[发明专利]被动式全天候一体化太阳能水淡化与冷凝收集装置

说明书

本发明公开了一种被动式全天候一体化太阳能水淡化与冷凝收集装置，包括蒸发单元、冷凝单元和集水单元，蒸发单元包括蒸发池和太阳光选择性吸收制热器，太阳光选择性吸收制热器位于蒸发池的内部，在太阳光波段的吸收率大于80%，太阳光以外的中红外波段的吸收率低于20%；冷凝单元采用中红外光选择性辐射材料或结构，覆盖在蒸发单元上，用于透射太阳光和辐射中红外光；集水单元包括内部集水槽和外部集水槽，内部集水槽位于冷凝单元内底部周边，用于收集汇集的蒸发池中的冷凝水，外部集水槽位于冷凝单元外底部周边，用于收集汇集的空气中的冷凝水。本发明集太阳能水淡化与冷凝水收集于一体，发挥两者优势，淡水产出率更高，结构简单，绿色环保。

技术领域

本发明涉及光学工程技术领域和水利工程技术领域，尤其涉及一种集太阳能海水淡化与冷凝水收集于一体的获取淡水资源的装置。

背景技术

水资源危机和能源危机是全球性挑战。预计2050年，世界上约75%的人口将面临水资源短缺问题。不仅如此，能源的匮乏也影响人类对淡水资源的获取。

地球上约71%的面积覆盖着海水，海水约占总水量的97%，而陆地上的淡水资源不到总水量的1%。如此少的可利用淡水资源还面临着环境污染。为解决人类对淡水资源日益增加的需求，多级闪蒸、反渗透、电渗析、太阳能膜蒸馏等多种海水淡化技术被开发出来。太阳能海水淡化技术借助太阳光来加热海水，使之蒸发冷凝获得纯净水。太阳光取之不尽用之不竭且绿色环保。相比其它技术，太阳能海水淡化技术具有结构简单、成本低廉、环境友好和可持续利用的优势，特别适合应用于能源匮乏的国家或者地区。关于太阳能海水淡化技术主要集中于研究局部加热技术来提高水的蒸发速率(Nature Communications, 2014,5: 4449; Nature Energy, 2016, 1: 16126; Nature Photonics, 2016, 10: 393-398;Nature Nanotechnology, 2018, 13: 489-495)。在自然太阳光照射下，蒸发速率已接近其理论极限(Nature Energy, 2018, 1: 16126)。以往采用热传导和对流换热方式实现水蒸气的冷凝，其冷凝功率远低于太阳光的加热功率，致使太阳能海水淡化系统产水量不高。

另一方面，空气中的水分是一种巨大的可再生水资源。利用冷凝器将空气温度降到露点温度便可使水汽凝结成水。相比主动式冷凝器，被动式冷凝器通过辐射中红外波段能量到外太空（温度仅为3 K）实现冷凝，而无需消耗能源(Sustainable Water ResourcesManagement, 2016, 2: 71-86)。然而利用现有冷凝技术推出的商用辐射冷凝器主要工作在夜间，因其对太阳光有吸收，日间冷凝效果减弱。

发明内容

本发明旨在克服现有技术劣势，将太阳能海水淡化与被动式辐射冷凝器有机结合起来，发挥两种技术优势，提供一种被动式全天候一体化太阳能水淡化与冷凝收集装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种被动式全天候一体化太阳能水淡化与冷凝收集装置，包括蒸发单元、冷凝单元和集水单元；

所述蒸发单元包括蒸发池和太阳光选择性吸收制热器，所述蒸发池设有原水进口和浓盐水出口，所述太阳光选择性吸收制热器位于蒸发池的内部，在太阳光波段的吸收率大于80%，太阳光以外的中红外波段的吸收率低于20%；

所述冷凝单元采用中红外光选择性辐射材料或结构，覆盖在所述蒸发单元上，用于透射太阳光和辐射中红外光；

所述集水单元包括内部集水槽和外部集水槽，内部集水槽位于冷凝单元内底部周边，用于收集重力作用下汇集的蒸发池中的冷凝水，外部集水槽位于冷凝单元外底部周边，用于收集重力作用下汇集的空气中的冷凝水。

所述原水进口高于浓盐水出口。

所述太阳光选择性吸收制热器为平面薄膜结构、纳米颗粒结构或多孔结构，位于蒸发池边壁、液体底部、液体中间或液面上。