一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括真空集熱器組件，真空集熱器組件與真空保溫循環(huán)管連接，真空保溫循環(huán)管中循環(huán)液的輸入端與輸出端分別與儲熱水箱的第一輸出端及第一輸入端連接，儲熱水箱的第二輸出端及第二輸入端分別與熱交換器的第一輸人端及第一輸出端連接，熱交換器的第二輸入端及第二輸出端分別與海水淡化多級閃蒸器或海水淡化多效蒸餾器的海水輸出端及海水輸入端連接。該模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)通過太陽能加熱循環(huán)介質(zhì)，被太陽能加熱后的循環(huán)介質(zhì)通過熱交換器，將海水加熱蒸發(fā)后得到蒸餾淡水。該系統(tǒng)由于采用了真空集熱器采用高效鎖熱環(huán)真空管，太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的轉(zhuǎn)化率高。
【專利說明】一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及海水淡化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。是一切生命之源。水對社會經(jīng)濟而言也不可或缺，農(nóng)作物無水會枯死，工業(yè)生產(chǎn)無水會面臨癱瘓。地球表面積約為5.1億平方公里，其中海洋面積就占據(jù)了它的70.8%。海洋的平均深度約為3800米，所以地球上的總水量約有近14億立方公里。若從地球上人均占有水量來看，水資源是十分豐富的，人類似乎不應(yīng)有缺水之虞。然而，由于含鹽度太高而不能直接飲用或灌溉的海水占據(jù)了地球上總水量的97%以上，僅剩的不到3%的淡水，其分布也極其不均，它的3/4被凍結(jié)在地球的兩極和高寒地帶的冰川中，其余的從分布上說，地下水也比地表水多得多(多37倍左右)。剩下的存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已不足0.36%。
[0003]就人均占有量來說，中國在水資源方面是一個窮國。據(jù)測算，中國人均占有水量只居世界的第108位。中國海岸線長，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。這些地區(qū)的人們由于長期飲用不符合衛(wèi)生標準的水，產(chǎn)生了各種病癥，直接影響著他們的身體健康和當?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)。因此，解決淡水供應(yīng)不足是中國面臨的一個嚴峻問題。
[0004]為了增大淡水的供應(yīng)，除了采用常規(guī)的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一條有利的途徑是就近進行海水或苦咸水的淡化，特別是對于那些用水量分散而且偏遠的地區(qū)更適宜用此方法。
[0005]對海水或苦咸水進行淡化的方法很多，但常規(guī)的方法，如蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等，都要消耗大量的燃料或電力。
[0006]據(jù)報道，截至1990年，全世界已安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力為13，000，000立方米/天。到2000年，這個數(shù)字已經(jīng)翻了一倍。淡化水的迅速增加，就會產(chǎn)生一系列的問題，其中最突出的就是能源的消耗問題。據(jù)估計，每天生產(chǎn)13，000，000立方米的淡化水，每年需要消耗原油1.3億噸。即使人們支付得起這筆燃料的費用，但地球的溫室效應(yīng)、空氣污染等也告示人們必須謹慎從事。因此，尋求用太陽能來進行海水淡化，必將受到人們的青瞇。
[0007]從中國國情出發(fā)，情況更是如此。中國廣大農(nóng)村、孤島等地區(qū)至今仍普遍缺乏電力，因此在中國能源較緊張的條件下，利用太陽能從海水(苦咸水)中制取淡水，乃是解決淡水缺乏或供應(yīng)不足的重要途徑之一。所以，利用太陽能進行海水淡化，有廣泛的應(yīng)用前旦
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[0008]人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。早期的太陽能蒸餾器由于水產(chǎn)量低，初期成本高，因而在很長一段時間里受到人們的冷落。第一次世界大戰(zhàn)之后，太陽能蒸餾器再次引起了人們極大的興趣。當時不少新裝置被研制出來，比如頂棚式、傾斜幕芯式、傾斜盤式以及充氣式太陽能蒸餾器等等，為當時的海上救護以及人民的生活用水解決了很大問題。
[0009]太陽能蒸餾器的運行原理是利用太陽能產(chǎn)生熱能驅(qū)動海水發(fā)生相變過程，即產(chǎn)生蒸發(fā)與冷凝。運行方式一般可分為直接法和間接法兩大類。顧名思義，直接法系統(tǒng)直接利用太陽能在集熱器中進行蒸餾，而間接法系統(tǒng)的太陽能集熱器與海水蒸餾部分是分離的。但是，近20多年來，已有不少學者對直接法和間接法的混合系統(tǒng)進行了深人研究，并根據(jù)是否使用其他的太陽能集熱器又將太陽能蒸餾系統(tǒng)分為主動式和被動式兩大類。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)所存在的優(yōu)缺點:
[0011](I)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)
[0012]被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)常采用盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。目前，比較理想的盤式太陽能蒸餾器的效率約在35%，晴好天時，產(chǎn)水量一般在3?4kg/m2左右。
[0013](2)主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)
[0014]被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)的一個嚴重缺點是工作溫度低，產(chǎn)水量不高，也不利于在夜間工作和利用其它余熱。為此，人們提出了數(shù)十種主動式太陽能蒸餾器的設(shè)計方案，并對此進行了大量研究。在主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)中，由于配備有其它的附屬設(shè)備，使其運行溫度得以大幅提高，或使其內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程得以改善。而且在大部分的主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)中，都能主動回收蒸汽在凝結(jié)過程中釋放的潛熱，因而這類系統(tǒng)能夠得到比傳統(tǒng)的太陽能蒸餾器高一至數(shù)倍的產(chǎn)水量。
[0015]海水淡化技術(shù):低溫多效蒸餾法、多級閃蒸和反滲透膜法是未來方向。目前全球海水淡化技術(shù)超過20余種，包括反滲透法、低溫多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預(yù)處理和后處理工藝。從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低溫多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術(shù)。低溫多效具有節(jié)能、海水預(yù)處理要求低、淡化水品質(zhì)高等優(yōu)點，反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點，但海水預(yù)處理要求高。多級閃蒸法具有技術(shù)成熟、運行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)點，但能耗偏聞。
實用新型內(nèi)容
[0016]本實用新型目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種投資少、能耗低、結(jié)構(gòu)簡單的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)。
[0017]本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括真空集熱器組件，真空集熱器組件與真空保溫循環(huán)管連接，真空保溫循環(huán)管中循環(huán)液的輸入端與輸出端分別與儲熱水箱的第一輸出端及第一輸入端連接，儲熱水箱的第二輸出端及第二輸入端分別與熱交換器的第一輸入端及第一輸出端連接，熱交換器的第二輸入端及第二輸出端分別與海水淡化多級閃蒸器或海水淡化多效蒸餾器的海水輸出端及海水輸入端連接。
[0018]其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述海水淡化多級閃蒸器包括海水處理器、海水預(yù)熱器、真空泵、蒸汽管、淡水收集管、若干個閃蒸室和若干個蒸發(fā)器；海水通過水泵及管路與海水處理器連接，海水處理器通過設(shè)置在海水預(yù)熱器內(nèi)的換熱管與蒸發(fā)器的海水流入端連接，蒸發(fā)器的海水流出端與熱交換器的第二輸入端連接，熱交換器的第二輸出端與閃蒸室的海水流入端連接，閃蒸室內(nèi)被蒸發(fā)后的海水經(jīng)管路與海水預(yù)熱器連接，海水預(yù)熱器上設(shè)有海水排出管路，閃蒸室上設(shè)有蒸汽管，蒸汽管的一端與設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)的淡水收集管連接，閃蒸室與蒸發(fā)器上還連接有真空泵。
[0019]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述閃蒸室設(shè)有4?6個，所述蒸發(fā)器與閃蒸室的數(shù)量及位置相對應(yīng)。
[0020]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述淡水收集管設(shè)置在蒸發(fā)器的下部。
[0021]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述海水淡化多效蒸餾器包括通過管路連接在熱交換器的第二輸入端與海水處理器的海水輸出端之間的水泵，在海水處理器的海水輸出端與水泵之間設(shè)置有換熱器，換熱器的海水輸出端與蒸發(fā)后的海水罐連接，換熱器的海水輸入端與多效蒸發(fā)器的海水流出端連接，多效蒸發(fā)器的海水流入端與熱交換器的第二輸出端連接，在多效蒸發(fā)器上設(shè)有淡水流出管。
[0022]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述多效蒸發(fā)器至少設(shè)有三效，多效蒸發(fā)器中每一效內(nèi)的壓力逐漸依次降低。
[0023]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述真空集熱器組件采用高效鎖熱環(huán)真空管，20根為一組，用10組串聯(lián)而成的結(jié)構(gòu)。
[0024]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述儲熱水箱的外部或內(nèi)部設(shè)有輔助加熱器，所述輔助加熱器包括電加熱器，或天然氣加熱器，或燃油加熱器。
[0025]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述蓄熱水箱與熱交換器之間設(shè)有閥門。
[0026]本實用新型的優(yōu)點及有益效果是，所述模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)通過太陽能加熱循環(huán)介質(zhì)，被太陽能加熱后的循環(huán)介質(zhì)通過熱交換器，將海水加熱蒸發(fā)后得到蒸餾淡水。所述系統(tǒng)中的真空集熱器采用高效鎖熱環(huán)真空管，太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的轉(zhuǎn)化率高，結(jié)構(gòu)簡單，比現(xiàn)有的多級閃蒸法采用的裝置成本低，節(jié)能效果顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)中采用多級閃蒸器淡化海水的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本實用新型模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)中采用多效蒸餾器淡化海水的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:1-真空集熱器組件，2-真空保溫循環(huán)管，3-儲熱水箱，3.1-第一輸出端，
3.2-第一輸入端,3.3-第二輸出端,3.4-第二輸入端,4-熱交換器,4.1-第一輸入端，
4.2-第一輸出端,4.3-第二輸入端,4.4-第二輸出端,5-多級閃蒸器,5.1-海水處理器，
5.2-海水預(yù)熱器，5.3-真空泵，5.4-蒸汽管，5.5-淡水收集管；5.6-閃蒸室，5.7-蒸發(fā)器，
6-多效蒸餾器，6.1-海水處理器，6.2-水泵，6.3-換熱器，6.4-海水罐，6.5-淡水流出管，
7-海水輸出端，8-海水輸入端，9-閥門。

【具體實施方式】
[0030]如圖1、2所示，本實用新型是一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括真空集熱器組件1，真空集熱器組件I與真空保溫循環(huán)管2連接，真空保溫循環(huán)管2中循環(huán)液的輸入端與輸出端分別與儲熱水箱3的第一輸出端3.1及第一輸入端3.2連接,儲熱水箱3的第二輸出端3.3及第二輸入端3.4分別與熱交換器4的第一輸入端4.1及第一輸出端
4.2連接，熱交換器4的第二輸入端4.3及第二輸出端4.4分別與海水淡化的多級閃蒸器5或海水淡化的多效蒸餾器6的海水輸出端7及海水輸入端8連接。
[0031]本實用新型中優(yōu)選的實施方案是，所述海水淡化的多級閃蒸器5包括海水處理器
5.1、海水預(yù)熱器5.2、真空泵5.3、蒸汽管5.4、淡水收集管5.5、若干個閃蒸室5.6和若干個蒸發(fā)器5.7 ;海水通過水泵6.2及管路與海水處理器5.1連接，海水處理器5.1通過設(shè)置在海水預(yù)熱器5.2內(nèi)的換管熱與蒸發(fā)器5.7的海水流入端連接，蒸發(fā)器5.7的海水流出端與熱交換器4的第二輸入端4.3連接,熱交換器4的第二輸出端4.4與閃蒸室5.6的海水流入端連接，閃蒸室5.6內(nèi)蒸發(fā)后的海水經(jīng)管路與海水預(yù)熱器5.2連接，海水預(yù)熱器5.2上設(shè)有海水排出管路，閃蒸室5.6上設(shè)有蒸汽管5.4，蒸汽管5.4的一端與設(shè)置在蒸發(fā)器5.7內(nèi)的淡水收集管5.5連接，閃蒸室5.6與蒸發(fā)器5.7上還連接有真空泵5.3。淡水收集管5.5設(shè)置在蒸發(fā)器5.7內(nèi)，是用來收集低溫海水冷卻蒸餾后的淡水，真空泵5.3用于降低閃蒸室
5.6及蒸汽管內(nèi)的氣壓，有利于海水中單水的蒸發(fā)。
[0032]本實用新型所述太陽能海水淡化系統(tǒng)的閃蒸室為8級，能夠在輸入蒸汽量為O?100%之間穩(wěn)定運行，并能根據(jù)蒸汽量自動調(diào)整工作狀態(tài)，它所需的供熱溫度在70?100°C之間，這種采用閃蒸室閃蒸的太陽能海水淡化裝置，每天可產(chǎn)近0.5噸淡水。
[0033]真空管集熱器組件1、真空保溫循環(huán)管2連接到蓄熱水箱3構(gòu)成太陽能供熱循環(huán)系統(tǒng)。蓄熱水箱3 —邊由循環(huán)管、閥門9連接到熱交換器4上，進入熱交換器4中的水將熱能傳導給海水，預(yù)熱的海水進入閃蒸室5.6相變?yōu)檎羝仙嚼淠齾^(qū)凝結(jié)為淡水，從淡水收集管5.5流出。閃蒸室5.6為8級，由真空泵5.3控制閃蒸室5.6的真空度。蒸發(fā)后的濃海水通過海水預(yù)熱器5.2交換給新海水，將濃海水排出，新海水通過海水處理器5.1、海水預(yù)熱器5.2、經(jīng)過蒸發(fā)器5.7和熱換器4熱后進入閃蒸室5.6，再通過蒸汽管5.4與淡水收集管5.5凝為淡水完成一個循環(huán)。
[0034]本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案是，所述閃蒸室5.6設(shè)有4?6個，所述蒸發(fā)器5.7與閃蒸室5.6的數(shù)量及其位置相對應(yīng)。
[0035]本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述淡水收集管路5.5設(shè)置在蒸發(fā)器5.7的下部。
[0036]本實用新型中優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述海水淡化多效蒸餾器6包括通過管路連接在熱交換器4的第二輸入端4.3與海水處理器6.1的海水輸出端之間的水泵6.2，在海水處理器6.1的海水輸出端7與水泵6.2之間設(shè)置有換熱器6.3，換熱器6.3的海水輸出端7與蒸發(fā)后的海水罐6.4連接，換熱器6.3的海水輸入端8與多效蒸發(fā)器6的海水流出端7連接，多效蒸發(fā)器6的海水流入端8與熱交換器4的第二輸出端4.4連接，在多效蒸發(fā)器6上設(shè)有淡水流出管6.5。
[0037]本實用新型中的低溫多效蒸餾是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70°C的淡化技術(shù)，可將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。
[0038]本實用新型中的低溫多效蒸餾系統(tǒng)通過熱器組件1，真空保溫循環(huán)管2，連接到蓄熱水箱3構(gòu)成太陽能供熱循環(huán)系統(tǒng)。蓄熱水箱3由循環(huán)管，閥門9接到熱交換器4，海水循環(huán)管路連接水泵6.2、換熱器6.3，海水處理器6.1，多效蒸餾器6。在多效蒸餾器蒸發(fā)后的濃海水進入換熱器6.3將余熱傳導給新海水后，流入海水灌6.4排出裝置。新海水通過海水處理器6.1，進入換熱器6.3、通過水泵6.2進入熱交換器4與第一系統(tǒng)的熱水進行熱交換，預(yù)熱的海水進入多效蒸餾器6，逐級蒸發(fā)冷凝產(chǎn)生淡水，由淡水流出管6.5流出。
[0039]本實用新型中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述多效蒸發(fā)器6至少設(shè)有三效，多效蒸發(fā)器中每一效內(nèi)的壓力逐漸依次降低。
[0040]本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述真空集熱器組件I可采用高效鎖熱環(huán)真空管，20根為一組，用10組串聯(lián)而成的結(jié)構(gòu)。
[0041]本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，在所述儲熱水箱3的外部或內(nèi)部設(shè)有輔助加熱器，所述輔助加熱器包括電加熱器，或天然氣加熱器，或燃油加熱器。
[0042]本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，在所述蓄熱水箱與熱交換器之間設(shè)有閥門9。
[0043]本實用新型不限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本實用新型的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括真空集熱器組件，真空集熱器組件與真空保溫循環(huán)管連接，真空保溫循環(huán)管中循環(huán)液的輸入端與輸出端分別與儲熱水箱的第一輸出端及第一輸入端連接，儲熱水箱的第二輸出端及第二輸入端分別與熱交換器的第一輸入端及第一輸出端連接，熱交換器的第二輸入端及第二輸出端分別與海水淡化多級閃蒸器或海水淡化多效蒸餾器的海水輸出端及海水輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述海水淡化多級閃蒸器包括海水處理器、海水預(yù)熱器、真空泵、蒸汽管、淡水收集管、若干個閃蒸室和若干個蒸發(fā)器；海水通過水泵及管路與海水處理器連接，海水處理器通過設(shè)置在海水預(yù)熱器內(nèi)的換管熱與蒸發(fā)器的海水流入端連接，蒸發(fā)器的海水流出端與熱交換器的第二輸入端連接，熱交換器的第二輸出端與閃蒸室的海水流入端連接，閃蒸室內(nèi)被蒸發(fā)后的海水經(jīng)管路與海水預(yù)熱器連接，海水預(yù)熱器上設(shè)有海水排出管路，閃蒸室上設(shè)有蒸汽管，蒸汽管的一端與設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)的淡水收集管連接，閃蒸室與蒸發(fā)器上還連接有真空泵。
3.如權(quán)利要求3所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述閃蒸室設(shè)有4?6個，所述蒸發(fā)器與閃蒸室的數(shù)量及位置相對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述淡水收集管設(shè)置在蒸發(fā)器的下部。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述海水淡化多效蒸餾器包括通過管路連接在熱交換器的第二輸入端與海水處理器的海水輸出端之間的水泵，在海水處理器的海水輸出端與水泵之間設(shè)置有換熱器，換熱器的海水輸出端與蒸發(fā)后的海水罐連接，換熱器的海水輸入端與多效蒸發(fā)器的海水流出端連接，多效蒸發(fā)器的海水流入端與熱交換器的第二輸出端連接，在多效蒸發(fā)器上設(shè)有淡水流出管。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述真空集熱器組件采用高效鎖熱環(huán)真空管，20根為一組，用10組串聯(lián)而成的結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，在所述儲熱水箱的外部或內(nèi)部設(shè)有輔助加熱器，所述輔助加熱器包括電加熱器，或天然氣加熱器，或燃油加熱器。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化太陽能海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，在所述蓄熱水箱與熱交換器之間設(shè)有閥門。
【文檔編號】C02F1/06GK203959866SQ201420415951
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】許新中, 程翠英, 杜建超 申請人:天普新能源科技有限公司