[发明专利]一种太阳能海水淡化系统及使用其的海水淡化方法

说明书

本发明公开了一种太阳能海水淡化系统，主要包括纳米流体蒸发装置，纳米颗粒，换热器，待处理海水，储水罐，调节阀，空气循环泵，纳米粒子过滤网，光热膜渗透装置，光热膜，基膜。在所述纳米流体蒸发装置中，利用动态气泡对太阳光的散射和反射，生成太阳能蒸汽，该蒸汽进入换热器，通过与进入光热膜渗透系统中的待处理海水进行换热后冷凝为水，该冷凝水进入光热膜渗透装置的淡水一侧，将跨膜渗透的蒸汽冷凝为水带走加以利用；纳米流体蒸发装置产生的蒸汽冷凝后，析出的气体在空气循环泵作用下再次输入纳米流体蒸发装置底部用以持续产生所需的气泡流。

技术领域

本发明属于可再生能源领域，具体涉及一种基于气泡床蒸发技术结合热渗透膜技术的太阳能海水淡化系统及使用其的海水淡化方法。

背景技术

淡水资源与人类日常生活、经济社会发展息息相关。随着人口的快速增长、工业的迅猛发展带来环境污染等系列问题，导致淡水资源短缺日益严重。海洋占地球表面积71％，其水资源对人类而言基本上是用之不竭的，因而海水淡化技术成为获取淡水资源的重要途径之一。传统的海水淡化技术主要有反渗透膜技术、多级闪蒸技术等，这些技术发展较为成熟，实际应用效果较好，但也存在成本较高、耗能严重等问题。

作为最大的可再生能源，太阳能可以广泛应用于海水淡化领域，然而，由于水的光吸收能力差，热损失大，天然光热蒸汽转换效率低，无法满足生产、生活的用水需求。从而，急需寻找高效光热转换材料及其相关的集成系统，来提高太阳能的光热蒸汽转换效率。目前，太阳能驱动海水淡化技术主要有纳米流体蒸发技术、光热膜渗透技术等。纳米流体蒸发技术是在海水中加入具有宽光谱吸收范围的光热转化纳米颗粒，这些纳米颗粒在阳光照射下，表面温度可以迅速升温到水的沸点以上，从而蒸汽膜在纳米颗粒表面持续生成，最后浮力作用下脱离并到达水面释放出水汽。该技术需要使用高浓度纳米流体才可实现高蒸发效率，但高浓度纳米流体成本较高，且对底部纳米颗粒的光吸收存在遮挡效应。在光热膜渗透技术中，待处理海水跟冷却淡水分别在膜两侧流动，海水一侧的光热膜通过光热效应将光能转化为热能加热周围水体，在膜表面附近加热海水产生蒸汽，在温差驱动的跨膜蒸汽压作用下，生成的水蒸气透过膜渗透到冷却水一侧，冷凝后被冷却水带走。该技术利用光热温差诱导的跨膜蒸汽压替代了普通膜渗透技术的压差，降低了能耗，节约了成本，绿色无污染，但受海水升温的限制，海水淡化效率较低。

发明内容

为了进一步提高光能利用，实现高效海水淡化，本发明提供了一种纳米流体气泡床蒸发耦合光热膜渗透技术的太阳能海水淡化系统。技术原理主要包括两点：1.利用动态气泡作为光能散射与传递中心，延长了入射光路径并倍增了光通量；同时提供了极大的气液界面完成气泡吸湿，以及破水而出的炸裂扰动加速了蒸汽扩散，从而实现高效太阳能蒸汽生成。2.纳米流体蒸发技术产生的蒸汽与进入光热膜渗透系统中的待处理海水进行换热，提高输入的海水初始温度，由此提高了光热膜渗透技术的光热转化效率，同时冷凝换热产生的水作为冷却水进入光热膜渗透系统淡水一侧将跨膜渗透过来的蒸汽冷凝为水带走加以利用；而光热膜渗透系统海水一侧输出的热海水输送至纳米流体蒸发系统中，提高了待蒸发海水的温度，从而提高了纳米流体蒸发系统的蒸发效率，达到取长补短的效果。

本发明提供了一种基于气泡床蒸发结合热渗透膜技术的太阳能海水淡化系统，包括纳米流体蒸发装置，纳米颗粒，换热器，待处理海水，储水罐，调节阀，空气循环泵，纳米粒子过滤网，光热膜渗透装置，光热膜，基膜，所述纳米流体蒸发装置中包含纳米颗粒和气泡，海水可在纳米流体蒸发装置中被蒸发；纳米流体蒸发装置通过管道连通至换热器，待处理海水流入换热器，换热器的一端连接至储水罐，该储水罐用于储存冷凝水，该冷凝水在储水罐中进一步冷却后得到冷却淡水；纳米流体蒸发装置和储水罐均设置为连接有调节阀；待处理海水可经过换热器而被输送至光热膜渗透装置；光热膜渗透装置中设有由光热膜和基膜组成的复合膜结构，该复合膜结构两侧分别为海水和淡水，基膜为疏水性的，保证复合膜结构两侧的海水和淡水不能相互渗透；光热膜渗透装置可输出热海水进入纳米流体蒸发装置补充其蒸发损失。

优选地，所述纳米颗粒包括金属等离子体纳米颗粒、碳基纳米颗粒以及半导体纳米颗粒。