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一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置

2023-05-27 15:01:19 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及海水淡化、光热蒸发、温差发电领域,具体涉及一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置。


背景技术:

2.目前淡水资源及电能短缺已经成为全球近一半人口所面临的问题。地球上的海水约占总水量的97%,发展海水淡化技术已成为解决淡水资源短缺问题的关键所在。然而,传统的海水淡化装置普遍存在昂贵、笨重等缺陷,并且对化石能源(煤、油发电)的依赖程度较高,徒增能耗,大规模应用也受到限制。因此,开发一种高效绿色、成本低廉的海水淡化装置,对解决全球能源问题具有重要意义。
3.现阶段,海水淡化的方法主要有电渗析法、多级闪蒸法、反渗透法。电渗析法是利用直流电场,借助阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择性,对海水中的阴阳离子进行选择性渗透,从而分离出淡水和浓盐水。该法能耗低、操作简单,但新型离子交换膜的研发和制造还不够成熟。多级闪蒸法是将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室,闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压,热盐水进入闪蒸室后即因为过热而急速的部分气化,从而使热盐水自身的温度降低,所产生的蒸汽冷凝后形成淡水。该法设备简单可靠、防垢性能好,但运行成本高,不利于大规模运用。反渗透法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开的。该法操作方便、能耗较低,但是需配备高压设备,并且半透膜需定期清洗。新兴的界面太阳能蒸发技术是利用绿色可持续的太阳能驱动水-空气界面处的水分子蒸发,从而实现海水淡化。该方法无需额外的能源消耗,且工艺相对简单、运行成本低。此外,在水蒸发过程中,经光热转换涂料获得的多余热能有望通过温差发电的方式,进而以电能的形式回收,至此实现清洁水与电能联产的技术革新。
4.光热转换涂料是界面太阳能蒸发技术中的重要组件,其吸光能力和稳定性直接决定光热转换的效率。金属基半导体纳米粒子拥有在全光谱范围内优异的吸收能力、种类多、成本低、易功能化,另具有形貌可调、光热稳定性好的优势。因此,运用金属基半导体纳米粒子构成的光热转换涂料,研发一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置具有重要的应用价值。


技术实现要素:

5.本实用新型的目的在于提供一种绿色高效、运行成本低廉的一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置。
6.本实用新型所采用的解决问题的技术方案为:一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置,包括箱体、设置在箱体内的海水淡化系统和热电转化系统,所述海水淡化系统包括透光的冷凝斜坡、第一光热转换元件和隔热层;箱体内经挡板分隔为海水置放槽与淡水收集槽,箱体顶部设置有透光口,冷凝斜坡覆盖在透光口上,隔热层放置在海水置放槽内,隔热层内部设有贯穿隔热层的导水通道,第一光热转换元件装嵌在隔热层上,并与导水通
道连通。
7.进一步的,淡水收集槽内开设有可与导管连通的导管孔道。
8.进一步的,箱体上设置有开关门,冷凝斜坡上部与开关门通过铰链连接,冷凝斜坡下部与淡水收集槽连接。
9.进一步的,热电转化系统包括第二光热转换元件、温差发电片和散热层;第二光热转换元件覆盖温差发电片上部,散热层设置在与海水置放槽内,温差发电片设置在散热层上。
10.进一步的,第二光热转换元件和温差发电片之间还设置有导热层。
11.进一步的,箱体外侧还设置有电池槽,并在箱体上开设有导线孔道,电池槽内设置有蓄电池,并经过导线孔道配合导线与温差发电片连接。
12.进一步地,冷凝斜坡根据有利于冷凝水下滑的需求,冷凝斜坡朝向淡水收集槽端向下倾斜设置为斜坡式,冷凝斜坡材质采用透光率大于90%的透明塑料板;根据表面张力的原理,冷凝斜坡内表面喷涂一层有利于冷凝水汇聚下滑的疏水材料,疏水材料包括但不限于氟/硅材料、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺和聚丙烯腈。
13.进一步地,冷凝斜坡与装置开关门的连接材料包括但不限于铰链、胶粘剂、紧固件、卡扣。
14.进一步地,导水通道内填充吸水泡沫,吸水泡沫通过毛细作用将海水输送到第一光热转换元件下部;导水通道的长度与隔热层厚度一致,为2-5cm。
15.进一步地,淡水收集槽内设有可与导管连通的导管孔道可为圆形或方形;淡水收集槽和海水置放槽的材质为透明塑料板或无色玻璃板。
16.进一步地,挡板材质包括但不限于玻璃、塑料;挡板高度需尽量高但不与冷凝斜坡接触;在不影响装置功能正常使用的条件下,淡水收集槽要尽可能窄,以减少因太阳光辐射而发生二次蒸发。
17.进一步地,电池槽空间为50cm
3-800 cm3,电池槽能放下1-4块蓄电池,蓄电池通过导线经导线孔道与温差发电片相连。
18.进一步地,第二光热转换元件采用光热转换涂料的方式涂敷在导热层上;导热层材料代替第二光热转换元件与温差发电片之间的空气间隙,使接触热阻减小,热电模块两端的实际温差增加,导热层材料包括但不限于导热硅胶垫、导热硅脂;温差发电片选择电阻小并由陶瓷片、金属片构成的半导体温差发电片;散热层的材料包括但不限于铝制散热片。
19.进一步地,光热转换涂料包括硫化铜粉末、植物纤维素-碳纳米管-聚乙烯醇杂化水凝胶载体。
20.与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:1.散热层设置在海水置放槽内,提升散热层的散热效果,并且对海水置放槽内的海水起到预热效果,从而提高海水蒸发淡化的速率。2.无需对整体海水置放槽内内的海水加热,采用导水通道配合吸水泡沫利用毛细原理,实时抽取部分海水通过第一光热转换元件短时间快速加热蒸发,以最少时间实现蒸发,减少了等待时间,提高了蒸发效率。3.实现了功能分区,能解决现有公开装置的太阳能-热能转化利用率低的问题。4.本实用新型高效地利用光热转换涂料将太阳能转换成热能,在完成海水蒸发淡化的同时,通过温差发电片将多余热能进一步转换成电能并存储在蓄电池中,可在夜间为氙灯提供电能,为光热转换涂料提供光源,进而实现全天候海水淡
化。5.本实用新型在冷凝斜坡内表面喷涂了一层疏水材料,可促进冷凝水汇聚成水珠流下,利于淡水收集。6.采用本太阳能海水淡化/热电联产一体化装置,可以高效地将绿色无污染的太阳能转换成热能,同时实现快速海水淡化以及电能存储。因此,本实用新型在光热海水淡化与温差发电领域具有广泛的应用前景。
附图说明
21.图1为本实用新型结构示意图。
22.图2为本实用新型海水淡化系统结构示意图。
23.图3为本实用新型热电转化系统结构示意图。
24.图4为本实用新型海水淡化系统运转示意图。
25.图5为本实用新型测试淡水量随时间的变化曲线图。
26.图6为本实用新型测试淡水中的离子含量与蒸发前海水中各离子的含量对比图。
27.图7为本实用新型测试热电转化系统产生的稳定电压值、稳定电流值以及输出的最大功率图。
28.图中:1为海水置放槽,2为冷凝斜坡,3为淡水收集槽,4a为第一光热转换元件,4b为第二光热转换元件,5为隔热层,6为导水通道,7为挡板,8为导管孔道,9为开关门,10为铰链,11为热电转化系统由电池槽,12为导线孔道,13为导热层,14为温差发电片,15为散热层,16为蓄电池,17吸水泡沫。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本实用新型装置进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干调整和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
30.参照图1至图4,一种太阳能海水淡化及热电联产一体化装置,包括箱体、设置在箱体内的海水淡化系统和热电转化系统,所述海水淡化系统包括透光的冷凝斜坡2、第一光热转换元件4a和隔热层5;箱体内经挡板7分隔为海水置放槽1与淡水收集槽3,箱体顶部设置有透光口,冷凝斜坡2覆盖在透光口上,隔热层5放置在海水置放槽1内,隔热层5内部设有贯穿隔热层5的导水通道6,第一光热转换元件4a装嵌在隔热层5上,并与导水通道6连通。
31.进一步的,淡水收集槽3内开设有可与导管连通的导管孔道8。
32.进一步的,箱体上设置有开关门9,冷凝斜坡2上部与开关门9通过铰链10连接,冷凝斜坡2下部与淡水收集槽3连接,一体性更强,添加海水、调整各系统元件都不再需要通过拆卸箱体即可实现。
33.进一步的,热电转化系统包括第二光热转换元件4b、温差发电片14和散热层15;第二光热转换元件4b覆盖温差发电片14上部,散热层15设置在海水置放槽1内,温差发电片14设置在散热层15上。
34.进一步的,第二光热转换元件4b和温差发电片14之间还设置有导热层13导热层13。
35.进一步的,箱体外侧还设置有电池槽11,并在箱体上开设有导线孔道12,电池槽11
内设置有蓄电池16,并经过导线孔道12配合导线与温差发电片14连接。
36.进一步地,冷凝斜坡2根据有利于冷凝水下滑的需求,冷凝斜坡2朝向淡水收集槽3端向下倾斜设置为斜坡式,冷凝斜坡2材质采用透光率大于90%的透明塑料板;根据表面张力的原理,冷凝斜坡2内表面喷涂一层有利于冷凝水汇聚下滑的疏水材料,疏水材料包括但不限于氟/硅材料、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺和聚丙烯腈。
37.进一步地,冷凝斜坡2与装置开关门9的连接材料包括但不限于铰链10、胶粘剂、紧固件、卡扣。
38.进一步地,导水通道6内填充吸水泡沫,吸水泡沫通过毛细作用将海水输送到第一光热转换元件4a下部;导水通道6的长度与隔热层5厚度一致,为2-5cm。也可以将导水通道6设置为若干毛细管,同样可以用实现毛细作用。
39.进一步地,导管孔道8可为圆形或方形;淡水收集槽3和海水置放槽1的材质为透明塑料板或无色玻璃板。
40.进一步地,挡板7材质包括但不限于玻璃、塑料;挡板7高度需尽量高但不与冷凝斜坡2接触;在不影响装置功能正常使用的条件下,淡水收集槽3要尽可能窄,以减少因太阳光辐射而发生二次蒸发。
41.进一步地,电池槽11空间为50cm
3-800 cm3,电池槽11能放下1-4块蓄电池16,蓄电池16通过导线经导线孔道12与温差发电片14相连。
42.进一步地,第二光热转换元件4b采用光热转换涂料的方式涂敷在导热层13上;导热层13材料代替第二光热转换元件4b与温差发电片14之间的空气间隙,使接触热阻减小,热电模块两端的实际温差增加,导热层13材料包括但不限于导热硅胶垫、导热硅脂;温差发电片14选择电阻小并由陶瓷片、金属片构成的半导体温差发电片14;散热层15的材料包括但不限于铝制散热片。
43.进一步地,光热转换涂料包括硫化铜粉末、植物纤维素-碳纳米管-聚乙烯醇杂化水凝胶载体。
44.本实例中,淡水收集槽3,海水置放槽1,开关门9,挡板7材质均为透光率大于90%的透明塑料,冷凝斜坡2与开关门9通过铰链10连接,导管孔道8和导线孔道12形状均为圆形;海水淡化系统中隔热层5厚度为3.5cm,挡板7高度为6cm,淡水收集槽3底面积为200cm2,海水置放槽1底面积为400cm2,冷凝斜坡2内表面喷涂聚碳酸酯疏水材料;热电转化系统中的导热层13为导热硅胶垫,散热层15为铝制散热片,蓄电池16选用3.7v-3500毫安-xh型号,蓄电池16通过导线经导线孔道12与温差发电片14相连。
45.按照图1将装置安装好,往海水置放槽1倒入一定量的海水,关闭装置开关门9。将装置置于户外太阳光光照充足的地方。从上午九点到下午五点,每隔一小时收集一次所得冷凝水,测试获得的淡水量随时间的变化曲线,如图5,淡水中的离子含量与蒸发前海水中各离子的含量对比,如图6。
46.本实用新型的测试方式,按照图1将装置安装好,温差发电片14通过导线经导线孔道12与万用电表相连,往海水置放槽1倒入一定量的海水,关闭装置开关门9。将装置置于太阳光模拟器下,分别测定在0.5、1和1.5个太阳照射下,热电转化系统产生的稳定电压值、稳定电流值以及输出的最大功率,如图7。
再多了解一些

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