[发明专利]一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置及方法

说明书

本发明涉及一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置及方法，多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置包括多级系统、海水循环泵、太阳光圆弧反射罩、海水储罐和淡水储罐。本发明的有益效果是：本发明的多级蒸发冷凝结构有利于热量回收利用，淡水冷凝释放的热量可以传导到下一级结构的海水层以供海水蒸发使用，突破了单级太阳能光热蒸馏器的效率瓶颈；采用了膜蒸馏技术，通过疏水膜分隔了海水和淡水层，避免了水质污染，同时流动的海水带走了海水淡化残留的盐分，避免了积盐现象，提高了系统运行的稳定性；多级太阳能光热蒸馏器的级数可调，操作简单。

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，更确切地说，它涉及一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置及方法。

背景技术

在海岛或者沿海地区常常面临着淡水资源短缺的问题，靠海而不能吃海，而海水淡化技术可以将海水转化成方便利用的淡水。目前已建成的海水淡化工厂循环采用反渗透技术和低温多效蒸馏技术，满足高能耗需求下大规模使用，可以以较低成本解决淡水问题。但对于某些沿海偏僻城乡、海岛或者海上平台，由于这些技术在小规模条件下的高成本和高能耗，通常无法有效地支持当地的经济生产活动。太阳能蒸馏器技术是利用太阳能实现海水淡化的技术，不需要大量地电力消耗和高昂的成本，结构简单、效率高，是小型淡水获取装置的不二选择，可以满足沿海偏僻城乡、海岛或者海上平台地区居民地淡水需求。

在传统太阳能蒸馏器里，水蒸气在玻璃内表面上冷凝收集，而释放的冷凝潜热大部分散失到了外界，再加上系统一些不可避免的光学损失和热损失，使得传统的太阳能蒸馏器效率很难超过50％。此外，利用毛细效应汲水的多级太阳能蒸馏器海水淡化效率最高为380％，这相较于传统的太阳能蒸馏器提高了近十倍。然而利用毛细效应汲水的海水淡化工艺无法解决积盐和淡水海水交叉污染问题，因此无法在实际工程项目中持续可靠地进行海水淡化。其次，使用毛细效应进行汲水，对汲水高度和方向都产生了限制，使得蒸馏器尺寸高度需小于毛细汲水高度，受光方向需要接近水平角度，以满足装置呈接近竖直状态，一定程度上降低了系统的太阳能利用效率。

相关文献有：张学镭,卜跃刚,刘强等在电力科学与工程,2017,33(12):1-8.上刊载的《太阳能海水淡化的新技术发展现状[J]》；Xiao,G.,Wang,X.,Ni,M.等在AppliedEnergy 103,642–652(2013).上刊载的《A review on solar stills for brinedesalination》；Zhenyuan Xu，Lenan Zhang，Lin Zhao等在EnergyEnvironmentalScience 13,830-839(2020).上刊载的《Ultrahigh-efficiency desalination via athermally-localized multistage solar still[J]》

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置及方法，所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种多级太阳能光热膜蒸馏海水淡化装置，包括：多级系统、海水循环泵、太阳光圆弧反射罩、海水储罐和淡水储罐；

其中，多级系统、海水循环泵和海水储罐首尾连接，形成环形回路；多级系统还与淡水储罐连接；太阳光圆弧反射罩包括支架、圆弧罩和反光层，所述反光层面向多级系统。

作为优选，所述多级系统包括：光热转化材料、传热底板、海水层、疏水膜、循环单级蒸馏结构、散热顶盖、紧固件、海水循环管和淡水出水管；

其中，循环单级蒸馏结构包括自上而下叠加的疏水膜、海水层、传热底板和淡水层；多级系统中的循环单级蒸馏结构按竖直方向叠加，位于多层系统底层的循环单级蒸馏结构的传热底板上固定有光热转化材料；位于多层系统顶层的循环单级蒸馏结构的海水层上方设有散热顶盖和紧固件；循环单级蒸馏结构的左侧设有海水循环管，循环单级蒸馏结构的右侧设有淡水出水管。