一种漂浮式太阳能海水淡化-制盐双效装置
技术领域
本发明涉及太阳能热利用技术领域，特别涉及一种漂浮式太阳能海水淡化-制盐双效装置。
背景技术
淡水资源是人类生活生产中不可或缺的一种资源，地球上的水资源中97％以上为咸水资源，而在不足3％的淡水资源中，可以直接利用的更是少之又少。面对日益匮乏的水资源，海水淡化技术作为一种淡水资源的增量技术，越来越受到许多水资源紧缺的沿海国家的青睐。目前，全球的海水淡化技术已有逾20种，主要分为蒸馏法和膜法两大类。两种方法各有优略：蒸馏法对海水的预处理要求低、淡化水品质较高，但是能耗较高；膜法具有投资低、能耗低的特点，但是对海水的预处理要求稍高，并且需要定期换膜。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种漂浮式太阳能海水淡化-制盐双效装置，该装置既能利用太阳能来实现海水淡化，清洁绿色，还能实现海水中的盐分的收集，提高了海水的综合利用水平。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种漂浮式太阳能海水淡化-制盐双效装置，包括装置本体，所述的装置本体包括淡水收集器2与盐分收集器3，盐分收集器3设置在淡水收集器2内部，淡水收集器2正上方设置有菲涅尔透镜1，菲涅尔透镜1与淡水收集器2紧密结合，盐分收集器3正上方设置有与之紧密结合的光热转化层4；
光热转化层4搭接于盐分收集器3的上方与之共同构成封闭空间。
所述的装置本体整体呈圆柱形，菲涅尔透镜1、淡水收集器2、盐分收集器3和光热转化层4均为回转体结构，且相对位置同轴安装。
所述的淡水收集器2和盐分收集器3为一体式的石英结构。
所述的所述菲涅尔透镜1将太阳光聚焦在光热转化层4的上表面，为海水汽化提供能量。
所述光热转化层4为多孔光热转化材料，用于实现高效光热转化，光热转化层4位于毛细输水层5上方且与之紧密接触，毛细输水层5位于盐分收集器3内部，毛细输水层5为亲水性多孔材料，用于实现高效海水输运。
所述的毛细输水层5填充于光热转化层4底部的圆柱型空间中，所述的底部的毛细输水层5与光热转化层4的接触面积仅仅占据光热转化层4下表面的一小部分。
所述的淡水收集器2与盐分收集器3均为环形腔体结构。
所述淡水收集器2的上表面为冷凝面7，冷凝面7形状类似倒圆台形结构的侧面，淡水收集器2用于对蒸汽进行冷凝与聚集；冷凝面7底部位置布置有淡水收集口8，淡水收集口8用于将冷凝的淡水收集进淡水收集器2；淡水收集器2底面布置有淡水排出口9及密封塞10，淡水排出口9用于将收集的淡水取出。
所述盐分收集器3顶部无结构，与光热转化层4下表面共同形成封闭腔体，盐分收集器3用于收集光热转化层4下表面析出的盐分，盐分收集器3与光热转化层4分离后可将收集的盐分取出。
所述的淡水收集器2侧面设置有吃水深度标尺6。
本发明的有益效果：
1、利用本发明，海水淡化和取盐过程所需能源全部来自于太阳能，能耗为零，符合绿色环保的生态理念，实现了对太阳能和海水资源的高效综合利用。
2、利用本发明，装置具有较高的集成度，工作时可以借助自身浮力漂浮在海面上，无需额外的支承装置，结构简单，成本更加低廉且便于安装布置，稳定性好。此外，仅通过调整装置的数量就可以适用于不同淡水产出需求，对于规模化使用或是小型使用都十分友好。
3、利用本发明，聚焦太阳光直接加热光热转化层表面的局部流体，相较传统太阳能海水淡化装置中的整体加热模式更加高效快捷，从而提高了太阳能的利用效率。
4、本发明对在太阳光辐照充分的海岛地区和舰艇船只之类的地区或环境的使用更具优势。此类地区的光照条件好，但是淡水资源、化石燃料或是电力资源相对珍贵。利用本发明，可以相对减缓这些需求矛盾，在不占用化石燃料和电力资源的条件下产出淡水。另外，得益于本发明具有显著的结构紧凑的特点，因此本发明还十分便于携带和安装，契合上述地区环境的使用需求。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能海水淡化-制盐双效装置的结构示意图。
图2为本发明提供的太阳能海水淡化-制盐双效装置的装配示意图。
图中各部分相应标记为：1-菲涅尔透镜；2-淡水收集器；3-盐分收集器；4-光热转化层；5-毛细输水层；6-吃水深度标尺；7-冷凝面；8-淡水收集口；9-淡水排出口；10-密封塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的太阳能海水淡化-制盐双效装置的结构示意图，该装置主要包括：菲涅尔透镜1、淡水收集器2、盐分收集器3、光热转化层4、毛细输水层5及吃水深度标尺6，其中：菲涅尔淡水收集器2由冷凝面7、淡水收集口8、淡水排出口9及密封塞10构成。
淡水收集器2与盐分收集器3均为环形腔体结构；菲涅尔透镜1位于淡水收集器2正上方并与之紧密结合；光热转化层4位于盐分收集器3正上方并与之紧密结合。
菲涅尔透镜1用于汇聚光照辐射并将其聚焦于光热转化表面上，为海水的汽化提供能量。另外，为防止蒸汽从装置的上表面1中溢出，菲涅尔透镜1和淡水收集器2上表面的冷凝面7之间的连接应当不允许存在有缝隙。
淡水收集器2和盐分收集器3为一体式玻璃结构。蒸汽收集器2上的冷凝面7为一倒圆台形结构的侧面，作为蒸汽冷凝的场所。冷凝面7底部刻有环形淡水收集口8，在壁面上冷凝的淡水通过淡水收集口8流入到淡水收集器2中。淡水收集器2底部开有淡水排出口9，正常工作时用密封塞10密封。
盐分收集器3顶部无结构，与光热转化层4下表面共同形成封闭腔体，用于收集光热转化层4下表面析出的盐分。盐分收集器3与光热转化层4分离后可将收集的盐分取出。与此同时，该结构可以有效隔绝光热转化层4和底部海水平面的传热，降低能量损耗，提高辐照能量的利用水平和蒸汽的产出速率。
光热转化层4为多孔光热转化材料，用于实现高效光热转化，毛细输水层5为亲水性多孔材料，用于实现高效海水输运。光热转化层4位于毛细输水层5上方且与之紧密接触，海水通过毛细输水层5的毛细作用被输运至光热转化层4，并在聚光条件下发生汽化过程，光热转化层4上下表面局部温度与局部含盐饱和率的差异使得蒸汽通过光热转化层4上表面流出且盐分通过光热转化层4下表面析出。
本装置利用太阳能进行海水淡化具能耗低、运行成本低、环境友好等多方个面的显著优势。此外，由于太阳能海水淡化技术的能量来源主要为光照辐射，所以对海水淡化系统的各种条件限制显著降低，即不受电力资源、地理位置因素的制约，对于诸如边疆海岛这样的电力资源弥足珍贵且光照十分充足的地区，采用太阳能海水淡化技术有着十分显著的优势和极高的应用价值。
太阳能海水淡化主要通过蒸馏法来实现海水的淡化，即太阳能加热海水实现水分的饱和气化，再冷凝收集，因此太阳能海水淡化装置一般被称作太阳能蒸馏器。太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。
装置采用一体化漂浮结构设计，工作时只需要将其放置在具有光照条件的海面上，免去了支承装置，结构简单便于携带，工作条件不严苛，具有较好的机动能力和扩展能力。此外，该装置有别于传统装置中热量传递依靠从容器边壁到海水内部来加热全部海水的加热方式，而是将太阳光汇聚到光热转化表面以产生局部高温，使受到光照的部分海水得以快速蒸出并在此同时收集产生的盐分，提高了太阳能的利用效率。
如图2所示，图2为本发明提供的太阳能海水淡化-制盐双效装置的装配示意图。装置的整体呈圆柱形，各个部件均为回转体结构，安装时按照图示相对位置同轴安装。菲涅尔透镜1位于装置的正上方和冷凝面7无缝接合，淡水收集器2和盐分收集器3为一体式的石英结构，光热转化层4如图示搭接于盐分收集器3的上方与之共同构成封闭空间，毛细输水层5填充于底部的圆柱型空间中。
由于底部的毛细输水层5与光热转化层4的接触面积仅仅占据光热转化层4下表面的一小部分，这形成了光热转化层4在中心处润湿程度高并且沿着径向逐渐降低的湿度差异，与此同时，光热转化层4上部分温度更高，且充满了饱和蒸汽。这将导致海水先在外侧下表面达到饱和状态并析出盐分，盐分不断地累积到一定程度后将自然脱落而后被收集在底部的盐分收集器3中。
实际工作过程中，本发明提供的太阳能海水淡化-制盐双效装置在初始状态时，淡水收集器2及盐分收集器3内部均为空置，可提供浮力使所述装置整体漂浮于海面上；正常工作时，装置利用聚光太阳能同时获得淡水与盐分，并分别在淡水收集器2及盐分收集器3中进行收集，该过程中装置吃水深度不断增加并通过吃水深度标尺6显示；当吃水深度达到一定预设值时即表明淡水收集器2及盐分收集器3中的淡水和盐分已收集满，此时将装置从海面取回，并通过取下淡水收集器2底部密封塞10，使淡水从淡水排出口9中流出，通过取下盐分收集器3顶部的光热转化层4将收集的盐分取出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
