CN101838024B - 被动式闪蒸太阳能海水淡化方法及装置 - Google Patents

被动式闪蒸太阳能海水淡化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于利用太阳能进行海水淡化的技术领域，特别涉及一种被动式闪蒸太阳能海水淡化方法及装置。在工作之前先排除闪蒸室和冷凝器内的不凝性气体，并在工作过程中通过对控制阀门的间歇性开闭不断排除海水淡化工程中产生的不凝性气体，使海水淡化能够持续稳定地进行；闪蒸室和冷凝器分别通过管道与地面的海水箱和淡水箱相连，管内海水的压力差使闪蒸室处于低压状态，从而使闪蒸室内海水的沸点降低，发生闪蒸；海水在换热器内加热后，依靠虹吸作用进入闪蒸室，被动闪蒸，且闪蒸室内的低压不需要真空泵的维持。本装置结构简单，操作方便，提高了热效率并降低了投资成本，也为进一步研究利用太阳能进行海水淡化提供了一个好的手段和方法。

Description

被动式闪蒸太阳能海水淡化方法及装置
技术领域
本发明属于利用太阳能进行海水淡化的技术领域，特别涉及一种以太阳能为热源，利用重力压差实现海水的闪蒸淡化的方法及装置。
背景技术
科学技术发展到今天，在太阳能、节能技术及海水淡化方面都取得了长足进展，其发展趋势是尽可能的利用可再生的、环保的能源，并在低成本下向人们提供优质的资源。由于太阳能具有取之不尽、用之不竭、资源丰富、对环境无污染等特点，因此具有广阔的利用和开发前景。近年来，随着太阳能技术的发展，人们开始利用太阳能进行海水淡化。目前比较成熟的海水淡化技术主要是多效蒸馏、多效闪蒸及膜渗透。但上述技术主要适用于大规模海水淡化，系统复杂，维护费用高，投资成本高。
与传统的海水淡化相比，利用重力压差实现海水的闪蒸淡化具有技术简单、操作方便、无需真空泵等机械装置来维持闪蒸室内的低压状态等优点，从而决定了这种技术和装置具有较好的推广价值。同时由于海水中溶解有不凝性气体，当海水淡化系统运行一段时间后，在闪蒸室和冷凝器中会有不凝性气体的积聚，如果不排除这些气体，会导致闪蒸室内压力逐渐升高，直至海水淡化停止，因此必须增加定期排除不凝性气体的装置，使海水淡化系统能够持续不断的运行，这也是本专利的一个关键技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术所存在的海水淡化成本高，污染重的问题，提供一种高效、成本低、环保的太阳能海水淡化方法和装置。
本发明提供了一种海水淡化的方法：在海水淡化之前先排除闪蒸室和冷凝器内的不凝性气体，并在海水淡化过程中通过对控制阀门的间歇性开闭不断排除海水淡化工程中产生的不凝性气体，使海水淡化能够持续稳定地进行；闪蒸室和冷凝器分别通过管道与地面的海水箱和淡水箱相连，闪蒸室内的气压等于大气压力减去管内海水产生的重力压强，管内海水的压力差使闪蒸室处于低压状态，从而使闪蒸室内海水的沸点降低，发生闪蒸；海水在换热器内加热后，依靠虹吸作用进入闪蒸室，被动闪蒸，且闪蒸室内的低压不需要真空泵的维持；换热器同时虹吸蓄水池内海水，与太阳能集热器中的循环水发生热交换，海水温度升高后进入闪蒸室补充已经蒸发的海水。
本发明还提供了一种实现所述的被动式闪蒸太阳能海水淡化方法的海水淡化装置，其结构为：海水池，海水池通过水泵和海水管道与蓄水箱相连；冷凝器的输入端与蓄水箱相连接，冷凝器的输出端与换热器的输入端相连接，换热器的输出端与闪蒸室连接，冷凝器与闪蒸室之间有管路相通，换热器通过两条管路与太阳能集热器连接；冷凝器和换热器内分别设置螺线管；冷凝器的底部设置淡水出口，通过淡水管道通入淡水箱；闪蒸室底部设置浓海水出口，通过浓海水管道通入浓海水箱；冷凝器的侧壁设置管路，与蓄水池接出的一支管路合并为海水和不凝性气体排泄管道通入海水池。
所述太阳能集热器为平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器。
所述冷凝器为单级冷凝器或多级冷凝器；所述闪蒸室为单级闪蒸室或多级闪蒸室。
所述太阳能集热器、闪蒸室、冷凝器和蓄水箱距离地面不小于8m，且保持密闭。
所述蓄水池和冷凝器上分别设置排泄阀门。
所述海水和不凝性气体排泄管道的两条支路、淡水管道以及浓海水管道上分别设置控制阀门。
本发明的有益效果为：本装置利用重力压差实现海水的闪蒸淡化，不需要真空泵维持闪蒸室内的低压状态，且闪蒸室中海水的补充和太阳能集热器中液体的循环都靠自然对流来实现，因此降低了海水淡化装置的投资成本并减小了能耗，具有较好的推广价值；在装置运行过程中，可定期排除不凝性气体，使海水淡化系统能持续不断的运行，提高使用价值和工作效率；结构简单，操作方便，提高了热效率和降低了投资成本，也为进一步研究利用太阳能进行海水淡化提供了一个好的手段和方法。
附图说明
图1为本发明的被动式闪蒸太阳能海水淡化装置示意图
附图标记：
1—海水池；2—水泵；3—蓄水池；4—冷凝器；5—闪蒸室；6—换热器；
7—太阳能集热器；8—浓海水箱；9—淡水箱；10—海水管道；
11—海水和不凝性气体排泄管道；12—淡水管道；13—浓海水管道；
14—蓄水池排泄阀门；15—冷凝器排泄阀门；16—第一控制阀门；
17—第二控制阀门；18—第三控制阀门；19—第四控制阀门；
20—第五控制阀门；21—螺线管。
具体实施方式
本发明提供了一种被动式闪蒸太阳能海水淡化方法及装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。该装置设有海水池1，海水池1通过水泵2和海水管道10与蓄水箱3相连；冷凝器4的输入端与蓄水箱3相连接，冷凝器4的输出端与换热器6的输入端相连接，换热器6的输出端与闪蒸室5连接，冷凝器4与闪蒸室5之间有管路相通，换热器6通过两条管路与太阳能集热器7连接；冷凝器4和换热器6内分别设置螺线管21；冷凝器4的底部设置淡水出口，通过淡水管道12通入淡水箱9；闪蒸室5底部设置浓海水出口，通过浓海水管道13通入浓海水箱8；冷凝器4的侧壁设置管路，与蓄水池3接出的一支管路合并为海水和不凝性气体排泄管道11通入海水池1。其中，太阳能集热器7、闪蒸室5、冷凝器4和蓄水箱3距离地面10m，且保持密闭。冷凝器4具有对海水进行预热和冷凝蒸汽的作用，冷凝器4内的螺旋管21是实现换热的部分。太阳能集热器7则收集太阳能，在换热器6内加热海水，温度升高的海水被虹吸到闪蒸室5内进行闪蒸，闪蒸产生的蒸汽在冷凝器4内冷凝形成淡水，淡水通过淡水管道12流入淡水箱9中，闪蒸后产生的浓海水则通过浓海水管道13排入浓海水箱8中。
在海水淡化装置启动过程前，关闭第一控制阀门16—第五控制阀门20，对闪蒸室5和冷凝器4进行抽真空，冷凝器排泄阀门15为抽真空排泄的接口，海水淡化装置启动后则处于关闭状态；然后打开第四控制阀门19和第五控制阀门20，由于闪蒸室5和冷凝器4中处于低压状态，因此浓海水和淡水会分别在浓海水管道13和淡水管道12内上升，与地面形成一定的高度差。闪蒸室5中的气压值等于大气压力与浓海水在浓海水管道13内形成的压力之差。闪蒸室5在低压状态下，一方面温度较高的海水会发生闪蒸，另一方面虹吸蓄水池3中的海水经冷凝器4和换热器6进入闪蒸室5，在途中实现预热和加热，这个过程和太阳能集热器7中水的运行都靠液体的自然循环来实现，不需要额外的动力。蓄水池排泄阀门14在工作中与外界大气相连通，维持蓄水池3处于大气压力状态。第三控制阀门18控制进入闪蒸室5内的海水量。
在海水淡化过程中，不凝性气体的排除过程为：先打开第一控制阀门16，使海水和不凝性气体排泄管道11内充满海水，然后关闭第一控制阀门16，开启第二控制阀门17，此时海水会向下流动，部分不凝性气体进入海水和不凝性气体排泄管道11，紧接着关闭第二控制阀门17，开启第一控制阀门16让海水从蓄水池3中流入，这样周而复始不间断的进行，从而实现排除冷凝器4和闪蒸室5内的不凝性气体。
闪蒸室5可以是单级的，也可是多级的。冷凝器4可以单独使用，也可分成几级与闪蒸室相连在一起共同使用。在本实施例中仅给出冷凝器4和闪蒸室5为单级的情况
太阳能集热器7既可以是平板集热器，也可以是真空管或者槽式集热器。本实施例中使用平板式集热器。
该海水淡化装置，既可以单独使用，也可以与其它的海水淡化方式混合使用。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该系统的海水淡化属于被动式的，其循环中除从海水池到蓄水池的过程，其余过程不需要动力，从而使海水淡化过程实现了高效、低成本和低能耗的操作运行。

Claims (3)

1.一种被动式闪蒸太阳能海水淡化方法的海水淡化装置，其特征在于：海水池(1)，海水池(1)通过水泵(2)和海水管道(10)与蓄水箱(3)相连；冷凝器(4)的输入端与蓄水箱(3)相连接，冷凝器(4)的输出端与换热器(6)的输入端相连接，换热器(6)的输出端与闪蒸室(5)连接，冷凝器(4)与闪蒸室(5)之间有管路相通，换热器(6)通过两条管路与太阳能集热器(7)连接；冷凝器(4)和换热器(6)内分别设置螺线管(21)；冷凝器(4)的底部设置淡水出口，通过淡水管道(12)通入淡水箱(9)；闪蒸室(5)底部设置浓海水出口，通过浓海水管道(13)通入浓海水箱(8)；冷凝器(4)的侧壁设置管路，与蓄水箱(3)接出的一支管路合并为海水和不凝性气体排泄管道(11)通入海水池(1)；所述太阳能集热器(7)、闪蒸室(5)、冷凝器(4)和蓄水箱(3)距离地面不小于8m，且保持密闭；所述蓄水箱(3)和冷凝器(4)上分别设置排泄阀门；所述海水和不凝性气体排泄管道(11)的两条支路、淡水管道(12)以及浓海水管道(13)上分别设置控制阀门；
在海水淡化之前先排除闪蒸室和冷凝器内的不凝性气体，并在海水淡化过程中通过对控制阀门的间歇性开闭不断排除海水淡化工程中产生的不凝性气体，使海水淡化能够持续稳定地进行；闪蒸室和冷凝器分别通过管道与地面的浓海水箱和淡水箱相连，管内海水的压力差使闪蒸室处于低压状态，从而使闪蒸室内海水的沸点降低，发生闪蒸；海水在换热器内加热后，依靠虹吸作用进入闪蒸室，被动闪蒸，且闪蒸室内的低压不需要真空泵的维持。
2.根据权利要求1所述的一种被动式闪蒸太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能集热器(7)为平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器。
3.根据权利要求1所述的一种被动式闪蒸太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝器(4)为单级冷凝器或多级冷凝器；所述闪蒸室(5)为单级闪蒸室或多级闪蒸室。
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