一种利用太阳能集热海水中取水装置

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种太阳能集热器系统。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且资源量巨大，地球表面每年收的太阳辐射能总量为1×10

针对集热器的结构，现有技术已经进行了很多的研发和改进，但是整体来说集热能力不足，而且还存在运行时间长容易结垢问题，影响集热效果。

无论哪种形式和结构的太阳能集热器，都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收部件，集热器的结构对太阳能的吸收起到重要的作用。

热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括太阳能、海水淡化领域，例如太阳能的利用等。

中国海岛超过1万个，但大多数因匮乏淡水无法居住，有常住居民者不足500个，制约海岛开发、国防等功能。改善人居环境，使海水淡化成为严重缺水海岛地区主要供水方式之一，基本满足海岛不断提升的生活、生产用水需求。

本发明针对上述的问题，提出了一种新式的太阳能集热海水取水系统。该装置以太阳光为驱动源，在没有加热装置辅助下产生大量蒸汽，本发明所用制备方法工艺简单，原料无毒无害，具有较高可重复性。这种蒸汽产生装置可以高效利用太阳能从而制备太阳能蒸汽，在太阳能发电、海水淡化和污水处理等领域具有广阔的商业价值和应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种太阳能集热海水淡化系统。该装置以太阳光为驱动源，在没有加热装置辅助下产生大量蒸汽，漂浮的泡沫材料将光热转化层托出水面，抑制了产生的热能由薄膜向下层液体的耗散，从而提高装置的蒸汽化效率，展现了其作为光热转化新能源材料的极大潜力。本发明所用制备方法工艺简单，原料无毒无害，具有较高可重复性。这种蒸汽产生装置可以高效利用太阳能从而制备太阳能蒸汽，在太阳能发电、海水淡化和污水处理等领域具有广阔的商业价值和应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用太阳能集热海水中取水的装置，所述方法包括括水箱、光热转化元件，所述水箱上端是开口结构，所述光热转化元件漂浮在水箱上部的海水中，所述的水箱上部设置透明玻璃罩，透明玻璃罩是圆弧形结构，所述玻璃罩包括位于下侧的集水槽，所述集水槽包括内侧的竖直侧壁，从竖直侧壁底端向水平方向延伸的水平壁以及沿着水平壁另一端向上延伸的外侧竖直壁，以及沿着外侧竖直壁向上向内延伸的圆弧结构，所述内侧竖直壁、水平壁和外侧竖直壁之间构成了集水槽，所述水平壁上设置疏水孔，从而把集水槽的收集的淡水排出，从而达到从海水中取水的目的。

作为优选，所述的圆弧结构内壁设置导流槽，从而保证蒸汽冷凝后能够及时的流到集水槽中。

作为优选，透明玻璃罩顶部设置蒸汽导出管，导出管与水箱底部的冷却盘管相连接，将蒸汽导入冷却盘管中进行冷却，利用蒸汽冷凝释放的热量预热水箱中的水，冷却盘管中的蒸汽冷凝成水后，将水引入回收装置。

作为优选，所述的圆弧结构上设置多个凸透镜，凸透镜焦点位于光热转化涂层上。

作为优选，所述光热转化元件包括发泡材料形成的基体，基体上形成上侧开口的凹槽，所述凹槽内填充泡沫镍基体，基体的下部壁面设置毛细结构输水通道，所述输水通道连通水箱的水体和泡沫镍基体，所述凹槽的上部设置光热转化涂层，所述光热转化涂层与泡沫镍基体相连，发泡材料自身浮力大于重力作为优选，光热转化元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的合成：在1000-3000mL去离子水中加入1000-3000mg氧化石墨烯，分别加由750mg至9000mg(以250mg为间隔)抗坏血酸得到石墨烯分散液，分别依次搅拌和超声（优选40KHz，240W）各60分钟，使用微波反应器2.45GHz，200W，95℃反应30分钟。除去所得悬浮液上层杂质，抽滤并用超纯水反复冲洗三次，将抽滤所得样品通过真空冷冻干燥获得还原氧化石墨烯粉末；

（2）光热转化装置的制备：将还原氧化石墨烯1g克（粒径60nm）通过超声（优选40KHz，240W）处理分散到1000毫升体积比7：1的水和乙醇的混合溶液中。将琼脂糖（12.5g）和尿素（125g）加入溶液中，在85℃下连续搅拌30min。然后，将所得热悬浮液均匀涂抹在泡沫镍表面。将带还原氧化石墨烯涂层的泡沫镍基体自然冷却并在-21℃下冷冻在冰箱中冷冻干燥12小时后取出；

（3）基体3的制备：取常用发泡材料板，加工成适合烧杯内径大小的圆柱体，优选直径为20cm，高度为10cm。

本发明具有如下优点：

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种太阳能集热海水取水系统。该装置以太阳光为驱动源，在没有加热装置辅助下产生大量蒸汽，这种蒸汽产生装置可以高效利用太阳能从而制备太阳能蒸汽，在太阳能发电、海水淡化和污水处理等领域具有广阔的商业价值和应用前景。

2、本发明提供了一种光热转化件的制备方法，本发明所用制备方法工艺简单，原料无毒无害，具有较高可重复性。

3、本发明的光热转化元件，由于光热转化层和下层水体被隔热层分离，所以在光热转化过程中，由光热转化层向水体传热而导致的热损失被有效抑制。同时，充足的水分在毛细作用力的作用下通过输水管道持续供应至光热转化层中，实现了太阳能蒸汽的持续产生。在一个太阳光强的照射下，光热转化层在一分钟之内从18.1℃迅速升温到33.5℃，40分钟后稳定在38℃。而隔热层经过40分钟照射后，温度仅从18.1℃提升至25.5℃，基本维持在室温之内。将照射时间延长至90分钟，光热转化层和隔热层的温度仍然分别稳定在39.5℃和25.5℃。另一方面，在长达90分钟的照射时间里，由于光热转化层对光线的阻挡作用以及隔热层对热传导的抑制作用，下层水体一直维持在室温以内，大大降低了热量通过水体向环境散发而导致的热损耗。

4、本发明对光热转化元件的孔隙率和孔径进行了优化设计，进一步提高了转化的效率。

5、本发明参数感知元件检测的前后时间段参数差或者累计参数差，能够通过参数差来判断内部流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热。

6、本发明提出了新式结构的集热装置，将左右侧管组都连接同一个上管，与现有技术设计两个上管相对比，可以进一步均衡左右侧管组的压力和流量，保证换热均匀。本申请是对上述结构进行进一步改进，增强除垢以及换热效果。能够提高集热效果，提高集热管的放热能力，减小能量的耗费。

7、本发明通过大量的实验和数值模拟，优化了集热装置的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

附图说明：

图1是海水取水装置的水箱内的结构示意图。

图2是还原氧化石墨烯光热转换装置俯视图。

图3是透明玻璃罩底端仰视结构示意图。

图4为本发明集热装置的主视图。

图5-1为本发明集热系统的集热主视图。

图5-2为本发明集热系统的不集热主视图。

图5-3为本发明优选的集热装置的集热主视图。

图5-4为本发明优选的集热装置的不集热主视图。

图6是本发明图4集热装置的左侧观测视图。

图7是本发明图4集热装置的底部观察视图。

图8为优选的液压泵的剖视图。

图9为优选的整体系统流程示意图。

图中：1、放热管组，左放热管组11、右放热管组12、上管2，3、自由端，4、自由端，5、自由端，6、自由端，7、放热管，8、集热管箱，9、水箱，10第一管口， 13第二管口，左回流管14，右回流管15，16反射镜，161左侧反射镜，162右侧反射镜，17支撑件，171 左侧液压伸缩杆，172 右侧液压伸缩杆；18输水通道；19基体；20泡沫镍基体；21光热转化涂层，22疏水孔，23集水槽，24 蒸气导出管，25，蒸气冷凝管，26、右液压装置，27、左液压装置，28、右支撑杆，29、左支撑杆，30、偏心轮，31、单向阀，32、油缸，33、截止阀，34、柱塞，35 左侧液压伸缩杆，36右侧液压伸缩杆，41透明玻璃罩，42凹槽，43、右液压泵，44、左液压泵，45凝结水导出管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如图1-3所示，一种太阳能集热海水取水装置，所述装置包括水箱9、光热转化元件，所述水箱上端是开口结构，所述光热转化元件漂浮在水箱9上部，所述光热转化元件包括发泡材料形成的基体19，基体19上形成上侧开口的凹槽42，所述凹槽42内填充泡沫镍基体20，基体19的下部壁面设置毛细结构输水通道18，所述输水通道18连通水箱9的水体和泡沫镍基体20，所述凹槽42的上部设置光热转化涂层21，所述光热转化涂层21与泡沫镍基体20相连，发泡材料自身浮力大于重力。

在毛细作用的驱动下，水体中的水通过输水通道18传输至发泡材料基体19内的泡沫镍基体20，再通过泡沫镍基体20多孔介质的毛细作用将水输送至泡沫镍基体20上表面的光热转化涂层21，并在太阳光照射下吸热汽化变成蒸汽。产生的蒸汽通过回收装置进行回收。漂浮的基体19将光热转化层托出水面，抑制了产生的热能由薄膜向下层水体及周边环境的耗散，提高了蒸汽产生效率。

作为优选，所述光热转化涂层21的上表面与水体的上表面保持同一高度或者高出水体的上表面不超过5厘米。通过上述设施，能够使得光热转化涂层21更好的进行光热转化，提高取水的效率。

作为优选，凹槽42是圆形横截面。

作为优选，所述的水箱9上部设置透明玻璃罩41，透明玻璃罩41是圆弧形结构，所述玻璃罩包括位于下侧的集水槽23，所述集水槽23包括内侧的竖直侧壁，从竖直侧壁底端向水平方向延伸的水平壁以及沿着水平壁另一端向上延伸的外侧竖直壁，以及沿着外侧竖直壁向上向内延伸的圆弧结构，所述内侧竖直壁、水平壁和外侧竖直壁之间构成了集水槽23，所述水平壁上设置疏水孔22，从而把集水槽23的收集的淡水排出，从而达到从海水中取水的目的。

作为优选，所述的圆弧结构内壁设置导流槽，从而保证蒸汽冷凝后能够及时的流到集水槽中。作为一个改进，透明玻璃罩41顶部设置蒸汽导出管，导出管与水箱9底部的冷却盘管相连接，将蒸汽导入冷却盘管中进行冷却，利用蒸汽冷凝释放的热量预热水箱9中的水，冷却盘管中的蒸汽冷凝成水后，将水引入回收装置。

作为优选，所述的圆弧结构上设置多个凸透镜，凸透镜焦点位于光热转化涂层上，从而进一步加快液体的蒸发。

该装置以太阳光为驱动源，在没有加热装置辅助下产生大量蒸汽，其主要由两部分组成：还原氧化石墨烯光热转化层和隔热保温层。其中，光热转化层为泡沫镍基还原氧化石墨烯膜；基体为发泡聚乙烯材料；置于水箱中的基体19因为其发泡材料自身浮力大于重力而漂浮于水面之上。在毛细作用的驱动下，水箱中的水通过泡沫镍基体传输至基体凹槽内的光热转化层，并在太阳光照射下被汽化变成蒸汽。漂浮的基体19将光热转化层托出水面，抑制了产生的热能由薄膜向下层液体的耗散，从而提高装置的蒸汽化效率，展现了其作为光热转化新能源材料的极大潜力。本发明所用制备方法工艺简单，原料无毒无害，具有较高可重复性。这种蒸汽产生装置可以高效利用太阳能从而制备太阳能蒸汽，具有广阔的商业价值和应用前景。

作为优选，所述的光热转化涂层是泡沫镍基还原氧化石墨烯膜。光热转化元件采取如下方法制备：

（1）还原氧化石墨烯的合成：在1000-3000mL去离子水中加入1000-3000mg氧化石墨烯，分别加由750mg至9000mg(以250mg为间隔)抗坏血酸得到石墨烯分散液，分别依次搅拌和超声（优选40KHz，240W）各60分钟，使用微波反应器2.45GHz，200W，95℃反应30分钟。除去所得悬浮液上层杂质，抽滤并用超纯水反复冲洗三次，将抽滤所得样品通过真空冷冻干燥获得还原氧化石墨烯粉末。

（2）光热转化装置的制备：将还原氧化石墨烯1g克（粒径60nm）通过超声（优选40KHz，240W）处理分散到1000毫升体积比7：1的水和乙醇的混合溶液中。将琼脂糖（12.5g）和尿素（125g）加入溶液中，在85℃下连续搅拌30min。然后，将所得热悬浮液均匀涂抹在泡沫镍表面。将带还原氧化石墨烯涂层的泡沫镍基体自然冷却并在-21℃下冷冻在冰箱中冷冻干燥12小时后取出。

（3）基体3的制备：取常用发泡材料板，加工成适合烧杯内径大小的圆柱体，优选直径为20cm，高度为10cm。

理论设计计算：

质量损失测试：将太阳能蒸汽产生装置置于300-1000mL盛水烧杯中，将烧杯置于可实时记录质量数据的电子天平上，在光强为1-10kW/m2的氙灯光源照射下，测试30-240分钟内装置及烧杯的质量变化，绘制质量变化曲线。

光热转化层的蒸汽化效率η通过公式（1）、（2）、（3）、（4）计算

其中，m是水的净蒸发率kg/m

温度变化测试：将太阳能蒸汽产生装置置于300-1000mL盛水烧杯中，将烧杯置于可实时记录质量数据的电子天平上，在光强为1-10kW/m2的氙灯照射下，使用红外热成像仪检测光热转化层在照射前后温度的变化。

将三种不同还原程度的还原氧化石墨烯样品(rGO-50/200/400)和100mg泡沫镍基体共混-抽滤-真空烘干制得泡沫镍基还原氧化石墨烯光热转换装置。(1)还原氧化石墨烯源，即还原氧化石墨烯与泡沫镍骨架，以及还原氧化石墨烯之前通过弱的范德瓦尔斯力相连，在外力作用下可以脱落并转移；(2)还原氧化石墨烯转移的驱动力，即减压抽滤的负压促使反面还原氧化石墨烯脱落并被吸引到光热转化层正面；(3)还原氧化石墨烯的转移通道，即泡沫镍骨架之间微米级的孔洞结构为还原氧化石墨烯转移至光热转化层正面提供了通道。上述三个因素在泡沫镍基还原氧化石墨烯光热转化层两面性形貌形成过程中至关重要。在隔热层和输水管道辅助下，吸光薄膜与下层水体通过输水管道间接接触，避免了光热转化层长时间浸泡而可能下沉甚至分解的问题。还原后的氧化石墨烯由于脱去大量含氧基团而缩短了分子层间距离，形成了较强分子间力，同时表面亲水性大大降低，从而导致还原氧化石墨烯的团聚沉降。

在减压抽滤过程中，还原氧化石墨烯受到一对方向相反的作用力而挤压形成“还原氧化石墨烯壳”分别为由上至下的吸力和由下至上的支撑力。在泡沫镍基体上，在减压抽滤作用下，还原氧化石墨烯逐渐随液体减少而向下沉积，形成了疏松多孔结构。在强劲吸力作用下，还原氧化石墨烯仍紧密贴附于泡沫镍骨架上。这说明还原氧化石墨烯的分离和转移发生在还原氧化石墨烯层与层之间而非还原氧化石墨烯与泡沫镍骨架之间。

本发明的光热转化元件，由于光热转化层和下层水体被隔热层分离，所以在光热转化过程中，由光热转化层向水体传热而导致的热损失被有效抑制。同时，充足的水分在毛细作用力的作用下通过输水管道持续供应至光热转化层中，实现了太阳能蒸汽的持续产生。在一个太阳光强的照射下，光热转化层在一分钟之内从18.1℃迅速升温到33.5℃，40分钟后稳定在38℃。而隔热层经过40分钟照射后，温度仅从18.1℃提升至25.5℃，基本维持在室温之内。将照射时间延长至90分钟，光热转化层和隔热层的温度仍然分别稳定在39.5℃和25.5℃。另一方面，在长达90分钟的照射时间里，由于光热转化层对光线的阻挡作用以及隔热层对热传导的抑制作用，下层水体一直维持在室温以内，大大降低了热量通过水体向环境散发而导致的热损耗。

本发明设计了一种具有在隔热材料和微输水装置的高效太阳能蒸汽产生装置，与光热转换薄膜直接漂浮在水体之上的蒸汽产生装置相比，本发明合成制备的光热转化层，可以将太阳光限制在薄膜表面，阻断太阳光对下层水体的辐射，减少水体向环境散射而导致的能量损耗，提高光能利用率，从而提高光热转化性能。本发明采用的隔热层和输水管道可以将光热转化层与水体分离，阻断了热量从高温薄膜向低温水体的散失，进一步减少能量损耗，提高光能利用率，从而进一步提高了光热转化性能。隔热材料抑制了热量由吸光薄膜向下层水体的传导，将热损失最小化；同时在毛细管力作用下，下层水体通过输水装置与光热转化层间接相连并为光热转化过程持续供水。在隔热材料和微输水装置的协同辅助下，整个光热转化装置的蒸汽化效率远远高于单纯漂浮于水体之上的薄膜的蒸汽化效率。此外，通过制备不同还原程度的还原氧化石墨烯，还原程度对光热转化效率的影响被深入探究，并且实验结果表明随着还原程度提高，泡沫镍基还原氧化石墨烯的光热转化性能逐渐增强(在一个太阳光强下，最高达到~92.2%)。本发明所述太阳能蒸汽产生装置为光热转化领域的进一步研究和应用，如蒸馏提纯、海水淡化和污水处理等领域提供了重要实验数据和技术支持。

泡沫镍基体上表面的还原氧化石墨烯涂层21是多孔涂层，其孔径和孔隙率的设计方法如下：

利用连续性方程、考虑重力效应的达西定律、能量方程对泡沫镍基体和光热转化层的工质输运过程进行数学建模：

式中，Ø为泡沫镍的孔隙率，ρ为流体的密度，v为流体的表观速度。

式中，q

其中

式中，下标

应用分形理论，建立泡沫镍孔隙率和渗透率的表达式：

式中，

根据以上获得的参数表达式得到泡沫镍基体和光热转化层所对应的平均孔径大小为：

式中，p

r为光热转化层孔径，光热转化层的孔径和孔隙率参数对蒸汽的产生速率有重要影响。孔径越小，光热转化层表面的饱和蒸气压越大，不利于蒸汽从光热转化层表面的孔隙内溢出；孔径越大，光热转化层表面的光热吸收面积越小，导致光热转换效率的降低。因此，需对光热转化层的孔径进行计算，以保证最有效的蒸发速率。

作为优选，所述装置还包括太阳能辅助加热装置，所述辅助加热装置包括蒸发端和冷凝端，蒸发端是太阳能集热部件，冷凝端设置在水箱中，通过冷凝端放热来预热水箱中的水体，从而进一步提高海水取水的效率。

如图4所示，太阳能辅助加热装置也是一种集热装置，包括集热管箱8、上管2和放热管组1，所述放热管组1包括左放热管组11和右放热管组12，左放热管组11与上管2和集热管箱8相连通，右放热管组12与上管2和集热管箱8相连通，从而使得集热管箱8、上管2和放热管组1形成加热流体封闭循环，集热管箱8内填充相变流体，每个放热管组1包括圆弧形的多根放热管7，相邻放热管7的端部连通，使多根放热管7形成串联结构，并且使得放热管7的端部形成放热管自由端3-6；集热管箱包括第一管口10和第二管口13，第一管口10连接左放热管组11的入口，第二管口13连接右放热管组12的入口，左放热管组11的出口连接上管2，右放热管组12的出口连接上管2；所述第一管口10和第二管口13设置在在集热管箱8一侧。作为优选，左放热管组11和右放热管组12沿着集热管箱的中间位置对称。

作为优选，上管2和放热管组1设置在水箱9内，水箱9中设置流体，所述流体是海水。

作为优选，所述上管2与集热管箱8沿着水平方向延伸。

作为优选，沿着上管2与集热管箱8水平方向延伸上设置多个放热管组1，所述放热管组1之间是并联结构。

作为优选，所述上管2与集热管箱8之间设置回流管14，15。作为优选，所述回流管14，15设置在集热管箱8的两端。如图4所示的垂直于纸面方向两端。图7 的上下方向两端。

集热管箱8内填充相变流体，优选是汽液相变流体。所述流体在集热管箱8进行加热蒸发，沿着放热管束向上管2流动，流体受热后会产生体积膨胀，从而形成蒸汽，而蒸汽的体积远远大于水，因此形成的蒸汽会在盘管内进行快速冲击式的流动。因为体积膨胀以及蒸汽的流动，能够诱导放热管自由端产生振动，换热管自由端在振动的过程中将该振动传递至水箱9内的换热流体，流体也会相互之间产生扰动，从而使得周围的换热流体形成扰流，破坏边界层，从而实现强化传热的目的。流体在左右上管冷凝放热后又通过回流管回流到集热管箱。

本发明通过对现有技术进行改进，将上管和放热管组分别设置为左右分布的两个，使得左右两侧分布的放热管组都能进行振动换热除垢，从而扩大换热振动的区域，越能够使得振动更加均匀，换热效果更加均匀，增加换热面积，强化换热和除垢效果，尤其是在海水中的除垢效果。

本发明将左右侧管组都连接同一个上管2，与现有技术设计两个上管相对比，可以进一步均衡左右侧管组的压力和流量，保证换热均匀。本申请是对上述结构进行进一步改进，增强除垢以及换热效果。

在太阳能集热器的运行中，虽然上述结构具有弹性振动除垢效果，但是长时间运行发现除垢效果需要进一步改进。

研究以及实践中发现，持续性的稳定性的集热会导致内部集热装置的流体形成稳定性，即流体不再流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致放热管组1振动性能大大减弱，从而影响管组1的除垢以及加热的效率。例如白天持续的集热，或者晚上持续不集热，导致除垢效果下降，在先申请中采取了白天持续的集热，或者晚上电加热除垢，上述对于白天的集热效果具有很大的提高。但是上述结构需要单独设置一个电加热装置，而且需要设计复杂的电加热相关的装配，导致结构复杂，因此需要对上述集热装置进行如下改进。

在本发明人的在先申请中，提出了一种周期性的加热方式，通过周期性的加热方式来不断的促进盘管的振动，从而提高加热效率和除垢效果。但是，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现频繁性的振动，从而实现很好的除垢效果。

本发明针对在先研究的技术中的不足，提供一种新式的智能控制振动的除垢集热器。该集热器能够实现很好的除垢效果。

所述太阳能集热器包括除垢阶段，在除垢阶段，集热器采取如下方式运行：

一、基于压力自主调节振动

作为优选，集热装置内部设置压力检测元件，用于检测集热装置内部的压力，控制器根据时间顺序提取压力数据，通过相邻的时间段的压力数据的比较，获取其压力差或者压力差变化的累计，低于阈值时，控制器根据检测的其压力差或者压力差变化的累计来控制是否对集热管箱进行集热。

通过压力感知元件检测的前后时间段压力差或者累计压力差，能够通过压力差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热。

通过根据压力差或者压力差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的压力为P1，相邻的在后时间段的压力为P2，如果P1P2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱进行集热。

通过先后的压力大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的压力为P1，相邻的在后时间段的压力为P2，如果P1=P2，则根据下面情况判断集热：

如果P1大于第一数据的压力，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的压力；优选第一数据是相变流体充分相变的压力；

如果P1小于等于第二数据的压力，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的压力。

所述的第一数据是充分集热状态的压力数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的压力数据。通过上述的压力大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，压力感知元件设置在集热管箱8内。

作为优选，压力感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的压力变化，从而实现更好的控制和调节。

作为优选，所述压力感知元件为n个，依次计算当前时间段压力P

作为优选，Y>0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果Y<0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的压力大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果Y=0，则根据下面情况判断集热：

如果P

如果P

所述的第一数据是充分集热状态的压力数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的压力数据。通过上述的压力大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，测量压力的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是100－1000pa，优选是500pa。

作为优选，压力值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以是时间段内的某一时刻的压力。例如优选都是时间段结束时的压力。

二、基于温度自主调节振动

作为优选，集热装置内部设置温度检测元件，用于检测集热装置内部的温度，所述温度检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取温度数据，通过相邻的时间段的温度数据的比较，获取温度差或者温度差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过温度感知元件检测的前后时间温度差或者累计温度位差，能够通过温度差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当温度差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据温度差或者温度差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后时间段的温度为T2，如果T1T2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的温度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后的时间段温度为T2，如果T1=T2，则根据下面情况判断集热：

如果T1大于第一数据的温度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的温度；优选第一数据是相变流体充分相变的温度；

如果T1小于等于第二数据的温度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的温度。

所述的第一数据是充分集热状态的温度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的温度数据。通过上述的温度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述温度感知元件为n个，依次计算当前时间段温度T

作为优选，Y>0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果Y<0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的温度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果Y=0，则根据下面情况判断集热：

如果T

如果T

所述的第一数据是充分集热状态的温度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的温度数据。通过上述的温度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，测量温度的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－10摄氏度，优选是4摄氏度。

作为优选，温度感知元件设置在集热管箱8内。

作为优选，温度感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的温度变化，从而实现更好的控制和调节。

三、基于液位自主调节振动

作为优选，集热管箱内部设置液位检测元件，用于检测下管箱内的流体的液位，所述液位检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取液位数据，通过相邻的时间段的液位数据的比较，获取其液位差或者液位差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过液位感知元件检测的前后时间液位差或者累计液位差，能够通过液位差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当液位差升高到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据液位差或者液位差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的液位为L1，相邻的在后时间段的液位为L2，如果L1>L2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果L1

通过先后的液位大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的液位为L1，相邻的在后时间段的液位为L2，如果L1=L2，则根据下面情况判断集热：

如果L1小于第一数据的液位或者L1是0，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的液位；优选第一数据是相变流体充分相变的液位；

如果L1大于等于第二数据的液位，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的液位。

所述的第一数据是充分集热状态的液位数据，包括干涸的液位，第二数据是没有集热或者集热刚开始的液位数据。通过上述的液位大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述液位感知元件为n个，依次计算当前时间段液位L

作为优选，Y>0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果Y<0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的液位大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果Y=0，则根据下面情况判断集热：

如果L

如果L

所述的第一数据是充分集热状态的液位数据，包括干涸的液位，第二数据是没有集热或者集热刚开始的液位数据。通过上述的液位大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，测量也为的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－10mm，优选是4mm。

作为优选，水位值可以是时间段周期内的平均水位值。也可以是时间段内的某一时刻的水位置。例如优选都是时间段结束时的水位。

四、基于速度自主调节振动

作为优选，管束自由端内部设置速度检测元件，用于检测管束自由端内的流体的流速，所述速度检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取速度数据，通过相邻的时间段的速度数据的比较，获取其速度差或者速度差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过速度感知元件检测的前后时间速度差或者累计速度差，能够通过速度差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当速度差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据速度差或者速度差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的速度为V1，相邻的在后时间段的速度为V 2，如果V 1< V 2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果V 1> V 2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的速度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的速度为V 1，相邻的在后时间段的速度为V 2，如果V1= V 2，则根据下面情况判断集热：

如果V 1大于第一数据的速度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的速度；优选第一数据是相变流体充分相变的速度；

如果V 1小于等于第二数据的速度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的速度。

所述的第一数据是充分集热状态的速度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的速度数据。通过上述的速度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述速度感知元件为n个，依次计算当前时间段速度V

作为优选，Y>0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果Y<0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的速度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果Y=0，则根据下面情况判断集热：

如果V

如果V

所述的第一数据是充分集热状态的速度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的速度数据。通过上述的速度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，测量速度的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－3m/s，优选是2m/s。

作为优选，速度值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以是时间段内的某一时刻的速度。例如优选都是时间段结束时的速度。

作为优选，换热器包括除垢过程，在除垢过程采取上述方式进行换热。

作为一个优选，通过反射镜进行旋转的方式，对集热管箱进行集热或者不集热。当需要集热的时候（周期前段时间），反射镜的反射面面向太阳，当不需要集热的时候（周期后段时间），反射镜的反射面不面向太阳。此种方式可以采用常规的太阳光跟踪系统的旋转反射镜的方式来实现，在此就不必详细说明。

作为优选，可以采取另一个实施例，采取集热管箱是否位于反射镜焦点的方式来完成是否对集热管箱进行集热或者不集热的操作。当需要集热的时候（周期前段时间），集热管箱位于反射镜的焦点，当不需要集热的时候（周期后段时间），集热管箱不位于反射镜的焦点。

如图4所示，所述反射镜16沿着中部分为两部分，分别是第一部分161和第二部分162，第一部分161和第二部分162，如图5所示。所述支撑件17是支撑柱，设置在集热管箱8的下部，液压伸缩杆171，172分别从支撑柱上伸出延伸连接到第一部分161和第二部分162。用来驱动第一部分和第二部分分开或者合并。当第一部分和第二部分合并在一起时，所述的反射镜16构成一个完整的反射镜，所述集热管箱位于反射镜16的焦点位置处，用于对集热管箱进行集热。当第一部分和第二部分分开时，所述的集热管箱不位于第一部分和第二部分的焦点，不对集热管箱进行集热。

作为优选，所述的液压伸缩杆连接驱动器，通过驱动器驱动液压伸缩杆的伸缩，通过液压伸缩杆的伸缩来使得反射镜的焦点发生位置变化。

所述液压伸缩杆通过枢转的方式连接到支撑件17上。

作为一个改进的实施例，如图5-3、5-4所示。所述集热装置包括右液压泵43，左液压泵44，右液压装置26和左液压装置27，右液压装置26和左液压装置27上部设置伸缩杆35、36，所述伸缩杆通过枢转方式连接到第二部分162和第一部分161的下部，所述右液压泵43，左液压泵44分别驱动右液压装置26和左液压装置27的上升和下降。

作为优选，所述的装置还包括右支撑杆28和左支撑杆29，所述右支撑杆28和左支撑杆29包括第一部件和第二部件，第一部件位于下部，第一部件下端通过枢转方式连接在支撑杆17上，第二部件是伸缩杆，伸缩杆的上端通过枢转方式连接到第一部分162和第二部分162。所述伸缩杆可以在第一部件内伸缩。所述右支撑杆28和左支撑杆29用于支撑反射镜，使得反射镜保持在下部相应的位置。例如反射镜第一部分和第二部分合为一体时候，通过右支撑杆28和左支撑杆29的支撑使其保持在相应位置，使得集热管箱8位于反射镜焦点位置。

作为优选，所述的第一部件是杆，所述杆中间开孔，从而使得伸缩杆能够在第一部件内伸缩。

作为优选，右支撑杆28和左支撑杆29也采用液压的方式，单独设置液压泵，所述第一部件是液压装置，通过液压泵驱动伸缩杆进行伸缩。具体结构和右液压装置26和左液压装置27类似。

图8展示了液压泵的具体结构。如图8所示，液压泵包括偏心轮30、单向阀31、油缸32、截止阀33、柱塞34，偏心轮30连接柱塞34。柱塞34设置在柱塞腔38内，柱塞腔38与液压泵连通。液压泵包括腔体，腔体上部设置伸缩杆，伸缩杆下端是与液压泵腔体内径相同的板状结构39，板状结构中部延伸出的杆状结构40，杆状结构40伸出液压泵腔体连接反射镜。

腔体下部是油缸32，油缸和伸缩杆之间设置两个单向阀31，供液体从下部油缸进入上部，来推动伸缩杆向上移动；两个单向阀分别设置在柱塞腔与液压泵连通位置的上部和下部；所述两个单向阀31的与柱塞腔与液压泵连通位置的相对的一侧（远离柱塞腔与液压泵连通位置的一侧）设置隔离壁37，所述隔离壁37与腔体的柱塞腔与液压泵连通位置的相对的一侧壁之间具有一定的距离，并设置截止阀33。通过截止阀的打开以便供液体从上部流入下部油缸32。

当要使反光镜升高使装置停止集热时，可以驱动右液压泵24以及左液压泵25，偏心轮30会带动柱塞34往复运动。柱塞34右移时，缸体中产生真空，油液通过单向阀吸入，完成吸油过程。柱塞34左移时，缸体内的油会通过单向阀31输入到液压系统中。凸轮连续旋转，便可使反光镜升高。

当要使反光镜下降使装置开始集热时，便可打开截止阀33，液压系统上部的油便会流回油缸中，于是反光镜在重力的作用下便会归于原位。

当然，液压泵也是现有技术一种非常成熟的技术，图8的实施例仅仅是简单的介绍，不作为限定。现有技术中的所有液压泵都可以用来使用。

除垢时间优选可以是太阳能集热器运行一段时间后进行。优选是当集热效果变差的时候进行。

作为优选，所述左放热管组的放热管是以左上管的轴线为圆心分布，所述右放热管组的放热管是以右上管的轴线为圆心分布。通过将左右上管设置为圆心，可以更好的保证放热管的分布，使得振动和加热均匀。

作为优选，所述左放热管组、右放热管组均为多个。

作为优选，左放热管组和右放热管组沿着集热管箱的竖直方向轴心所在的面镜像对称。通过如此设置，能够使得换热的放热管分布更加合理均匀，提高换热效果。

作为优选，集热管箱8是扁平管结构。通过设置扁平管结构使得吸热面积增加。使得即使安装位置有点偏远，也能保证集热管箱8位于反射镜焦点位置处。

作为优选，左放热管组11和右放热管组12在水平延伸方向上错列分布。通过错列分布，能够使得在不同长度上进行振动放热和除垢，使得振动更加均匀，强化换热和除垢效果。

作为优选，集热装置下部设置反射镜16，所述集热管箱位于反射镜16的焦点位置处，所述左放热管组和右放热管组位于流体通道中。从而形成一种太阳能集热系统。

作为优选，包括支撑件17，支撑件17支撑集热装置。

作为优选，包括箱体9，如图5所示，所述集热管箱8位于箱体9下端，如图5所示。上管2、左放热管组11和右放热管组12设置在流体通道内，通过放热加热流体通道内的流体。

作为优选，流体的流动方向与上管2与集热管箱8延伸的方向相同。通过如此设置，使得流体在流动的时候冲刷放热管组，尤其是放热管组自由端，从而使得自由端振动，从而强化传热，达到除垢的效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，所述放热管组1（例如同一侧（左侧或者右侧））设置为多个，沿着流体通道内的流体的流动方向，放热管组1（例如同一侧（左侧或者右侧））的管径不断变大。

沿着流体的流动方向，流体温度不断的提高，从而使得换热温差不断的减小，换热能力越来越大。通过放热管组的管径变大，可以保证更多的蒸汽通过上部进入放热管组，保证沿着流体流动方向，因为蒸汽量大以及振动效果好，从而使得整体换热均匀。所有放热管组内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，放热管组（例如同一侧（左侧或者右侧））的放热管管径不断变大的幅度不断的增加。

通过如此设置，避免流体都在前部进行换热，而使的尽量换热向后部增加，从而形成类似逆流的换热效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，所述同一侧（左侧或者右侧）放热管组设置为多个，从上向下方向，同一侧（左侧或者右侧）相邻放热管组的间距不断变小。具体效果类似前面的管径变化的效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，同一侧（左侧或者右侧）放热管组之间的间距不断变小的幅度不断的增加。具体效果类似前面的管径变化的效果。

在试验中发现，上管2的体积、距离以及集热箱的体积可以对换热效率以及均匀性产生影响。如果集热箱的体积过小，导致蒸汽过热，热量无法及时传递到放热管以及左上管右上管，体积过大，导致蒸汽冷凝过快，也无法传递，同理上管2的体积必须与集热水箱体积搭配相适用，否则会导致蒸汽冷凝过快或者过慢，都会导致换热情况恶化，上管2之间距离也会导致换热效率太差，距离太小，则放热管分布太密，也会影响换热效率，上管2之间距离也需要和集热箱之间的距离搭配相适用，否则他们之间的距离会影响容纳的液体或者蒸汽的体积，则对于自由端的振动会产生影响，从而影响换热。因此左上管21、右上管22的体积、距离以及集热箱的体积具有一定的关系。

本发明是通过多个不同尺寸的热管的数值模拟以及试验数据总结出的最佳的尺寸关系。从换热效果中的换热量最大出发，计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下：

上管2的体积是V1，集热箱的体积是V3，集热水箱底部的中点与上管最左侧（图4中的上管左侧和放热管连接的位置）、上管最右侧（图4中的上管右侧和放热管连接的位置）之间形成的夹角为A，满足如下要求：

V1/V3=a-b*sin(A/2)

0.8490

作为优选，集热水箱底部的中点与上管2圆心之间形成的夹角A为40－120度（角度），优选为80-100度（角度）。

作为优选，0.72<（V1)/V3<0.85;

作为优选，放热管组的放热管的数量为3－5根，优选为3或4根。

作为优选，放热管的半径优选为10－40mm；优选为15－35mm，进一步优选为20－30mm。

作为优选，自由端3、4的端部之间以左集箱的中心轴线为圆心的弧度为95－130角度，优选120角度。同理自由端5、6和自由端3、4的弧度相同。通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。

在先申请的仅仅依靠左上管的中心与右上管的中心之间的距离为M，左上管的管径、右上管的半径相同，为B，放热管中最内侧放热管的轴线的半径为N1,最外侧放热管的轴线的半径为W2,本发明首次将上管的体积、距离以及集热箱的体积通过优化的关系式关联起来，得到了最佳的尺寸关系。 本申请的上述关系式是针对在先申请的关系式进一步改进，通过体积以及夹角的关系式，属于本发明独创的发明点。

作为优选，放热管组1的管束是弹性管束。

通过将放热管组1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

所述放热管组1为多个，多个放热管组1为并联结构。

环路热管的蒸发器位于太阳能反射镜的焦点上，阳光经太阳能追踪反射镜反射、聚焦后加热环路热管蒸发器，污水或者海水经过滤器过滤后由水泵打入水箱，环路热管向水箱放热，加热水箱中的污水或者海水；在毛细虹吸作用下，污水或者海水进入光热转化装置隔热层底部的疏水通道，并润湿泡沫镍基体，再由多孔介质输运作用将水输送到还原氧化石墨烯光热转化层；光热转化层在阳光照射下发生光-热转换，将光热转化层上表面的水加热蒸发形成蒸汽；蒸汽向上运动，一部分被透明玻璃罩阻挡并附着在玻璃罩内壁自然冷却，随着蒸汽的不断产生，凝结水增多，在重力的作用下流入集水槽，再通过集水槽底部均布的疏水孔排入淡水收集装置；其余的蒸汽则由玻璃罩上方的蒸汽输运管道排入位于水箱底部的冷凝盘管中冷凝，冷凝过程中释放的热量可以加热污水，冷凝后的凝结水排入淡水收集装置。

随着太阳能的不断运行，传感器检测环路热管的温度压力等输出信号至自动控制系统，自动控制系统识别并处理信号后反馈给气动装置，气动装置则依据反馈信号调节气缸内的充气量，气缸内的气体推动活塞及连杆运动，以保证环路热管的振动及其除垢操作。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。