專(zhuān)利名稱(chēng)：主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水淡化技術(shù)，具體的說(shuō)，是涉及一種利用太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行海水淡化的裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)是水資源缺乏的國(guó)家，人均占有水量只居世界的第108位，相當(dāng)于世界人均水平的1/4，缺水城市占全國(guó)城市的2/3，因此水資源成為影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。在地下取水和跨區(qū)域調(diào)水受到越來(lái)越多條件限制的情況下，采用海水淡化獲得新水源是解決我國(guó)淡水緊缺的重要戰(zhàn)略途徑。海水淡化是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)和過(guò)程，大規(guī)模海水淡化的成熟技術(shù)主要有蒸餾法、電滲析法和反滲透法。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)以石油、煤炭等化石燃料作為能源，不僅消耗大量不可再生的化石燃料，而且會(huì)釋放大量溫室氣體。太陽(yáng)能、風(fēng)能海水淡化技術(shù)可以克服以上缺點(diǎn)，同時(shí)淡水生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性好。太陽(yáng)能、風(fēng)能海水淡化技術(shù)分為直接海水淡化和間接海水淡化直接太陽(yáng)能海水淡化是利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱能驅(qū)動(dòng)蒸餾過(guò)程，直接風(fēng)能海水淡化是將風(fēng)力的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)脫鹽單元(電滲析單元、反滲透單元等)進(jìn)行海水淡化；間接太陽(yáng)能、風(fēng)能海水淡化利用太陽(yáng)能和風(fēng)力產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)后續(xù)的脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)又可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類(lèi)被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)沒(méi)有以外部方式加熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便，但工作溫度低、產(chǎn)水量低；主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)以外部方式(如集熱板)將外部熱能加入到系統(tǒng)來(lái)提高蒸餾器的蒸發(fā)作用，運(yùn)行溫度高、產(chǎn)水量高。公開(kāi)號(hào)為CN101244849A的中國(guó)專(zhuān)利披露了一種由太陽(yáng)能集熱管、蒸發(fā)器、冷凝器等構(gòu)成的主動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化裝置，可用于海水淡化和苦咸水的濃縮分離，但該裝置未充分利用濃海水和蒸汽的余熱。公開(kāi)號(hào)為CNM70343Y的中國(guó)專(zhuān)利披露了一種太陽(yáng)能和風(fēng)能海水淡化裝置，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)水泵和傳感器工作，由太陽(yáng)能加熱管、換熱器和冷凝器構(gòu)成海水淡化主單元，該裝置僅利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，不適用于風(fēng)能資源不豐富的地區(qū)，具有局限性。Al-Garni等人發(fā)明的風(fēng)能-太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)可用于發(fā)電和生產(chǎn)淡水，系統(tǒng)包括熱交換器、海水淡化單元等，并利用太陽(yáng)能-風(fēng)能驅(qū)動(dòng)電扇冷卻提高生產(chǎn)淡水效率，在氣溫較高時(shí)通過(guò)電扇來(lái)冷卻效率較低(Ahmed Al-Garni, Farooq Saeed, Ayman Kassem. Wind-solar desalination farm and park system. US patent :7771568.)。Ambadar 等人用太陽(yáng)能集熱器加熱海水產(chǎn)生蒸汽，并通過(guò)進(jìn)水海水來(lái)冷卻，從而獲得淡水，但該裝置也未充分禾丨J用風(fēng)會(huì)巨(Husein Ambadar, Zantar Ambadar, Zeky Ambadar. Seawater solar desalination system. US patent :5672250.)0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化裝置或未充分利用風(fēng)能，或者對(duì)風(fēng)能的利用效率不高的技術(shù)問(wèn)題，提供一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的裝置通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，包括太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和原海水進(jìn)水管路，所述太陽(yáng)能電池板和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)充電控制器與蓄電池連接，所述太陽(yáng)能電池板、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及所述蓄電池的額定電壓相等；所述原海水進(jìn)水管路依次通過(guò)第一換熱器和第二換熱器連接于太陽(yáng)能集熱器的底部，所述太陽(yáng)能集熱器下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器，所述海水蒸發(fā)器由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于所述太陽(yáng)能集熱器，所述海水蒸發(fā)器在所述斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽，所述淡水收集槽底部設(shè)置有淡水出水口，所述淡水出水口連接有通過(guò)所述第二換熱器的淡水出水管路，所述海水蒸發(fā)器頂部設(shè)置有連接于所述太陽(yáng)能集熱器的原海水進(jìn)水口，底部設(shè)置有濃海水出水口，所述濃海水出水口連接有通過(guò)所述第一換熱器的濃海水出水管路；所述蓄電池分別與第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵連接，所述第一真空泵、 第二真空泵和第三真空泵的工作電壓與所述蓄電池的額定電壓一致，所述第一真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的淡水抽入到所述淡水出水管路，所述第二真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的濃海水抽入到所述濃海水出水管路，所述第三真空泵用于將原海水進(jìn)水管路中的原海水經(jīng)過(guò)所述太陽(yáng)能集熱器抽到到所述海水蒸發(fā)器。所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵均為水、汽兩用泵。所述海水蒸發(fā)器的底面外壁和側(cè)面外壁設(shè)置有保溫層。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明充分利用了太陽(yáng)能和風(fēng)能兩種能源，將太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的電能一并收集到蓄電池內(nèi)，可延長(zhǎng)真空泵在無(wú)風(fēng)陰天天氣的工作時(shí)間。本發(fā)明將含有較大熱焓的濃海水和水蒸氣、淡水混合物分別經(jīng)過(guò)換熱器將自身含有的熱量傳遞給原海水，充分利用了余熱，達(dá)到了能量的合理利用。另外，海水蒸發(fā)器上的保溫材料可防止熱量散失。


圖1是本發(fā)明主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是海水蒸發(fā)器的主視圖；圖3是海水蒸發(fā)器的左視圖；圖4是海水蒸發(fā)器的俯視圖。圖中1 蓄電池，2 充電控制器，3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，4 太陽(yáng)能電池板，5 第三真空泵，6 原海水進(jìn)水口，7 海水蒸發(fā)器，8 太陽(yáng)能集熱器，9 淡水收集槽，10 淡水出水口，11 濃海水出水口，12 第二真空泵，13 第一真空泵，14 第二換熱器，15 第一換熱器，16 濃海水出水管路，17 原海水進(jìn)水管路，18 淡水出水管路。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例披露了一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)3、太陽(yáng)能電池板4、充電控制器2、蓄電池1、太陽(yáng)能集熱器8、海水蒸發(fā)器7、兩個(gè)換熱器和三個(gè)真空泵構(gòu)成。
其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽(yáng)能電池板4作為發(fā)電裝置，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的額定功率 100w，額定直流電壓12V，額定風(fēng)速和啟動(dòng)風(fēng)速分別為12m/s和3m/s，葉輪直徑920mm，采用電磁制動(dòng)、偏尾剎車(chē)方式進(jìn)行過(guò)風(fēng)保護(hù)，風(fēng)能利用率為0. 41。太陽(yáng)能電池板4采用單晶硅太陽(yáng)能電池板，額定電壓為12V，額定功率50W，工作溫度范圍為_(kāi)40°C +90°C，保證在夏季和冬季均可正常工作。風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽(yáng)能電池板4所產(chǎn)生的電能共同通過(guò)充電控制器 2調(diào)節(jié)并儲(chǔ)存于蓄電池1內(nèi)，蓄電池1的額定電壓同樣為12V。充電控制器2的系統(tǒng)額定電壓為12V，工作溫度為-25°C +55°C，啟動(dòng)電壓為12. 3V士 1 %，最大輸入功率60W。充電控制器2具有蓄電池反接保護(hù)、太陽(yáng)能電池反接保護(hù)、負(fù)載過(guò)流及短路保護(hù)、蓄電池開(kāi)路保護(hù)、過(guò)充保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和防雷擊保護(hù)功能。蓄電池1所存儲(chǔ)的電能用于驅(qū)動(dòng)真空泵工作，真空泵為水、汽兩用泵，額定電壓為 12V，可以作真空泵，也可作水泵。作真空泵時(shí)，功率< 2. 88w，流量為1.5L/min，真空度為 75KPa ；作水泵時(shí)，功率< 4. 8w，流量為1. 3L/min,吸程3m，最大揚(yáng)程5m。原海水由原海水進(jìn)水管路17通入，原海水進(jìn)水管路17通過(guò)第一換熱器15和第二換熱器14，然后連接于太陽(yáng)能集熱器8的底部。利用第三真空泵5的作用使原海水依次經(jīng)過(guò)第一換熱器15和第二換熱器14，接著從太陽(yáng)能集熱器8底部進(jìn)入，經(jīng)太陽(yáng)能集熱器8頂部出來(lái)并進(jìn)入到海水蒸發(fā)器7中。第三真空泵5既能提升海水至所需的工作高度，又能降低整個(gè)裝置的氣壓，促進(jìn)海水在海水蒸發(fā)器7內(nèi)的蒸發(fā)。太陽(yáng)能集熱器8的板芯結(jié)構(gòu)為陽(yáng)極氧化鍍鉻，玻璃蓋板為5mm浮法透明玻璃，保溫層為50mm玻璃棉，采光面積1. 86m2，最大工作溫度90°C，承壓650kPa，光學(xué)性能91 % -97%。第一換熱器15和第二換熱器14均為不銹鋼材質(zhì)，圓筒直徑17cm，高76cm，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下?lián)Q熱量> 45°C，Δ T = 64. 5°C時(shí)的散熱量為 330wo太陽(yáng)能集熱器8下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器7，海水蒸發(fā)器7由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于太陽(yáng)能集熱器7并與其平行。海水蒸發(fā)器7的規(guī)格為寬600mm、 縱截面直角梯形上底5mm、下底700mm、高500mm，材質(zhì)為3mm厚的不銹鋼，蒸發(fā)面積0. 42m2， 冷凝面積為0. 525m2。海水蒸發(fā)器7頂部設(shè)置有兩個(gè)原海水進(jìn)水口 6，海水蒸發(fā)器7底部設(shè)置有一個(gè)濃海水出水口 11。海水蒸發(fā)器7在斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽9，淡水收集槽9可通過(guò)設(shè)置隔板而形成，其底部設(shè)置有淡水出水口 10。海水蒸發(fā)器7的淡水出水口 10連接有淡水出水管路18，淡水出水管路18通過(guò)第二換熱器14，濃海水出水口 11連接有濃海水出水管路16，濃海水出水管路16通過(guò)第一換熱器15。海水蒸發(fā)器7的材質(zhì)要求能夠承受大小為0. 25個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的真空度，并且能夠耐海水腐蝕，可選用具有耐海水腐蝕的316L不銹鋼鋼板或其他材料。海水蒸發(fā)器7的底面外壁和側(cè)面外壁粘貼有保溫材料作為保溫層，保溫層可有效防止海水熱量的散失；保溫材料可選用以橡塑為基材、涂布丙烯酸壓敏膠黏劑的IOmm帶膠橡塑板，保溫材料的承受溫度應(yīng)高于系統(tǒng)的最高工作溫度。在海水蒸發(fā)器7中海水蒸發(fā)，水蒸氣在其斜蓋板上冷凝，并且順著斜蓋板流入到淡水收集槽9中。淡水和未冷凝的水蒸氣被第一真空泵13抽入到淡水出水管路18，然后在第二換熱器14與進(jìn)入其中的原海水進(jìn)行一次換熱后入淡收集裝置。蒸發(fā)后的濃海水被第二真空泵12抽出到濃海水出水管路16，然后在第一換熱器15中與剛進(jìn)入其中的原海水進(jìn)行一次換熱后排到濃海水收集裝置中。
本次實(shí)施中，第一真空泵13是抽氣打氣泵，第一真空泵13右邊的淡水出水管路18 中是負(fù)壓，而左邊的淡水出水管路18中由于打氣作用和閥門(mén)的調(diào)節(jié)作用，氣壓大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。因此，從第一真空泵13進(jìn)入到第二換熱器14的水蒸氣是過(guò)熱水蒸氣，過(guò)熱水蒸氣在第二換熱器14中迅速冷凝液化，把熱量傳遞給與其進(jìn)行熱交換的原海水。本發(fā)明中風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽(yáng)能電池板4通過(guò)充電控制器2連接額定電壓為12V 的蓄電池1，蓄電池1型號(hào)為NP17-12，形成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。為增加蓄電池1蓄電量，可以將兩個(gè)額定電壓為12V的蓄電池1并聯(lián)使用。充電控制器2完成系統(tǒng)各個(gè)部分的連接、 組合以及蓄電池1的充電、放電自動(dòng)控制。本裝置根據(jù)日照強(qiáng)弱、風(fēng)力的大小以及負(fù)載的情況，不斷調(diào)節(jié)蓄電池1的充電、放電狀態(tài)一方面，將風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電池發(fā)的電送往負(fù)載電路；另一方面，把多余的電能送往蓄電池1組存儲(chǔ)。當(dāng)發(fā)電量不能滿(mǎn)足負(fù)載要求的時(shí)候，充電控制器2把蓄電池1的電能輸送給負(fù)載電路，使其在充電、放電和浮充電等多種狀態(tài)下交替運(yùn)行，保證了風(fēng)光系統(tǒng)的持續(xù)性與穩(wěn)定性。本裝置在室外樓頂試驗(yàn)運(yùn)行10天后，日產(chǎn)水量為^OOmL,水循環(huán)速率為1. 5L/ min，單位淡水產(chǎn)出的實(shí)際太陽(yáng)能功耗為0. 89X 104MJ/m3，單位采光面積的淡水日產(chǎn)量為 1505mL/m2。盡管上面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，包括太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和原海水進(jìn)水管路，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池板和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)充電控制器與蓄電池連接，所述太陽(yáng)能電池板、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及所述蓄電池的額定電壓相等；所述原海水進(jìn)水管路依次通過(guò)第一換熱器和第二換熱器連接于太陽(yáng)能集熱器的底部， 所述太陽(yáng)能集熱器下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器，所述海水蒸發(fā)器由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于所述太陽(yáng)能集熱器，所述海水蒸發(fā)器在所述斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽，所述淡水收集槽底部設(shè)置有淡水出水口，所述淡水出水口連接有通過(guò)所述第二換熱器的淡水出水管路，所述海水蒸發(fā)器頂部設(shè)置有連接于所述太陽(yáng)能集熱器的原海水進(jìn)水口，底部設(shè)置有濃海水出水口，所述濃海水出水口連接有通過(guò)所述第一換熱器的濃海水出水管路；所述蓄電池分別與第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵連接，所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的工作電壓與所述蓄電池的額定電壓一致，所述第一真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的淡水抽入到所述淡水出水管路，所述第二真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的濃海水抽入到所述濃海水出水管路，所述第三真空泵用于將原海水進(jìn)水管路中的原海水經(jīng)過(guò)所述太陽(yáng)能集熱器抽到到所述海水蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，其特征在于，所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵均為水、汽兩用泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，其特征在于，所述海水蒸發(fā)器的底面外壁和側(cè)面外壁設(shè)置有保溫層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種主動(dòng)式太陽(yáng)能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)充電控制器與蓄電池連接，蓄電池驅(qū)動(dòng)真空泵工作，原海水進(jìn)水管路通過(guò)換熱器連接于太陽(yáng)能集熱器，然后進(jìn)入海水蒸發(fā)器，海水蒸發(fā)器設(shè)置有淡水出水口和濃海水出水口；淡水出水口連接有通過(guò)換熱器的淡水出水管路，濃海水出水口連接有通過(guò)換熱器的濃海水出水管路。本發(fā)明將太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的電能一并收集到蓄電池內(nèi)，可延長(zhǎng)真空泵在無(wú)風(fēng)陰天天氣的工作時(shí)間，同時(shí)將含有較大熱焓的濃海水和水蒸氣、淡水混合物分別經(jīng)過(guò)換熱器將自身含有的熱量傳遞給原海水，充分利用了余熱，達(dá)到了能量的合理利用。
文檔編號(hào)C02F1/14GK102351263SQ20111019744
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者李東哲, 毛國(guó)柱, 趙林, 郭江泓, 郭鑫 申請(qǐng)人:天津大學(xué)