[科普中国]-太阳能蒸馏

定义

太阳能蒸馏法 ，就是蒸馏时其能量来自太阳的辐射。利用太阳能直接使盐水蒸发的工艺属于直接法太阳能蒸馏工艺。

优点太阳能蒸馏装置可以不消耗常规能源，并且结构简单、操作容易，在一些太阳光充足而又缺乏动力和电能的沿海偏远地区使用是非常合适的。1

蒸馏器结构太阳能海水淡化装置虽然在一百年前就已在世界上出现，但是不用其它能源的太阳能海水淡化装置，目前仍以顶棚式太阳能海水淡化装置为主。

顶棚式浅盆太阳能蒸馏装置如图表面为黑色的浅盆作为太阳能吸热器，盆内盛浅层咸水，覆盖于其上的是倾斜的玻璃顶棚，顶棚斜边下面是收集冷凝水的淡水槽。太阳辐射透过项顶棚入射到咸水盆，被水及盆底吸收，使水受热蒸发。为了减少底部热损失，盛水盆底部应有一定厚度的保温层。顶棚玻璃的支撑结构应尽最减少对太阳光的遮挡。整个蒸馏器应有良好的密封，以防止蒸汽泄漏而影响淡水产量。

由热力学定律可知，以太阳热能作为盐水淡化的能源，所需要的最小热量随着热源温度的提高而降低，所以蒸馏器的结构设计应保证在热损失没有很大增加的情况下，尽可能提高水温。

另外，为了降低淡水成本，必须降低蒸馏装置的建设投资，延长装置的使用寿命，这就需要在材料选择和制造工艺方面综合考虑。

太阳能蒸馏器的热性能分析1、太阳能蒸馏装置的热传递过程

太阳辐射能投射到倾斜玻璃顶棚上的能量一部分被顶棚玻璃吸收，一部分被盐水吸收，咸水吸收太阳能后使水温升高，同时有部分能量用于蒸发，并通过蒸汽冷凝传给顶棚，其余能量以辐射和对流方式传给顶棚，还有一小部分能量通过盆底及周边的隔热层而漏出。

2、太阳能蒸馏装置吸收热量计算公式

由于水面与顶棚玻璃之间存在温差，蒸馏器空间存在着湿空气以及特定的几何形状条件，使得自然对流十分激烈，可以认为是紊流。盛水盆水表面和蒸馏器顶棚之间的对流、蒸发和辐射传热近似于两块无限长平板间的传热，对于对流传热量 蒸发传热量 和辐射传热量 ，的计算，应用下列计算公式：

式中

——咸水表面温度（K）；

——顶棚玻璃内表面温度（K）；

——与温度对应的水蒸汽分压力（牛顿/米2）；

——与温度对应的水蒸汽分压力（牛顿/米2）。

上述三式相加既可得到太阳能蒸馏装置吸收热量。

当水温增加时，用于蒸发的能量份额增加，即产淡水量增加，对流及辐射热损失相对减少，不同只影响能量份额数值的大小，而不影响变化规律。从原则上说，蒸发可以在液体的任何温度下进行，但对海水淡化蒸馏器来说，只有在咸水表面温度超过40℃时，才发现有显著的蒸发及收集到有实用意义的淡水。2

影响太阳能蒸馏器热性能的主要因素影响蒸馏器的热性能的主要因素是热损失及装置和咸水的热惯性。

从减少热损失方面，可以采取一些措施：

1、加强除顶棚外其余部分的保温，减少漏热，结构上尽可能采用导热系数低的非金属材料。

2、蒸馏器保持良好的密封性。密封不良引起蒸汽漏失，将大大影响产水量。

3、实践证明，风速严重影响产水量，为了减少热损失，应将蒸馏器建在避风处或采取其它防风措施。

4、应考虑利用淡水的显热。

从减小热惯性对蒸馏器热性能的影响考虑，应采取：

1、盛水盆应使用热容小的材料，材料厚度在保证结构强度的情况下尽可能薄。

2、对于咸水层的深度，从减小热惯性上看，水层应越浅越好。但在浅水层蒸发后，咸水浓度增大，水面上形成反射盐层，使入射的大阳光反射增强，因此效率反而下降。为此，可以在水层中间装吸热隔板，用来吸收太阳辐射，使上层温度升高。隔板起到了抑制咸水对流的作用，使下层海水温度较低i而咸水的总浓度增加不多，这就使蒸馏器的性能提高。2