本發(fā)明涉及一種海水淡化裝置，具體為一種太陽能海水淡化裝置。

背景技術：

隨著人口持續(xù)增長，全球各地不斷爆發(fā)水危機。各國紛紛尋求水源增量技術，海水淡化技術成為首要選擇。各類海水淡化技術層出不窮，仍然沒有化解水危機的跡象。尤其是沿海地區(qū)和海島，日照充足，海水豐富，卻至今沒有辦法將兩者有效結合生產(chǎn)淡水。因此限制了人類的活動范圍。如中國南海的很多海島，由于缺少淡水，人類不能在海島上長期居住。其實，地球賦與了人類足夠的淡水，只是人類還沒有找到高效獲取淡水的方法。從海水淡化技術發(fā)展趨勢來看，利用太陽能淡化海水是低成本制取淡水的可行途徑。

然而，要將可行性變?yōu)楝F(xiàn)實，太陽能海水淡化技術必須解決好三個問題：一是如何利用單位土地面積，盡可能多的收集太陽能？二是如何高效利用收集的太陽能將水蒸發(fā)成蒸汽？三是如何回收利用蒸汽冷凝成水所放熱量？單位土地面積的太陽光照是一定的，不同收集方法收集到的太陽能數(shù)量卻不一樣。因為太陽斜射的時間多于直射的時間，單一水平面吸收的太陽能一定少于一個立方體吸收的太陽能。解決第一個問題的辦法就是利用立方體頂面和兩個側面吸收太陽光。高效利用收集的太陽能將水蒸發(fā)成蒸汽就是尋找能將太陽光高效轉換成熱能的光熱材料。最近，朱嘉課題組在國際上首次利用金屬納米等離激元增強效應實現(xiàn)了高效太陽能海水淡化，其能量傳遞效率約90％，該材料具有超寬太陽光譜高光吸收效率，在400～2500納米太陽光譜范圍內(nèi)平均吸收效率大于96％，而且材料制備成本低廉。這種緊密排列的金屬納米顆粒薄膜漂浮在海水表面，納米顆粒的局域等離激元增強效應則使得膜液交界面的表層海水快速升溫，產(chǎn)生淡水蒸汽，而膜上的多孔結構又為蒸汽逃逸提供了有效的通道。這種新材料圓滿解決了第二個問題。太陽能使表層海水快速升溫產(chǎn)生淡水蒸汽，必然導致表層海水溫度高于下層海水溫度。用下層海水冷凝蒸汽，在獲得淡水的同時加熱下層海水，熱量被回收利用。如果找到實現(xiàn)這個技術構想的可行方案，第三個問題也就迎刃而解了。綜合解決了上述三個問題的太陽能海水淡化裝置，必然能解決沿海地區(qū)和海島淡水供應問題。

遺憾的是，這樣的太陽能海水淡化裝置至今還沒有出現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一套綜合解決太陽能吸收、海水蒸發(fā)、蒸汽熱量回收等問題的太陽能海水淡化技術方案，設計出一種只用太陽能作能源的海水淡化裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：其結構包括海水蒸發(fā)罐、側面加熱板、冷凝管、淡水收集管、淡水罐、海水流入管、水面加熱板、濃鹽水排出閥。其特征在于：海水蒸發(fā)罐為四方形罐。海水蒸發(fā)罐有不相鄰的兩個側面和頂面由透明材料構成，稱為透明側面和透明頂面。其余兩個側面稱為非透明側面。透明側面內(nèi)側安裝側面加熱板。側面加熱板由光熱材料制成。兩側面加熱板之間安裝冷凝管。冷凝管是內(nèi)部有很多換熱管的中空柱體。冷凝管進口正對透明頂面而不接觸到透明頂面，冷凝管出口接通淡水收集管。淡水收集管出口接淡水罐。海水流入管經(jīng)非透明側面與海水蒸發(fā)罐連通。海水流入管進口高度決定海水蒸發(fā)罐最高水位。海水流入管進口高度低于冷凝管進口高度。水面加熱板浮在水面上。水面加熱板由光熱材料和輕質(zhì)材料制成。濃鹽水排出閥安裝在海水蒸發(fā)罐底面下。

所述海水蒸發(fā)罐內(nèi)垂直于透明側面設置多道隔離墻，將海水蒸發(fā)罐內(nèi)部空間分隔成多個底部連通的空間。各個空間的大小沒有特定限制。每個空間內(nèi)都安裝冷凝管、側面加熱板和水面加熱板。所有冷凝管都由海水蒸發(fā)罐底部的淡水收集管連通。海水流入管經(jīng)非透明側面與海水蒸發(fā)罐連通。濃鹽水排出閥安裝在靠近另一非透明側面的海水蒸發(fā)罐底面下。

所述水面加熱板由上下兩層組合而成。上層是光熱材料，下層是輕質(zhì)材料。輕質(zhì)材料是密度小的物質(zhì)或有封閉內(nèi)部空間的物體。確保水面加熱板隨水面升降始終浮在水面上。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：一是最大限度地利用了整套裝置的外表面吸收太陽光，在裝置的側面和頂面加熱海水，致使側面和水面附近海水溫度高于冷凝管溫度，海水的蒸發(fā)冷凝能在較小的空間內(nèi)完成，裝置結構緊湊；二是裝置在常壓下運行，安全可靠；三是完全沒有電力消耗，只要注入海水，僅消耗太陽能一種能量，就能夠源源不斷產(chǎn)出淡水；四是操作簡便，適時加注海水、轉運淡水、排放濃鹽水即可；五是設備結構簡單，制造成本低，維護費用少，使用壽命長。

附圖說明

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1是本發(fā)明太陽能海水淡化裝置圖；

圖2是本發(fā)明水面加熱板與冷凝管位置關系圖。

圖中，1、透明頂面，2、透明側面，3、濃鹽水排出閥，4、淡水罐，5、淡水收集管，6、海水流入管，7、冷凝管進口，8、換熱管，9、冷凝管，10、輕質(zhì)材料，11、光熱材料。

具體實施方式

本實施例是具有六個冷凝管的太陽能海水淡化裝置。圖1是本實施例的裝置圖。其海水蒸發(fā)罐被分隔成六個底部連通的空間，各空間容積依次縮小。透明頂面1、透明側面2及側面加熱板也被分成面積依次遞減的六部分。濃鹽水排出閥3安裝在容積最大的空間底面下。海水流入管6經(jīng)非透明側面連通海水蒸發(fā)罐。六個冷凝管分置于相應的六個空間內(nèi)。淡水收集管5在海水蒸發(fā)罐底部連通六個冷凝管后，穿過非透明側面通至淡水罐4。冷凝管是內(nèi)部有很多換熱管8的中空柱體。冷凝管進口7正對透明頂面1而不接觸到透明頂面1。海水流入管進口高度決定海水蒸發(fā)罐最高水位。海水流入管進口高度低于冷凝管進口7高度。水面加熱板浮在水面上。水面加熱板由光熱材料11和輕質(zhì)材料10制成。圖2是水面加熱板與冷凝管位置關系圖，圖中輕質(zhì)材料10是兩個空心物體。整套裝置水平放置，兩透明側面正對東西兩個方向。

本發(fā)明的工作過程是：關閉濃鹽水排出閥3，經(jīng)海水流入管6注入海水至最高水位。上午太陽光主要照在正對東方的透明側面上，其后的側面加熱板吸收陽光，加熱海水，海水吸熱向上流動到水面蒸發(fā)；少量陽光照在透明頂面上，其后的水面加熱板吸收陽光，加熱海水，海水吸熱蒸發(fā)。所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷凝管進口7進入冷凝管內(nèi)，在冷凝管內(nèi)壁和換熱管上冷凝成淡水，放出潛熱。淡水經(jīng)淡水收集管5流入淡水罐4。放出的潛熱加熱海水而被回收利用。隨著時間推移，照射透明側面的陽光逐步減少，照射透明頂面的陽光逐步增多。側面加熱板和水面加熱板吸收的陽光此消彼漲。正午以后，陽光照射透明頂面和正對西方的透明側面。海水不斷蒸發(fā)，然后冷凝成淡水流入淡水罐4。海水蒸發(fā)罐內(nèi)的水位相應下降。轉運淡水，補充海水到到最高水位。為第二天淡水生產(chǎn)作好準備。如此運行幾天，打開濃鹽水排出閥3，放掉部分濃鹽水后再補充海水，防止鹽沉積。