[发明专利]一种高效太阳能海水淡化装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光-热利用技术领域，具体涉及一种高效太阳能海水淡化装置。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量。目前，全球海水淡化日产量约3500万立方米左右，其中80％用于饮用水。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视。目前主要的海水淡化方法有基于蒸馏过程的多级闪蒸法、多效蒸馏法、压气蒸馏法等和基于膜处理过程的反渗透法、电透析法等。这两类方法各自有优缺点：蒸馏法对海水预处理要求低，产出淡水即为蒸馏水因而水质较高，但该方法能耗很高因而常与电厂、化工厂的余热利用相配合。膜法虽然能耗低但渗透膜寿命较短且换膜费用高，而且产出淡水品质相对较低。

除了以上两类主要的方法外，利用太阳能进行海水淡化具有低能耗、低运行成本、洁净无污染的显著优点。另外，其装置可独立运行，不受蒸汽、电力等条件限制，对能源紧缺、环保要求高的地区和场合更有突出的应用价值，因而逐渐受到人们重视并被越来越多地采用。

太阳能海水淡化主要利用太阳能加热蒸馏，所以该类装置一般都称为太阳能蒸馏器。然而，对于传统的太阳能蒸馏器，光照辐射经聚焦器聚焦后穿过吸热器玻璃套管最终被吸热器内管外表面吸收产生热量，热量经管壁通过导热方式传递给管内被加热流体(海水)，而在流体内部热量的传递仍然依靠导热方式。鉴于这种热量传递方式，传统的太阳能蒸馏器性能改进思路主要依靠材料的选取、各种热性能的改善以及将它与更高效的太阳能集热器配合使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种高效太阳能海水淡化装置，该装置一改传统装置中热量传递依靠从容器边壁到海水内部的导热方式，而借助于散布在海水中的纳米粒子实现了直接流体内部加热的方式，因而减少了反射和热阻损失，提高了加热效率。同时，由于不再需要价格昂贵的吸热器，因而简化了装置结构，降低了产品成本。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种高效太阳能海水淡化装置，该装置包括具有线聚焦功能的碟式聚光器1、带有真空夹层的圆柱型蒸汽发生器2、具有核壳双层结构的纳米粒子3和套管式换热器4，其中：碟式聚光器1的聚焦轴与圆柱型蒸汽发生器2的中心轴重合；圆柱型蒸汽发生器2内部容纳待处理海水，纳米粒子3散布于圆柱型蒸汽发生器2内的海水中；套管式换热器4具有套管和内管，套管式换热器4的套管侧壁的上部具有海水入口，套管侧壁的下部具有海水出口，该海水出口通过密封管道与圆柱型蒸汽发生器2侧壁的底部连通；套管式换热器4的内管上端连通于圆柱型蒸汽发生器2的顶部，下端开口作为淡水出口。

上述方案中，所述碟式聚光器1用于收集光照辐射并将其聚焦于圆柱型蒸汽发生器2内含有纳米粒子的待处理海水中。所述碟式聚光器1还包括光照辐射追踪系统，以提高日平均效率。

上述方案中，所述圆柱型蒸汽发生器2为玻璃套管结构，夹层经过真空处理，中心轴与碟式聚焦器1的聚焦轴重合，圆柱型蒸汽发生器2内部容纳待处理海水，海水中散布有纳米粒子3，在聚焦光照辐射条件下实现高效加热，快速产生蒸汽。

上述方案中，所述纳米粒子3散布在待处理海水内部，用于在聚焦光照辐射条件下通过表面等离子共振作用实现对粒子周围液体的快速加热。所述纳米粒子3具有核壳双层结构，由金属颗粒11和包裹在外面的陶瓷减反层12构成。所述金属颗粒11为Au、Ag、Ni、Cr、Co等，所述包裹在外面的陶瓷减反层12为Al₂O₃、SiO₂、MgO、TiO₂等。

上述方案中，所述纳米粒子3尺寸为100～120nm，能有效吸收光照辐射并减小反射。

上述方案中，所述套管式换热器4用于海水与蒸汽之间的热交换，同时实现对海水的预热处理和对蒸汽的冷凝处理。

上述方案中，在初始状态时，圆柱型蒸汽发生器2内的海水处于环境温度，海水内部散布有纳米粒子3；装置开始运行时，光照辐射经碟式聚光器1形成线聚焦，加热位于碟式聚光器1聚焦轴的圆柱型蒸汽发生器2，圆柱型蒸汽发生器2中散布于海水中的纳米粒子3在接受到聚焦辐射后，对海水进行局部加热并在数秒钟迅速即可形成蒸汽；蒸汽产生后流经套管式换热器4的内管与套管侧的海水进行热交换，冷凝成为淡水，套管侧海水经过预热后温度上升，进入圆柱型蒸汽发生器2。在装置运行过程中，调节海水供给流量以保证圆柱型蒸汽发生器2内的液位稳定。

(三)有益效果