本发明属于太阳能海水淡化、净化污水等水处理技术领域，具体涉及一种多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器。
背景技术：
全球水资源短缺、水资源供需矛盾等问题已经成为制约经济社会可持续发展的主要“瓶颈”。海水储量丰富，是开发新型水源，解决淡水缺乏问题的重要渠道。但传统的海水淡化方法都耗费大量高品位能源，如煤炭、石油或电能等。而高品位能源的大量消耗会对国家的经济增长和自然环境造成严重的影响，因此利用清洁能源开发海水淡化迫在眉睫。
太阳能是清洁可再生无污染的能源，且不依赖于能源输运，不受地理位置的影响，能源成本为0，是开发海水淡化的绝佳能源来源。此外，太阳能蒸馏器技术具有原理简单、易操作、成本低等诸多优点，但传统的太阳能蒸馏器性能较差，能量效率最高仅30％-50％。如何提高太阳能海水淡化蒸发效率，提高太阳能利用率，对太阳能蒸馏器大规模应用至关重要。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器及方法。
这种多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，包括一级蒸汽发生器、透光聚光透镜、倾斜冷凝表面、附加余热利用装置、冷凝水收集槽、承载重量的悬浮泡沫以及气囊；
所述一级蒸汽发生器上方设有倾斜冷凝表面，一级蒸汽发生器下方设有悬浮泡沫，用于承载重量和初级过滤，且与其余装置相匹配；所述附加余热利用装置分布于一级蒸汽发生器两侧；
所述悬浮泡沫上方承载着一级蒸汽发生器和附加余热利用装置，冷凝水收集槽固定于倾斜冷凝表面下端，悬浮泡沫设有用于放置冷凝水收集槽的空间和位置；所述气囊环绕分布在悬浮泡沫的四周，用于提供额外的浮力；
所述透光聚光透镜设于倾斜冷凝表面正上方，为整个装置提供更多的太阳能。
作为优选：该装置整体可以是绕中心轴的旋转体结构，或者是截面为矩形的对称结构。
作为优选：所述一级蒸汽发生装置由深色的毛细作用较好的纤维制品和吸光率大于90％的微纳米颗粒组成；微纳米颗粒通过物理化学处理(涂抹、生长等技术)均匀分布在受光照射的纤维制品表面；纤维制品包裹在悬浮泡沫中部的大平台表面，四周拖曳的边缘浸入水体当中，通过毛细作用为受光表面输送水。
作为优选：所述透光聚光透镜将阳光汇聚到一级蒸汽发生装置受光表面，用于蒸发一级蒸汽发生装置表面的水。所述透光聚光透镜为能够聚光的光学器件，包括但不限于针对性设计的凸透镜、菲涅尔透镜、凸透镜阵列、菲涅尔透镜阵列等。
作为优选：所述倾斜冷凝表面用于蒸汽的冷凝，为玻璃、有机玻璃等材料，倾斜角范围为5°～30°；倾斜冷凝表面的内表面经过微纳米技术和表面改性技术处理，具有亲疏水性结合的优点，定向的方向微槽(微纳米级)利于冷凝水的快速滑移并汇聚于冷凝水收集槽；所述冷凝水收集槽的形状包括但不限于u型槽、矩形槽、圆形槽、v型槽等。
作为优选：所述附加余热利用装置为多级重复结构，每一级结构由前一级的冷凝表面非冷凝侧、后一级的冷凝表面冷凝侧以及冷凝水收集槽构成；冷凝水收集槽一侧上边缘设有冷凝表面，该冷凝表面一般为玻璃、有机玻璃等材料，倾斜角范围为5°～30°，且经过改性技术处理，其级数一般为三级，实际级数根据实际情况进行调整；冷凝表面非冷凝侧覆盖粘贴纤维制品，该纤维制品尾端浸没于空间孔的水体中约1-3cm，纤维制品表面均匀分布有微纳米颗粒，纤维制品和微纳米颗粒组成蒸汽发生部分。
作为优选：所述悬浮泡沫为密度小于0.5g/cm3的绝热泡沫，且分为上下两层，悬浮泡沫上层结构主要由为一级蒸汽发生装置提供的大平台和为冷凝水收集槽提供的空间孔组成；悬浮泡沫下层结构设有细密的小孔，孔直径小于1cm，且均匀分布，小孔能够让水体漫入到上层，且将较大的水中固体杂质过滤掉；悬浮泡沫通过浮力将整个蒸馏器装置托举起来，同时大平台中设有能够润湿纤维制品的孔。
作为优选：所述冷凝水收集槽一侧设有小延伸面，冷凝水收集槽放置于悬浮泡沫预留的空间孔中，小延伸面放置于孔侧的小平台上；小平台位于各空间孔之间，将附加余热利用装置的各个空间隔离开。
作为优选：所述气囊为充气式结构，未充气时能够依附在悬浮泡沫四周。
这种多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器的海水淡化方法：透光聚光透镜将阳光汇聚到一级蒸汽发生装置受光表面，蒸发一级蒸汽发生装置表面的水分，水蒸气在倾斜冷凝表面处冷凝并下滑汇聚至冷凝水收集槽中；所述附加余热利用装置的纤维制品利用毛细作用将水分吸收至冷凝表面非冷凝侧，附加余热利用装置每一级中，前一级冷凝表面的冷凝水释放出热量，并传导到当前级的纤维制品上，蒸发由于毛细作用吸上来的水分，产生的蒸汽则在后一级的冷凝表面冷凝侧冷凝并释放热量传导到该级，冷凝水流入冷凝水收集槽。
本发明的有益效果是：
1.本发明中顶部聚光装置能够收集更多的太阳光，增加整个装置的能量输入。
2.本发明中使用的蒸汽发生器能够高效率将能量进行转换，且能够在低于水的沸点温度下进行水蒸发。
3.本发明中采用的多级冷凝装置，能有效利用冷凝释放的潜热，提高能量的利用率。
4.本发明中的悬浮设计能够有效隔离大部分浮渣，适应复杂水体。
附图说明
图1为多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器示意图；
图2为附加余热利用装置细部示意图。
附图标记说明：一级蒸汽发生器1、透光聚光透镜2、倾斜冷凝表面3、附加余热利用装置4、蒸汽发生部分401、冷凝表面非冷凝侧402、冷凝表面冷凝侧403、冷凝水收集槽5、悬浮泡沫6、大平台601、空间孔602、小孔603、小延伸面604、小平台605、气囊7。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本专利根据能量需求以及蒸汽发生部分的结构需求，对传统蒸馏装置的空间布局及结构重新进行了设计，特别是针对其中的蒸发面的设计进行了改进，相应的能够实现热量局域化，使热量更多的集中在蒸发面上，提高局域化的温度，同时采用多级斜面进一步利用冷凝水潜热，解决传统海水淡化蒸馏器效率低下、太阳能利用率不足的问题。
如图1所示，所述多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，包括一级蒸汽发生器1、透光聚光透镜2、倾斜冷凝表面3、附加余热利用装置4、冷凝水收集槽5、承载重量的悬浮泡沫6以及气囊7。
其中，一级蒸汽发生器1底部为大平台601，所述大平台601为其提供支撑作用，大平台601中的竖孔和大平台601两侧的空间孔602为纤维制品提供浸润空间，空间能够保证刚好浸没纤维制品1-3cm，又不漫过大平台601，水面低于冷凝水收集槽5。倾斜冷凝表面3架设于一级蒸汽发生器1的正上方，用于透射从透光聚光透镜2处所来的光线，同时冷凝空间中产生的水蒸气，冷凝产生的水顺着倾斜冷凝表面3下滑并汇聚到冷凝水收集槽5中。
所述附加余热利用装置4为多级重复结构，每一级由前一级的冷凝表面非冷凝侧402(倾斜表面的外侧)、后一级的冷凝表面冷凝侧403(倾斜表面的内侧)以及冷凝水收集槽5构成。前一级冷凝表面非冷凝侧402(倾斜表面的外侧)覆盖粘贴纤维制品，该纤维制品尾端浸没于空间孔602中的水体中约1-3cm，利用毛细作用将水分吸收至倾斜表面上(冷凝表面非冷凝侧402)。每一级中，由于前一级冷凝表面的冷凝水释放出热量，并传导到当前级的纤维制品上，使其能够蒸发由于毛细作用吸上来的水分，产生的蒸汽则在后一级的冷凝表面冷凝侧403(倾向表面的内侧)冷凝并释放热量传导到下一级。由于纤维制品吸收了水分，因此能够降低冷凝面的表面温度，提升冷凝面的冷凝效果。产生的冷凝水均汇集到各级的冷凝水收集槽5中。
所述冷凝水收集槽5一侧设有小延伸面604，使得整个槽可以放置于悬浮泡沫6所预留的空间孔602中，小延伸面604则正好放置于孔侧的小平台605上面。小平台605位于各空间孔602之间，小平台605不但支撑了上层装置，还将附加余热利用装置4的各个空间隔离开，避免了各级之间的相互干扰。
所述悬浮泡沫6的大平台601的尺寸以及空间孔602的尺寸分别与一级蒸汽发生器1以及附加余热利用装置4相匹配，从而实现所需要的密闭需求(一级蒸汽发生器1、倾斜冷凝表面3、附加余热利用装置4以及悬浮泡沫6之间接触点的密闭)。下层的小孔603根据放置位置的水源水质以及所需要的浮力的状况进行调整。为了防止浮力不足，设计补充了气囊7，并布置于悬浮泡沫6的四周。
技术特征：
1.一种多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：包括一级蒸汽发生器(1)、透光聚光透镜(2)、倾斜冷凝表面(3)、附加余热利用装置(4)、冷凝水收集槽(5)、承载重量的悬浮泡沫(6)以及气囊(7)；所述一级蒸汽发生器(1)上方设有倾斜冷凝表面(3)，一级蒸汽发生器(1)下方设有悬浮泡沫(6)；所述附加余热利用装置(4)分布于一级蒸汽发生器(1)两侧；所述悬浮泡沫(6)上方承载着一级蒸汽发生器(1)和附加余热利用装置(4)，冷凝水收集槽(5)固定于倾斜冷凝表面(3)下端，悬浮泡沫(6)设有用于放置冷凝水收集槽(5)的空间和位置；所述气囊(7)环绕分布在悬浮泡沫(6)的四周；所述透光聚光透镜(2)设于倾斜冷凝表面(3)正上方。
2.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：该蒸馏器装置整体是绕中心轴的旋转体结构，或者是截面为矩形的对称结构。
3.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述一级蒸汽发生装置(1)由纤维制品和吸光率大于90％的微纳米颗粒组成；微纳米颗粒均匀分布在纤维制品表面；纤维制品包裹在悬浮泡沫(6)中部的大平台(601)表面，四周拖曳的边缘浸入水体当中。
4.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述透光聚光透镜(2)为凸透镜、菲涅尔透镜、凸透镜阵列或菲涅尔透镜阵列。
5.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述倾斜冷凝表面(3)为玻璃或有机玻璃，倾斜角范围为5°～30°；所述冷凝水收集槽(5)的形状为u型槽、矩形槽、圆形槽或v型槽。
6.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述附加余热利用装置(4)为多级重复结构，每一级结构由前一级的冷凝表面非冷凝侧(402)、后一级的冷凝表面冷凝侧(403)以及冷凝水收集槽(5)构成；冷凝水收集槽(5)一侧上边缘设有冷凝表面，该冷凝表面为玻璃或有机玻璃，倾斜角范围为5°～30°；冷凝表面非冷凝侧(402)覆盖粘贴纤维制品，该纤维制品尾端浸没于空间孔(602)的水体中1-3cm，纤维制品表面均匀分布有微纳米颗粒，纤维制品和微纳米颗粒组成蒸汽发生部分(401)。
7.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述悬浮泡沫(6)为密度小于0.5g/cm3的绝热泡沫，且分为上下两层，悬浮泡沫(6)上层结构主要由为一级蒸汽发生装置(1)提供的大平台(601)和为冷凝水收集槽(5)提供的空间孔(602)组成；悬浮泡沫(6)下层结构设有细密的小孔(603)，孔直径小于1cm，且均匀分布；大平台(601)中设有能够润湿纤维制品的孔。
8.根据权利要求7所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述冷凝水收集槽(5)一侧设有小延伸面(604)，冷凝水收集槽(5)放置于悬浮泡沫(6)预留的空间孔(602)中，小延伸面(604)放置于孔侧的小平台(605)上；小平台(605)位于各空间孔(602)之间。
9.根据权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，其特征在于：所述气囊(7)为充气式结构。
10.一种如权利要求1所述的多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器的海水淡化方法，其特征在于：透光聚光透镜(2)将阳光汇聚到一级蒸汽发生装置(1)受光表面，蒸发一级蒸汽发生装置(1)表面的水分，水蒸气在倾斜冷凝表面(3)处冷凝并下滑汇聚至冷凝水收集槽(5)中；所述附加余热利用装置(4)的纤维制品利用毛细作用将水分吸收至冷凝表面非冷凝侧(402)，附加余热利用装置(4)每一级中，前一级冷凝表面的冷凝水释放出热量，传导到当前级的纤维制品上，并蒸发由于毛细作用吸上来的水分，产生的蒸汽则在后一级的冷凝表面冷凝侧(403)冷凝并释放热量传导到该级，冷凝水流入冷凝水收集槽(5)。
技术总结
本发明涉及多级斜面漂浮型太阳能海水淡化蒸馏器，包括一级蒸汽发生器、透光聚光透镜、倾斜冷凝表面、附加余热利用装置、冷凝水收集槽、承载重量的悬浮泡沫以及气囊；所述一级蒸汽发生器上方设有倾斜冷凝表面，一级蒸汽发生器下方设有悬浮泡沫，用于承载重量和初级过滤，且与其余装置相匹配；所述附加余热利用装置分布于一级蒸汽发生器两侧；所述悬浮泡沫上方承载着一级蒸汽发生器和附加余热利用装置，冷凝水收集槽固定于倾斜冷凝表面下端，悬浮泡沫设有用于放置冷凝水收集槽的空间和位置。本发明的有益效果是：本发明中使用的蒸汽发生器能够高效率将能量进行转换，且能够在低于水的沸点温度下进行水蒸发。
技术开发人、权利持有人：张坚群;祁志福;孙士恩;高强生;张雨婷;杨诺;代浩;王云鹏;欧根;潘腾;鲍华
