專利名稱：交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置，屬于太陽能風(fēng)能海水淡化的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陸地淡水資源的緊缺已十分突顯，引起了許多國家的重視。海水中有大量的水資源，將海水淡化是解決淡水資源匱乏危機(jī)的一個有效途徑。常用的海水淡化方法有蒸餾法，離子交換法，電滲析法，反滲透膜法，冷凍法等。這些技術(shù)的應(yīng)用已在一定程度上緩解了部分地區(qū)的缺水狀況，但這些方法不僅要消耗大量的電力和燃料等常規(guī)能源，進(jìn)一步加劇了能源緊缺，而且又造成新的污染，所以，太陽能海水淡化的研究越來越引起人們的關(guān)注。太陽能海水淡化技術(shù)具有不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視，是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。目前常見的太陽能海水淡化技術(shù)以蒸餾法為主，利用太陽能產(chǎn)生熱能直接加熱海水蒸餾相變過程，即產(chǎn)生蒸發(fā)與冷 凝。現(xiàn)已有的系統(tǒng)設(shè)備分為主動式和被動式兩類，被動式海水淡化的裝置中不使用電能驅(qū)動元件，比較簡單，主動式太陽能蒸餾使用了附加設(shè)備，為提高太陽能利用效率設(shè)計(jì)成多級蒸餾等結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的太陽能海水蒸餾淡化技術(shù)也有一些缺點(diǎn)，如設(shè)備占地面積較大，系統(tǒng)過程能量損失較多，被動式太陽能蒸餾設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但熱效率較低，主動式太陽能蒸餾設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高；另外，也普遍缺乏將太陽能與風(fēng)能進(jìn)行互補(bǔ)，充分利用當(dāng)?shù)氐目稍偕鍧嵞茉?，在一天中獲取更多量的淡水。近年來，由于吸濕材料吸收劑的研制有很大進(jìn)展，應(yīng)用吸濕技術(shù)發(fā)展起來的吸收式制冷機(jī)、吸收式除濕空調(diào)設(shè)備已在許多領(lǐng)域使用。研究表明，鹵族元素堿金屬鹽，如氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣等具有無毒、無臭、無害、無高壓爆炸危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，它們構(gòu)成的吸收劑溶液對水氣有強(qiáng)烈的吸收作用，例如，濃度為40 %的氯化鋰水溶液，溫度在25°C時，飽和水蒸氣壓力為O. 55kPa，濃度為50%的溴化鋰水溶液，溫度在25°C時，飽和水蒸氣壓力為O. 85kPa ;純水在25°C時的飽和水蒸氣壓力為3. 17kPa，35°C時為5. 62kPa，45°C時為9. 58kPa。在相同溫度下，上述濃度吸收劑溶液表面的飽和水蒸氣壓力遠(yuǎn)小于純水表面的飽和水蒸氣壓力，在壓力梯度力作用下，大量的水分子脫離純水而被吸收劑溶液吸收，其溶液濃度下降成為稀溶液，對稀溶液加熱，在不高的溫度下(60°C -80°C )，水分子很容易從溶液中解吸收氣化，由于這些鹵族元素堿金屬鹽熔點(diǎn)非常高，它們本身不會被氣化，因此，對解吸收氣化水氣冷凝獲取的是純潔的淡水。海水的含鹽度平均為3. 5%，海水表面的飽和水氣壓接近相同溫度下純水表面的飽和水氣壓。用吸收劑溶液吸收海水中的水份，再用太陽能轉(zhuǎn)化的熱能(以水為載體)對吸收劑溶液進(jìn)行解吸收；對解吸收后的水氣冷凝液化而獲得純潔的淡水，這一過程就實(shí)現(xiàn)了海水的淡化處理，這種新的海水淡化技術(shù)具有實(shí)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服已有的以蒸餾法為主的太陽能海水淡化技術(shù)的不足，提供一種新的交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置，將太陽能、風(fēng)能的互補(bǔ)綜合利用技術(shù)、吸濕材料吸收劑溶液對水份的吸收/解吸收技術(shù)、微電子測控技術(shù)結(jié)合起來，構(gòu)建出一種體積小、能源利用效率高、結(jié)構(gòu)較簡單、造價(jià)低、實(shí)用性強(qiáng)的海水淡化裝置，能很快轉(zhuǎn)化為定型商品，滿足市場需求，為此，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)這個目的。一種交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置，包括有太陽能集熱器、風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器、熱源水箱、冷卻水箱、吸收器單元、冷凝器、淡水貯水箱、海水輸入與排出管道、海水蒸發(fā)器、管板式換熱器、電磁閥、管路和水泵、單片機(jī)工控單元、溫度及比重傳感器等構(gòu)成，配置了兩臺結(jié)構(gòu)相同的吸收器單元A1、A2，吸收器單元是裝有吸收劑溶液的箱體，箱體各面有聚氨脂泡沫塑料保溫層，吸收器單元內(nèi)敷設(shè)有對吸收劑溶液加熱、冷卻的水盤管，水盤管入、出接口通過第I電磁閥F1、第2電磁閥F2、第3電磁閥F3、第4電磁閥F4與熱源水環(huán)路或冷卻水環(huán)路連接，熱源水環(huán)路上有微型水泵P3，冷卻水環(huán)路上有微型水泵P4，吸收器單元吸收劑溶液上的吸收空間通過第5電磁閥F5、第6電磁閥F6與冷凝器9或海水蒸發(fā)器13連接；海水輸入管10分成兩路,一路與冷凝器9的內(nèi)殼管入口連接，內(nèi)殼管出口與海水蒸發(fā)器13的噴淋管連接，另一路與海水蒸 發(fā)器13內(nèi)的管板式換熱器14內(nèi)管入口連接，換熱后海水經(jīng)內(nèi)管出口流到海水蒸發(fā)器底部，管板式換熱器的外管入、出管口與冷卻水環(huán)路串接，海水蒸發(fā)器底部有處理后海水排出的倒U型管12，冷凝器9底部有細(xì)引流管與下方的淡水貯水箱8連接；太陽能集熱器I與熱源水箱3之間的管路上有溫控水泵P1，風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器2與熱源水箱3之間的管路上有溫控水泵P2 ;熱源水箱中有溫度傳感器T3，吸收器單元A1、A2內(nèi)分別有吸收劑溶液的溫度及比重傳感器T1、G1，T2、G2 ;單片機(jī)工控單元16上有溫度傳感器T1、T2、T3及比重傳感器Gl、G2信息輸入總線，電磁閥Fl、F2、F3、F4、F5、F6控制信息輸出總線，微型水泵P3、P4控制信息輸出總線。本實(shí)用新型以太陽能、風(fēng)能互補(bǔ)能源轉(zhuǎn)化的熱源水為動力，在單片機(jī)工控單元指令控制下，依程序驅(qū)動2臺吸收器單元對海水中的水份進(jìn)行解吸收/吸收的連續(xù)交互循環(huán)運(yùn)行，海水也是冷卻水及冷凝器的冷源。吸收器單元內(nèi)的吸收劑溶液表面的飽和水氣壓是由溶液濃度和溫度決定，溶液濃度越高、溫度越低，液面上的飽和水氣壓就越小。在相同的溫度條件下，溶液濃度高，吸收海水中水份的能力就越強(qiáng)，而吸收劑溶液吸收水份后，溶液濃度逐漸降低成為稀溶液，吸收性能變?nèi)?；對稀溶液加熱，從海水中吸入的那部分水份從溶液巾脫?解吸收)，經(jīng)冷凝液化成為純潔淡水，稀溶液恢復(fù)原濃溶液狀態(tài)。吸收器單元Al運(yùn)行在解吸收工作狀況時，吸收器單元A2就運(yùn)行在吸收工作狀況，經(jīng)過一段時間后進(jìn)行交互，Al運(yùn)行在吸收工況，A2運(yùn)行在解吸收工況，吸收器單元A1、A2交互做解吸收/吸收的循環(huán)運(yùn)行，在單片機(jī)工控單元16程序指令控制下，電磁閥F1、F2、F3、F4將處于供熱/解吸收工況的吸收器單元內(nèi)敷設(shè)的水盤管入、出接口與熱源水環(huán)路連接，電磁閥F5、F6將該吸收器單元吸收劑 溶液上的吸收空間與冷凝器9連接；與此同步，電磁閥F1、F2、F3、F4將處于冷卻/吸收工況的吸收器單元內(nèi)敷設(shè)的水盤管入、出接口與冷卻水環(huán)路連接，電磁閥F5、F6將該吸收器單元吸收劑溶液上的吸收空間與海水蒸發(fā)器13連接。吸收劑溶液從海水中吸收水氣后，濃溶液逐漸轉(zhuǎn)成稀溶液，太陽能風(fēng)能轉(zhuǎn)化的熱能僅用于將吸收劑溶液從海水中吸收的那一部分水份解脫出來，在60°C -80°C不高的溫度下，水分子很容易從溶液中解吸收氣化，解吸收的過程能快速地進(jìn)行，使稀溶液又轉(zhuǎn)成濃溶液，對海水再吸收，兩臺吸收器單元連續(xù)交互進(jìn)行解吸收/吸收過程。海水輸入管分成兩路，一路向供熱/解吸收工況時段的吸收器單元脫出的大量水蒸氣提供冷凝液化的冷源水，并將水氣液化釋放的氣化潛熱帶走，自身升溫，氣化熱被海水再利用，可以在海水蒸發(fā)器中噴淋蒸發(fā)出更多水氣，加速了冷卻/吸收工況時段的吸收器單元對水氣的吸收進(jìn)程；另一路海水對冷卻/吸收工況時段的吸收器單元的冷卻水提供冷源水，帶走吸收劑溶液吸收水氣而產(chǎn)生的吸收熱，使溶液維持在較低的溫度下快速地吸收更多水分。顯然，采用這樣的技術(shù)方案可以提高太陽能風(fēng)能轉(zhuǎn)化的熱能進(jìn)行海水淡化的能源利用效率。單片微型計(jì)算機(jī)及外圍器件構(gòu)成的單片機(jī)工控單元按已定的程序控制管路執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥和水泵的運(yùn)作，單片機(jī)工控單元根據(jù)從吸收器單元Al、A2連續(xù)采集的溫度、比重?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出吸收劑溶液濃度的變化，指令控制吸收器單元分別所處解吸收/吸收的運(yùn)行工況。單片機(jī)工控單元依據(jù)熱源水溫達(dá)到設(shè)定的閾值啟動或關(guān)閉海水淡化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)工控單元上有設(shè)備故障告警信號顯示與輸出，用戶可及時發(fā)現(xiàn)并排除故障。氣候統(tǒng)計(jì)資料表明，多數(shù)淡水資源缺泛的沿海及海島地區(qū)，不僅太陽輻射能資源豐富，而且風(fēng)能資源也豐富。本實(shí)用新型設(shè)置了一組溫控水泵，將太陽能集熱器及風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱水共同存貯到絕熱良好的熱源水箱中，本實(shí)用新型應(yīng)用太陽能與風(fēng)能轉(zhuǎn)化的熱能互補(bǔ)驅(qū)動海水淡化裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，可以在太陽高度角較低及云霾天氣等太陽輻射能集熱功率較小的時候，由風(fēng)能補(bǔ)充能源，可以使海水淡化裝置在一天中能有更長的運(yùn)轉(zhuǎn)時期；甚至在夜間，當(dāng)風(fēng)能足夠，熱源水溫度到達(dá)額定值時，單片機(jī)工控單元同樣可以啟動海水淡化裝置運(yùn)行。風(fēng)能可以采取實(shí)時供熱和蓄能供熱兩種方式。應(yīng)用太陽能與風(fēng)能互補(bǔ)向海水淡化裝置提供更多更長時間的可再生清潔能源，能夠從海水中獲取更多量的純潔淡水。本實(shí)用新型海水淡化裝置可以用小型太陽能電池板通過充電控制器與蓄電池向單片機(jī)工控單元、水泵、電磁閥等全部電器提供12V或24V直流電源，無需電網(wǎng)或燃油機(jī)供電。 本實(shí)用新型海水淡化裝置由幾個模塊化部件組成，整機(jī)積木式構(gòu)建，結(jié)構(gòu)簡單，體積相對較小，制造成本低，驅(qū)動本海水淡化裝置運(yùn)行的太陽能、風(fēng)能互補(bǔ)能源轉(zhuǎn)化的熱源水可以更換為船舶艦艇內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的余熱水、工業(yè)余熱水、地?zé)崴?。本海水淡化裝置可以在沿海及海島地面使用，也可以在船舶上使用，例如，將驅(qū)動本海水淡化裝置的太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化的熱源水更換為船舶內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的余熱水，本實(shí)用新型海水淡化裝置可成為遠(yuǎn)洋船舶艦艇上獲取淡水的設(shè)備。在這樣情況下應(yīng)用，吸收器單元吸收劑溶液上加裝斜柵隔板，以防船舶搖晃引起溶液濺起，也可改用固體吸濕材料吸收劑。

附圖1是本實(shí)用新型技術(shù)方案的示意圖。如圖1所示太陽能集熱器1，風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器2，熱源水箱3，溫度傳感器4(圖標(biāo)Tl、T2、T3)，電磁閥5(圖標(biāo)F1、F2、F3、F4、F5、F6)，比重傳感器6 (圖標(biāo)Gl、G2)，吸收器單元7 (圖上Al、A2為相同結(jié)構(gòu)的2臺吸收器單元)，淡水貯水箱8，冷凝器9，海水輸入管10，海水閥門11，倒U型海水排出管12，海水蒸發(fā)器13，管板式換熱器14，冷卻水箱15，單片機(jī)工控單元16，溫控水泵17 (圖標(biāo)P1、P2)，微型水泵18 (圖標(biāo)P3、P4)。
具體實(shí)施方式
[0014]近年來，由于眾多領(lǐng)域的需要，吸濕材料吸收(吸附)劑的研制有很大進(jìn)展，本海水淡化裝置吸收器單元內(nèi)放置的吸收劑溶液為鹵族元素堿金屬鹽溶液，如氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣等，可以是單一成分，也可以是混合鹽溶液，從性價(jià)比考慮，建議用氯化鋰或氯化鋰與氯化鈣混合鹽溶液。吸收劑也可以采用固體粉末，使用固體吸收(吸附)劑時應(yīng)做成蜂窩狀，以取得較佳的傳熱及與水氣傳質(zhì)效果。吸收器單元箱體可用不銹鋼等材料制造。本實(shí)用新型中所用低壓直流微型水泵及溫控直流水泵、低壓直流電磁閥、翅片式冷凝器及管板式換熱器等都可選用市售標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。選用中等精度的溫度傳感器、比重傳感器在本設(shè)備中已滿足要求，價(jià)格也低廉。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，可靠性好，價(jià)格已很便宜，市場上規(guī)格較多，可選用8位單片機(jī)配外圍器件構(gòu)成工控單元。單片機(jī)工控單元按常規(guī)方法編程，編程依據(jù)主要由所選用吸收劑溶液在不同溫度下的吸收、解吸收溶液濃度變化曲線技術(shù)參數(shù)而定，要有完整詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)資料確定本裝置系統(tǒng)濃溶液、稀溶液的定義值。市場現(xiàn)有的平板式、真空管式太陽能集熱器提供70°C -80°C的熱水一般都可做到，風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器選用定型產(chǎn)品。根據(jù)日平均海水淡化出水量，吸收劑特性，系統(tǒng)效率，工作環(huán)境條件及平均海水溫度范圍等預(yù)算出大致所需熱源水的輸入供熱量，熱源水箱容量，吸收劑量(干重及配比濃溶液量)；參考所使用緯度地區(qū)的太陽輻射能及風(fēng)能氣候資料可估算出所需太陽能集熱器的功率及在太陽高度角低或云霾天氣的時候互補(bǔ)風(fēng)力機(jī)的輸出熱功率，可從市場上選擇與本實(shí)用新型海水淡化裝置整機(jī)系統(tǒng)相匹配的太陽能集熱器、風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器定型產(chǎn)品配套。本實(shí)用新型可以較快 形成產(chǎn)品進(jìn)入市場，按日均海水淡化出水量區(qū)間制造出結(jié)構(gòu)一致的大、中、小型規(guī)范化定型產(chǎn)品，整機(jī)系統(tǒng)由幾個組件構(gòu)成，為模塊化的結(jié)構(gòu)，插接集成，現(xiàn)場安裝及維修都很方便。
權(quán)利要求1.一種交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置，包括有太陽能集熱器、風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器、熱源水箱、冷卻水箱、吸收器單元、冷凝器、淡水貯水箱、海水輸入與排出管道、海水蒸發(fā)器、管板式換熱器、電磁閥、管路和水泵、單片機(jī)工控單元、溫度及比重傳感器等構(gòu)成，其特征是配置了兩臺結(jié)構(gòu)相同的吸收器單元(Al)、(A2)，吸收器單元是裝有吸收劑溶液的箱體，箱體各面有聚氨脂泡沫塑料保溫層，吸收器單元內(nèi)敷設(shè)有對吸收劑溶液加熱、冷卻的水盤管,水盤管入、出接口通過第I電磁閥(Fl)、第2電磁閥(F2)、第3電磁閥(F3)、第4電磁閥(F4)與熱源水環(huán)路或冷卻水環(huán)路連接，熱源水環(huán)路上有微型水泵(P3)，冷卻水環(huán)路上有微型水泵(P4)，吸收器單元吸收劑溶液上的吸收空間通過第5電磁閥(F5)、第6電磁閥(F6)與冷凝器(9)或海水蒸發(fā)器(13)連接；海水輸入管(10)分成兩路，一路與冷凝器(9)的內(nèi)殼管入口連接，內(nèi)殼管出口與海水蒸發(fā)器(13)的噴淋管連接，另一路與海水蒸發(fā)器(13)內(nèi)的管板式換熱器(14)內(nèi)管入口連接，換熱后海水經(jīng)內(nèi)管出口流到海水蒸發(fā)器底部，管板式換熱器的外管入、出管口與冷卻水環(huán)路串接，海水蒸發(fā)器底部有處理后海水排出的倒U型管(12)，冷凝器(9)底部有細(xì)引流管與下方的淡水貯水箱(8)連接；太陽能集熱器(I)與熱源水箱(3)之間的管路上有溫控水泵(P1)，風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器(2)與熱源水箱(3)之間的管路上有溫控水泵(P2);熱源水箱中有溫度傳感器(T3)，吸收器單元(Al)、(A2)內(nèi)分別有吸收劑溶液的溫度及比重傳感器(Tl)、(Gl)，(T2)、(G2);單片機(jī)工控單元(16)上有溫度傳感器(Tl)、(T2)、(T3)及比重傳感器(Gl)、(G2)信息輸入總線，電磁閥(Fl)、(F2)、(F3)、(F4)、(F5)、(F6)控制信息輸出總線，微型水泵(P3)、(P4)控制信息輸出總線。
專利摘要一種交互吸收式太陽能風(fēng)能海水淡化裝置，包括有太陽能集熱器、風(fēng)能風(fēng)熱轉(zhuǎn)換器、熱源水箱、冷卻水箱、吸收器單元、冷凝器、淡水貯水箱、海水輸入與排出管道、海水蒸發(fā)器、管板式換熱器、電磁閥、管路和水泵、單片機(jī)工控單元、溫度及比重傳感器等構(gòu)成，以太陽能、風(fēng)能互補(bǔ)轉(zhuǎn)化的熱源水為動力，在單片機(jī)工控單元指令控制下，依程序驅(qū)動2臺吸收器單元對海水中的水份進(jìn)行吸收/解吸收的連續(xù)交互循環(huán)運(yùn)行，構(gòu)建出一種體積小、能源利用效率高、結(jié)構(gòu)較簡單、造價(jià)低、實(shí)用性強(qiáng)的海水淡化裝置，能很快轉(zhuǎn)化為定型商品。本海水淡化裝置也可用工業(yè)余熱及地?zé)崴疄閯恿?；可在沿海及海島地面使用，也可安裝在船舶艦艇上以內(nèi)燃發(fā)動機(jī)余熱水為動力獲取淡水。
文檔編號C02F1/14GK202865054SQ20122052523
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者程剛 申請人:程剛