CN102659198A - 一种太阳能天然含盐水淡化器 - Google Patents

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Abstract

综合太阳能真空管加热技术，毛细爬升引流技术，低压虹吸技术低压低温蒸发技术，冷热源同室交换热能截留、蒸汽冷凝汇流收集技术，含盐水自动补给技术，淡水自动抽取、低压自动控制技术，固体盐自动清除八项技术，我们发明了太阳能天然含盐水淡化器，这套系统可以从自然水、含污水、天然含盐水中蒸发净化提取出纯净水，尤其对海水的淡化具有明显实用优势，投入成本低、出水效率高是这套模型的基本特征。相信本发明成果的推广应用，将极大缓解淡水缺乏地区的用水问题。

Description

一种太阳能天然含盐水淡化器
技术领域：
本发明属于天然含盐水淡化技术领域
背景技术：
除去天然含盐水中的盐分以获得淡水的工艺过程叫天然含盐水淡化，亦称脱盐。天然含盐水淡化的方法，基本上分为两大类：(1)从天然含盐水中取淡水，有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法。(2)除去天然含盐水中的盐分，有电渗拆法、离子交换法和压渗法。目前应用第一类方法为主。早在15世纪部分船舶就曾经以简易的蒸馏装置来解决船舶在长期航行中的淡水供应问题，20世纪50年代以来，随着工农业的发展和城市人口的增加，淡水供应逐渐紧张，造成有些沿海城市严重缺水。因此，提高海水淡化的技术便成为开发新水源的重要途径之一，而海水只是天然含盐水的一个重要组成部分。
我们知道所有大地上生长的植物都有一个共同的特征，就是植物供水系统的毛细爬升现象，植物的根系从土壤中吸取水分和养料，通过自身结构的毛细纤维将它们送至植物的根、茎、叶、杆、花、子实等各个不同部位，完成生命的延续和循环。而水在没有任何外部能量帮助的前提下从低位爬升高处，给我们指出了一条可以借鉴的方法——毛细引流、即利用毛细纤维爬升原理可以将水从低位引上高处，树有多高，水上多高。
水与溶解物的分离在大自然中普遍存在，海上台风的生成、陆地雾的产生早已是司空见惯的自然现象，水的固、液、汽三态的转变并不限定温度在固点0℃，汽点100℃这个范围内，我国的青藏高原水在75℃沸腾就是论据。自然生成的局部低气压在海平面引发巨量淡水蒸发，海平面水的温度距100℃差距甚大，秋冬季节华北平原生成的频频大雾，强有力的说明水并不需要100℃才能汽化。局部的低气压是水蒸发的真正原因。
吸热升华遇冷凝聚是汽的基本特征，云中雨水的形成就是亘古不变的自然现象，同时水的汽化从来就没有盐、碱物质的参与。
发明内容：
综合太阳能真空管加热技术，毛细爬升引流技术，低压虹吸技术低温低温蒸发技术，冷热源同室交换热能截留、蒸汽冷凝汇流收集技术，含盐水自动补给技术，淡水自动抽取、低压自动控制技术，固体盐自动清除八项技术，我们发明了太阳能天然含盐水淡化器，这套系统可以从自然水、含污水、天然含盐水中蒸发净化提取出纯净水，尤其对海水的淡化具有明显实用优势，投入成本低、出水效率高是这套模型的基本特征。
所述的一种太阳能天然含盐水淡化器的原理如图1所示，它包括(1)含盐水自动补给装置，(2)毛细纤维束引流装置，(3)太阳能真空管加热装置，(4)低压虹吸引流装置、(5)冷热源同室交换热能截留装置、(6)蒸汽冷凝汇流收集装置、(7)淡水自动抽取、低压自动控制装置、(8)，固体盐自动清除装置。
所述的一种太阳能天然含盐水淡化器的结构如图2、图3、图4、图5、图6所示：它包括：(1)低压淡水抽吸罐、(2)含盐水热能截留罐、(3)含盐水分配筒、(4)太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合、(5)毛细纤维引流束、(6)淡水抽取泵、(7)淡水抽取管、(导汽管、(9)淡汽收集管、(10)淡汽分配管、(11)螺旋散热管、(12)紧固件、(13)上、下三通、(14)凝聚汇流管、(15)淡水散落管、(16)淡水收集罐水位控制装置、(17)控制电路、(18)含盐水补给泵、(19)含盐水补充罐水位控制装置、(20)控制电路、(21)含盐水分配筒水位控制装置、(22)电磁阀门、(23)洗盐三通(24)洗盐管路、(25)洗盐泵、(26)时间继电器、(27)电磁控制阀门、(28)出盐口、(29)底座、(30)支架、(31)护罩及连接件等组成。
所述的(1)低压淡水抽吸罐如图7、图8所示，它包括：①罐筒、②内法兰凸台、③密封过孔、④左端罐盖、⑤淡水散落管定位盲孔、⑥淡水抽取管出口、⑦连接过孔、⑧右端罐盖、⑨淡水散落管通孔、⑩连接过孔、
Figure BSA00000679570200031
橡塑密封垫，罐筒及罐盖按图制模橡塑材料注塑成型，特征是罐筒内壁端口处模注有内法兰圈，安装端盖时罐、盖间必须加装橡塑密封垫，只有罐体全方位密封，才能保证罐中水抽出后罐内始终保持低气压状态。
(2)含盐水热能截留罐如图9、图10所示，它包括：①罐体、②内法兰凸台、③密封过孔、④左端罐盖、⑤含盐水进口、⑥凝聚汇流管出口、⑦淡汽分配管固定盲孔、⑧连接过孔、⑨右端罐盖、⑩淡汽分配管进口、
Figure BSA00000679570200041
含盐水出口、
Figure BSA00000679570200042
凝聚汇流管固定盲孔、
Figure BSA00000679570200043
连接过孔、橡塑密封垫等部件组成，罐体及端盖按图制模橡塑材料注塑成形。特征是罐筒内壁端口处模注有内法兰圈。端盖上模注有淡汽分配管进口，凝聚汇流管出口及对应固定盲孔，安装端盖时罐、盖间必须加装橡塑密封垫。
(3)含盐水分配筒如图11所示，它包括：①筒体、②真空管装接端口、③端口密封螺纹、④紧固螺母、⑤含盐水入口、⑥水位平衡管接口、⑦出盐口等部件组成，筒体按图制模橡塑材料注塑成型。特征是除紧固螺母外全部功能部件为一注塑整体，外形是一个带有连续中空凸圈的圆筒，凸圈端口外壁模注密封螺纹。
(4)太阳能吸热保温双层玻璃真空管如图12所示，它包括：①外层玻璃管、②内层玻璃管、③吸热涂层、④淡汽集流管、⑤上防护盖、⑥下防护盖等部件组成。特征是外层玻璃管、内层玻璃管、淡汽集流管为玻璃制品、内层玻璃管外壁除端口部位外涂刷有厚度为0.1-0.5mm的吸热涂层，端口局部氧炔焰加热机械加压粘合，中空抽气密封，管体夹层内保持真空状态，上、下防护盖为塑料制品。
(5)毛细纤维引流束如图13、图14、图15所示，它包括：⑦上分线板、
Figure BSA00000679570200044
下分线板、⑧毛细纤维定位孔、⑨汽孔、⑩支撑杆过孔、
Figure BSA00000679570200045
支撑杆、
Figure BSA00000679570200046
上锁紧螺母、
Figure BSA00000679570200047
下锁紧螺母、
Figure BSA00000679570200048
毛细纤维线组成。板体按图制模PVC材料注塑成形，组装时将支撑杆两端穿过上、下板体过孔戴上螺母锁紧固定，将毛细纤维线往复穿入56个毛细纤维定位孔把线拉直线头系牢。如图14所示，将毛细纤维引流束装入真空管内。其特征是所述的毛细纤维线可以是化纤纤维、植物纤维、动物毛发为原料的纺织品，直径为2-5mm的蓬松线体。
(6)淡水抽取泵采用150QJ20-24/4等型号产品配用。淡水抽取泵是一种太阳能天然含盐水淡化器的主要配套设备，其特征是泵体吸水管内径不大于25mm，配用电机功率不大于3kw。电流不大于7.9安培。
(7)淡水抽取管采用2寸管材及配件。(8)导汽管采用PVC软管。
(9)淡汽收集管如图16所示，它包括：①管体、②收汽口凸圈③收汽端口、④密封螺纹、⑤锁紧螺母、⑥左端口密封螺纹、⑦右端口密封螺纹、⑧左端盖、⑨右端盖组成，全部部件按图制模橡塑材料注塑成型。其特征是；圆筒外壁一侧模注有连续中空凸圈，凸圈端口处外壁模注密封螺纹，管体内壁端口处模注密封螺纹。
(10)淡汽分配管如图17所示，它包括：①管体、②分汽口凸台、③分汽端口、④密封螺纹、⑤锁紧螺母、⑥左端口密封螺纹、⑦右端口密封螺纹、⑧左端盖、⑨右端盖组成，全部部件按图制模橡塑材料注塑成型。
(11)螺旋散热管如图18所示，它包括：①螺旋状铜管、②上端口丝圈、③下端口丝圈螺旋管制胎弯制，其特征是螺旋散热管为直径8-12mm的无缝铜管依模弯制，整体形状为两端平出中部呈螺旋弹簧状，端口套丝装入锁紧件后装上丝圈。
(12)锁紧件如图19所示，它包括：④管体、⑤小孔、⑥大孔、⑦紧固螺纹。
(13)上、下三通如图20所示，它包括：⑧管体、⑨进气端口、⑩左分气端口、
Figure BSA00000679570200061
右分气端口。
散热系统装配完成如图21、图22所示。
(14)凝聚汇流管如图23所示，它包括：①管体、②收水口基台、③收水端口、④锁紧螺纹、⑤锁紧螺母、⑥左端盖、⑦右端盖组成，全部部件按图制模橡塑材料注塑成型。
(15)淡水散落管如图24所示，它包括：①管体、②散落孔、部件按图制模橡塑材料注塑成型。其特征是管体一侧中心线及中心线两边45°线上模注有孔直径为3mm孔间隔10mm的小孔三排。
(16)淡水收集罐水位控制装置、(17)控制电路如图25所示，它包括：①水位控制筒、②浮球、③顶杆、④连杆、⑤触杆、⑥上水位触点开关、⑦下水位触点开关、⑧继电器、⑨接触器、⑩水泵、
Figure BSA00000679570200062
进水管、
Figure BSA00000679570200063
出水管等部件组成。水位控制筒、浮球、顶杆、连杆、触杆按图制模橡塑材料注塑成型，其余部件为常用电器配套购买安装。
(18)含盐水补给泵、(19)含盐水补充罐水位控制装置、(20)控制电路基本原理与淡水系统相同不再叙述。
(21)含盐水分配筒水位控制装置工作原理与淡水收集罐水位控制装置相同，不同点在于它输出的信号控制的是(22)电磁阀门，不是水泵。
(23)洗盐三通、(24)洗盐管路、(25)洗盐泵、(5)毛细纤维引流束、(26)时间继电器、(27)电磁控制阀门、(28)出盐口共同组成的(固体盐清洗系统)如图26所示，其特征是；(28)出盐口端安装有一个电磁控制阀门。
(29)底座、(30)支架、如图27所示，它包括：①底脚、②底板、③立柱、④横梁组成，底脚、底板采用铸造成型，立柱、横梁采用方管焊接成型。
(31)护罩如图28所示，它包括：①后墙板、②顶板、③左墙板、④右墙板组成，部件为薄铁皮剪切、弯制。
附图说明：
图1是太阳能含盐水淡化器工作原理图；
图2是太阳能含盐水淡化器分解图；
图3是太阳能含盐水淡化器右视图；
图4是太阳能含盐水淡化器后视图；
图5是太阳能含盐水淡化器左视图；
图6是太阳能含盐水淡化器主视图；
图7是低压淡水抽吸罐零件图；
图8是低压淡水抽吸罐组装图；
图9是含盐水热能截留罐零件图；
图10是含盐水热能截留罐组装图；
图11是含盐水分配筒视图
图12是太阳能吸热保温双层玻璃真空管主视图；
图13是纤维束支架上、下分线板主、俯视图；
图14是毛细纤维线安装示意图；
图15是太阳能吸热保温双层玻璃真空管组装图；
图16是淡汽收集管视图；
图17是淡汽分配管视图；
图18是螺旋散热管视图；
图19是锁紧件视图；
图20是上、下三通视图；
图21是螺旋管组装图；
图22是螺旋管在含盐水补充罐内组装图；
图23是凝聚汇流管视图；
图24是淡水散落管视图；
图25是淡水收集罐水位控制装置工作示意图；
图26是固体盐清洗装置示意图
图27是底座、支架视图；
图28是护罩视图；
具体实施方案
该发明的实际应用，如图2所示，是在大小不同的四个密闭容器内进行的，过程是往低压淡水抽吸罐(1)内注满淡水，含盐水热能截留罐(2)内注满含盐水，开启电磁阀门(22)给含盐水分配筒(3)供含盐水，太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合(4)内装配的毛细纤维束引流束(5)上的毛细纤维线吸水并送上高处，开启淡水抽取泵(6)通过管路(7)抽出低压淡水抽吸罐(1)中淡水的三分之二，低压淡水抽吸罐(1)与连通的太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合(4)含盐水分配筒(3)连通区域内气压骤减，在局部形成低压环境，自动爬升于毛细纤维束引流装置(5)上的水分子在低压状态下低温蒸发，转化后的蒸汽向上汇聚于汇流管(8)，在淡水收集罐(1)内的负压源牵引下顺着引流管(9)进入含盐水热能截留罐(2)内安装的淡汽分配管(10)、螺旋冷却管(11)，在此区间与含盐水热能截留罐(2)内灌注的常温含盐水进行热能交换，蒸汽遇冷凝聚，聚集的水流顺着回收管路(14)流入低压淡水抽吸罐(1)，安装的淡水汇流管(15)散落于低压淡水抽吸罐(1)淡水体内，当低压淡水抽吸罐(1)内的淡水液面上升至高水位(G)，水位控制系统(16)动作、指令淡水抽取泵(6)工作，将低压淡水抽吸罐(1)内液面抽回至低水位(D)，罐内气压始终呈现负压状态，淡水收集不间断连续进行。含盐水分配筒(3)的水平位置设置有水位控制装置(21)筒内水量不足时控制装置(21)动作、指挥给水管路上安装的电磁阀门(22)开启给筒内补水，筒内水量上到高水位控制装置动作(21)指挥电磁阀门(22)关闭。含盐水热能截留罐(2)的水平位置设置有水位控制装置(19)，控制电路(20)含盐水供给泵(18)负责含盐水热能截留罐(2)内水量的供给。含盐水供给泵(18)淡水抽取泵(6)间歇工作耗能极低，根据能量守衡定律含盐水热能截留罐(2)内螺旋散热管(11)释放的热能转移到罐中的含盐水里，在有日照的一整天里太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合内收集到太阳热能，在循环系统内是被重复利用的。需要指出的是，设备工作一段时间毛细纤维引流束(5)上就会生成固体盐存留，堵塞水流上升通道，必须对它进行清除，我们设计了(固体盐自动清除系统)它包括(23)洗盐三通、(24)洗盐管路、(25)洗盐泵、(26)时间继电器(27)电磁控制阀门、(28)出盐口组成。开启(25)洗盐泵抽取天然含盐水，水流经过(24)洗盐管路、(23)洗盐三通流入真空管内的毛细纤维束(5)，稀释溶解存留于其上的固体盐并将其随水流经(27)电磁控制阀门、(28)出盐口带走，清除完毕系统随之关闭设备回复运行。综上所述，一种太阳能天然含盐水淡化器在实际应用中是切实可行的，经过实践发现不足拓宽思路不断改进，设计制作将不断细化臻于完善，工业化规模生产的局面将有望实现。天然含盐水的淡化工作将朝着高效、廉价的方向不断推进。

Claims (10)

1.一种太阳能天然含盐水淡化器的结构如图2、图3、图4、图5、图6所示：它包括：(1)低压淡水抽吸罐、(2)含盐水热能截留罐、(3)含盐水分配筒、(4)太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合、(5)毛细纤维引流束、(6)淡水抽取泵、(7)淡水抽取管、(导汽管、(9)淡汽收集管、(10)淡汽分配管、(11)螺旋散热管、(12)紧固件、(13)上、下三通、(14)凝聚汇流管、(15)淡水散落管、(16)淡水收集罐水位控制装置、(17)控制电路、(18)含盐水补给泵、(19)含盐水补充罐水位控制装置、(20)控制电路、(21)含盐水分配筒水位控制装置、(22)电磁阀门、(23)洗盐三通(24)洗盐管路、(25)洗盐泵、(26)时间继电器、(27)电磁控制阀门、(28)出盐口、(29)底座、(30)支架、(31)护罩及连接件等组成；其特征是：太阳能真空管为热源、民用电源为控制电源，整合了毛细爬升技术，负压虹吸技术，低压低温蒸发技术，热能重复利用技术，含盐水自动补给、水位自动平衡技术，淡水自动抽出、水位自动平衡技术，固体盐自动清洗八项技术于一体，实现了水与水中溶解物质低成本高效率分离是这项发明的核心内容。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(1)低压淡水抽吸罐，其特征为罐筒与端盖为注塑制品，罐体上至少有一个与水泵吸口相连的淡水出口。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(2)含盐水热能截留罐，其特征是罐筒与端盖为注塑制品，端盖上下部位设有两组管路过孔、固定盲孔。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(3)含盐水分配筒，其特征是除紧固螺母外全部功能部件为一个注塑整体，外形是一个一面模注连续中空凸圈的圆筒，凸圈端口外壁模注密封螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(4)太阳能吸热保温双层玻璃真空管组合，其特征是外层玻璃管、内层玻璃管、淡汽集流管为玻璃制品、内层玻璃管外壁除端口部位外其余部分涂刷有厚度为0.1-0.5mm的吸热涂层，端口局部氧炔焰加热机械加压粘合，中空抽气密封，管体夹层内保持真空状态。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(5)毛细纤维引流束，其特征是所述的毛细纤维线可以是化纤纤维、植物纤维、动物毛发为原料的纺织品，直径为2-5mm的蓬松线体。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(6)淡水抽取泵，其特征是泵体吸水管内径不大于25mm，配用电机功率不大于3kw。电流不大于7.9安培。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(11)螺旋散热管其特征是；螺旋管材料使用内径8-12mm壁厚1-2mm的无缝铜管依模弯制，形状为两端平出中部呈弹簧状。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(15)淡水散落管，其特征是；管体一侧中心线及中心线两边45°线上模注有孔直径为3mm孔间隔为10mm的小孔三排。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能天然含盐水淡化器(固体盐清除系统)其特征是；出盐口端安装有一个电磁阀门。
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