基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统

1.发明涉及一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，属于太阳能热利用、海水淡化技术领域。


背景技术：

2.淡水作为人类生活中不可缺少的重要资源，特别是在沿海地区，越来越受到人们的重视。海水淡化技术是我们获取淡水资源的重要手段，使用太阳能驱动海水淡化有助于节能减排和可持续发展。传统的被动式太阳能海水淡化系统指蒸馏器类型的结构，蒸馏器中预置的大量海水的高热容抑制了蒸馏性能。其太阳光的照射与海水的蒸发发生在海水域的同一侧，进光面也是冷凝面，冷凝液滴会削弱进入装置的太阳光。此外，该种蒸馏方式也不利于强化冷凝和回收冷凝潜热。
3.近些年，有人提出基于亲水芯逆向蒸馏的太阳能海水淡化系统。使得太阳光的照射与海水的蒸发发生在海水域的不同侧，这样解耦了太阳光的照射和海水的蒸发，因此避免了冷凝液滴对进光的干扰，也极大的方便了强化冷凝和回收冷凝潜热。然而，这种基于亲水芯的逆向蒸馏方法引发了位于蒸发界面上的盐的结晶，因此限制了其的可持续性。


技术实现要素：

4.有鉴于此,本发明提供了一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，在实现低热容逆向蒸馏的同时能够通过水层内部的流动避免盐的结晶。
5.一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，包括透明盖板、吸光板、疏水透气膜、支撑网、冷凝板、侧板、供水瓶、供水管；其中，透明盖板为透明的板；吸光板为顶部涂覆有太阳能选择性吸收涂层的、导热性能良好的平板；疏水透气膜阻挡水的透过但允许气体的透过；支撑网为具有一定硬质多孔板；冷凝板为导热性能良好的平板；侧壁为密封隔热板。
6.侧壁支撑透明盖板和吸光板，三者围城一个密闭的空气域。侧壁支撑吸光板和疏水透气膜，三者围城一个密闭的水层。设置吸光板和疏水透气膜的间距为1mm-20mm以实现水层低热容蒸馏。支撑网紧贴疏水透气膜并位于其下方。侧壁、疏水透气膜、支撑网、冷凝板四者围城一个密闭的空气域。水域的侧壁一端开有一小孔，用供水管连接该小孔和供水瓶。供水瓶中的水位高于水层的水位。侧板位于支撑网和冷凝板之间的部分开有一小孔，作为淡水液滴的出口。
7.工作原理：太阳光透过透明盖板然后被吸光板吸收，加热吸光板下方的海水，海水受热后向下方产生蒸汽，并依次透过疏水透气膜、支撑网最终到达冷凝板，凝结形成淡水。海水被蒸发的一瞬间，位于较高位置的供水瓶中的海水会在虹吸作用下经由供水管补充到吸光板下方的海水中，从而实现补水功能。将装置倾斜10
°‑
60
°
放置，使得水层的入口位于整个水域的最低位置，这种做法使得水层中远离入口端的高盐度海水向入口端回流，从而使得整个水层内部的海水盐度均匀分布，最大化水层中所有海水对盐的溶解能力。
8.进一步的，在水层中与入口相对一端的侧板上开一小孔作为海水排水口，并连接管道和阀门。将装置倾斜5
°‑
60
°
使得排水口位于整个水层的最低位置，这样能够确保排水口处的海水密度和盐度是整个水层中最大的。通过阀门控制排水流速，使排水口处海水在达到饱和前排出。
9.进一步的，为提高单位进光面积的产水量，在冷凝板下方布置多级叠层结构，重复吸光板与冷凝板之间的结构布局以回收水蒸气冷凝潜热提高能源利用效率。
10.有益效果
11.1、本发明基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统能够实现低热容抗盐太阳能海水淡化，有着低于传统蒸馏器的海水热容量和优于传统蒸馏器的蒸馏效率，并改善了利用亲水芯的逆向蒸馏器的抗盐结晶性能。
12.2、本发明的排盐方式能够满足高浓度海水或盐水在无盐结晶的情况下可持续蒸馏。
13.3、多级蒸馏结构能够回收级间冷凝潜热，实现单位进光面积的超高效产水。
附图说明
14.图1为本发明基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统示意图。
15.图2为本发明基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统在排出海水模式下的一个实施例示意图。
16.图3为本发明基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统在多级蒸馏配置下的一个实施例的示意图。
17.其中，1-透明盖板；2-吸光板；3-侧板；4-冷凝液滴；5-冷凝板；6-淡水出口；7-支撑网；8-疏水透气膜；9-海水入口；10-供水瓶；11-海水；12-供水管；13-水层；14-太阳光；15-海水出口；16-排水管；17-阀门。
具体实施方式
18.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
19.如附图1所示，本发明提供了一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，包括透明盖板1、吸光板2、疏水透气膜8、支撑网7、冷凝板5、侧板3、供水瓶10、供水管12；其中，透明盖板1为透明的板；吸光板2为顶部涂覆有太阳能选择性吸收涂层的、导热性能良好的平板；疏水透气膜8阻挡水的透过但允许气体的透过；支撑网7为硬质多孔板；冷凝板5为导热性能良好的平板；侧板6为密封隔热板。
20.侧板6支撑透明盖板1和吸光板2，三者围城一个密闭的空气域。侧壁6支撑吸光板2和疏水透气膜8，三者围城一个密闭的水层13。设置吸光板2和疏水透气膜8的间距为1mm-20mm以实现水层13的低热容蒸馏。支撑网7紧贴疏水透气膜8并位于其下方。侧板3、疏水透气膜8、支撑网7、冷凝板5四者围城一个密闭的空气域。水层13的侧板3一端开有一小孔9作为海水入口，用供水管12连接小孔9和供水瓶10。供水瓶10中的水位高于水层13的水位。侧板3位于支撑网7和冷凝板5之间的部分开有一小孔6，作为淡水液滴的出口。
21.工作原理：本系统工作时，太阳光14透过透明盖板1然后被吸光板2吸收，加热吸光板下方的水层13中海水，海水受热后向下方产生蒸汽，并依次透过疏水透气膜8、支撑网7最
终到达冷凝板5，凝结形成淡水液滴4。海水被蒸发的一瞬间，位于较高位置的供水瓶10中的海水11会在虹吸作用下经由供水管12补充到吸光板2下方的水层13中，从而实现补水功能。将装置倾斜10
°‑
60
°
放置，使得水层13的入口9位于整个水层的最低位置，这种做法使得水层13中远离入口11处的高盐度盐水向入口11回流，从而使得整个水层13内部的海水盐度均匀分布，最大化水层13中所有海水对盐的溶解能力。
22.在图2所示的一个实施例中，在水层13中与入口11相对一端的侧板3上开一个小孔15作为海水排水口并连接管道16和阀门17。将装置倾斜5
°‑
60
°
使得排水口15位于整个水层13的最低位置，这样能够确保排水口15处的海水密度和盐度是整个水层13中最大的。通过阀门17控制排水流速，使排水口15处的海水在达到饱和前排出。
23.在图3所示的一个实施例中，为提高单位进光面积的产水量，在冷凝板5下方布置多级叠层结构，重复吸光板2与冷凝板5之间的结构布局以回收水蒸气冷凝潜热提高能源利用效率。
24.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，其特征在于，包括透明盖板(1)、吸光板(2)、疏水透气膜(8)、支撑网(7)、冷凝板(5)、侧板(3)、供水瓶(10)、供水管(12)；其中，所述透明盖板(1)为透明的板；所述吸光板(2)为顶部涂覆有太阳能选择性吸收涂层的、导热性能良好的平板；所述疏水透气膜(8)阻挡水的透过但允许气体的透过；所述支撑网(7)为具有硬质多孔板；所述冷凝板(5)为导热性能良好的平板；所述侧板(3)为密封隔热板；所述侧板(3)支撑透明盖板(1)和吸光板(2)，三者围城一个密闭的空气域；侧板(3)支撑吸光板(2)和疏水透气膜(8)，三者围城一个密闭的水层(13)；设置吸光板(2)和疏水透气膜(8)的间距为1mm-20mm以实现低热容蒸馏功能；所述支撑网(7)紧贴疏水透气膜(8)并位于其下方；侧板(3)、疏水透气膜(8)、支撑网(7)、冷凝板(5)四者围城一个密闭的空气域；所述水层(13)的侧板(3)一端开有一小孔(9)作为海水入口，用供水管(12)连接小孔(9)和供水瓶(10)；供水瓶(10)中的水位高于水层(13)的水位；侧板(3)位于支撑网(7)和冷凝板(5)之间的部分开有一小孔(6)作为淡水液滴(4)的出口；所述的透明盖板(1)、吸光板(2)、疏水透气膜(8)、支撑网(7)、冷凝板(5)、侧板(3)构成的整体以小孔(9)为中心顺时针倾斜10
°‑
60
°
以实现抗盐功能。2.如权利要求1所述的基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，其特征在于，在冷凝板(5)下方布置多级叠层结构，重复吸光板(2)与冷凝板(5)之间的结构布局以实现回热功能。

技术总结
本发明公开了一种基于低热容水层逆向蒸馏的抗盐太阳能海水淡化系统，属于太阳能海水淡化领域。本发明由透明盖板、吸光板、疏水透气膜、支撑网、冷凝板、侧板、供水瓶、供水管等构成。本系统工作时，吸光板太阳光并将其转化为热能加热水层中的海水。海水向下蒸发产生的蒸汽依次透过疏水透气膜和支撑网最终在冷凝板上冷凝。在海水蒸发的同时，处于高位的供水瓶中的海水自动补充到水层中，为水层源源不断地供应海水。通过倾斜装置使海水进口位于最低位，促进水层中的海水盐度均匀分布，降低结盐风险；通过设置海水出口并安装阀门控制海水在饱和前被排出以实现可持续蒸馏；通过设置多级叠层结构回收蒸气冷凝潜热提高系统能源利用效率。效率。效率。


技术研发人员：祝子夜 郑宏飞 孔慧 熊建银
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/10/8