CN103232083B - 一种太阳能风能低压海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能风能低压海水淡化装置。包括电能储存装置、抽气装置、风能利用装置、太阳能发电装置、低压蒸发室、盐水排放装置、淡水收集装置、蒸汽冷凝装置和过滤装置,过滤装置经管道与蒸汽冷凝装置连接，蒸汽冷凝装置经管道与低压蒸发装置连接及经管道与淡水收集装置连接；低压蒸发室经蒸汽管道与抽气装置相连接及经管道与盐水排放装置连接，抽气装置经蒸汽管道与蒸汽冷凝装置连接，太阳能发电装置通过电能储存装置为抽气装置提供电能，风能利用装置为抽气装置提供动力在低压条件下利用太阳能和风能进行海水淡化。本发明清洁环保，节能高效，解决临海城市和远离大陆的岛屿淡水紧缺问题。

Description

一种太阳能风能低压海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能和风能进行海水淡化的装置，尤其涉及一种在运作中不产生对环境的负面影响，并且适合在临海城市、岛礁等海水资源丰富的地方使用的海水淡化处理装置。

背景技术

我国是一个水资源严重短缺的国家。目前，我国工业化、城镇化的加快，致使淡水污染严重。随着淡水资源的日益枯竭，一些城市面临着淡水严重短缺的问题，尤其是资源型缺水的临海城市。为了解决淡水短缺的问题，科学研究采用海水淡化和污水处理的方法以满足国家对淡水的需求。而污水处理的耗能较大，成本较高，而生产出的淡水水质偏低，于是，海水淡化是解决我国，特别是沿海地区，淡水紧缺问题的重要途径。目前，海水淡化方法主要有：传统蒸馏法，电渗析法，冻结法，反渗透法和溶剂萃取法等。它们普遍存在着能源和物质资源消耗量大、成本高等弊端。

太阳能作为一种清洁环保、储备充足的能源受到广泛欢迎，而由于存在不稳定性、能量密度较低和成本较高的问题，使太阳能的利用受到一定限制。风能也是一种洁净能源，但是由于风能具有地域性和季节性，所以很难将其推广。

众所周知，目前能够适用于岛屿生活海水处理的装置很少，不能够解决岛礁淡水严重缺乏的问题，直接限制着我国在岛礁驻军，从而造成南海岛礁问题日益恶化，南海海域岛礁屡屡受到非法的侵占，渔民人身财产安全受到威胁，间接影响维护南海海域的领土完整和民众安全。因而适用岛礁的海水淡化装置尤其重要。

发明内容

本发明提供一种能够充分利用太阳能和风能对海水进行淡化处理的太阳能风能低压海水淡化装置。本发明清洁环保，节能高效，自动化程度高，克服了现有技术的不足及解决目前临海城市和远离大陆的岛屿淡水紧缺问题。

本发明的技术方案是：本发明的太阳能风能低压海水淡化装置，包括电能储存装置、抽气装置、风能利用装置、太阳能发电装置、低压蒸发室、盐水排放装置、淡水收集装置、蒸汽冷凝装置和过滤装置,其中过滤装置经管道与蒸汽冷凝装置相连接，蒸汽冷凝装置经管道与低压蒸发室相连接及经管道与淡水收集装置相连接；低压蒸发室经蒸汽管道与抽气装置相连接及经管道与盐水排放装置相连接，抽气装置经蒸汽管道与蒸汽冷凝装置相连接，太阳能发电装置通过电能储存装置为抽气装置提供电能，风能利用装置为抽气装置提供动力。

上述低压蒸发室包括有水槽、蒸发室、海绵、蒸发面，其中蒸发室的顶部及侧壁装设有若干透明板, 水槽装设在蒸发室的底部，且蒸发室的一侧与水槽相通，蒸发室的底部装设有蒸发面，蒸发面上铺设有海绵，海绵的底部通过建筑垫物1托住并支承在建筑物的顶部，海绵的低端连接水槽。

上述海水过滤装置包括有过滤网、过滤室、截水堰、海水贮存室，其中过滤网设置在过滤室的进水端口，海水贮存室中设有进水口及出水口，过滤室与海水贮存室之间由截水堰分开。

上述低压蒸发装置的出水口经管道与盐水排放装置相连接，出水口处设有杠杆锁水装置，杠杆锁水装置包括有活门、重锤,活门装设在出水口上，活门与重锤之间设有支点，活门与重锤及支点构成杠杆机构。

本发明利用太阳能和风能驱动抽气机运转后，对低压蒸发室抽气，为海水蒸发提供低压环境。在大气压的作用下，通过管道将海水贮存室的海水吸到蒸汽冷凝器中，然后将海水从蒸汽冷凝器吸到低压蒸发室，利用海水在低压常温下蒸发来吸收周围环境的热量，并利用太阳能对进入低压蒸发室里面的海水加热，蒸发出来的蒸汽通过抽气机抽进蒸汽冷凝装置，冷凝成水并放出大量热量，再对冷凝水进行收集，排到淡水收集装置，最后在收集装置中杀菌和消毒。

此外，本发明过滤装置是由过滤室和海水贮存室组成。涨潮时，海水先经过过滤网进到过滤室，随着过滤室的海水水位升高，高于截水墙后，海水流进海水贮存室。由于低压蒸发室处在低压状态，海水通过浮标式的进水口进入蒸汽冷凝装置，使用浮标式的进水口的目的是：利用海水贮存室中上层海水较高温度的热量，增加海水内能，从而提高蒸发速率。

另外，本发明蒸汽冷凝器是从海水贮存室进来的海水与从低压蒸发室抽出来的蒸汽进行热交换的装置。它是一种采用逆流管壳式的热交换器，其中蒸汽走壳层，海水走管层。

本发明低压蒸发室是一个密封性良好的蒸发装置，从低压蒸发室产生的蒸汽通过抽气机进入蒸汽冷凝器。从蒸汽冷凝器出来的海水进入低压蒸发室的水槽，通过均匀铺盖蒸发面上的海绵，迅速提高海水温度，从而提高太阳能的利用效率和提高海水蒸发速率。低压蒸发室的水槽底面采用斜面，进水口在水槽底面的高端，且高于水槽底面，出水口水槽底面的低端，且低于水槽底面，有利于排掉蒸发过程析出的盐。

从冷凝装置排出的水进入淡水收集装置，在淡水收集装置中，布置有紫外线灯和光催化网，利用紫外线和光催化对淡水进行消毒杀菌，并抑制储存装置中藻类的生长。在出水口处放置有供储存的经过消毒处理的储存罐。从低压蒸发室出来的浓盐水通过排水装置排走。本发明盐水排水装置是一个排放浓度较大海水的装置，由活门、固定支点、重锤组成。当盐水浓度到达一定的浓度，根据杠杠原理，活门会自动打开，排出浓盐水。这种设计不需要耗费额外的能量复杂的机器，达到节能环保、简化设备的目的。

本发明是一种是利用风能、太阳能等自然能源进行海水淡化，清洁环保，节能高效，自动化程度高。能够有效解决临海城市及岛礁军民的淡水供给问题。

附图说明

图1是本发明太阳能风能低压蒸发装置的原理图。

图2是本发明中低压蒸发室的结构示意图。

图3是本发明中低压蒸发室的侧视图。

图4是本发明中的蒸汽冷凝器的进口结构示意图。

图5是本发明中的海水过滤装置的结构示意图。

图6是本发明中的盐水排放装置的结构示意图。

图7是本发明中的淡水收集装置的结构示意图。

具体实施方式

以下针对本发明的实施方式，结合附图对本装置进行进一步说明。

本发明的太阳能风能低压海水淡化装置的原理图如图1所示，包括电能储存装置、抽气装置、风能利用装置、太阳能发电装置、低压蒸发室、盐水排放装置、淡水收集装置、蒸汽冷凝装置和过滤装置,其中过滤装置经管道与蒸汽冷凝装置相连接，蒸汽冷凝装置经管道与低压蒸发室相连接及经管道与淡水收集装置相连接；低压蒸发室经蒸汽管道与抽气装置相连接及经管道与盐水排放装置相连接，抽气装置经蒸汽管道与蒸汽冷凝装置相连接，太阳能发电装置通过电能储存装置为抽气装置提供电能，风能利用装置为抽气装置提供动力。上述抽气装置利用所述太阳能发电装置和风能利用装置所产生的能源共同驱动所述抽气装置的运行，互为补充，以减少能源利用的不稳定性。

上述低压蒸发室的结构示意图如图2所示，包括有水槽5、蒸发室2、海绵10、蒸发面9，其中蒸发室2的顶部及侧壁装设有若干透明板4, 水槽5装设在蒸发室2的底部，且蒸发室2的一侧与水槽5与相通，蒸发室2的底部装设有蒸发面9，蒸发面9上铺设有海绵10，海绵10的底部通过建筑垫物1托住并支承在建筑物8的顶部，海绵10的低端连接水槽5。

上述若干透明板4的相邻透明板之间或者透明板4和建筑垫物1之间通过密封垫密封，并通过螺栓固定，可以定时拆下螺栓，对密封蒸发室2进行除污渍，清除结垢的盐和对海绵10的清洗。

上述海绵10为黑色海绵。

太阳光通过透明板4对在黑色海绵10加热，使海绵10表面上的海水蒸发，海绵10下部从水槽吸收海水来补充蒸发出来的海水；可以根据岛礁楼房建筑物5来确定每个蒸发室2的面积大小，其面积大小不能超4×4m²，再根据岛礁日需要的淡水量确定蒸发室2的个数，可以将蒸发室串联起来，蒸发室2的个数过多时，应当对应增加抽气机的上述低压蒸发装置的蒸发室2顶部设有蒸汽出口3，蒸汽出口3和抽气装置之间由蒸汽管道连接；抽气装置不断地将蒸发出来的蒸汽抽取出来，为低压蒸发装置提供低压环境。本实施例中，上述低压蒸发装置的水槽5的底部高度高于过滤装置中的海水贮存室的底面10m。

上述抽气装置的出口和蒸汽冷凝装置的进口之间由蒸汽管道连接，在蒸汽冷凝装置壳层内的压力比低压蒸发室内的压力高，有部分蒸汽冷凝成淡水，一部分经过蒸汽冷凝装置内的热交换后冷凝成淡水，最后剩下没有被冷凝的蒸汽将经过淡水收集装置全部冷凝，上述蒸汽冷凝装置管层的出口和低压蒸发室底部海水进口之间由管道连接，低压蒸发室的最低点的高度比蒸汽冷凝装置的海水出水口高，由于低压蒸发室内的压力比蒸汽冷凝装置管层内的压力低，蒸汽冷凝装置管层内的海水被吸进低压蒸发室内。本实施例中，本发明抽气装置是一个为低压蒸发室提供低压条件和抽走蒸发出来的蒸汽的装置。有两台抽气机，一台是由风力机通过传送机构直接带动，另外一台由太阳能发电装置带动抽气机运转。使太阳能和风能互为补充为抽气机提供稳定的能源动力。

本实施例中，上述密封蒸发室2中的水槽5的底面是一个斜角为5ɑ～7ɑ的斜面；密封蒸发室2底部的蒸发面9是一个斜角为3ɑ～5ɑ的倾斜面，太阳光通过透明板4对在黑色海绵10加热，使海绵10表面上的海水蒸发，海绵10下部从水槽吸收海水来补充蒸发出来的海水；可以根据岛礁楼房建筑物5来确定每个蒸发室2的面积大小，其面积大小不能超4×4m²，再根据岛礁日需要的淡水量确定蒸发室2的个数，可以将蒸发室串联起来，蒸发室2的个数过多时，应当对应增加抽气机的个数。此外，上述水槽5的底面高端连接有海水的进口6和低端连接浓盐水的出口7，其中进口6末端比高端高15cm，如图3所示。

本实施例中，上述蒸汽冷凝装置的进口采用渐扩式管口42，蒸汽从蒸汽管道43流进渐扩式管口42，再流进蒸汽冷凝器41；渐扩式管口42的窄端端口内径大小设计与蒸汽管道43内径一致，渐扩式管口42的宽端端口内径大小设计换热器进口端内径一致；接口处都采用螺栓固定，如图4所示。

本实施例中，上述用于过滤海水的过滤装置的结构示意图如图5所示，包括有过滤网51、过滤室52、截水堰53、海水贮存室57，其中过滤室52的进水端口设有过滤网51，过滤室52与海水贮存室57之间由截水堰53分开，海水贮存室57中设有进水口58及出水口56。

此外，上述用于过滤海水的过滤装置与蒸汽冷凝装置通过出水口56及软管55相连接，软管55处设有浮标54，浮标54的位置接近于软管低端，浮标54浮于水面，从而软管的低端处于水面之下，从而可以吸取表面温度稍高的海水。上述蒸汽冷凝装置的海水进口安装高度比过滤装置的海水出口高度高，由于蒸汽冷凝装置管层的压力低于一个大气压压力，故在过滤装置内的海水被吸进蒸汽冷凝装置管层内。

本实施例中，上述截水堰53的顶面高度低于涨潮时最高点平均高度的海面30～50cm；过滤室52的进水口高度根据潮落时的海面最低高度来确定；海水贮存室57中所设的进水口58是浮标式进水口，保持进水口端处低于海水贮存室57内水面20cm，以便能够不断吸上海水贮存室57内海水上层温度较高的海水；海水贮存室57的地面必须低于密封蒸发室的水槽的进水口端10m。海水贮存室57的作用是能够连续不断地保持提供海水；海水过滤装置是一个不论是在潮落时，还是潮涨时都能够提供海水的装置。

本实施例中，上述低压蒸发室的出水口61经管道与盐水排放装置相连接，出水口61处设有杠杆锁水装置，杠杆锁水装置包括有活门62、重锤64,活门62装设在出水口61上，活门62与重锤64之间设有支点63，活门62与重锤64及支点63构成杠杆机构，随着盐水浓度的增加，活门62处的压力会增大，当压力大于重锤64的重力时，活门62会打开，排水有一定的速度，冲击活门62，活门62会进一步打开，排出浓盐水；当活门62处压力小于重锤64时，活门62关闭。如图6所示。上述低压蒸发室的出水口61设置在水槽的低端，上述盐水排水装置的进水管连接低压蒸发室的出水口61，使析出的盐滑到盐水排水装置的排水管中，并在排水管中积集起来；本实施例中，可在排水管下端安装盐水浓度监测器和排水泵。

本实施例中，上述淡水收集装置的结构示意图如图7所示，淡水收集装置包括有壳体72、引流隔板71、光催化网73、紫外线灯74，其中壳体72所设的中空腔体内设有将中空腔体分隔为若干区域的若干引流隔板71，若干引流隔板71使水流呈“之”字形流动，中空腔体的若干区域内设有光催化网73及紫外线灯74，进水口75、出水口75，淡水从进水口75流入，由于引流隔板71的存在，水流呈“之”字形流动，使水多次通过排列的光催化网73，使淡水与之充分接触，从而使光催化效果达到最好。由于紫外线及光催化效应的双重作用，淡水中的细菌及藻类大为减少，达到消毒灭藻的目的。而且此过程极为高效、环保、节能。

本实施例中，上述淡水收集装置中的紫外线灯74与光催化网73间隔平行排列，引流隔板71垂直于光催化网73的方向放置。本发明除了蒸汽管道以外的管道均采取耐高温的塑料管道。

本发明的工作原理是：海水通过过滤网51进入过滤装置，海水在大气压的作用下先从过滤装置进入蒸汽冷凝装置，接着从蒸汽冷凝装置进入低压蒸发室中，最后通过盐水排放装置将蒸发剩下的浓盐水排放掉，从蒸汽冷凝装置蒸发出来的蒸汽在抽气装置的抽气作用下进入蒸汽冷凝装置，并在蒸汽冷凝装置冷凝成水，通过淡水收集装置来收集。

本发明利用太阳能发电和风能来驱动抽气装置，抽走低压蒸发装置内的蒸发出来的蒸汽，将蒸汽输送到蒸汽冷凝装置冷凝，通过热交换充分利用冷凝放出来的潜热来加热进来的海水。它充分利用太阳能和风能的互补性，来解决太阳能和风能单一利用的不稳定性，能够为海水淡化装置提供足够和相对稳定的能源动力。

Claims (9)

1.一种太阳能风能低压海水淡化装置，其特征在于包括电能储存装置、抽气装置、风能利用装置、太阳能发电装置、低压蒸发室、盐水排放装置、淡水收集装置、蒸汽冷凝装置和过滤装置,其中过滤装置经管道与蒸汽冷凝装置相连接，蒸汽冷凝装置经管道与低压蒸发室相连接及经管道与淡水收集装置相连接；低压蒸发室经蒸汽管道与抽气装置相连接及经管道与盐水排放装置相连接，抽气装置经蒸汽管道与蒸汽冷凝装置相连接，太阳能发电装置通过电能储存装置为抽气装置提供电能，风能利用装置为抽气装置提供动力；上述蒸汽冷凝装置的进口采用渐扩式管口，蒸汽从蒸汽管道流进渐扩式管口，再流进蒸汽冷凝器；渐扩式管口的窄端端口内径大小与蒸汽管道的内径一致，蒸汽冷凝装置与换热器连接，渐扩式管口的宽端端口内径大小与换热器进口端内径一致；接口处都采用螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述低压蒸发室包括有水槽、蒸发室、海绵、蒸发面，其中蒸发室的顶部及侧壁装设有若干透明板, 水槽装设在蒸发室的底部，且蒸发室的一侧与水槽相通，蒸发室的底部装设有蒸发面，蒸发面上铺设有海绵，海绵的底部通过建筑垫物托住并支承在建筑物的顶部，海绵的低端连接水槽。

3.根据权利要求2所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述若干透明板的相邻透明板之间或者透明板和建筑垫物之间通过密封垫密封，上述海绵为黑色海绵。

4.根据权利要求2所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述低压蒸发室的蒸发室顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口和抽气装置之间由蒸汽管道连接；上述低压蒸发室的水槽的底部高度高于过滤装置中的海水贮存室的底面10m；上述水槽的底面高端连接有海水的进口和低端连接浓盐水的出口，其中进口末端比高端高15cm。

5.根据权利要求2所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述蒸发室中的水槽的底面是一个斜角为5ɑ～7ɑ的斜面；密封蒸发室底部的蒸发面是一个斜角为3ɑ～5ɑ的倾斜面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述过滤装置包括有过滤网、过滤室、截水堰、海水贮存室，其中过滤网设置在过滤室的进水端口，海水贮存室中设有进水口及出水口，过滤室与海水贮存室之间由截水堰分开。

7.根据权利要求6所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述过滤装置与蒸汽冷凝装置通过出水口及软管相连接，软管处设有浮标，浮标的位置装设在软管的低端，浮标浮于水面。

8.根据权利要求7所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述低压蒸发室的出水口经管道与盐水排放装置相连接，出水口处设有杠杆锁水装置，杠杆锁水装置包括有活门、重锤,活门装设在出水口上，活门与重锤之间设有支点，活门与重锤及支点构成杠杆机构。

9.根据权利要求8所述的太阳能风能低压海水淡化装置, 其特征在于上述淡水收集装置包括有壳体、引流隔板、光催化网、紫外线灯，其中壳体所设的中空腔体内设有将中空腔体分隔为若干区域的若干引流隔板，若干引流隔板使水流呈“之”字形流动，中空腔体的若干区域内设有光催化网及紫外线灯，壳体的侧壁设有进水口；上述紫外线灯与光催化网间隔平行排列，引流隔板垂直于光催化网的方向放置。