CN103641194A - 一种太阳能海水浓缩淡化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能海水浓缩淡化装置和方法，主要包括风机、聚光太阳能空气加热器、蒸发器、漂浮式吸水布转盘和冷凝器。利用吸水布网主动形成微观蒸发环境，热空气通过浸没在蒸发器中的漂浮式吸水布转盘完成快速蒸发，吸水布在蒸发过程中会形成密度差，使漂浮式吸水布转盘在蒸发器中靠重心偏移自动旋转，实现蒸发过程的连续运行。由于蒸发过程不受沸点升高、碳酸钙和氢氧化镁等无机盐结垢影响，可以实现海水多至四倍的浓缩蒸发。可用于海水淡化、盐场太阳能晒盐和无机物废水的浓缩处理。与一般蒸馏蒸发和反渗透技术相比，其处理不受水中含盐量影响，装置可处理海水／苦咸水直到高浓度含盐水体。

Description

一种太阳能海水浓缩淡化装置和方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能热利用装置，特别涉及一种利用水分在热空气中的扩散和蒸发装置和方法。
背景技术
目前，太阳能海水浓缩淡化技术在沿海地区和岛屿淡水提供中起了积极作用，其基本过程就是将海水中的水分子或蒸发或通过膜法将水分子聚集后进行淡水收集。浓缩伴随着淡化过程，目标不同，侧重点不同，淡化过程关注淡水回收率，而浓缩过程更关注浓缩倍数。在太阳能热利用应用海水应用技术中，海水淡化属于前者，而太阳能晒盐属于后者。一般太阳能海水淡化技术是将太阳能集热和海水淡化技术相集成，即太阳能集热的介质直接或间接加热海水产生蒸汽，作为多级闪蒸或多效蒸馏的蒸汽源。
增湿-脱湿技术由传统的太阳能蒸馏淡化发展而来，普通太阳能蒸馏器的热效率通常在45％以下，这是因为蒸发与冷凝过程在同一空间内进行，冷凝潜热几乎全部通过玻璃盖板散失到周围环境中。针对太阳能蒸馏器的这些不足，增湿-脱湿技术以流动的空气作为水蒸汽的载体，并将蒸发室与冷凝室分离，使其温度可以独立控制，空气在蒸发室中被汽化的海水增湿，携带一定量的水蒸汽后进入冷凝室中去湿，冷凝得到淡水，冷凝潜热一般通过预热进料海水进行回收。增湿-脱湿技术主要的优点是其依靠空气的携带水分能力完成水分子的相际转移，工艺运行简单，但是效率较低。特别是太阳能辐照的不稳定性和不连续性，用热容大的介质(比如硅油)加热时需要很长的启动时间，如果太阳能真空蒸馏法海水淡化没有其他外加能源的匹配，开启到稳定运行需要较长时间。而一般的空气介质增湿-脱湿太阳能海水淡化则由于效率较低，成本较高。
发明内容
为解决公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种太阳能海水浓缩淡化装置和方法，利用太阳能加热空气，热空气充分与海水接触，在水分子蒸发和扩散过中需要吸收热量，通常的加湿脱湿技术在宏观尺度进行，能量有效利用率低。将二维蒸发变成三维蒸发，连续性假定就不再有效，因为此时液滴的尺寸与其组成分子的尺寸仅大几个量级，液滴分子的结构和物理性质不能再被忽略。从数学的观点看，此量级上许多变量，如密度、温度等失去了空间和时间连续性的特点。液滴的表面张力与平面不同，水的蒸发热和表面张力与温度有关，微观尺度的水分子蒸发更快速，需要的能量也会更低。而吸水布的存在使海水溶液自发形成微观环境。与一般微观蒸发不同的是，漂浮式吸水布转盘保证在吸水布上不会形成固体结晶，只是利用含盐不同导致密度不同造成自动旋转，保证蒸发过程连续进行。液体比重到一定数值时，浓盐水可以排出，这时自动补充海水到设定液面。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是提供一种太阳能海水浓缩淡化装置，该装置包括风机、聚光太阳能空气加热器、蒸发器和冷凝器；所述聚光太阳能空气加热器的集热管是两端相通的；所述蒸发器设有漂浮式吸水布转盘、与水箱相连的浮球阀以及浓盐水排放阀；所述聚光太阳能空气加热器和蒸发器通过管道相连，蒸发器和冷凝器也通过管道相连；所述漂浮式吸水布转盘是可以旋转的转动体，不限于圆形形状，其吸水布材料的布置可以是多层的；所述漂浮式吸水布转盘包括固定吸水布支架、转轴、漂浮支撑轴向支架、固定吸水布条和漂浮支撑径向支架，所述漂浮式吸水布转盘的固定吸水布条一端固定，其余部分可以自由卷缩；所述漂浮式吸水布转盘的材料可以是无机纤维，也可以是有机合成纤维；所述的冷凝器可以用来预热海水，也可用其它介质进行冷却。
本发明同时还提供一种上述太阳能海水浓缩淡化装置的海水浓缩淡化方法。本发明的目的是提供一种既可以高效率将海水中的淡水利用，又可以回用高浓度盐水，为海水淡化零排放提供可行性方案。
本发明太阳能海水浓缩淡化方法为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种根据权利要求1所述的太阳能海水浓缩方法，其过程是：风机将空气送入聚光太阳能空气加热器加热成高温热空气，高温热空气进入设有漂浮式吸水布转盘、浮球阀和浓盐水排放阀的蒸发器中快速变成饱和湿空气；含有固定吸水布支架、转轴、漂浮支撑轴向支架、固定吸水布条和漂浮支撑径向支架的漂浮式吸水布转盘使水分汲取到吸水布，形成微观蒸发环境，促进水分快速、高效扩散到空气中，形成高温饱和湿空气；由于漂浮式吸水布转盘吸水布中的溶液水分蒸发程度不同，造成密度不同，漂浮式吸水布转盘会自动转动，可以防止固体结晶在吸水布上的长时间存在，保证系统稳定、连续运行，通过漂浮式吸水布转盘的热空气高效、快速变成饱和湿空气；饱和湿空气进入冷凝器后大部分水蒸气冷凝变成淡水，其余的随低温饱和空气排出系统；水箱通过浮球阀与蒸发器相通，浮球阀控制蒸发器中的液位。
本发明的效果是：利用太阳能加热空气，配以漂浮式吸水布转盘可以保证蒸发浓缩过程的连续性，在高效利用热空气携带水分的同时，可以将海水的浓缩倍数提高，这是其他热法蒸馏和膜法淡化无法比较的。浓缩淡化过程无需添加任何添加剂，利用太阳能作为主要能源。
附图说明
图1是本发明太阳能海水浓缩淡化装置结构示意图；
图2是图1中部件6漂浮式吸水布转盘主视图；
图3是图1中部件6漂浮式吸水布转盘侧视图。
图中：
1、风机  2、聚光太阳能空气加热器  3、水箱  4、浮球阀  5、蒸发器
6、漂浮式吸水布转盘  7、冷凝器  8、浓盐水排放阀  9、固定吸水布支架
10、转轴  11、漂浮支撑轴向支架  12、固定吸水布条  13、漂浮支撑径向支架
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的一种太阳能海水浓缩淡化装置和方法详细加以说明。
本发明的原理：利用微观蒸发的快速性和节能性，并利用不同浓度溶液密度不同利用设置在装盘外面的固定长条布条的吸水和水分蒸发造成的密度不同，从而出现重心偏移促使转盘自转，保证蒸发过程的连续性。同时，利用聚光太阳能提供高温热空气作为水分的载体。
如图1、图2、图3所示，本发明的一种太阳能海水浓缩淡化装置，该装置包括该装置包括风机1、聚光太阳能空气加热器2、蒸发器5和冷凝器7，所述蒸发器5设有漂浮式吸水布转盘6、与水箱3相连的浮球阀4和浓盐水排放阀8，所述聚光太阳能空气加热器2和蒸发器5通过管道相连，蒸发器5和冷凝器7也通过管道相连。所述的聚光太阳能空气加热器2的集热管是两端相通的。所述的漂浮式吸水布转盘6是可以旋转的转动体，不限于圆形形状，其吸水布材料的布置可以是多层的，包括固定吸水布支架9、转轴10、漂浮支撑轴向支架11、固定吸水布条12和径向支架13；所述固定吸水布条12一端固定，其余部分可以自由卷缩。所述漂浮式吸水布转盘6的材料可以是无机纤维，也可以是有机合成纤维。所述的冷凝器7可以用来预热海水，也可用其它介质进行冷却。
利用上述浓缩淡化装置的海水浓缩淡化方法的过程是：风机1将空气送入聚光太阳能空气加热器2加热成高温热空气，高温热空气进入设有漂浮式吸水布转盘6、浮球阀4和浓盐水排放阀8的蒸发器5中快速变成饱和湿空气；含有固定吸水布支架9、转轴10、漂浮支撑轴向支架11、固定吸水布条12和漂浮支撑径向支架13的漂浮式吸水布转盘6使水分汲取到吸水布，形成微观蒸发环境，促进水分快速、高效扩散到空气中，形成高温饱和湿空气。饱和湿空气进入冷凝器7后大部分水蒸气冷凝变成淡水，其余的随低温饱和空气排出系统。水箱3通过浮球阀4与蒸发器5相通，浮球阀4控制蒸发器5中的液位。
实施例1
本发明的一种太阳能海水浓缩淡化装置，风机1空气流量120m3／h，聚光太阳能空气加热器2为槽式聚光集热器，吸热管内径为100mm，聚光器焦距为270mm，有效集热面积50m2，蒸发器5特征尺寸为长2000mm、宽1500mm、高1500mm，冷凝器7为管式冷凝器，所述蒸发器5设有漂浮式吸水布转盘6的外层直径1000mm，分3层，径向均匀布置15道吸水布，还设有浮球阀4和浓盐水排放阀8，所述聚光太阳能空气加热器2和蒸发器5通过Ф100mm管道相连，蒸发器5和冷凝器7也通过Ф100mm管道相连。所述的聚光太阳能空气加热器2的集热管是两端相通的。所述的漂浮式吸水布转盘6是可以旋转的转动体，不限于圆形形状，其吸水布材料的布置可以是多层的，包括固定吸水布支架9、转轴10、漂浮支撑轴向支架11、固定吸水布条12和径向支架13。所述固定吸水布条12一端固定，每条长度1200mm，其余部分可以自由卷缩。所述漂浮式吸水布转盘6的材料可以是高分子吸水纤维。所述的冷凝器7用来预热海水，海水原始温度20℃。
实施例2
本发明的一种太阳能海水浓缩淡化方法，风机1将空气送入聚光太阳能空气加热器2加热成120℃的高温热空气，高温热空气进入设有漂浮式吸水布转盘6、浮球阀4和浓盐水排放阀8的蒸发器5中，含有固定吸水布支架9、转轴10、漂浮支撑轴向支架11、固定吸水布条12和漂浮支撑径向支架13的漂浮式吸水布转盘6使水分汲取到吸水布，形成微观蒸发环境，促进水分快速、高效扩散到空气中，形成高温饱和湿空气，漂浮式吸水布转盘6的材料为高分子吸水纤维。浓盐水浓度控制在150000mg/L，漂浮式吸水布转盘6会由于吸水布条12不同部位的含盐浓度不同而自动转动，饱和湿空气进入冷凝器7后大部分水蒸气冷凝变成淡水，冷凝器7出水含盐量为210mg／L，其余的随低温饱和空气排出系统，排空气体温度为35℃。水箱3通过浮球阀4与蒸发器5相通，浮球阀4控制蒸发器5中的液位。

Claims (8)

1.一种太阳能海水浓缩装置，其特征是：该装置包括风机(1)、聚光太阳能空气加热器(2)、蒸发器(5)和冷凝器(7)，所述蒸发器(5)设有漂浮式吸水布转盘(6)、与水箱(3)相连的浮球阀(4)以及浓盐水排放阀(8)，所述聚光太阳能空气加热器(2)和蒸发器(5)通过管道相连，蒸发器(5)和冷凝器(7)也通过管道相连。
2.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：聚光太阳能空气加热器(2)的集热管是两端相通的。
3.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：漂浮式吸水布转盘(6)是可以旋转的转动体，不限于圆形形状，其吸水布材料的布置可以是多层的。
4.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：漂浮式吸水布转盘(6)包括固定吸水布支架(9)、转轴(10)、漂浮支撑轴向支架(11)、固定吸水布条(12)和漂浮支撑径向支架(13)。
5.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：漂浮式吸水布转盘(6)的固定吸水布条(12)一端固定，其余部分可以自由卷缩。
6.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：漂浮式吸水布转盘(6)的材料可以是无机纤维，也可以是有机合成纤维。
7.按照权利要求1所述的太阳能浓海水浓缩淡化装置，其特征是：所述的冷凝器(7)可以用来预热海水，也可用其它介质进行冷却。
8.一种根据权利要求1所述的太阳能海水浓缩方法，其特征是：风机(1)将空气送入聚光太阳能空气加热器(2)加热成高温热空气，高温热空气进入设有漂浮式吸水布转盘(6)、浮球阀(4)和浓盐水排放阀(8)的蒸发器(5)中快速变成饱和湿空气；含有固定吸水布支架(9)、转轴(10)、漂浮支撑轴向支架(11)、固定吸水布条(12)和漂浮支撑径向支架(13)的漂浮式吸水布转盘(6)使水分汲取到吸水布，形成微观蒸发环境，促进水分快速、高效扩散到空气中，形成高温饱和湿空气；饱和湿空气进入冷凝器(7)后大部分水蒸气冷凝变成淡水，其余的随低温饱和空气排出系统；水箱(3)通过浮球阀(4)与蒸发器(5)相通，浮球阀(4)控制蒸发器(5)中的液位。
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