人造黑色素光热膜海水淡化装置论文和设计-李乙文

全文摘要

本申请涉及一种人造黑色素光热膜海水淡化装置，包括：太阳能吸收器、轻质隔热板、输水纤维、海水容器、以及密封的可透光淡水收集容器；所述太阳能吸收器为单面或双面涂覆有黑色素材料层的纤维素膜，并设置于轻质隔热板上；所述轻质隔热板设于海水容器端口处；所述输水纤维置于海水容器内，其一端穿过所述轻质隔热板连接纤维素膜，其另一端置于海水内；输水纤维用来利用毛细作用将海水输送到纤维素膜；海水容器置于可透光淡水收集容器内，其可以将光热转换效率极高的人造黑色素材料用于海水淡化中，以显著提高太阳能的利用率。

主设计要求

1.一种人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是，包括：太阳能吸收器、轻质隔热板、输水纤维、海水容器、以及密封的可透光淡水收集容器；所述太阳能吸收器为单面或双面涂覆有黑色素材料层的纤维素膜，并设置于轻质隔热板上；所述轻质隔热板设于海水容器端口处；所述输水纤维置于海水容器内，其一端穿过所述轻质隔热板连接纤维素膜，其另一端置于海水内；输水纤维用来利用毛细作用将海水输送到纤维素膜；海水容器置于可透光淡水收集容器内。

设计方案

1.一种人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是，包括：

太阳能吸收器、轻质隔热板、输水纤维、海水容器、以及密封的可透光淡水收集容器；

所述太阳能吸收器为单面或双面涂覆有黑色素材料层的纤维素膜，并设置于轻质隔热板上；

所述轻质隔热板设于海水容器端口处；

所述输水纤维置于海水容器内，其一端穿过所述轻质隔热板连接纤维素膜，其另一端置于海水内；输水纤维用来利用毛细作用将海水输送到纤维素膜；

海水容器置于可透光淡水收集容器内。

2.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述纤维素膜为羧甲基纤维素。

3.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述轻质隔热板为PS发泡板。

4.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述输水纤维为棉纤维棒。

5.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述海水容器为热绝缘容器。

6.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述可透光淡水收集容器为玻璃容器。

7.如权利要求1所述的人造黑色素光热膜海水淡化装置，其特征是：

所述可透光淡水收集容器顶部倾斜，其底端设置一淡水收集口。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于一种海水淡化装置，具体为一种人造黑色素光热膜海水淡化装置。

背景技术

我国是一个水资源严重短缺的国家，淡水资源的短缺是目前急需解决的问题。而我国沿海地区有1.8万多公里长的海岸线，有丰富的海水资源，淡化海水也就成了获取淡水的重要途径。应用清洁能源太阳能来蒸发海水获得淡水是目前重要的方法，但是海水对太阳能的利用率很低，蒸发速率慢。目前提高太阳能的利用率的关键在于光热转换材料的研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种人造黑色素光热膜海水淡化装置，将光热转换效率极高的人造黑色素材料用于海水淡化中，以显著提高太阳能的利用率。

本实用新型提供的人造黑色素光热膜海水淡化装置，包括：

太阳能吸收器、轻质隔热板、输水纤维、海水容器、以及密封的可透光淡水收集容器；

所述太阳能吸收器为单面或双面涂覆有黑色素材料层的纤维素膜，并设置于轻质隔热板上；

所述轻质隔热板设于海水容器端口处；

所述输水纤维置于海水容器内，其一端穿过所述轻质隔热板连接纤维素膜，其另一端置于海水内；输水纤维用来利用毛细作用将海水输送到纤维素膜；

海水容器置于可透光淡水收集容器内。

进一步的，纤维素膜为羧甲基纤维素。

进一步的，轻质隔热板为PS发泡板。

进一步的，输水纤维为棉纤维棒。

进一步的，海水容器为热绝缘容器。

进一步的，可透光淡水收集容器为玻璃容器。

进一步的，可透光淡水收集容器顶部倾斜，其底端设置一淡水收集口。

本实用新型海水淡化装置的工作原理为：

输水纤维利用毛细作用将海水容器内的海水输送到太阳能吸收器，太阳光透过可透光淡水收集容器顶部照射于太阳能吸收器，由于黑色素材料层的高光热转换效率，当太阳光照射时会产生大量热量，从而可对海水进行快速蒸发。轻质隔热板用来对太阳能吸收器进行隔热，以免热量散失。

本实用新型具有如下特点和有益效果：

(1)将光热转换效率极高的黑色素材料涂覆于纤维素膜上，并利用输水纤维的毛细作用将海水富集于纤维素膜，当太阳光照射纤维素膜，由于黑色素材料的高光热转换效率，产生大量热量，从而显著提高太阳能的利用率，达到将海水蒸发并获得淡水的目的。

(2)将本实用新型海水淡化装置应用于海水淡化蒸发，蒸发效率可达88％。

附图说明

图1为实施例中海水淡化装置的原理结构示意图；

图2为实施例中海水淡化装置的整体结构示意图；

图3为实施例中模拟蒸发试验时拍摄的水蒸气照片；

图4为实施例中模拟蒸发试验过程的热红外成像示意图；

图5为不同条件下的海水蒸发速率对比图；

图6为不同条件下的海水蒸发效率对比图。

图中，1-太阳光，2-水蒸汽，3-涂覆有黑色素材料的纤维素膜，4-轻质隔热板，5-输水纤维，6-海水容器，7-可透光淡水收集容器，8-淡水收集口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型技术方案及有益效果进行详细描述，但是本领域技术人员将理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例

参见图1，本实施例海水淡化装置包括太阳能吸收器、轻质隔热板4、输水纤维5、海水容器6和密封的可透光淡水收集容器7。太阳能吸收器为单面或双面涂覆有黑色素材料层的纤维素膜3，太阳能吸收器设置于轻质隔热板4上。轻质隔热板4设于海水容器6端口处；输水纤维5置于海水容器内，其一端穿过轻质隔热板4连接纤维素膜3，其另一端置于海水内；输水纤维5用来利用毛细作用将海水输送到纤维素膜3，从而进行海水蒸发。为便于收集淡水，将海水容器6置于可透光淡水收集容器7内，参见图2。该可透光淡水收集容器7顶部倾斜，其底端设置一淡水收集口8。采用可透光淡水收集容器7是为了让太阳光透过并照射于纤维素膜3上，蒸发的水蒸汽冷凝于可透光淡水收集容器7的倾斜顶部，并流至底部，由底部的淡水收集口8即可收集到淡水。本实施例中，可透光淡水收集容器7为一玻璃容器。

本实施例中，纤维素膜采用羧甲基纤维素，轻质隔热板4采用PS发泡板，输水纤维5采用棉纤维棒。棉纤维棒置于PS发泡板的中心孔洞中，棉纤维棒的两端分别接触海水和纤维素膜，在毛细作用下，海水通过棉纤维棒输送，并浸润纤维素膜。

采用图1所示结构进行海水蒸发模拟试验，采用模拟的太阳光1在纤维素膜正上方进行照射，发现有水蒸汽2产生，见图3所示照片。图4所示为在模拟蒸发试验过程的热红外成像示意图，从图中可以看出，在1sun强度照射下，纤维素膜表面温度可升高到55摄氏度。而隔热的PS发泡板温度仅有23摄氏度，证明黑色素膜产生的热量主要用于水分蒸发，不会传导到海水本体中。图5～6所示为在不同条件下测得的海水蒸发速率和效率。图5的三条曲线分别表示在1kW\/m^{2<\/sup>光照1小时下，海水本体，空白纤维素膜和涂覆有黑色素材料层的纤维素膜的海水蒸发速率，分别是0.45kg\/(m^{2<\/sup>h)、0.58kg\/(m^{2<\/sup>h)和1.48kg\/(m^{2<\/sup>h)。涂覆有黑色素材料层的纤维素膜的海水蒸发速率提高了近3倍。图6表示在三种不同条件的蒸发速率下，对应的蒸发效率分别是30％，42％和88％。图5和图6均说明了本实用新型海水淡化装置有很快的蒸发速率和很高的蒸发效率，将其用于海水淡化，可充分利用太阳能，显著提高海水淡化效率。}}}}

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

设计图

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