CN104628067A - 太阳能海水淡化装置、灶具联合装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能海水淡化装置、灶具联合装置及其使用方法，其中太阳能海水淡化装置包括：太阳能集热器，将太阳的辐射能转换为热能对循环介质加热以提供热源；海水蒸发器，以太阳能集热器提供的循环介质作为热源对海水加热产生蒸汽；太阳能泵站，实现循环介质在太阳能集热器与海水蒸发器之间循环；膨胀罐，与太阳能泵站连接，通过储存或释放循环介质来调节循环介质在循环通路中的压力变化；冷凝器，对海水蒸发器输送来的蒸汽冷却形成淡水；海水存储容器，存储海水，通过海水供给泵将存储的海水提供给冷凝器作为冷却水；光伏组件，将太阳能转化为电能为用电设备提供电能。本发明仅通过太阳能即可快速实现海水淡化。

Description

太阳能海水淡化装置、灶具联合装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能海水淡化装置、灶具联合装置及其使用方法。

背景技术

现有的海水淡化装置多采用电力或内燃机等提供热源，不但耗费不可再生资源而且在某些偏远地区可能无法使用。太阳能的利用不但节约不可再生能源，而且利用比较方便。但传统的太阳能海水淡化装置多采用盘式太阳能蒸馏器生产淡水，这种蒸馏器靠海水的自然蒸发，遇冷凝结成淡水，传热速率较慢，无论单位面积的产水量还是能量的利用率都是很低的。

传统的太阳能分体承压系统采用强制循环供热，传热速率较快，但目前只能产生热水，供用户洗浴用，用法单一，不能满足用户的多种需求，而且系统容易产生过热现象。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种太阳能海水淡化装置、灶具联合装置及其使用方法，主要目的是通过太阳能快速实现海水淡化。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化装置，包括：

太阳能集热器，将太阳的辐射能转换为热能对循环介质加热以提供热源；

海水蒸发器，以太阳能集热器提供的循环介质作为热源对海水加热产生蒸汽；

太阳能泵站，实现循环介质在太阳能集热器与海水蒸发器之间循环；

膨胀罐，与太阳能泵站连接，通过储存或释放循环介质来调节循环介质在循环通路中的压力变化；

冷凝器，对海水蒸发器输送来的蒸汽冷却形成淡水；

海水存储容器，存储海水，通过海水供给泵将存储的海水提供给冷凝器作为冷却水；

光伏组件，将太阳能转化为电能为用电设备提供电能。

作为优选，所述太阳能泵站设于海水蒸发器至所述太阳能集热器的进口之间的循环通路上。

作为优选，所述作为冷却水的海水经过冷凝器换热后通过第一支路提供给海水蒸发器生成蒸汽，通过第二支路返回至海水存储容器，所述第一支路和第二支路上分别设有阀门。

作为优选，所述第二支路的端部设有喷淋器，所述喷淋器位于海水存储容器的上方，所述海水经过冷凝器换热后经喷淋器喷洒散热后返回至海水存储容器。

作为优选，所述海水蒸发器包括壳体和设于壳体内的蒸发换热器，所述蒸发换热器的入口与太阳能集热器的出口连接，所述蒸发换热器的出口与太阳能集热器的进口连接，所述壳体上设有海水补充口，所述海水补充口与第一支路连接，所述壳体的顶部设有蒸汽出口,产生的蒸汽通过蒸汽出口输送至冷凝器。

作为优选，所述海水蒸发器的壳体包括外壳、内胆和填充于外壳与内胆之间的保温层。

作为优选，所述冷凝器的底部设有淡水出口，顶部设有不凝气出口，所述冷凝器的蒸汽入口与海水蒸发器连接，所述冷凝器的换热器内的海水与蒸汽换热后输送至海水蒸发器或返回至海水存储容器，所述不凝气出口连接有真空泵，所述真空泵对冷凝器和海水蒸发器内部抽真空。

作为优选，所述光伏组件包括光伏板、与光伏板连接的蓄电池和与蓄电池连接的控制器，通过所述控制器为用电设备供电。

另一方面，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化和灶具联合装置，包括太阳能海水淡化装置，所述太阳能海水淡化装置为上述海水淡化装置，还包括蒸煮锅，所述蒸煮锅的加热腔的入口与所述太阳能集热器的出口连接，所述蒸煮锅的加热腔的出口与所述太阳能集热器的进口连接，所述太阳能集热器的出口连接海水蒸发器的支路及连接蒸煮锅的支路上分别设有阀门。

另一方面，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化和灶具联合装置的使用方法，有太阳时，太阳能集热器对循环介质加热，光伏组件将太阳能转化为电能，具体步骤如下：

当使用海水淡化模式时，首先将海水注入到海水蒸发器内，至设计液位，经太阳能集热器加热的循环介质在太阳能集热器与海水蒸发器直接循环对海水蒸发器内的海水加热产生蒸汽，蒸汽输送至冷凝器内；同时海水供给泵将存储的海水提供给冷凝器作为冷却水对蒸汽降温，使其冷凝成液态水；作为冷却水的海水在冷凝器内与蒸汽热交换后经过喷淋器喷淋散热后返回海水存储容器或补充进海水蒸发器以保持海水蒸发器内海水在设计水位；在海水淡化过程中开启真空泵，使冷凝器和海水蒸发器内压力逐渐下降，以降低汽化温度；当冷凝器内的淡水水位升至设计水位时，停止真空泵，并使冷凝器和海水蒸发器连通大气，等内外压力平衡后，将冷凝水放至淡水容器中，从而实现装置的海水淡化功能，同时，放掉海水蒸发器中浓缩的盐水；

冷凝水和浓缩的盐水放完后，重复以上步骤运行进行海水淡化；

使用灶具模式时，首先在蒸煮锅内加入适量淡水，盖上锅盖，然后使循环介质在太阳能集热器与蒸煮锅之间循环，循环介质将蒸煮锅内的水温升至100℃时，开始沸腾，将食物放在锅内，可实现装置的蒸煮功能，食品蒸煮完毕后，将锅内的水放掉。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的太阳能海水淡化装置可以快速实现海水淡化，不需要额外能源，完全采用太阳能，可以在偏远地区及无其他能源可用的地区使用。太阳能分体承压系统中，将海水淡化装置与蒸煮类灶具组合起来，形成了一种既可产淡水又可蒸煮食品的联合装置，拓展了传统太阳能分体承压系统的功能，可满足用户多种需求，同时，通过切换海水淡化和灶具两种使用模式，还可避免系统过热现象的发生。

附图说明

图1是本发明实施例的太阳能海水淡化和灶具联合装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的海水蒸发器的结构示意图；

图3是本发明实施例的冷凝器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

图1是本发明实施例的太阳能海水淡化和灶具联合装置的结构示意图，图中箭头表示流体流向；参见图1，太阳能海水淡化装置，包括：

太阳能集热器21，将太阳的辐射能转换为热能对循环介质加热以提供热源；

海水蒸发器13，以太阳能集热器21提供的循环介质作为热源对海水加热产生蒸汽；

太阳能泵站19，实现循环介质在太阳能集热器21与海水蒸发器13之间循环；

膨胀罐20，与太阳能泵站19连接，通过储存或释放循环介质来调节循环介质在循环通路中的压力变化；

冷凝器2，对海水蒸发器13输送来的蒸汽冷却形成淡水；

海水存储容器6，存储海水，通过海水供给泵5将存储的海水提供给冷凝器2作为冷却水；

光伏组件，将太阳能转化为电能为用电设备提供电能。

本发明的太阳能海水淡化装置仅仅利用太阳能提供所需电能及热源，通过海水蒸发器与冷凝器联合快速实现海水淡化。

作为上述实施例的优选，太阳能泵站19设于海水蒸发器13至太阳能集热器21的进口之间的循环通路上。将太阳能泵站19设于回流通路上由于循环介质已经经过了热交换，因此循环介质的温度较低。从而降低了太阳能泵站19的工作温度。

作为上述实施例的优选，参见图1和图2，作为冷却水的海水经过冷凝器换热后返回海水存储容器6用于冷却水循环，或者供给海水蒸发器13以补充蒸发消耗，使海水蒸发器13内的海水保持在适当的液位。由于换热后的冷却水吸收了热量温度提高，可以减少蒸发所需热量。基于上述目的作为冷却水的海水经过冷凝器换热后需要通过两个支路来实现，通过第一支路提供给海水蒸发器13用于生成蒸汽，通过第二支路返回至海水存储容器6，当然控制冷却水的走向，第一支路和第二支路上分别设有阀门。本实施例中第一支路上设有第三阀门9，第二支路上设有第二阀门8。第二支路的端部设有喷淋器7，喷淋器7位于海水存储容器13的上方，作为冷却水的海水经过冷凝器换热后经喷淋器7喷洒散热后返回至海水存储容器13。由于冷却水换热后温度升高，直接返回海水存储容器13会造成冷却水温度整体升高，因此采用喷淋器7喷洒使热量快速散发到空气中，有利于保持冷却水的低温。

作为上述实施例的优选，海水蒸发器13包括壳体130和设于壳体130内的蒸发换热器131，蒸发换热器131的入口与太阳能集热器21的出口连接，蒸发换热器131的出口与太阳能集热器21的进口连接，壳体130上设有海水补充口132，海水补充口132与设有第三阀门9的第一支路连接，壳体130的顶部设有蒸汽出口133，产生的蒸汽通过蒸汽出口133输送至冷凝器2。壳体130内还设有温度传感器134用于检测壳体130内的海水温度。海水蒸发器13的底部开有浓盐水出口135，浓盐水出口135上设有第四阀门14。海水蒸发器13的壳体上还设有液位计136，通过液位计136可以观测海水蒸发器13内海水的液位。海水蒸发器13的壳体130包括外壳130a、内胆130b和填充于外壳130a与内胆130b之间的保温层130c。

作为上述实施例的优选，参见图1和图3，冷凝器2的底部设有淡水出口201，淡水出口201上设有第一阀门4，淡水出口201连接淡水储罐3；冷凝器2的顶部设有不凝气出口203，冷凝器2的蒸汽入口204与海水蒸发器13的蒸汽出口133连接，冷凝器2的换热器202的进口205与海水存储容器6连通，通过海水供给泵5将海水存储容器6内的海水供入换热器202内，换热器202内的海水与蒸汽换热后由换热器202的出口206输出，输送至海水蒸发器13或返回至海水存储容器6，不凝气出口203连接有真空泵1，真空泵1对冷凝器2和海水蒸发器13内部抽真空。同样冷凝器2上也设有液位计207，用于观测冷凝器内冷凝水(淡水)的液位。冷凝器2的换热器202和海水蒸发器13的蒸发换热器131均采用盘管换热器。光伏组件包括光伏板10、与光伏板10连接的蓄电池11和与蓄电池11连接的控制器12，通过控制器12为用电设备供电。本实施例中用电设备包括海水供给泵5、真空泵1以及太阳能泵站19。其他温度传感器等也与控制器12连接。根据需要可以在海水蒸发器13以及太阳能集热器21等上设置温度传感器。太阳能集热器21的出口上设置有排气阀22。

另一方面，参见图1，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化和灶具联合装置，该联合装置包括上述任一实施例的太阳能海水淡化装置，还包括蒸煮锅17，蒸煮锅17的加热腔的入口与太阳能集热器21的出口连接，蒸煮锅17的加热腔的出口与太阳能集热器21的进口连接，太阳能集热器21的出口连接海水蒸发器13的支路及连接蒸煮锅17的支路上分别设有阀门。本实施例中太阳能集热器21的出口连接海水蒸发器13的蒸发换热器131的支路上设有第五阀门15，太阳能集热器21的出口连接蒸煮锅17的支路上设有第六阀门16。当然，太阳能泵站19设于海水蒸发13及蒸煮锅17至太阳能集热器21的进口之间的公共通路上，以便实现循环介质在太阳能集热器21与海水蒸发13或蒸煮锅17之间的循环。可以在蒸煮锅17的底部开设排液口，排液口上设置第七阀门18，这样可以通过打开第七阀门18将蒸煮锅17内的水排掉。当然，不设置排液口，也可通过用小容器淘舀的方式将蒸煮锅17内的水淘干净。

另一方面，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化和灶具联合装置的使用方法，有太阳时，太阳能集热器对循环介质加热，光伏组件将太阳能转化为电能，具体步骤如下：

当使用海水淡化模式时，首先打开第三阀门9，关闭第二阀门8，启动海水供给泵5，海水供给泵5将海水经由冷凝器2的换热器202后注入到海水蒸发器13内，至海水达到液位计136刻度的1/2～2/3时即为适宜的液位；打开第二阀门8，关闭第三阀门9，海水从第二支路返回海水存储容器6；打开第五阀门15，关闭第六阀门16，使太阳能集热器21至海水蒸发器13之间的循环通路畅通，太阳能集热器21至蒸煮锅17之间的循环通路关闭，经太阳能集热器21加热的循环介质在太阳能泵站19的作用下循环，通过蒸发换热器131对海水加热，这时，开启真空泵1，冷凝器2和海水蒸发器13内压力逐渐下降，当海水蒸发器13中海水的温度升至其饱和温度时，海水开始大量汽化，蒸汽通过管路流入冷凝器2中，与在换热器202中流动的海水充分换热后，冷凝成液态淡水，并在冷凝器2底部储存起来；在此过程中，通过打开第三阀门9，给海水蒸发器13补充海水，保持海水蒸发器13内海水液面保持在液位计136刻度的1/2～2/3之间，这样冷凝器2中蒸汽的部分冷凝热通过补充海水带入蒸发器中，使冷凝热得到重复利用；冷凝器2中淡水的水位不断升高，当水位升至液位计207刻度的4/5时，停止真空泵1，并使系统通大气，系统内外压力平衡后，打开第一阀门4，将冷凝水放至淡水储罐3中，从而实现装置的海水淡化功能；

打开第四阀门14，放掉海水蒸发器13中浓缩的盐水，重复上一段的步骤运行即可再次进行海水淡化；

当使用灶具模式时，首先在蒸煮锅内加入适量淡水，盖上锅盖，然后打开第六阀门16，关闭第五阀门15，使太阳能集热器21至海水蒸发器13之间的循环通路关闭，太阳能集热器21至蒸煮锅17之间的循环通路畅通，循环介质吸收了太阳能产生的热量后，温度逐渐上升，并通过蒸煮锅17的加热腔将热量传递给蒸煮锅17内的水，水温升至100℃时，开始沸腾，将食物放在锅内，可实现装置的蒸煮功能，食品蒸煮完毕后，可打开蒸煮锅底部的第七阀门18，将锅内的水放掉。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.太阳能海水淡化装置，包括：

太阳能集热器，将太阳的辐射能转换为热能对循环介质加热以提供热源；

海水蒸发器，以太阳能集热器提供的循环介质作为热源对海水加热产生蒸汽；

太阳能泵站，实现循环介质在太阳能集热器与海水蒸发器之间循环；

膨胀罐，与太阳能泵站连接，通过储存或释放循环介质来调节循环介质在循环通路中的压力变化；

冷凝器，对海水蒸发器输送来的蒸汽冷却形成淡水；

海水存储容器，存储海水，通过海水供给泵将存储的海水提供给冷凝器作为冷却水；

光伏组件，将太阳能转化为电能为用电设备提供电能。

2.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能泵站设于海水蒸发器至所述太阳能集热器的进口之间的循环通路上。

3.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述作为冷却水的海水经过冷凝器换热后通过第一支路提供给海水蒸发器生成蒸汽，通过第二支路返回至海水存储容器，所述第一支路和第二支路上分别设有阀门。

4.根据权利要求3所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述第二支路的端部设有喷淋器，所述喷淋器位于海水存储容器的上方，所述海水经过冷凝器换热后经喷淋器喷洒散热后返回至海水存储容器。

5.根据权利要求3所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述海水蒸发器包括壳体和设于壳体内的蒸发换热器，所述蒸发换热器的入口与太阳能集热器的出口连接，所述蒸发换热器的出口与太阳能集热器的进口连接，所述壳体上设有海水补充口，所述海水补充口与第一支路连接，所述壳体的顶部设有蒸汽出口,产生的蒸汽通过蒸汽出口输送至冷凝器。

6.根据权利要求5所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述海水蒸发器的壳体包括外壳、内胆和填充于外壳与内胆之间的保温层。

7.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝器的底部设有淡水出口，顶部设有不凝气出口，所述冷凝器的蒸汽入口与海水蒸发器连接，所述冷凝器的换热器内的海水与蒸汽换热后输送至海水蒸发器或返回至海水存储容器，所述不凝气出口连接有真空泵，所述真空泵对冷凝器和海水蒸发器内部抽真空。

8.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述光伏组件包括光伏板、与光伏板连接的蓄电池和与蓄电池连接的控制器，通过所述控制器为用电设备供电。

9.太阳能海水淡化和灶具联合装置，包括太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能海水淡化装置为权利要求1-8任一项所述的海水淡化装置，还包括蒸煮锅，所述蒸煮锅的加热腔的入口与所述太阳能集热器的出口连接，所述蒸煮锅的加热腔的出口与所述太阳能集热器的进口连接，所述太阳能集热器的出口连接海水蒸发器的支路及连接蒸煮锅的支路上分别设有阀门。

10.权利要求9所述的太阳能海水淡化和灶具联合装置的使用方法，有太阳时，太阳能集热器对循环介质加热，光伏组件将太阳能转化为电能，具体步骤如下：

当使用海水淡化模式时，首先将海水注入到海水蒸发器内，至设计液位，经太阳能集热器加热的循环介质在太阳能集热器与海水蒸发器直接循环对海水蒸发器内的海水加热产生蒸汽，蒸汽输送至冷凝器内；同时海水供给泵将存储的海水提供给冷凝器作为冷却水对蒸汽降温，使其冷凝成液态水；作为冷却水的海水在冷凝器内与蒸汽热交换后经过喷淋器喷淋散热后返回海水存储容器或补充进海水蒸发器以保持海水蒸发器内海水在设计水位；在海水淡化过程中开启真空泵，使冷凝器和海水蒸发器内压力逐渐下降，以降低汽化温度；当冷凝器内的淡水水位升至设计水位时，停止真空泵，并使冷凝器和海水蒸发器连通大气，等内外压力平衡后，将冷凝水放至淡水容器中，从而实现装置的海水淡化功能，同时，放掉海水蒸发器中浓缩的盐水；

冷凝水和浓缩的盐水放完后，重复以上步骤运行进行海水淡化；

使用灶具模式时，首先在蒸煮锅内加入适量淡水，盖上锅盖，然后使循环介质在太阳能集热器与蒸煮锅之间循环，循环介质将蒸煮锅内的水温升至100℃时，开始沸腾，将食物放在锅内，可实现装置的蒸煮功能，食品蒸煮完毕后，将锅内的水放掉。