太阳能光热转化净水装置以及净水方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了太阳能光热转化净水装置以及净水方法。本发明专利技术提出了一种太阳能光热转化净水装置，包括：半椭球形太阳能集热罩，太阳能集热罩的内壁底部具有淡水收集槽，淡水收集槽在太阳能集热罩的底部限定出蒸发平面，淡水收集槽中设置有淡水出水口，淡水出水口与淡水储存单元相连，太阳能集热罩的b轴的长度大于a轴，且b轴垂直于蒸发平面；隔离加热层，隔离加热层位于太阳能集热罩的内部，隔离加热层可与水面接触且通过孔道将海水吸收至其内部，基体中具有光热转化材料；以及冷却单元，冷却单元可对太阳能集热罩的外表面进行冷却。该太阳能光热转化净水装置可直接放置在水面上使用，结构简单，成本低廉，太阳能利用率高，净水效率高。

Solar Energy Photothermal Conversion Water Purification Device and Water Purification Method

【技术实现步骤摘要】
太阳能光热转化净水装置以及净水方法
本专利技术涉及水处理领域，具体地，涉及一种太阳能光热转化净水装置以及净水方法。
技术介绍
水是生命的起源，人类生存生活都离不开水。然而当今世界，人类面临着严峻的淡水资源短缺问题。海水淡化可以增加淡水总量，能够较好地利用水资源。海水淡化即利用海水脱盐产生淡水，海水淡化的方法有很多种，例如传统的冷冻法、蒸馏法、反渗透法、吸附法等。上述方法普遍存在能耗高且效率低、设备庞大复杂、成本高昂、并且会生成大量污染物等缺点。太阳能海水淡化是一种新兴且发展潜力巨大的技术该技术，该方法利用太阳能资源，通过光热转化，能够从海水中通过蒸发的方式获得淡水，该方法利用免费且取之不尽的太阳能资源，能够在一定程度上降低海水淡化的能耗和成本。并且，利用太阳能光热技术将太阳能转化为热能，该热能可以促进水体的蒸发和冷凝，即可以获得蒸馏净水，该太阳能光热技术也可实现高盐水的净化以及污水净化等，降低了污水处理成本。然而，目前的太阳能光热转化净水装置以及净水方法，仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。专利技术人发现，目前的太阳能光热转化净水装置，存在结构复杂、制造以及运行成本高、太阳能利用率低等问题。例如，目前的太阳能光热转化净水装置，其构型设计较为复杂，且不能对吸收的太阳能进行高效利用，例如存在大量热能耗散损失等，真正用于水体蒸发的热能占比小，从而限制了其进一步发展。因此，如果能提出一种新的太阳能光热转化净水装置，结构简单，易于制备，太阳能利用率高，且成本低廉，将能在很大程度上推动太阳能光热转化净水技术(例如海水淡化技术)的普及，将能在很大程度上解决上述问题。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种太阳能光热转化净水装置。根据本专利技术的实施例，该太阳能光热转化净水装置包括：半椭球形的太阳能集热罩，所述太阳能集热罩的内壁底部具有淡水收集槽，所述淡水收集槽在所述太阳能集热罩的底部限定出蒸发平面，所述淡水收集槽中设置有淡水出水口，所述淡水出水口与淡水储存单元相连，其中，所述太阳能集热罩的b轴的长度大于a轴，且所述b轴垂直于所述蒸发平面；隔离加热层，所述隔离加热层位于所述太阳能集热罩的内部，且设置在所述蒸发平面处，所述隔离加热层包括基体，所述基体的内部具有孔道，所述隔离加热层被配置为可与水面接触，且可通过所述孔道将海水吸收至所述隔离加热层的内部，所述基体中至少在所述基体远离所述水面的一侧具有光热转化材料；以及冷却单元，所述冷却单元设置在所述太阳能集热罩的外部，且被配置为对所述太阳能集热罩的外表面进行冷却。由此，该太阳能光热转化净水装置可以直接放置在水面(例如海面)上使用，结构简单，成本低廉，使用方便；该隔离加热层可将部分海水吸收至其内部，该太阳能集热罩收集的热量以及该光热转化材料可以对吸收至该隔离加热层内部的海水进行加热蒸发，加热蒸发效率高；该冷却单元可以促进太阳能集热罩内的水蒸气在该太阳能集热罩的内壁冷凝，且具有该形状的太阳能集热罩有利于水蒸气沿着该太阳能集热罩的弧形内壁充分冷凝，该装置的太阳能利用率高，净水效率(例如海水淡化效率)高)，且净水成本较低。根据本专利技术的实施例，所述太阳能集热罩的所述b轴和所述a轴的长度比为(6：5)～(2：1)。由此，当该太阳能集热罩的b轴和a轴的长度比在该范围时，可以较好地促进水蒸气沿着该太阳能集热罩的内壁充分冷凝，进一步提高了该太阳能光热转化净水装置的净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述太阳能集热罩的内壁设置有吸光涂层。由此，该吸光涂层可以较好地吸收太阳能中的热能，以便对隔离加热层内部的水进行加热蒸发，进一步提高了太阳能的利用率。根据本专利技术的实施例，所述吸光涂层包括单向透光材料以及红外反射材料的至少之一。由此，该单向透光材料可使光线从外部射入该太阳能集热罩内，而光线不能从太阳能集热罩内透射出去，从而可以降低射入该太阳能集热罩内部的太阳能的损耗；该红外反射材料可将入射至太阳能集热罩内部的太阳光中的红外光局限在集热罩内部，从而可以更好地利用红外光中的热量，由此，该吸光涂层可以进一步提高了太阳能的利用率。根据本专利技术的实施例，形成所述太阳能集热罩的材料包括聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸及其衍生物、玻璃的至少之一。由此，该太阳能集热罩具有较好的集热作用，可以减小热量损耗，可进一步提高太阳能集热罩的太阳能利用率。根据本专利技术的实施例，所述淡水收集槽与所述太阳能集热罩是一体成型的，所述淡水收集槽为环形的。由此，进一步简化了该太阳能集热罩的结构以及制备工艺，并且，该环形的淡水收集槽可以较好地收集从太阳能集热罩内壁各处冷凝的淡水，进一步提高了该太阳能光热转化净水装置的使用性能。根据本专利技术的实施例，所述冷却单元包括：喷淋头，所述喷淋头设置在所述太阳能集热罩的顶部；以及抽水泵，所述抽水泵用于抽吸一定深度的海水并将所述海水供给至所述喷淋头。由此，当该太阳能光热转化净水装置直接放置在海面上使用时，该抽水泵可以抽吸一定深度的温度较低的海水，并将其供给至喷淋头，对该太阳能集热罩的外表面进行冷却降温，因此，该冷却单元可以利用已有的温度较低的海水对太阳能集热罩进行冷却，进一步简化了该太阳能光热转化净水装置的结构，节约了净水成本(例如海水淡化成本)。根据本专利技术的实施例，所述基体包括多孔材料、气凝胶、碳材料、有机纤维的至少之一；所述光热转化材料包括金属纳米粒子、碳材料、等离子激元材料以及半导体材料的至少之一。由此，一方面，形成该隔离加热层的材料来源广泛，且价格较为低廉，可降低海水淡化的成本；另一方面，该基体可以较好地将海水吸收至其内部，避免了太阳能集热罩以及光热转化材料对整个水体进行加热，造成加热蒸发效率低且热量损耗严重的问题；该光热转化材料的太阳能利用率高，可以在其周围产生高温，促进该隔离加热层内部的水蒸发，进一步提高了太阳能利用率以及净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述隔离加热层包括光热转化部以及隔热部，其中，所述隔热部的内部具有通孔，所述隔热部和所述水面接触，且可将海水吸收至所述通孔中，所述光热转换部与所述隔热部相接触，且至少可对所述隔热部远离所述水面一侧的所述通孔的开口处进行加热。由此，该隔热部可以较好地将水吸收至其内部，该光热转化部可至少对通孔开口处(即隔热部和光热转化部相接触处)的水进行加热蒸发，进一步提高了太阳能利用率以及净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述光热转化部以及所述隔热部层叠设置。由此，该光热转化净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述隔热部为杯状的，所述杯状的所述隔热部的杯底和所述水面接触，所述光热转化部设置在所述杯状的所述隔热部的内部。由此，该光热转化部可以充分地对与其接触的隔热部的通孔开口处的水进行加热蒸发，进一步提高了太阳能利用率以及净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述隔热部包括毛细管，所述毛细管的底部和所述水面接触，所述毛细管的顶部设置有所述光热转化部。由此，该光热转化部可以对该毛细管吸收至毛细管顶部的水进行加热蒸发，进一步提高了太阳能利用率以及净水效率(例如海水淡化效率)。根据本专利技术的实施例，所述隔热部以及所述光热转化部组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能光热转化净水装置，其特征在于，包括：半椭球形的太阳能集热罩，所述太阳能集热罩的内壁底部具有淡水收集槽，所述淡水收集槽在所述太阳能集热罩的底部限定出蒸发平面，所述淡水收集槽中设置有淡水出水口，所述淡水出水口与淡水储存单元相连，其中，所述太阳能集热罩的b轴的长度大于a轴，且所述b轴垂直于所述蒸发平面；隔离加热层，所述隔离加热层位于所述太阳能集热罩的内部，且设置在所述蒸发平面处，所述隔离加热层包括基体，所述基体的内部具有孔道，所述隔离加热层被配置为可与水面接触，且可通过所述孔道将海水吸收至所述隔离加热层的内部，所述基体中至少在所述基体远离所述水面的一侧，具有光热转化材料；以及冷却单元，所述冷却单元设置在所述太阳能集热罩的外部，且被配置为对所述太阳能集热罩的外表面进行冷却。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能光热转化净水装置，其特征在于，包括：半椭球形的太阳能集热罩，所述太阳能集热罩的内壁底部具有淡水收集槽，所述淡水收集槽在所述太阳能集热罩的底部限定出蒸发平面，所述淡水收集槽中设置有淡水出水口，所述淡水出水口与淡水储存单元相连，其中，所述太阳能集热罩的b轴的长度大于a轴，且所述b轴垂直于所述蒸发平面；隔离加热层，所述隔离加热层位于所述太阳能集热罩的内部，且设置在所述蒸发平面处，所述隔离加热层包括基体，所述基体的内部具有孔道，所述隔离加热层被配置为可与水面接触，且可通过所述孔道将海水吸收至所述隔离加热层的内部，所述基体中至少在所述基体远离所述水面的一侧，具有光热转化材料；以及冷却单元，所述冷却单元设置在所述太阳能集热罩的外部，且被配置为对所述太阳能集热罩的外表面进行冷却。2.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述太阳能集热罩的所述b轴和所述a轴的长度比为(6：5)～(2：1)。3.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述太阳能集热罩的内壁设置有吸光涂层；任选地，所述吸光涂层包括单向透光材料以及红外反射材料的至少之一。4.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，形成所述太阳能集热罩的材料包括聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸及其衍生物、玻璃的至少之一。5.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述淡水收集槽与所述太阳能集热罩是一体成型的，所述淡水收集槽为环形的。6.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述冷却单元包括：喷淋头，所述喷淋头设置在所述太阳能集热罩的顶部；以及抽水泵，所述抽水泵用于抽吸一定深度的海水并将所述海水供给至所述喷淋头。7.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述基体包括多孔材料、气凝胶、碳材料、有机纤维的至少之一；所述光热转化材料包括金属纳米粒子、碳材料、等离子激元材料以及半导体材料的至少之一。8.根据权利要求1所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，所述隔离加热层包括光热转化部以及隔热部，其中，所述隔热部的内部具有通孔，所述隔热部和所述水面接触，且可将海水吸收至所述通孔中，所述光热转换部与所述隔热部相接触，且至少可对所述隔热部远离所述水面一侧的所述通孔的开口处进行加热；任选地，所述光热转化部以及所述隔热部层叠设置；任选地，所述隔热部为杯状的，所述杯状的所述隔热部的杯底和所述水面接触，所述光热转化部设置在所述杯状的所述隔热部的内部；任选地，所述隔热部包括毛细管，所述毛细管的底部和所述水面接触，所述毛细管的顶部设置有所述光热转化部；任选地，所述隔热部以及所述光热转化部组成盒形结构，其中，所述光热转化部形成所述盒形结构的顶面，所述隔热部形成所述盒形结构的四个侧面，或者形成所述盒形结构的所述四个侧面以及底面。9.根据权利要求8所述的太阳能光热转化净水装置，其特征在于，形成所述光热转化部的材料包括金属纳米粒子、碳材料、等离子激元材料以及半导体材料的至少之一；形成所述隔热部的材料包括多孔材料、气凝胶、碳材料、有机纤维的至少之一。10.根据权利要求1所述的太阳能光热转化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张潇源，李·伦纳德，程文浩，黄霞，郭兴国，徐婷，刘瑞峰，
申请(专利权)人：清华大学，北京民天水源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11