臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要利用海水在低於一大氣壓下，具有較低之沸騰溫度的特性，再利用太陽為加熱熱源，以手動方式將系統內部之空氣抽離，降低系統內部壓力，便能用較低之熱能使海水沸騰蒸發。以太陽輻射經聚光板聚光加熱，使海水沸騰蒸發，再由馬達帶動循環水流，冷卻蒸發之水蒸氣，凝結成為可飲用之純水，期能解決將來缺乏淡水之危機，並減少能源使用時對地球的傷害，減緩地球溫室效應的速度，進而達到永續發展之效益。
在海水淡化的方式與太陽能的應用中尋找其可連結性，做結合工作，降低海水淡化過程中熱能的使用與消耗。製做過程中，利用拋物線聚焦原理，配合相關文獻推算出最佳集光比，自製聚焦集熱蒸發設備，改裝氣壓缸為手動真空抽氣設備及密閉真空室等各式設備。
實驗結果系統最初能使350 ml海水在15 min內由26.2℃上升至86.4℃，系統集熱裝置的集熱效率高達55.3 ％。循環冷卻水流在15 min內，能將7.5 L的水由42.1℃降至25.4℃，散發熱量125.25 kcal。若加強系統結構強度，抽氣設備能降低系統壓力，最佳可降至25 cm-Hg，符合太陽能加熱系統所能加熱的溫度，使海水產生突沸現象，符合經濟效益，系統最佳生成淡水效能為能使200 ml海水在30 min內產生38 ml鹽度220 ppm的淡水，生成之淡水符合國家飲用水鹽度標準(小於500 ppm)。
本系統可應用於海上漁船使用淡水的來源，與提供離島地區民生用水。利用太陽能產生淡水，提供海上與離島地區民生用水，無需使用額外的能源，且手動系統減壓設備，所淡化的水符合國家飲用水標準，此系統將是未來解決海上與離島缺水的方法之一。

In this article, the research is primarily focused on the solar energy seawater desalination system. Seawater is characterized by low boiling temperature when it is under a pressure lower than one atmospheric pressure. By using solar energy as a heat source for heating and extracting air from the seawater desalination system manually so as to reduce pressure in the system, it is possible to boil and evaporate seawater with lower heat energy. The solar radiation can help boil and evaporate seawater once it is heated through the heat-collecting effect of the solar collector, and then the motor will circulate the seawater to make the cooled and evaporated vapor condense into potable pure water. The said system is expected to solve the crisis of lacking fresh water in the future, reduce the harm to the earth due to consumption of energy, slow down the green house effect and further reach the goal of sustainable development.
Combining the seawater desalination with the application of solar energy is able to reduce the utilization and consumption of heat energy in the process of seawater desalination. In the course of producing fresh water, the researcher applied the principle of parabolic focusing to calculate the optimal concentration ratio with reference to relevant literature, to produce the heat collecting and evaporation equipment, and to modify the cylinder into manual vacuum air-extracting equipment, closed vacuum chamber, etc.
The experimental results showed that the temperature of seawater of 350 ml raised from 26.2℃ to 86.4℃ within 15 minutes in the initial stage. The heat-collecting efficiency of the heat-collecting device was as high as 55.3%. Within 15 minutes., the circulation cooling water could reduce the water temperature of water of 7500 ml reduce from 42.1℃ to 25.4℃ and produced heat of 125.25 kcal. If the system structure was enhanced, the air-extracting equipment could reduce the system pressure to 25 cm-Hg under an optimal condition. This would be in line with the heating temperature of the solar heating system and could produce a sudden boiling phenomenon of seawater, meeting the economic effect. The best fresh water production capacity of the system is to produce 38ml of fresh water with salinity of 220 ppm from 200ml of seawater within 30 minutes. The fresh water so produced will also meet the national potable water standard.
This system can be used to produce fresh water for fishing vessels and provide domestic water to offshore islands. Producing fresh water by utilizing solar energy and supplying domestic water to fishing vessels and offshore islands will not need to consume extra energy. Moreover, the manual pressure reducing equipment will allow the water so desalinated to meet the national potable water standard. To sum up, the system will be one of the methods to solve the problem of water deficiency on the sea and offshore islands.

目錄
中文摘要 ---------------------------------------------------------------------- i

英文摘要 ---------------------------------------------------------------------- ii

致謝 ---------------------------------------------------------------------- iv
目錄 ---------------------------------------------------------------------- v
表目錄 ---------------------------------------------------------------------- vii

圖目錄 ---------------------------------------------------------------------- viii
第一章 緒論----------------------------------------------------------------- 1
1.1 前言----------------------------------------------------------------- 1
1.2 研究動機與目的--------------------------------------------------- 3
1.3 研究架構與流程--------------------------------------------------- 6
第二章 文獻回顧與原理探討--------------------------------------------- 7
2.1 太陽能的利用形式------------------------------------------------ 7
2.2 太陽能海水淡化之類型與發展---------------------------------- 9
2.2.1 太陽能系統結合於海水淡化裝置------------------------------- 11
2.3 聚焦型太陽能集熱器類型---------------------------------------- 12
2.4 拋物線聚焦－數學上的焦點分析------------------------------- 15
2.5 拋物線型集熱器之集中比---------------------------------------- 15
2.6 熱傳原理----------------------------------------------------------- 18
第三章 實驗設備製作與試驗方法---------------------------------------- 21
3.1 聚焦集熱蒸發設備製作------------------------------------------ 21
3.1.1 拋物線型集熱器製作--------------------------------------------- 22
3.1.2 海水蒸發設備製作------------------------------------------------ 24
3.2 真空抽氣設備製作------------------------------------------------ 25
3.3 密閉凝結集水設備製作------------------------------------------ 27
3.3.1 密閉凝結室製作--------------------------------------------------- 28
3.3.2 集水設備製作------------------------------------------------------ 29
3.3.3 循環冷卻水流設備製作------------------------------------------ 29
3.4 系統整合與組裝--------------------------------------------------- 31
3.5 系統測試與功能檢測--------------------------------------------- 33
3.5.1. 熱效率檢測-------------------------------------------------------- 33
3.5.2. 真空度檢測-------------------------------------------------------- 34
3.5.3. 冷卻效率檢測------------------------------------------------------ 35
3.5.4. 生成淡水檢測------------------------------------------------------ 35
3.5.5. 全系統效能檢測--------------------------------------------------- 35
第四章 結果與討論-------------------------------------------------------- 36
4.1 太陽能聚焦加熱系統之熱效能---------------------------------- 36
4.2 系統蒸餾效率------------------------------------------------------ 36
4.3 系統之真空度------------------------------------------------------ 43
4.4 循環冷卻水流之效率--------------------------------------------- 45
4.5 真空度與熱效能關係之討論------------------------------------- 45
4.6 全系統功能性評估------------------------------------------------ 47
第五章 結論與建議-------------------------------------------------------- 49
5.1 結論----------------------------------------------------------------- 49
5.2 建議----------------------------------------------------------------- 49
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------- 51
附錄一 氣象局高雄氣象站2006年逐月逐日全天空輻射量觀測資料--------------- 53
附錄二 氣象局高雄氣象站2007年1至5月逐日逐時全天空輻射量觀測資料----- 54
表目錄
表2-1 各種聚焦型集熱器的一般性能----------------------------------- 14
表2-2 熱傳導方式分析比較---------------------------------------------- 19
表3-1 聚焦集熱蒸發設備使用材料規格與功能說明------------------ 21
表3-2 拋物線上座標點座標---------------------------------------------- 22
表3-3 密閉凝結集水設備使用材料規格與功能說明------------------ 27
表4-1 系統實驗控制條件與實驗結果(5/15•16•24)--------------------- 38
表4-2 中央氣象局測報統計資料(5/15•16•24)--------------------------- 39
表4-3 系統實驗控制條件與實驗結果(5/25•29•31)--------------------- 39
表4-4 中央氣象局測報統計資料(5/25•29•31)--------------------------- 40
表4-5 系統實驗控制條件與實驗結果(5/26•27•30)--------------------- 40
表4-6 中央氣象局測報統計資料(5/26•27•30)--------------------------- 41
表4-7 水量200cc，測試時間30分，系統壓力與生成淡水量和鹽度關係表------ 47
表4-8 水量400cc，測試時間60分，系統壓力與生成淡水量和鹽度關係表------ 48
表4-9 水量400cc，測試時間60分，系統壓力與生成淡水量和鹽度關係表------ 48

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