線從海水進(jìn)入異形真空管表面的全反射角，光線會(huì)繼續(xù)折射到異形真空管內(nèi)部，被異形真空管內(nèi)壁面的黑色吸收涂層6吸收。吸收的能量用來(lái)加熱異形真空管內(nèi)部的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣在冷凝管15外壁冷凝得到淡水并滑落到集水槽8內(nèi)，最后經(jīng)由輸水管11收集到集水瓶13中。另外，蒸氣在冷凝管15外壁冷凝時(shí)放出的潛熱用來(lái)加熱冷凝管15內(nèi)部的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入到曲面透光膜3和透光薄板4所圍成的冷凝腔中，并在曲面透光膜3下表面和透光薄板4上表面冷凝再次得到淡水，最終匯集到集水瓶13中。

在圖2所示的一個(gè)實(shí)施例中，為簡(jiǎn)化裝置，節(jié)省成本，取消冷凝管、集水槽和輸水管，異形真空管5直接與透光薄板的中心孔9固定連接，整個(gè)裝置只采用單效蒸發(fā)結(jié)構(gòu)。

光線經(jīng)球冠式菲涅爾鏡2匯聚以及在海面和異形真空管外表面發(fā)生折射后被異形真空管5內(nèi)側(cè)壁面的黑色吸收涂層6吸收，吸收太陽(yáng)光所得到的能量用以加熱異形真空管5內(nèi)的海水并使之蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入冷凝腔并在曲面透光膜3下表面和透光薄板4上表面冷凝，冷凝產(chǎn)生淡水并匯集到集水瓶7中。

在圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，改用圓柱面菲涅爾鏡代替球冠式菲涅爾鏡，并將聚光集熱系統(tǒng)與蒸發(fā)系統(tǒng)分開布置。

整個(gè)淡化系統(tǒng)包括圓柱面菲涅爾鏡2、球面透光膜3、隔熱厚板4、圓柱真空管5、集水槽8、輸水管11、集水瓶13、冷凝管15、單向閥18、保溫管19、保溫管20、單向閥22、漂浮材料23。其中，圓柱面菲涅爾鏡2是截面呈圓弧形的長(zhǎng)條狀菲涅爾鏡；圓柱真空管5由內(nèi)外兩層圓管構(gòu)成，管層之間抽真空，內(nèi)管的上半部分弧面上涂有黑色吸收涂層6；保溫管19的左端向下彎折并與海水相通，右端與圓柱真空管5相連；保溫管20的左端與圓柱真空管5相連，右端向上彎折并形成豎直圓筒結(jié)構(gòu)，其中部位置開有兩個(gè)進(jìn)水孔10和21，其頂部還固定有一半徑與之相等的圓形隔熱厚板4，隔熱厚板4的圓心處開有一中心孔14，中心孔14附近還開有一小孔徑的出水孔17；出水孔17下方固定有一單向閥22，并只在水從上向下經(jīng)過(guò)它時(shí)打開，不允許氣體從下向上流過(guò)；另外，在隔熱厚板4的上表面固定有一球面透光膜3，它是截面形狀為優(yōu)弧、開口向下的部分球體結(jié)構(gòu)，且其開口正好將隔熱厚板4表面上的中心孔14和出水孔17完全包含；在隔熱厚板4的中心孔14中固定有一冷凝管15，冷凝管15上端略高于海平面、下端向右彎折并與保溫管20中部的進(jìn)水孔21固定連接。在冷凝管15的外部，且低于保溫管20中水面的部分均套有保溫層7；在冷凝管15的外側(cè)還固定有一帶出水孔9的集水槽8。

圓柱面菲涅爾鏡2通過(guò)固定在漂浮材料23中而漂浮在海面上，圓柱真空管5處于圓柱面菲涅爾鏡2正下方的水中，左右兩端分別與保溫管19、保溫管20固定連接。保溫管20的上端固定有隔熱厚板4，并靠固定在隔熱厚板4上表面的球面透光膜3漂浮在海面上。其中，球面透光膜3完全包含隔熱厚板4上的中心孔14和出水孔17。另外，插入保溫管20內(nèi)部的冷凝管15通過(guò)隔熱厚板4上的中心孔14固定，其下端通過(guò)保溫管20下部位置的進(jìn)水孔21與海水相通，并且其上端略高于海平面。在冷凝管15外側(cè)固定的集水槽8的位置略高于保溫管20內(nèi)的水平面，一根經(jīng)過(guò)保溫管20右側(cè)上部進(jìn)水孔10的輸水管11連接集水槽8上的出水孔9和集水瓶13。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。