專利名稱：一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水淡化方法，尤其涉及一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有三種海水淡化方法第一種是多級(jí)閃蒸法，該方法利用熱電廠中的低壓蒸汽制取淡水。由于此方法的應(yīng)用條件是首先要有熱電廠，然后才能考慮海水淡化，難度較大； 第二種方法是電滲析法，第三種方法是反滲透法。電滲析法和反滲透法的應(yīng)用條件雖然不需要建立熱電廠，但這兩種方法也存在一些困難。電滲透析法和反滲透法用的裝置構(gòu)造復(fù)雜，運(yùn)行成本高，制取每噸淡水耗電能達(dá)8kW. h以上。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中海水淡化所需的裝置構(gòu)造復(fù)雜、成本高而且耗電多的不足，本發(fā)明提供了一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置和方法，本發(fā)明能克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，它充分利用了自然界的太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化，成本低且操作簡(jiǎn)單，能大量進(jìn)行海水淡化，適宜于工業(yè)化淡化海水。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于它包括高位儲(chǔ)水裝置、 將海水送入高位儲(chǔ)水裝置的輸水泵、太陽(yáng)能加熱器、蓄熱裝置和閃蒸塔；所述輸水泵一端用于從海水中取水，另一端與所述高位儲(chǔ)水裝置的頂部連接，所述太陽(yáng)能加熱器通過管道與高位儲(chǔ)水裝置的底部連接，所述蓄熱裝置通過管道與太陽(yáng)能加熱器的底部連接，所述閃蒸塔通過海水引入管與所述蓄熱裝置的底部相連接；所述海水引入管與閃蒸塔的中部相連接，并伸入閃蒸塔內(nèi)；所述閃蒸塔內(nèi)上部從下向上依次設(shè)有引風(fēng)機(jī)、下托盤、上托盤和凝汽器，所述下托盤和上托盤均固定于閃蒸塔內(nèi)，所述下托盤之間形成有水蒸氣通道；所述閃蒸塔內(nèi)下部從上向下依次設(shè)有中空環(huán)形上配水盤；固定于閃蒸塔內(nèi)部的中配水盤；中空環(huán)形下配水盤；在所述閃蒸塔底部低于下配水盤處設(shè)有海水儲(chǔ)存裝置，低于下托盤處設(shè)有淡水儲(chǔ)存裝置，所述淡水儲(chǔ)存裝置通過管道與下托盤底部連接。進(jìn)一步的，所述凝汽器的兩端為矩形水室，一側(cè)為海水進(jìn)口，另一側(cè)為海水出口， 兩矩形水室之間設(shè)有換熱管，所述換熱管由三層換熱管組成，覆蓋在閃蒸塔內(nèi)腔的圓形截面內(nèi)，管子規(guī)格為Φ20Χ1，管子之間的中心距為25mm，相鄰管子之間的外表面距離為5mm。其中，所述高位儲(chǔ)水裝置的側(cè)表面與底面均設(shè)有保溫層，頂部設(shè)有蓋板，所述輸水泵與高位儲(chǔ)水裝置的蓋板相連接。所述蓄熱裝置的側(cè)表面與底面均設(shè)有保溫層。所述閃蒸塔的外形為雙曲線形中空大氣式閃蒸塔。所述上托盤用支架將其安裝于閃蒸塔內(nèi)壁，所述上配水盤和下配水盤用支架安裝于閃蒸塔內(nèi)壁。所述海水引入管沿切線方向與閃蒸塔連接。本發(fā)明還提供了一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的方法，它包括以下步驟(1)有陽(yáng)光照射的條件下，所述輸水泵將海水經(jīng)凝汽器送入高位儲(chǔ)水裝置；(2)所述高位儲(chǔ)水裝置中的海水靠自身重力流至太陽(yáng)能加熱器，所述太陽(yáng)能加熱器將海水加熱至:35°C -50 °C ；(3)被加熱后的海水靠自身重力流至蓄熱裝置中；(4)在氣溫較低時(shí)，所述蓄熱裝置內(nèi)儲(chǔ)存的被加熱的海水沿海水引入管切線方向流入閃蒸塔中，海水經(jīng)閃蒸產(chǎn)生水蒸汽，設(shè)置在所述閃蒸塔內(nèi)的引風(fēng)機(jī)將水蒸氣經(jīng)下托盤形成的通道輸送至位于閃蒸塔上方的凝汽器，水蒸汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)成水后滴落在上托盤， 上托盤中的水溢滿后流入下托盤內(nèi)，下托盤內(nèi)的水沿管道進(jìn)入淡水儲(chǔ)存裝置，閃蒸后的海水靠自身重力沿閃蒸塔內(nèi)的上配水盤、中配水盤和下配水盤流至海水儲(chǔ)存裝置內(nèi)，空氣則由凝汽器的換熱管之間的空隙排向大氣。其中，所述高位儲(chǔ)水裝置底面高出海平面20米，所述蓄熱裝置底面高出海平面15 米，所述閃蒸塔高出海平面10米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明能夠充分的利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化，在整個(gè)工藝流程中，僅有輸水泵和引風(fēng)機(jī)需消耗一定的電能，成本低廉，制取每噸淡水耗電能約為4. 3kw.h，海水淡化效果良好。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式
后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清林疋。


圖1是本發(fā)明中利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水的裝置系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明中閃蒸塔的縱切剖視示意3是圖2中閃蒸塔的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中凝汽器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4中凝汽器B向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1 夏季的運(yùn)行工況本發(fā)明所述的海水淡化裝置主要包括有高位水箱1、太陽(yáng)能加熱器2、蓄熱水箱3、 大氣式閃蒸塔7、引風(fēng)機(jī)8、凝汽器6和輸水泵12，對(duì)它們的說明如下A.高位水箱1所述高位水箱為混凝土制的圓柱形或矩形水箱，使用時(shí)所述高位水箱底面高出海平面20米。所述高位水箱的側(cè)表面與底面均設(shè)有保溫層，頂部設(shè)有蓋板。所述輸水泵接通電源后將海水經(jīng)凝汽器從高位水箱頂部的蓋板處進(jìn)入高位水箱，高位水箱中的海水因受自身重力影響從高位水箱的底部沿水管流出，高位水箱的容積為20000m3。
B.太陽(yáng)能加熱器2一種真空管式太陽(yáng)能加熱器。在夏天，可將來自高位水箱1約39. 3°C的海水加熱至50°C ；在冬天，可將來自高位水箱1約24. 3°C的海水加熱至35°C，然后利用太陽(yáng)能加熱器和蓄熱水箱之間的位差，用輸水管把加熱后的海水輸送至蓄熱水箱3。本發(fā)明共采用1000 臺(tái)此種太陽(yáng)能加熱器2。C.蓄熱水箱3所述蓄熱裝置為一種混凝土制的圓柱形或矩形蓄熱水箱，使用時(shí)該水箱底面高出海面15米。所述蓄熱水箱的頂面、側(cè)表面與底面均有保溫層。經(jīng)太陽(yáng)能加熱器2加熱后的海水沿水管由頂面進(jìn)入蓄熱水箱3。水箱3的容積為10000m3。D.大氣式閃蒸塔7一種大氣式閃蒸塔7，如圖2和圖3所示。所述閃蒸塔7的外形為雙曲線形中空塔，所述閃蒸塔包括塔體和塔腔，使用時(shí)閃蒸塔中部距海平面的距離為10米。所述閃蒸塔塔腔內(nèi)的上部從下向上依次裝有引風(fēng)機(jī)8、下托盤4、用支架15固定在閃蒸塔塔體的上托盤 5和凝汽器6 ；所述下托盤固定于閃蒸塔內(nèi)壁，所述下托盤之間形成有水蒸氣通道4-1，所述閃蒸塔中部還連接有沿切線方向的海水引入管；所述閃蒸塔塔腔內(nèi)的下部從上向下依次設(shè)有中空環(huán)形上配水盤9、由支架16固定在閃蒸塔塔體的中圓形配水盤10和中空環(huán)形下配水盤11。大氣式閃蒸塔7通過支架17固定在安裝平面上。安裝平面的下方為海水槽13。來自蓄熱水箱3的海水沿水管進(jìn)入大氣式閃蒸塔7，沿切線方向流動(dòng)又在重力作用下流經(jīng)上配水盤9、中配水盤10和下配水盤11，然后流向海水槽13。由于來自蓄熱水箱 3的海水溫度高于大氣溫度，海水發(fā)生閃蒸過程，產(chǎn)生一部分水蒸汽由引風(fēng)機(jī)8引至閃蒸塔上部的凝汽器6。E.引風(fēng)機(jī)8一種普通型的用于冷卻塔的引風(fēng)機(jī)，功率為10kw。F.凝汽器6一種列管式換熱器，如圖4和圖5所示。換熱管內(nèi)為輸水泵12輸送的海水。換熱管外為閃蒸產(chǎn)生的水蒸汽。該凝汽器的兩端為矩形水室，一側(cè)為海水進(jìn)口，另一側(cè)為海水出口。兩矩形水室之間設(shè)有換熱管，所述換熱管由三層換熱管組成，覆蓋在閃蒸塔內(nèi)腔的圓形截面內(nèi)，如圖5所示。換熱管材質(zhì)為鋁黃銅管，管子規(guī)格為Φ20Χ1，管子之間的中心距為25mm，相鄰管子之間的外表面距離為5mm。閃蒸塔7產(chǎn)生的并且由引風(fēng)機(jī)8引來的水蒸汽和空氣混合物，進(jìn)入凝汽器6換熱管束后，水蒸汽凝結(jié)成水落入下托盤4和上托盤5后沿水管進(jìn)入淡水箱14，空氣則由換熱管之間的空隙排向大氣。G.輸水泵 12一種普通型的海水輸送泵，流量為900m3/h，揚(yáng)程為沈米水柱，功率為90kw。在夏季，按本發(fā)明的方法實(shí)施海水淡化時(shí)(1)在有太陽(yáng)照射的條件下(例如從上午10點(diǎn)到下午2點(diǎn))，用輸水泵12將海水經(jīng)凝汽器6送入高位水箱1。(2)再使海水自高位水箱1流至太陽(yáng)能加熱器2，用1000臺(tái)太陽(yáng)能加熱器2將儲(chǔ)存在高位水箱1內(nèi)、溫度為39. 3°C、總量為IOOOOm3的海水加熱至50°C。
(3)然后被加熱的海水沿水管輸送至蓄熱水箱3中。(4)在夜間或氣溫較低的傍晚，海水溫度為25°C左右，開啟閥門，使蓄熱水箱3內(nèi)溫度為50°C的海水進(jìn)入大氣式閃蒸塔7內(nèi)，在閃蒸塔7內(nèi)，海水經(jīng)閃蒸產(chǎn)生水蒸汽，閃蒸歷時(shí)約12小時(shí)。每小時(shí)閃蒸的水量為900m3總量為10000m3，閃蒸后的海水排水溫度為33°C， 流經(jīng)配水盤9、配水盤10和配水盤11后進(jìn)入海水槽13。閃蒸塔7內(nèi)閃蒸水蒸汽流量為23m3/ h，總量為278m3。閃蒸的水蒸汽由設(shè)置在閃蒸塔7內(nèi)的引風(fēng)機(jī)8經(jīng)水蒸氣通道4-1輸送至上方的凝汽器6，水蒸汽凝結(jié)后變成淡水滴落在上托盤5內(nèi)，后上托盤5內(nèi)的淡水溢出后沿管流入下托盤4內(nèi)，下托盤內(nèi)的淡水沿水管進(jìn)入淡水箱14。閃蒸后的海水靠自重沿閃蒸塔 7內(nèi)的上配水盤9、中配水盤10和下配水盤11流至海水槽13內(nèi)。在歷時(shí)12小時(shí)的閃蒸過程中，引風(fēng)機(jī)8投入運(yùn)行。輸水泵12將流量為900m3/h、 溫度為25°C的海水經(jīng)凝汽器6，吸收所閃蒸的水蒸汽熱量后，海水溫度提高至39. 3°C，輸送至高位水箱1。周而復(fù)始循環(huán)。在上述過程中，制取淡水總量為278m3，引風(fēng)機(jī)8與輸水泵12耗功為1200kw. h。每噸淡水消耗電能約為4. 3kw. h。實(shí)施例2 冬季的運(yùn)行工況本實(shí)施例中海水淡化裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。按本發(fā)明的方法實(shí)施海水淡化的具體步驟為(1)在有太陽(yáng)照射的條件下(例如從上午10點(diǎn)到下午2點(diǎn))，用輸水泵12將海水經(jīng)凝汽器6送入高位水箱1。(2)用1000臺(tái)太陽(yáng)能加熱器2將儲(chǔ)存在高位水箱1、溫度為24.3°C、總量為 IOOOOm3的海水加熱至:35°C。(3)然后沿水管將加熱后的海水輸送至蓄熱水箱3中。(4)在夜間或氣溫較低的傍晚，海水溫度為10°C左右。開啟閥門，使蓄熱水箱3內(nèi)溫度為35°C的海水進(jìn)入大氣式閃蒸塔7內(nèi)，歷時(shí)約12小時(shí)進(jìn)行閃蒸。每小時(shí)的水量為900m3 總量為10000m3，閃蒸后的海水排水溫度為18°C，流經(jīng)上配水盤9、中配水盤10和下配水盤 11后進(jìn)入海水槽13。閃蒸塔7內(nèi)閃蒸水蒸汽流量為23m3/h，總量為278m3。所閃蒸的蒸汽由引風(fēng)機(jī)8經(jīng)水蒸氣通道4-1引至凝汽器6，蒸汽凝結(jié)后變成淡水，由下托盤4和上托盤5 匯流后沿水管流入淡水箱14。在歷時(shí)12小時(shí)的閃蒸過程中，引風(fēng)機(jī)8投入運(yùn)行。輸水泵12將流量為900m3/h、 溫度為10°c的海水經(jīng)凝汽器6，吸收所閃蒸的水蒸汽熱量后，海水溫度提高至24. 3°C，輸送至高位水箱1。周而復(fù)始循環(huán)。在上述過程中，制取淡水總量為278m3，引風(fēng)機(jī)8與輸水泵12耗電為1200kw. h。每噸淡水消耗電能約為4. 3kw. h。綜上，本發(fā)明能充分利用自然界的太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)， 成本低廉，制取每噸淡水僅耗電約4. 3kw.h;而且本發(fā)明的海水淡化裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，適應(yīng)于大規(guī)模使用。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于它包括高位儲(chǔ)水裝置、 將海水送入高位儲(chǔ)水裝置的輸水泵、太陽(yáng)能加熱器、蓄熱裝置和閃蒸塔；所述輸水泵一端用于從海水中取水，另一端與所述高位儲(chǔ)水裝置的頂部連接，所述太陽(yáng)能加熱器通過管道與高位儲(chǔ)水裝置的底部連接，所述蓄熱裝置通過管道與太陽(yáng)能加熱器的底部連接，所述閃蒸塔通過海水引入管與所述蓄熱裝置的底部相連接；所述海水引入管與閃蒸塔的中部相連接，并伸入閃蒸塔內(nèi)；所述閃蒸塔內(nèi)上部從下向上依次設(shè)有引風(fēng)機(jī)、下托盤、上托盤和凝汽器，所述下托盤和上托盤均固定于閃蒸塔內(nèi)，所述下托盤之間形成有水蒸氣通道；所述閃蒸塔內(nèi)下部從上向下依次設(shè)有中空環(huán)形上配水盤；固定于閃蒸塔內(nèi)部的中配水盤；中空環(huán)形下配水盤；在所述閃蒸塔底部低于下配水盤處設(shè)有海水儲(chǔ)存裝置，低于下托盤處設(shè)有淡水儲(chǔ)存裝置，所述淡水儲(chǔ)存裝置通過管道與下托盤底部連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述凝汽器的兩端為矩形水室，一側(cè)為海水進(jìn)口，另一側(cè)為海水出口，兩矩形水室之間設(shè)有換熱管，所述換熱管由三層換熱管組成，覆蓋在閃蒸塔內(nèi)腔的圓形截面內(nèi)，管子規(guī)格為 Φ20Χ1，管子之間的中心距為25mm，相鄰管子之間的外表面距離為5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述高位儲(chǔ)水裝置的側(cè)表面與底面均設(shè)有保溫層，頂部設(shè)有蓋板，所述輸水泵與高位儲(chǔ)水裝置的蓋板相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述蓄熱裝置的側(cè)表面與底面均設(shè)有保溫層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述閃蒸塔的外形為雙曲線形中空大氣式閃蒸塔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述上托盤用支架將其安裝于閃蒸塔內(nèi)壁，所述上配水盤和下配水盤用支架安裝于閃蒸塔內(nèi)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置，其特征在于所述海水引入管沿切線方向與閃蒸塔連接。
8.一種使用權(quán)利要求1或2所述裝置進(jìn)行海水淡化的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)有陽(yáng)光照射的條件下，所述輸水泵將海水經(jīng)凝汽器送入高位儲(chǔ)水裝置；(2)所述高位儲(chǔ)水裝置中的海水靠自身重力流至太陽(yáng)能加熱器，所述太陽(yáng)能加熱器將海水加熱至:35°C -50 °C ；(3)被加熱后的海水靠自身重力流至蓄熱裝置中；(4)在氣溫較低時(shí)，所述蓄熱裝置內(nèi)儲(chǔ)存的被加熱的海水淡海水引入管切線方向流入閃蒸塔中，海水經(jīng)閃蒸產(chǎn)生水蒸汽，設(shè)置在所述閃蒸塔內(nèi)的引風(fēng)機(jī)將水蒸氣經(jīng)下托盤形成的通道輸送至位于閃蒸塔上方的凝汽器，水蒸汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)成水后滴落在上托盤，上托盤中的水溢滿后流入下托盤內(nèi)，下托盤內(nèi)的水沿管道進(jìn)入淡水儲(chǔ)存裝置，閃蒸后的海水靠自身重力沿閃蒸塔內(nèi)的上配水盤、中配水盤和下配水盤流至海水儲(chǔ)存裝置內(nèi)，空氣則由凝汽器的換熱管之間的空隙排向大氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的方法，其特征在于所述高位儲(chǔ)水裝置底面高出海平面20米，所述蓄熱裝置底面高出海平面15米，所述閃蒸塔高出海平面10米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化的裝置和方法，所述裝置包括高位儲(chǔ)水裝置、輸水泵、太陽(yáng)能加熱器、蓄熱裝置和閃蒸塔；所述閃蒸塔內(nèi)設(shè)有引風(fēng)機(jī)、下托盤、上托盤和凝汽器；閃蒸塔內(nèi)還設(shè)有上配水盤；中配水盤和下配水盤。有陽(yáng)光照射時(shí)，輸水泵將海水送入高位儲(chǔ)水裝置，海水經(jīng)加熱后流至蓄熱裝置中；在氣溫較低時(shí)，蓄熱裝置內(nèi)的海水流入閃蒸塔經(jīng)閃蒸產(chǎn)生水蒸汽，由引風(fēng)機(jī)輸送至它上方的凝汽器，蒸汽凝結(jié)成水后滴落在托盤后最終進(jìn)入淡水儲(chǔ)存裝置，閃蒸后的海水最終流至海水儲(chǔ)存裝置內(nèi)。本發(fā)明充分的利用太陽(yáng)能和位能進(jìn)行海水淡化。在整個(gè)工藝流程中，僅有輸水泵和引風(fēng)機(jī)需消耗一定的電能，制取每噸淡水耗電能約為4.3kW·h。
文檔編號(hào)C02F103/08GK102180530SQ20111008551
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者何敬東, 何蔚海 申請(qǐng)人:何敬東