崑山科技大學

機械工程系

學生專題製作報告

太陽能淨水器

Solar Purifier

指導教授：朱紹舒 副教授

專題組員：郭炳宏 學號：4970H134

劉玉田 4970H131

陳韻而 4970H132

潘宣佑 4970H091

張志絃 4981H026

中華民國 101 年 5 月

i

摘要 人類通常都是通過江河、湖泊等水源獲取可飲用水，但如今由於

人口和環境的日益嚴重，可直接利用的淡水越來越少，一般都須經過

過濾、吸附等手段進行處理才可以飲用。而在較為落後、偏遠且電力

等能源缺乏的地方，處理淡水海水是十分困難。為此，利用太陽能蒸

餾器來製取可飲用的淡水，就呈現出有利的優勢。

本研究主要利用太陽的熱輻射加熱海水或髒水，通過聚光板收集熱輻

射聚焦在蒸餾設備，使得海水或髒水沸騰變為蒸氣，而蒸氣透過管子

進入較低溫水來冷凝，凝結成為可引用之純水，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。

實驗結果系統最初用 10ml 海水在 20min 內取出 6~8ml 的純水，

雖然慢但可確實證明可取出 60~80%的水，而系統集熱裝置的集熱溫

度可高達 250°C。本實驗又加了隔熱棉避免熱散失，以研究證實若沒

放隔熱棉，每過十分鐘消耗 25.9°C，則有加隔熱棉每過十分鐘消耗

25.9°C，則有加隔熱棉每過十分鐘消耗 19.9°C，整整差 6°C。

ii

致謝

一個專題的完成，並非僅是一個人的心血和努力，而是一群人共

同付出的貢獻。本專題能順利，首先要感謝專題指導老師─朱紹舒老

師。謝謝老師在這一年中的指導，給予學生製作專題的機會，藉此讓

學生學習有關太陽能濾水，在百忙之餘，撥空與我們討論，提供許多

寶貴的意見，以及許許多多的知識，使學生受益良多，讓學生在製作、

學習中又更上一層樓。

同時在上一屆學長的大力幫助，在這次的實務專題過程中，把外

籍生學長所做的成果再做得更完整。對於不懂的地方總是傾囊相助，

推薦並提供了我們許多的建議，對我們有很大的幫助。

真的感謝實驗室的研究生學長姐的不吝指教，不僅分享他們的經

驗，還提供很多資訊的管道讓我們去查閱。讓我們在研究之餘，進度

得以順利推進，遇到困難也能經由小組討論解決。也感謝所有參與討

論的同學，如果沒有大家的努力，這次的專題也沒有辦法這麼的順利

完成。

最後再次感謝老師的領導與學長姐的指導，讓我們能在這大學中

有學習到不ㄧ樣的東西。

iii

目錄

摘要………………………………………………………………………i

致謝……………………………………………………………………ii

目錄……………………………………………………………………iii

第一章 緒論……………………………………………………………1

1.1 前言………………………………………………………1

1.2 研究動機…………………………………………………2

第二章 文獻回顧與原理探討…………………………………………3

2.1太陽能的利用形式………………………………………3

2.2太陽能系統結合於海水淡化裝置………………………6

2.3聚焦型太陽能集熱器類型………………………………7

2.4 熱傳原理…………………………………………………9

第三章 實作方法及過程……………………………………………12

3.1 聚焦集熱蒸發設備製作…………………………………12

3.2 拋物線型集熱器製作……………………………………14

3.2-2 海水蒸發設備製作……………………………………15

第四章 實驗與分析…………………………………………………19

4.1 分析……………………………………………………19

4.2 實驗……………………………………………………21

iv

第五章 結論…………………………………………………………22

5.1 海水轉換淡水的好處……………………………………22

5.2 海水轉換淡水的新觀點…………………………………22

5.3 創造一個具有多種用途的設備…………………………22

5.4 新產品技術的進一步使用………………………………22

5.5 新能源的發展……………………………………………23

參考文獻………………………………………………………………24

v

表目錄

表 2-1 熱傳型態………………………………………………………11

表 3-1聚焦集熱蒸發設備使用材料規格與功能說明…………………13

表 3-2的拋物線型座標…………………………………………………14

vi

圖目錄

圖 2-1 各種聚焦型集熱器示意圖………………………………………9

圖 2-2壓力與水沸點的相對關係圖……………………………………12

圖 2-3 壓力與 1L 水沸騰所需熱量關係圖……………………………12

圖 3-1太陽光線聚焦示意圖之說明……………………………………13

圖 3-2 拋物線型聚焦集熱裝置………………………………………14

圖 3-3戶外測試聚焦加熱示意圖………………………………………15

圖 3-4最初設計銅製蒸發器……………………………………………16

圖 3-5蒸發示意圖………………………………………………………16

圖 3-6 不鏽鋼蒸發器外觀……………………………………………16

圖 3-7 蒸餾設備分解圖………………………………………………17

圖 3-8 蒸餾設備組合圖………………………………………………17

圖 3-9 海水蒸發設備剖面圖…………………………………………18

圖 4-1a 蒸氣流向……………………………………………………19

圖 4-1b 溫度分析……………………………………………………19

圖 4-1c 速度分析……………………………………………………19

圖 4-2a 縮短後所呈現的流向…………………………………………20

圖 4-2b 縮短後的溫度…………………………………………………20

圖 4-2c 縮短後的速度…………………………………………………20

vii

圖 4-3以墨汁模擬水溶液進行蒸餾……………………………………21

1

第一章 緒論

1.1 前言

由於許多國家或是偏遠地區，因地形環境的限制、污染與全球暖

化溫室效應的結果導致飲用水資源的缺乏或是造成飲用水源安全衛

生的問題，位於赤道附近的落後地區，他們的擷取的水資源更少，一

般僅能依賴雨水、河水或生水當成日常生活的作為其飲用水。

2008 年 3 月世界衛生組織/聯合國兒童基金會發表的全球報告，

百分之六十二的非洲人沒有隔離自身排泄物的適宜廁所， 因而面臨

一系列健康風險。全球包括 9.8 億兒童在內的 26 億人民沒有家用廁

所，因此造成的水源污染使其中的兒童付出代價：喪生、染病、營養

不良及生活在貧困中。飲用水問題挑戰全世界國際水資源大會在新加

坡發表:世界上有近 11 億人喝不到潔淨的飲用水。

據亞洲發展銀行的調查報告，東南亞地區大約有七億人喝不到潔

淨的飲用水。另有 200 萬人沒有最基本的衛生設施。專家估計，在全

球範圍內，50％的患者是由於飲用不乾淨的水而得病的。全球目前有

1/6 的人缺乏安全的飲用水，也就是說 11 億人每天等待著方便乾淨的

飲用水，過去 10 年，痢疾殺死的兒童比第二次世界大戰中所有戰死

的軍人人數還要多，這種腸道疾病的主要發病原因就是沒有乾淨飲用

水。1998 年在非洲有超過 30 萬人死於內戰，但是同年有超過 200 萬

2

人死於痢疾，是前者的 6 倍多。而太陽能濾水器的目的,是要幫助這

些地區解決飲用水問題!因為衛生環境不佳,在第三世界地區像這樣生

飲污水,感染各種疾病的,大有人在,現在只要利用太陽能,不用插電,就

能將水質淨化。

某些地區飲水衛生一直是一個議題，本研究利用光學設計，以特

定曲面角度，將太陽輻射熱聚集，並設計加熱反應器，利用太陽能將

生水煮沸或蒸餾，以此方法獲得潔淨的飲用水，加熱反應器將水煮沸

或是經由流道收集其產生的水蒸氣，將加以冷卻以供飲用之用，整體

系統利用沸騰壓差產生自動循環煮沸生水，不須額外電力，與市售之

電力蒸餾器不同，其無法提供給偏遠缺乏電力地區使用，利用太陽能

的輻射熱產生衛生與安全飲水，乃為本研究主要目的。

1.2 研究動機

太陽是距離人類最近的一顆恆星。地球上最大的太陽能收集器就

是廣闊的海洋。美國能源部表示，海洋每天吸收的太陽能量相當於燃

燒 2500 億桶石油產生的熱量，在美國一年的石油消耗量約為 75 億

桶。據計算，太陽每秒發出的能量，就大約相當於 1.3×1015 噸標準

煤燃燒時所放出的全部熱量(郭茶秀、魏新利，2005)。太陽能是以電

磁波的形式傳遞於大氣層內。其能量中大約 35％會被反射，而消失

於大氣層外；大約有 17.5％會被大氣吸收；剩下來的大約 47.5％就傳

3

到地球表面，將地面加溫，並蒸發水份，以及提供植物進行光合作用

等所需要的能源。

不只是無電供應某些地區飲水衛生也一直是一個議題，本研究利

用光學設計，以特定曲面角度，將太陽輻射熱聚集，並設計加熱反應

器，利用太陽能將生水煮沸或蒸餾，以此方法獲得潔淨的飲用水，加

熱反應器將水煮沸或是經由流道收集其產生的水蒸氣，將加以冷卻以

供飲用之用，整體系統利用沸騰壓差產生自動循環煮沸生水，不須額

外電力，與市售之電力蒸餾器不同，其無法提供給偏遠缺乏電力地區

使用，利用太陽能的輻射熱產生衛生與安全飲水，乃本研究主要目的。

4

第二章 文獻回顧與原理探討

2.1太陽能的利用形式

地球上太陽能資源的分佈與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和

氣候條件有關。就全球而言，美國西南部、非洲、澳洲、中國西藏、

中東等地區的全年總輻射量或日照總時數最大，是世界太陽能資源最

豐富的地區(中國新能源與可再生能源，1999)。常用之太陽能利用方

式為利用太陽能板吸收陽光，然後再把太陽能轉化成電力，供我們日

常使用。太陽能轉換利用形式，目前有下列四種類型（黃文良、黃昭

睿，2002）：

1. 生物轉換利用太陽能─透過光合作用使太陽能吸收和儲存在生物

質內，經過化學和生物處理，製成液體或固體燃料，簡單地分成四類：

(1)將醣類作物、穀物和植物纖維作原料，生產燃料酒精，滲到汽

油中合成酒精汽油，例如巴西已從甘蔗中提煉酒精和汽油合成汽車

用油。

(2)發展薪炭林，燒炭是一種古老的生物能利用方式，若有計劃的

植林，不僅可作燃料以及作為酒精沼氣原料，而且還能保護環境，

防止水土流失。

(3)將高等有機廢物進行分解，在厭氧微生物作用下，可產生沼氣。

(4)尚在研究利用藻類和某些微生物的光合作用，在陽光下分解製

氫，提供燃料。

5

2. 光電轉換利用太陽能─即通過半導體材料直接將太陽輻射能轉變

為電能(直流電)，目前太陽能電池的種類主要有矽、硫化鎘、砷化鎵

等電池。矽電池技術較成熟，主要用於航空、無人燈塔、無線電中繼

站、無人氣象站、浮標和電圍欄等作為電源。

3. 光化學轉換利用太陽能─通過光解或電解作用的熱化學方法製造

氫氣，是對未來能源發展具有戰略意義的一個途徑。義大利和瑞士發

明了一種有效地利用太陽能分解水中氫氣的方法，從生態角度上看，

氫氣一直被認為是理想的燃料，因為氫不產生有害廢棄物，它燃燒後

的唯一副產品是水，所以氫是一種清潔的燃料。

4. 光熱轉換利用太陽能─利用太陽輻射能加熱集熱器，把吸收的熱能

轉換為機械能或電能。例如太陽能烘乾機可以烘乾糧食、煙葉、乾果、

農副產品及木材等；主動和被動的太陽房利用太陽能取暖，是空調的

一種，簡單、經濟、有實效的項目；可利用太陽能蒸餾器，用於海水

淡化。利用太陽熱力發電，雖然現在成本較貴，但仍是將來利用的方

向。目前世界上已建成160多座太陽爐，美國1980年在莫哈維沙漠興

建《太陽1號》工程，是世界上最大的太陽能發電站，每日最高發電

量為10兆瓦。這是利用太陽能最成功的方式。只需以較佳之吸收能量

表面，再以熱表面接觸的液體，便可達到加熱取暖，供熱的目的。這

種聚集太陽能而加以利用的太陽能設備，按其原理，可分為兩類：

(1)熱箱原理製成：所謂熱箱原理也叫溫室效應。它是四個側面和

6

底面木板作成的箱子，分內外兩層，中間放絕緣材料，箱子內壁塗

黑，箱子上面裝塊平板玻璃。這樣，當太陽光線投射到玻璃板上並

進入箱子裡面時，塗黑的內表面為很好的吸收太陽輻射能，從而使

箱內可以達到比室外高的溫度。利用這種原理，製成各種用途的太

陽能設備和器具。

(2)各種類型的反射鏡將太陽光匯聚後投射到吸收表面而製成。利

用各種反射鏡面匯聚太陽光而製成的太陽能集中設備，則可獲得比

較高的溫度。通常使用的反射鏡有拋物面反射鏡，柱形反射鏡，圓

錐形反射鏡等。這些反射鏡通常是在玻璃表面鍍上反射層，或是金

屬表面拋光或反射層。太陽能電廠就是利用這收集原理來收集陽光

的。

2.2 太陽能系統結合於海水淡化裝置

近年來，由於中溫太陽能集熱器的應用日益普及，比如真空管

型、槽形拋物面型集熱器以及中溫大型太陽能池等，使得建立在較高

溫度段≧75℃)運行的太陽能蒸餾器成為可能。也實現了以太陽能作

為能源與一般海水淡化系統相結合，而且正成為太陽能海水淡化研究

中的一個很重要的課題(Soteris，1997)。由於太陽能集熱器供熱溫度

的提高，太陽能幾乎可以與所有傳統的海水淡化系統相結合。已經取

得階段性成果並有推廣前景的主要有：太陽能多級蒸餾系統、太陽能

7

多級沸騰蒸餾系統和太陽能壓縮蒸餾系統等。例如，科威特已建立利

用220 m2的槽形拋物面太陽能集熱器和一個7,000公升的儲熱罐，為多

達12級的閃蒸系統供熱的太陽能海水淡化裝置，每天可產近一萬公升

的淡水(Soteris Kalogirou，1997)。該裝置可在夜間及太陽輻射不理想

的情況下繼續工作，其單位採光面積每天產水量甚至超過傳統太陽能

蒸餾器產水量的十倍。可見，太陽能系統與一般海水淡化裝置相結合

的潛力是無限的。

為了充分的利用蒸餾過程中蒸氣的凝結潛熱，不少學者設計了許

多新式的太陽能蒸餾器，其最顯著的特點有：

1.將蒸餾器設計成具有多個蒸發面和凝結面的系統，前一級的凝結潛

熱轉給後一級的蒸發面，依次類推，直至最後一級的凝結面。

2.利用蒸汽的凝結潛熱預熱進入蒸發室的海水，從而使蒸氣的凝結潛

熱得以重複利用。為了改善蒸餾器內部傳熱過程，不少學者設計了多

種強迫循環的太陽能蒸餾器。系統中，不但對凝結面和蒸發面的結構

進行被動強化處理，而且採用能強制改變原有的自然對流傳熱過程，

使系統內的傳熱係數得以大幅提高，從而達到改善蒸餾系統熱性能的

目的，為了降低系統中待蒸發海水的熱容量，迅速提高蒸發面的溫

度，目前最新式的設計是採用海水淡化工業中常用的減壓蒸發和減壓

凝結新技術，使太陽能直接作用在減壓海水上，使海水迅速升溫並蒸

發。這樣就克服了傳統太陽能蒸餾器中運行溫度不高的問題。結合了

8

上述各種解決方案，無疑是太陽能蒸餾器的另一場革命。如此蒸餾器

不僅能多次利用蒸汽的凝結潛熱，而且由於強化了其內部的傳熱過

程，相對提高了其運行溫度，因而必然具有較高的產水率，也是利用

太陽能進行海水淡化過程中所期待。

2.3 聚焦型太陽能集熱器類型

平板型集熱器結構比較簡單，體積較小，使用方便，但是集熱溫

度比較低，應用受到限制，為了得到較高的應用溫度，本研究不採用

平板型集熱器，而採用聚焦型集熱器，聚焦型集熱器可以看成是由光

源、集熱器和接收器所組成的光學系統。集熱器以反射或折射的方式

把投射到光孔上的太陽輻射集中到接收器上形成焦面，接收器內的介

質把焦面上由太陽光轉換成的熱能帶走。因此，聚焦型集熱器在接收

器上可以獲得比投射到光孔上的太陽輻射更高的能量密度，在接收器

聚焦面上達到比平板型集熱器更高的溫度。

聚焦型集熱器的形式有很多種，圖2-1列舉了幾種不同形式集熱

器的示意圖。圖中(a)表示用圓錐形的反射面作為集熱器，把入射的太

陽光反射到圓柱體接收器上聚集，圓柱體內盛水並放置諸如注射器之

類的醫療器材，利用聚集的太陽輻射熱能加熱，進行蒸煮消毒。(b)

表示兩側為拋物線型的反射面，將入射的太陽光反射到底面上聚集。

(c)用圓球狀的反射面將入射的太陽光反射到圓柱型接收器上聚集，接

9

收器固定在位於球心的軸上，可以隨太陽及入射方向的變化而繞軸轉

動，收集反射來的太陽光。(d)用若干長條狀平面反射鏡置於一段圓

弧上，反射鏡取一定的傾斜角，使反射的太陽光聚集在位於圓周上的

圓管接收器上，接收器可以沿著圓周繞圓心移動。(e)為長條狀平面反

射鏡各取一定的傾斜角，把太陽光反射到固定的接收器上。(f)使用透

鏡，透鏡背面呈現不同傾斜角度的鋸齒狀，使透射的太陽光因折射角

不同而聚集在接收器上。(g)用拋物面將太陽光反射到位於焦點的接

收器上。上述三種都要求反射面和接收器的相對位置保持固定，作為

一個整體隨著太陽在天空中的移動而改變方位角度和傾斜角度。(h)

用許多平面鏡將太陽光反射到接收器上，平面鏡隨太陽移動而調整方

位角度和傾斜角度，接收器則固定不動(李申生，1992)。

(a)錐型集熱器，圓柱形接收器；(b)複合拋物面集熱器CPC；(c)球形固定集熱器，

接收器移動；(d)條形固定集熱器，接收器移動FMSC；(e)反射式菲涅爾集熱器；

(f)折射式菲涅爾集熱器； (g)拋物面集熱器；(h)塔式集熱器；

圖2-1各種聚焦型集熱器示意圖

10

2.4 熱傳原理

熱能傳播的自然方式是從高溫流向低溫，其最終結果是傾向達成

熱平衡，而其方式有傳導、對流與輻射等三種。但在實際的傳熱過程

中，這三種方式可能單獨進行，也可能同時存在。

1. 熱傳導(conduction)：熱經由物質，從高溫傳向低溫，而作為媒介

的物質本身卻不發生移動的現象，稱為傳導。物體中溫度較高的部

分，分子振動較活躍，這些分子可以把能量傳給鄰近較不活躍的分

子，使得鄰近分子也變得更活躍，因而該處的溫度也隨之升高，熱也

因而從高溫處傳向低溫處。高低溫差越大，熱傳導也越快速。此為固

體或靜止流體熱量傳遞的方式。

2. 熱對流(convection)：液體或氣體受熱後，溫度升高，體積膨脹使

密度變小而上升，其他溫度較低的液體或氣體，則因密度較大而下

沉，形成所謂的對流。當液體發生對流時，熱量便隨著流動而傳播。

固體與流動流體或流體間熱量傳遞的方式。

3. 熱輻射(radiation)：熱輻射是電磁波的一種，屬於紅外線範圍。當

這些電磁波被物體吸收後，物體便因此獲得熱能。即熱的輻射是以電

磁波的方式來傳播能量，不需要依靠任何介質。只要物體有溫度(相

對於絕對零度)，其表面都會不斷的輻射出熱能，也同時吸收週遭的

熱輻射。若物體表面輻射出的熱能較吸收的少，則物體的溫度降低；

11

反之則溫度升高。物體表面在單位時間內所輻射出的熱能，和其表面

溫度及面積有關。溫度越高、表面積越大，則所輻射出的熱能也越多。

當物體在單位時間內所輻射出的熱能與吸收的熱能相等時，物體的溫

度就不會改變，即物體與外界達到熱平衡。物體表面的輻射除了與溫

度有關外，也和其表面的性質有關。深色的物體比較容易吸收及散出

熱輻射。上述三種熱傳導方式分析比較如 表 2-1。

表2-1 熱傳型態

4. 熱平衡：平衡指的是不再有變化，事實上，熱的平衡是一種「動

態平衡」的概念，也就是說以微觀而言，兩物體間仍然有熱量的流動，

只是同一時間內吸收與放出的熱量相等，所以就巨觀而言是不變的；

既然兩者之間不再有變化，就一定有某種特性是相等的。

沸點與壓力的關係：我們都知道，純水在一個大氣壓，也就是

760mm-Hg的壓力之下，加熱到100℃就會沸騰。在大氣壓力

608mm-Hg的山上，加熱到93℃就會沸騰了。如果想在山上煮飯，很

12

不容易煮熟，因為把水加熱到93℃的沸點以後，就一直沸騰，在把水

燒乾前溫度不會再升高。水的沸點和壓力之間的關係，是壓力越高沸

點也越高。壓力越低，沸點也越低。其關係如圖2-2所示。相對的每1

L水的沸點越低，所需熱量也就越低，水在不同大氣壓力下沸騰與所

需熱量亦不同，壓力越低所需熱量也就越低，其關係如圖2-3所示。

圖2-2壓力與水沸點的相對關係圖。

圖2-3壓力與1L水沸騰所需熱量關係圖。

13

第三章 實驗設備製作與試驗方法

3.1聚焦集熱蒸發設備製作

本製作涵蓋聚焦集熱設備，凝結集水設備，最後則是整合組裝於

角鐵做的腳架中，首先是聚焦集熱設備，此設備以鋁為主體，因為鋁

易導熱而可知道聚焦時是否有大量反射無殘留熱量在設備上，且拋物

線曲度則需要有較高的光學精密度，不然是無法將太陽光線聚集於一

線，理論上是拋物線聚焦於一點，但實際上加上蒸發器的尺寸，太陽

光實際聚焦於一區域，如圖 3-1 太陽光線聚焦示意圖之說明，拋物線

型曲面精度越高其紅色區域會越小越亮。本聚焦集熱蒸發設備所需之

主要材料與規格說明如表 3-1。

X

ZY

圖 3-1 太陽光線聚焦示意圖之說明。

14

表 3-1 聚焦集熱蒸發設備使用材料規格與功能說明。

材料 規格 功能說明 備註

鋁盤 厚度10mm 拋物線成

型

鋁盤不易變

形 容易加工

3M貼膜 厚度0.5mm 反射太陽光

不鏽鋼管 外徑5 mm 內徑2 mm 蒸餾管道

可與食用水

放一起，不

怕有毒。

鋁管 60×100×3mm 放置隔熱

棉 易更換

隔熱棉 69×101×9mm 防止熱散失

3.2 拋物線型集熱器製作

以座標法直接繪製，假設拋物線開口向上，頂點在原點，則其方

程式為x2=4cy，其拋物線開口設定為 50 ㎝，為使拋物線有最大之集

中比，相對口徑n取 4，是故焦距f為 12.5 ㎝，所以拋物線型方程式為

x2=50y，取x軸正向拋物線上座標點座標，反之負向為鏡射對應線，

如表 3-2 拋物線上座標點座標說明。

系統集熱器集中比 C=a/πd=500/π30=5.3。表 3-2 為拋物線成型之

座標點座標，總計 3,000 點，其單位為 mm。 根據表 3-2 的拋物線型

座標資料，將其座標點位置標繪於厚度 10mm 之鋁盤，再以曲線條連

結以上座標點，連成圓滑的拋物線，以車床加工方式將鋁板車出拋物

線型。後續再鋁盤底下鑽四個孔，以便於跟腳架配合作為支撐。

15

表 3-2 拋物線型座標 單位(mm)。

圖 3-2 拋物線型聚焦集熱裝置。

聚焦加熱是本系統首要工作，聚焦是最難完成的部份，試做過好幾

次，最後選擇點光線集中的拋物線型框架如圖 3-1聚焦加熱之集中圖。

圖 3-3 戶外測試聚焦加熱示意圖。

3.2-2 海水蒸發設備製作

沸騰蒸發是本系統的另一階段工作，初試階段，置水設備為銅

製，放置方式為傾斜，如圖 3-4 蒸發器放置方式海水蒸發面積較小，

蒸發時易受沸騰壓力影響，導致海水溢出，而且設備為銅製所以易有

16

毒物，導熱快熱散失就快，之後改為不鏽鋼遇水也不生鏽如圖 3-6。

圖 3-4 最初設計銅製蒸發器。

圖 3-5 蒸發示意圖

圖 3-6 不鏽鋼蒸發器外觀。

17

考慮到海水蒸發後所殘留的雜質，所以設備作為可拆式這樣較好清

洗，則外部鋁殼是為了放置隔熱棉，也作為可拆式易更換隔熱綿如圖

3-7，而蒸發後所跑入之鋼管放置於收集海水內部，可以利用海水的

溫度來冷凝蒸氣，而不須再針對冷凝而加設冷水，將海水代替冷水來

所小設備之大小。

圖 3-7 蒸餾設備分解圖。

圖 3-8 蒸餾設備組合圖。

18

圖 3-9 海水蒸發設備剖面圖。

19

第四章 實驗與分析

4.1 分析

利用流體熱傳分析-COMSOL，來分析蒸氣是否可以順利從管道

流出，結果初始分析出來告訴我們蒸氣是沒辦法管道出來如圖 4-1a、

b、c 所示，因為我設計的容器體積太大以至於溫度不夠高，而且蒸

氣速度也不快。

圖 4-1a 蒸氣流向。

圖 4-1b 溫度分析。

20

圖 4-1c 速度分析。

於是我們將容器縮短，分析的結果有大幅變化，雖然速度差沒多少，

但是溫度上升許多。於是我們考慮將會把容器縮短作為解決方法。

圖 4-2a 縮短後所呈現的流向。

圖 4-2b 縮短後的溫度。

21

圖 4-2c 縮短後的速度。

4.2 實驗

利用黑墨汁加水共 10ml 來做為海水，過 20 分鐘取出 6~8ml 的輕

透水花較多時間但可證實去石壩墨汁跟水分離了。如圖 4-3 所示。

4-3a 黑墨汁加水共 10ml 置入蒸餾器。 4-3b 6~8ml 的蒸餾水。

圖 4-3 以墨汁模擬水溶液進行蒸餾。

22

第五章. 結論

5.1 海水轉換淡水的好處

飲用水更容易獲得。

不用擔心缺水的問題。

進一步研究制定在日常生活中潛在的鹹水。

5.2 海水轉換淡水的新觀點

助於取得淡水困難區域的發展。

減少海灘渡假村和房地產的基礎設施開支，因為海水將能夠作為

淡水使用。

5.3 創造一個具有多種用途的設備

水蒸餾。

太陽能源發電。

太陽能灶具和熱水器。

水的過濾（使用紫外線燈以消除所有的微生物。）

5.4 新產品技術的進一步使用

便攜式蒸餾。

太陽能發電機。

熱水器。

太陽灶。

蓄熱。

23

5.5 新能源的發展

以廉價的方式創造太陽能蒸汽發電。利用此技術作為輔助太陽能

產發展提高蒸汽的溫度、壓力和速度運用新技術，以太陽能轉換動

力，提供能源生成與應用，而不危害自然環境或降低溫室效應。

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參考文獻 1. 林聖書，減壓式太陽能聚焦加熱海水淡化系統之研究，樹德科技

大學，應用設計研究所，碩士論文，2007。 2. 郭茶秀、魏新利，2005，可再生能源叢書-熱能存儲技術與應用，

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版。 4. 黃文良、黃昭睿， 2002 ，能源應用，東華書局印行。 5. Soteris K., Survey of solar desalination system selection, solar Energy,

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