反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统的制作方法

本实用新型涉及一种海水淡化系统，特别涉及一种反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化的系统，属于太阳能热利用领域。

背景技术：

地球上水覆盖面积达高达70.8%，但是其中97%以上的水资源中含有大量的矿物质，盐度高达30000－45000ppm，不能直接饮用或者灌溉，剩余的3%淡水资源中，有其3/4是在寒带或者地球两级的冰川中，淡水资源短缺成为一个全球性的问题。

自20世纪60现代至今，海水淡化的技术发展迅速，蒸馏法等成熟的方式已经被大规模的应用于工业生产，目前我国海水淡化主要有热法和膜法两种，热法可以分为低温多效蒸馏法（LT-MED）和多级闪蒸法（MSF），膜法主要有反渗透法（RO）和电渗析法（ED）。其中太阳能技术在海水淡化领域的利用方式主要包括两种：一是将太阳辐射能直接转换为电能的光伏发电技术；二是将太阳能转化为可利用热能的光热技术，主要包括太阳能集热器和太阳池。

菲涅尔透镜(Fresnell lens),又名为螺纹透镜，大多由聚烯烃材料、玻璃等制成。可以将太阳光线聚集到一处形成焦点，原理类似于传统的凸透镜。相比较于凸透镜，菲涅尔透镜的每一个“锯齿”都相当于一个凸透镜，能够消除凸透镜边角暗、模糊的缺陷。

反射镜具有成本低，工艺简单等优点，使用反射镜将具有分散性的太阳光入射光汇聚于小面积集热板上从而提高单位面积聚热板的辐射能，这种采用反射或折射型光学系统的技术称为聚热。

海水淡化需要大量的能量来驱动装置的运行，常规能源的消耗以及环境的污染，因此新能源技术与海水淡化产业的结合研究是目前的热点。本实用新型采用反射镜汇聚太阳能和菲涅尔聚光器汇聚太阳光相结合，不仅使用菲涅尔聚光器将太阳光进行聚集，同时反射镜能够将聚光器部分照射到壁面的阳光二次反射至接收器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反射聚热与菲涅透镜聚光复合的芯型太阳能海水淡化的系统，将太阳能反射式聚热和菲涅尔透镜式聚光相结合，不仅节可以约能源，而且更能够实现对太阳光充分利用、弥补利用光损的功能。

本实用新型主要通过以下技术方案实现：一种反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统，主要包括溢水管口、盛水槽板、蒸馏水出口、菲涅尔透镜、反射镜、吸水芯、高透玻璃盖板、进水管口、阀门、储水箱、蒸馏水收集瓶、溢水收集箱、浓盐水冲洗口和必要的连接管道，通过菲涅尔透镜聚光，反射镜聚热两种方式互补来实现装置稳定高效蒸馏海水，从而淡化海水。

所述反射聚热与菲涅尔聚光复合芯型太阳能海水淡化装置,通过理论计算模型得出,正南放置能够于一天内最大程度接收到太阳光线照射。

所述反射聚热与菲涅尔聚光复合芯型太阳能海水淡化装置的底盘采用倾斜式，相对于传统的矩形蒸馏器着地面积更小，有效集热面积更大，海水在空间内的分布受热更均匀，提高其有效蒸发面积。

所述反射聚热与菲涅尔聚光复合芯型太阳能海水淡化装置盘底采用芯型结构，在盘底增加芯体材料，通过毛细作用将海水吸附在芯体上，形成一层水膜，低了海水的单位体积的孔隙率，从提高海水在蒸发器中的蒸发面积为切入点，从而提高了蒸馏器淡水的产量。

所述菲涅尔聚光器，因菲涅尔透镜具有较强的聚光效果，可以将大面积的太阳光线聚集在小面积（甚至一个点）上，通过运用菲涅尔聚光器，蒸馏器吸收的太阳辐射量增强，蒸馏效率明显提高。

所述反射镜安装在腔体内壁。在芯型太阳能海水淡化装置正南放置时，上部菲涅尔透镜接收太阳光均匀聚集至芯体材料表面，另外一部分透过菲涅尔透镜、玻璃盖板逃逸照射到装置侧壁，反射镜接收到透过玻璃盖板逃逸太阳光与菲涅尔透镜汇聚的太阳光通过镜面反射至芯体材料表面，从而使得芯体材料接收更多的太阳光，能够大幅度提高其表面温度。

所述玻璃盖板上部贴合菲涅尔透镜，下部在腔体内部蒸发的水汽的作用下，凝结成蒸馏水珠，并滑落至盛水槽板。

所述储水箱中装有海水，且水箱底部高度与海水池上端水平一致，满足在不使用增压泵、水阀、液面感应器等复杂仪器的情况下，实现了自动根据海水池中蒸发量自动、高效、精准的进行补水。

所述溢水收集箱，在吸水芯吸附过多液体时，通过溢水管口流出至溢水收集箱进行收集，同时浓盐水冲洗口从进口冲入原料海水对海水池中浓盐水冲刷，再经由出水口流入溢水收集箱。

所述反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统在理论计算并实验验证后得出，1m²蒸发面积可产生淡水6.1KG/D。同比消耗热值相当于15.1KG标煤，4.85KG液化气，具有较大实际使用价值，节约能源。

附图说明

图1：反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统的示意图。

图2：海水淡化装置的剖面示意图。

图1中，1，1-1—溢水管口，2,2-1—盛水槽板,3，3-1—蒸馏水出口,4,4-1—菲涅尔透镜，5,5-1—反射镜，6,6-1—吸水芯，7，7-1—锡箔封边,8,8-1—高透玻璃盖板，9—海水池，10—进水管口，11—海水淡化装置，12，12-1,12-2,12-3—阀门，13—储水箱，14—蒸馏水收集瓶，15—溢水收集箱，16，16-1—浓盐水冲洗管口。

图2中， 1，1-1—溢水管口，2,2-1—盛水槽板,3，3-1—蒸馏水出口,5—反射镜，6—吸水芯，8—高透玻璃盖板，10—进水管口，16，16-1—浓盐水冲洗管口17,17-1,17-2—玻璃棉保温。

具体实施方式

本实用新型将平面镜反射聚热和菲涅尔透镜折射聚光相结合，公布了一种聚热与聚光互补有效利用太阳能海水淡化的复合系统。下面将结合说明书附图对本实用新型进行详细说明：如图1所示，一种反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统，主要由溢水管口（1），盛水槽板（2）,蒸馏水出口（3）,菲涅尔透镜（4），反射镜（5），吸水芯（6），锡箔封边（7），高透玻璃盖板（8），海水池（9），进水管口（10），海水淡化装置（11），阀门（12），储水箱（13），蒸馏水收集瓶（14），溢水收集箱（15），浓盐水冲洗管口（16）

和必要的连接管道所组成。

一方面，海水淡化装置（11）吸收太阳光，其中，菲涅尔透镜（4）在接收太阳光后，将大面积的太阳光聚集在小面积的吸水芯（6）上，加热吸水芯中吸附的水膜，由于受热面积小，能够较快的使海水升温蒸发。反射镜（5）接收到一部分菲涅尔透镜折射到腔壁的太阳光，一部分太阳照射过高透玻璃盖板（8）至腔壁的光线；经过平面镜反射至吸水芯上，使得吸水芯整体大面积受到太阳光照射，从而升温。弥补了菲涅尔透镜在进行聚光时吸水芯周围温差较大的问题，同时弥补菲涅尔透镜照射不到的地方，照射损失的光线，使得整个海水淡化装置腔体内温度大幅升高。

当吸水芯（6）及海水池中含盐较高时，需要经过浓盐水冲洗管口（16）进出口接通海水对其进行冲洗稀释，从而保证装置效率的不降低。同时冲洗出来的热浓盐水可再次利用，温润储水箱（13）中海水，使其温度有所提升，为其进入海水池后更快速升温蒸发。

另一方面，当太阳落下后，或太阳光不充足后，锡箔封边（7）可有效对高透玻璃盖板（8）与装置接口进行封闭，玻璃棉保温（17）对装置四周进行保温，这样腔体内部与外界温度形成温差，而玻璃盖板与外界直接接触，由于温差，则再次形成水汽在玻璃盖板上进行凝结，从而产生淡水，这样充分利用了太阳能对装置加热后，残留于腔体内部的热量，较大程度的提高了淡水产量及太阳能利用率。

海水淡化装置在白天经过菲涅尔透镜聚光、反射镜聚热后，能够高效的产生淡水；由于装置一直在进行太阳能收集工作，当太阳光不充足夜晚时，通过装置较好的保温，腔体内部余热，使其能够二次进行淡水产生，本实用新型将菲涅尔透镜聚光和反射镜聚热相结合，实现了高效率利用太阳能、高产量淡化海水的要求。