本發(fā)明涉及一種全天候取水系統(tǒng)，尤其涉及一種多功能的全天候取水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、發(fā)展海水淡化是增加水資源供給、優(yōu)化供水結(jié)構(gòu)的重要手段，但現(xiàn)有的工業(yè)化海水淡化方法由于較大的能源需求、高昂的資金投入和運(yùn)營成本以及占地面積、地理環(huán)境的制約，使之難以成為一種可持續(xù)的環(huán)保型和經(jīng)濟(jì)型供水方案，而清潔低廉的太陽能海水淡化又因受制于效率、天氣、時間而難以推廣。

2、節(jié)能的太陽能海水淡化技術(shù)對于增加淡水資源供給和優(yōu)化供水結(jié)構(gòu)具有重要意義。傳統(tǒng)的太陽能海水淡化技術(shù)主要步驟包括：(1)捕獲太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；(2)加熱海水使其蒸發(fā)(3)水蒸氣冷凝得到淡水。然而，這種技術(shù)受制于天氣因素，無法保證持續(xù)制水。雖然現(xiàn)有的輻射制冷取水技術(shù)擴(kuò)展了夜間制水范圍，但由于采用的輻射制冷膜的發(fā)射率相對較低，并且在陰霧天時太陽輻射較弱，導(dǎo)致取水量不足。針對霧水收集目前使用較多的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，存在篩網(wǎng)容易堵塞，收集的霧水不易輸送，收集效率低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有問題，本發(fā)明提出了一種集成海水淡化-仿生捕霧-輻射制冷取水的全天候取水裝置，以太陽能海水淡化為核心，通過耦合仿生霧水收集及天空輻射制冷取水技術(shù)，具有高集成度、高效率、全天候取水優(yōu)勢，實現(xiàn)日間太陽能海水淡化取水，夜間天空輻射制冷取水，霧天仿生霧水收集的目標(biāo)；在提高淡水生產(chǎn)效率及能源利用率的同時降低了生產(chǎn)端的單位碳排放，將有效助力海水淡化利用和雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)，從而最大化利用水資源，本發(fā)明全天候取水裝置實現(xiàn)了連續(xù)且環(huán)保的水資源利用。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種集成海水淡化-仿生捕霧-輻射制冷取水的全天候取水裝置，包括太陽能海水淡化單元、天空輻射制冷取水單元、霧水收集單元、原料海水儲水罐、冷海水儲水罐、預(yù)熱海水儲水罐、濃鹽水儲水罐和淡水儲水罐；

3、所述太陽能海水淡化單元包括設(shè)置在強(qiáng)制冷凝室上方的太陽能光伏板，所述強(qiáng)制冷凝室內(nèi)設(shè)有冷凝翅片管，所述冷凝翅片管的一端設(shè)有與所述冷海水儲水罐出口相連的翅片管進(jìn)液口，所述冷凝翅片管的另一端設(shè)有連接至所述預(yù)熱海水儲水罐進(jìn)口的翅片管出液口，所述預(yù)熱海水儲水罐的出口通過管路連接至所述原料海水儲水罐的進(jìn)口，所述管路上設(shè)有閥門，所述強(qiáng)制冷凝室的底部設(shè)有連接至所述淡水儲水罐的淡水出液口；

4、所述太陽能海水淡化單元還包括與所述強(qiáng)制冷凝室相隔的蒸發(fā)室，所述強(qiáng)制冷凝室與所述蒸發(fā)室的隔壁頂部設(shè)有布液器擋板，所述布液器擋板的下方一側(cè)設(shè)有圓孔陣列布液器，所述圓孔陣列布液器設(shè)有與所述原料海水儲水罐出口相連的海水進(jìn)液口；所述蒸發(fā)室的底板上鋪設(shè)有波形板，所述波形板的上表面鋪設(shè)有超黑陣列吸熱膜；在所述蒸發(fā)室內(nèi)遠(yuǎn)離所述強(qiáng)制冷凝室一側(cè)的上部間隔有第一淡水槽；所述蒸發(fā)室上覆蓋有透光板，所述蒸發(fā)室外、與所述第一淡水槽間隔有第二淡水槽，所述透光板與所述第一淡水槽的間隔板之間留有空隙，所述透光板的該邊緣位于所述第二淡水槽的上方；

5、所述天空輻射制冷取水單元包括涂覆在所述透光板的上表面的pdms輻射制冷薄膜；所述第一淡水槽和第二淡水槽分別設(shè)有連接至所述淡水儲水罐的淡水出口；所述蒸發(fā)室的側(cè)壁上、且位于所述第一淡水槽的下方設(shè)有連接至所述濃鹽水儲水罐的濃鹽水出口；

6、所述霧水收集單元包括支撐框架，所述支撐框架的底部設(shè)有霧水收集槽，所述支撐框架內(nèi)固定有錐形銅絲陣列，所述錐形銅絲陣列包括一系列自上而下、且間距為1mm、上端直徑為0.1mm、下端直徑為0.3mm的錐形銅絲；所述錐形銅絲的長度為l，在所述錐形銅絲的表面上，自所述錐形銅絲上端向下至4/5l部分的表面涂覆有疏水材料涂層，剩余表面涂覆有親水材料涂層；所有錐形銅絲的底部嵌在所述霧水收集槽內(nèi)，所述霧水收集槽的側(cè)面設(shè)有連接至所述淡水儲水罐的管路。

7、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的全天候取水裝置，其中，自所述原料海水儲水罐出口至所述海水進(jìn)液口的連接管路上設(shè)有原料海水進(jìn)料蠕動泵。

8、所述蒸發(fā)室的底板與所述波浪板之間填充有蓄熱材料。

9、所述蒸發(fā)室和強(qiáng)制冷凝室上設(shè)有蓋板框架，所述太陽能光伏板和所述透光板并排的布置在所述蓋板框架上。

10、所述太陽能海水淡化單元、霧水收集單元和天空輻射制冷取水單元集成在一個底座盒上，所述霧水收集單元的支撐框架與所述底座盒的一側(cè)鉸接；所述太陽能海水淡化單元的強(qiáng)制冷凝室和天空輻射制冷取水單元的蒸發(fā)室固定在一個支撐底板上，所述支撐底板與所述底座盒之間連接有無級調(diào)節(jié)液壓桿，通過所述無級調(diào)節(jié)液壓桿控制太陽能海水淡化單元中太陽能光伏板及天空輻射制冷取水單元中透光板的角度。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

12、相較于常規(guī)太陽能海水淡化裝置在透光板被動冷凝，本發(fā)明中，選用強(qiáng)制冷凝的方式，在提高冷凝速率、加快淡水收集的同時，解決了蒸汽在透光板上冷凝造成透光率下降的問題，提高了太陽光的吸收率。而通過原料冷海水進(jìn)行強(qiáng)制冷凝，在冷凝蒸汽的同時，又預(yù)熱了原料海水，實現(xiàn)能量多級利用。本發(fā)明中的太陽能海水淡化單元采用超黑陣列吸熱膜，由于該膜具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化率和高毛細(xì)吸水性，通過界面加熱可以顯著提高海水的蒸發(fā)速率。

13、本發(fā)明中，夜間天空輻射制冷取水方面通過在透光板上涂覆具有微米級的pdms薄膜，利用其在大氣窗口波段高達(dá)0.9的發(fā)射率，針對夜間操作，有效地通過輻射方式將內(nèi)部熱量散發(fā)到夜空，實現(xiàn)高效冷凝取水。該結(jié)構(gòu)的天空輻射制冷取水表現(xiàn)出良好的白天集熱-夜間天空輻射制冷特性，即在太陽能輻射波段有低發(fā)射率，“大氣窗口”波段(8～13微米)有高發(fā)射率。夜晚可與蒸發(fā)室和外界產(chǎn)生溫差，冷凝內(nèi)外界的水蒸氣生產(chǎn)淡水，白天可減少透光板表面的熱量輻射，降低熱量損耗，與太陽能海水淡化單元相得益彰。

14、本發(fā)明中，霧水收集部分相較于目前使用較多的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，仿效自然界仙人掌的霧水收集機(jī)制，采用錐形微結(jié)構(gòu)銅絲，并通過表面處理形成親水段與輸水段，從而高效捕獲并定向輸送霧水。同時采用平行線結(jié)構(gòu)在收集水的過程中效率更高，避免了堵塞，并增強(qiáng)了進(jìn)入收集器的排水能力。

技術(shù)特征：

1.一種集成海水淡化-仿生捕霧-輻射制冷取水的全天候取水裝置，包括太陽能海水淡化單元、霧水收集單元(9)、原料海水儲水罐(11)、冷海水儲水罐(10)、預(yù)熱海水儲水罐(17)、濃鹽水儲水罐(16)和淡水儲水罐(12)；其特征在于，該全天候取水裝置還包括天空輻射制冷取水單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全天候取水裝置，其特征在于，自所述原料海水儲水罐(11)出口至所述海水進(jìn)液口(202)的連接管路上設(shè)有原料海水進(jìn)料蠕動泵(13)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全天候取水裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)室(2)的底板與所述波浪板(204)之間填充有蓄熱材料(207)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全天候取水裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)室(2)和強(qiáng)制冷凝室(4)上設(shè)有蓋板框架(3)，所述太陽能光伏板(8)和所述透光板(205)并排的布置在所述蓋板框架(3)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全天候取水裝置，其特征在于，所述太陽能海水淡化單元、霧水收集單元(9)和天空輻射制冷取水單元集成在一個底座盒(1)上，所述霧水收集單元(9)的支撐框架(902)與所述底座盒(1)的一側(cè)鉸接；所述太陽能海水淡化單元的強(qiáng)制冷凝室(4)和天空輻射制冷取水單元的蒸發(fā)室(2)固定在一個支撐底板(18)上，所述支撐底板(18)與所述底座盒(1)之間連接有無級調(diào)節(jié)液壓桿(5)，通過所述無級調(diào)節(jié)液壓桿(5)控制太陽能海水淡化單元中太陽能光伏板(8)及天空輻射制冷取水單元中透光板(205)的角度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種集成海水淡化?仿生捕霧?輻射制冷取水的全天候取水裝置；太陽能海水淡化單元包括蒸發(fā)室、圓孔陣列布液器和強(qiáng)制冷凝室，蒸發(fā)室的底板上鋪設(shè)有波形板和超黑陣列吸熱膜，強(qiáng)制冷凝室內(nèi)設(shè)有冷凝翅片管，上方設(shè)有太陽能光伏板，圓孔陣列布液器負(fù)責(zé)均勻布液及充作淡水收集擋板；天空輻射制冷取水單元包括涂覆在透光板上表面的輻射制冷薄膜；霧水收集單元包括固定支撐框架內(nèi)的錐形銅絲陣列，自上而下分為疏水和親水兩段。本發(fā)明以太陽能海水淡化為核心，通過耦合仿生霧水收集及天空輻射制冷取水技術(shù)，具有低能耗、高集成度、高效率、全天候取水的優(yōu)勢，將有效助力海水淡化利用和雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)，從而最大化利用水資源。

技術(shù)研發(fā)人員：趙軍,曲志杰,景秀并,陳思睿,王茗楊,張盛越,劉家寶,黃詩苑,任建波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9