CN104671313B - 一种太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能海水淡化装置，其包括外槽体、淡水储存箱、海水晾晒槽、冷凝剂回收槽、冷凝剂储存箱、冷凝剂泵、气泵、冷凝器和冷凝剂管；外槽体沿槽壁设有透光层；淡水储存箱设有淡水输出管和淡水管；海水晾晒槽密封装设于所述淡水储存箱的顶部，其采用深色金属晾晒槽；所述海水晾晒槽的内槽底设有柱状凸起，沿槽壁顶端设有透光薄壁冷凝层，一侧槽底设有浮球水位控制开关；透光薄壁冷凝层的底端形成有冷凝水集水槽；冷凝剂回收槽是由海水晾晒槽与外槽体之间的间隙形成；冷凝剂储存箱与冷凝剂回收槽连通；冷凝剂泵与冷凝剂储存箱连通。本发明结构设计简单、合理，使用方便，海水淡化效果好、效率高，制造成本低，节能环保。

Description

一种太阳能海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，尤其涉及一种太阳能海水淡化装置。

背景技术

众所周知常年在海上作业的人，一般都要备足淡水满足生命需要，然而天有不测风云，一旦遇难或工作时间长了淡水用尽，在等待救援的过程中，淡水就成了决定人存亡的重要渴望之物了。如何使一望无际的海水化为甘露救苦救难就成当务之急。另外，在陆地上由于自然灾害和人为污染造成大量水污染的紧急情况下，同样会一边水渴，一边对着大量污水望洋兴叹，危害生命。所以简单易用的海水淡化装置至今仍是人类急需解决的一大难题。

按照热力学第二定律，海水与淡水的熵是不同的：海水高而淡水低，所以海水的淡化是一个减熵的过程——需要负熵(即能量)的流入才可能实现，而太阳能，毫无疑问是比较理想的廉价负熵流的来源。

我国人均淡水资源占世界平均水平约1/4，属于水资源贫乏地区。我国部分省市则属于世界公认的严重缺水地区。例如，江苏人均水资源已经低于世界公认的严重缺水标准，按照国际标准已经陷入“水危机”。其他一些省市比江苏更缺水。例如，人口大省河南的人均水资源约占世界平均水平1/20。山东、河北等沿海经济大省的人均水资源约占世界平均水平的1/24，北京、天津则分别约1/32、1/64。除了缺水，我国水资源污染也很严重。例如，山东77％以上的河段水质达到了劣V类甚至以下。这种水已经丧失生态功能，不能用于灌溉，也不能用于生活洗涤，更不能被人畜饮用。浙江、广东、河南、吉林等省局部地区也曾经爆发恶性水污染，对人畜饮水安全、农业灌溉安全、生态供水安全等造成了巨大危害。

节约和保护水资源，这不是解决水问题的唯一出路。海水淡化可望成为一个新的选择。海水淡化技术已经在全球130多个国家推广应用，日产淡水约4千万吨，供养人口超过了1个亿。海水淡化在我国有30多年的历史，近期开始取得跨越性的大发展。目前，为了扩大我国生产、生活中的淡水供给，更为了扩大自然水系蓄水量，美化生态环境，我国各地政府和企业正把海水淡化作为一个很大的产业来发展。从技术上看，我国工程技术人员已经掌握全部商业化的海水淡化方法。对于更具发展潜力的膜技术，我国正在力图突破造膜的难关，争取减少膜进口。随着技术创新的展开，我国在海水淡化方面的商业成就会越来越大。从专利公报看，海水淡化技术主要分布在如下领域：

蒸发器。例如，美国YTLi工程公司的CN91111878.0号文献涉及一种改进传热的回旋管蒸发器。它包括一个受外力驱动作回旋运动的容器，内有垂直传热管，管内装有可作自由运动的硬质搅棒。棒的底端支承在一水平板上。回旋运动使搅棒沿管的内表面滚动，把液体分布成薄膜，以免产生污垢。管外表面装有一组翅片，用于集中并引导凝液以改进传热效果。翅片最好是纵向排列，搅棒为憎水性设置。常州能源设备总厂的CN92237784.7号文献涉及一种多效喷淋式海水淡化装置，由主体Ⅰ、主体Ⅱ、预热器、冷凝器、喷射泵以及管道系统组成。它采用加热管横置和强化管换热技术，将主体Ⅰ前一效应产生的蒸汽作为主体Ⅱ下一效应的热源。

反渗透装置。例如，北京大康技术发展公司的CN95109777.6号文献涉及一种反渗透装置。它有进水管、旁通管、分流导板、并列的过滤管、汇流管、反渗透膜、反冲管等。该装置特别适合于用纳米膜进行海水淡化。北京市西城区新开通用试验厂的CN94222572.4号文献涉及一种用于中、小型反渗透海水淡化装置的数控反渗透泵，由无缝钢管制成的双作用隔离液缸、齿轮泵、单向阀、水管、油管、敏感器和数控装置组成。杭州水处理技术研究开发中心的CN200410025329.X号文献涉及一种利用反渗透与纳滤相结合的海水淡化处理方法及设备。

太阳能装置。例如，北京华瑞能科技发展有限责任公司的CN01134409.1号文献涉及一种太阳能海水淡化设备。它包括一个用于收集太阳能以加热导热介质的高温集热装置；一个利用来自输出管的高温导热介质产生高温水蒸汽的蒸汽锅炉；一个利用来自蒸汽锅炉的水蒸汽蒸馏海水以获得淡水的多效蒸馏海水淡化装置。北京市西城区新开通用试验厂的CN94216744.9号文献涉及一种太阳能海水淡化及供热联用装置由太阳能热水器、水汽分离器和三股流换热器等部件构成。皇甫夏云的CN200420108756.X号文献涉及一种太阳能海水及盐碱水淡化处理机。约翰内斯.马科普洛斯的CN98803272.4号文献涉及一种利用太阳能淡化或净化海水或微咸水的设备。綦煜的CN01260220.5号文献涉及一种太阳能海水淡化器。

蒸馏方法。例如，北京华瑞投资管理有限公司的CN01110653.0号文献涉及一种利用蒸馏法淡化海水的方法，包括多级闪蒸和多效蒸馏过程，且闪蒸和蒸馏过程在每一个级－效中都同时完成。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所的CN200310107557.7号文献涉及一种机械压缩蒸馏法及海水淡化装置。

微波技术。例如，北京润泽东方环常科技有限公司的CN03119133.9号文献涉及一种微波能海水淡化设备，包括微波源和反应器两个部分。蔡跃明的CN02159053.2号文献涉及一种利用超声波去除海水淡化过滤膜上污垢的工艺。

电解技术。例如，大连理工大学的CN03133959.X号文献涉及一种海水淡化及苦咸水脱盐设备与方法。设备由箱体、吸附材料、电泳电极、进料器、收集器等构成；应用电泳电场与流体流动方向相互垂直的基本过程，使阴阳无机荷电粒子运动轨迹发生弯曲而最终通过样品收集器将物质分离。它可于海水淡化、苦咸水脱盐、无机盐分离、有机可荷电粒子的分离与回收。汪双清的CN200410070197.2号文献涉及一种电－磁海水淡化方法及其装置。

膜技术。国内机构和个人公开的文献不少。例如，国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心的CN200510050216.X号文献涉及一种新型三醋酸纤维素中空纤维合金纳滤膜及制造方法，它由三醋酸纤维素与耐酸、碱性和生物相容性更优越的高分子材料进行共混改性，降低三醋酸纤维素膜对酸、碱的敏感性，提高膜的生物相容性和透水量。南京工业大学的CN200510041360.7号文献涉及一种海水淡化中陶瓷超滤膜的预处理方法。清华大学的CN97104482.1号文献涉及一种用于海水淡化的超滤二氧化硅薄膜的制备方法。上海兰格科技有限公司的CN200310122838.X号文献涉及一种抑菌异相离子交换膜。蔡跃明和阎勇的CN01129466.3号文献涉及一种反渗透海水淡化微滤膜预处理方法。郭興中和张振章的CN03120257.8号文献涉及一种膜蒸馏海水淡化系统。国外当事人也公开了少量文献。例如，株式会社机械化学研究所的CN96192681.3号文献涉及一种利用中空纤维型逆渗透膜的咸水或海水淡化方法及其装置。美国阿兰德信号公司的CN88106857.8号文献涉及一种耐氯半透膜。它能耐受存在于水中的氯的侵蚀，可用于咸水或海水淡化。

国内科研机构、企业、个人，以及国外企业公开的其他相关专利文献还有很多。例如，国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所的CN200510014712.X号文献涉及一种防止离心泵气蚀和真空形成的海水淡化辅助装置。天津大学的CN200410018776.2号文献涉及一种便携式海水淡化用热泵系统。天津市海跃水处理高科技有限公司的CN200310117801.8号文献涉及一种高回收率的海水(苦咸水)淡化工艺。北京市西城区新开通用试验厂的CN93102051.4号文献涉及一种用于海船的数控海水淡化装置，由反渗析过滤装置，两台数控增压注水屏蔽泵，数控电源等单元装置构成。北京市西城区新开通用试验厂的CN92101959.9号文献涉及一种罗伦兹效应海水淡化装置，它适用于对海水等离子型溶液的淡化以及硬水的软化。周俊云的CN200510011695.4号文献涉及一种一种负压海水淡化机。美国通用电气公司的CN200410045778.0号文献涉及一种将发电和淡化相结合的设备以及相关方法。

发明内容

本发明是为了解决现有的海水淡化装置复杂、高能耗与高成本而提出一种结构设计简单、合理且美观，安装应用方便，海水淡化效率高、效果好，能源利用效率高，制造成本低的太阳能海水淡化装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的太阳能海水淡化装置，包括外槽体、淡水储存箱、海水晾晒槽、冷凝剂回收槽、冷凝剂储存箱、冷凝剂泵、气泵、冷凝器和冷凝剂管；所述外槽体沿槽壁装设有透光层；所述淡水储存箱位于所述外槽体的最底侧，其一侧设有淡水输出管，另一侧竖直设有淡水管且通过所述淡水管与所述冷凝器联通；所述海水晾晒槽密封装设于所述淡水储存箱的顶部，其采用深色金属晾晒槽；所述海水晾晒槽的内槽底均匀设有柱状凸起，沿槽壁顶端密封装设有透光薄壁冷凝层；所述透光薄壁冷凝层的底端向内弯折后再向斜上方延伸形成有冷凝水集水槽；所述冷凝水集水槽通过所述淡水管与所述淡水储存箱联通且一端底部还设有淡水排出口；所述海水晾晒槽在靠近所述淡水排出口一侧的槽底设有浮球水位控制开关且在靠近所述浮球水位控制开关一侧的槽底还设有浓缩海水排出管；所述冷凝剂回收槽是由所述海水晾晒槽与外槽体之间的间隙形成；所述冷凝剂储存箱装设于所述外槽体一端部底侧且位于所述浓缩海水排出管一侧，其与所述冷凝剂回收槽连通；所述冷凝剂泵匹配设置于所述冷凝剂储存箱一侧的所述外槽体底部，其与所述冷凝剂储存箱连通；所述气泵装设于所述外槽体一端侧壁且匹配位于所述冷凝剂泵上侧；所述冷凝器装设于所述外槽体一端侧壁且匹配位于所述气泵上侧，其直接与所述气泵联通；所述冷凝剂管设置于所述透光层顶部中央，其直接与所述冷凝剂泵联通，从所述冷凝剂储存箱泵出的冷凝剂经由所述冷凝器降温后，通过所述冷凝剂管底部的缝隙均匀下流使所述透光薄壁冷凝层均匀冷却。

所述太阳能海水淡化装置，其中：所述浮球水位控制开关采用碰触式电控方式控制，其包括导轨、浮球、可调节顶板和圆形底板；所述导轨竖直固设于所述外槽体的内槽壁上；所述可调节顶板装设于所述导轨的顶端；所述圆形底板装设于所述导轨底端一侧的所述海水晾晒槽的槽底；所述浮球设置于所述圆形底板的顶端。

所述太阳能海水淡化装置，其中：所述海水晾晒槽一端与所述外槽体的内槽壁连接为一体，其余部位沿底侧周向通过外密封圈与所述外槽体的内底部密封连接。

所述太阳能海水淡化装置，其中：所述透光薄壁冷凝层为横截面呈半圆形的冷凝层结构，其一端呈封闭状态，另一端通过内密封圈与所述外槽体一端槽壁密封连接。

所述太阳能海水淡化装置，其中：所述透光层为横截面呈半圆的透光层结构。

所述太阳能海水淡化装置，其中：所述外槽体的底部内侧呈空腔结构。

有益效果：

本发明太阳能海水淡化装置结构设计简单、合理，安装应用方便，海水淡化效率高、效果好，成品品级高，制造成本低，可利用太阳能加热蒸发与低压沸腾效应使海水转化为干净的淡水，节能环保；无论海水淡化现场是否有充足的电能供应，都能保证一定量的淡水产出——有电力驱动冷凝器、气泵等设备时，生产效率会更高；同时，本发明可多个并联同时使用以加大产能，甚至大规模工业化生产。

本发明还具有以下优点：

1、淡化海水所需的能源全部来自太阳能，且尽量采用能量直接利用的方式，简化结构的同时提高了能源利用效率；

2、蒸发-低气压沸腾双重效应极大的加快了海水的气化速度，利用溴化锂太阳能冷凝技术直接将太阳光热能转化为冷凝水蒸汽所需的负热能，这两项措施是本产品仅仅以蒸馏法20％以下的免费能量消耗接近其生产效率的关键所在；

3、产品可大可小，既可单个或者数个(并联)小规模应用于家庭、航海船舶等场所，也可大规模并联为海水淡化工厂，或者用于海岛或沿海居民聚居区；

4、成品规格高，由于水从水蒸汽中冷凝析出，可直接达到饮用水品级，人畜可直接饮用，或用于农业灌溉、盐碱地改造等；

5、除可用于海水淡化外，本产品也可用于咸水湖沿岸居民饮用水生产、污水净化等。

附图说明

图1为本发明太阳能海水淡化装置的结构原理示意图；

图2为本发明太阳能海水淡化装置的实施细节剖面图；

图3为本发明太阳能海水淡化装置的局部实施细节剖面图；

图4为本发明太阳能海水淡化装置的海水处理流程示意图。

具体实施方式

如图1至4所示，本发明太阳能海水淡化装置，包括外槽体1、淡水储存箱2、海水晾晒槽3、冷凝剂回收槽4、冷凝剂储存箱5、冷凝剂泵6、气泵7、冷凝器8和冷凝剂管9。

该外槽体1整体呈矩形槽体结构，其沿槽壁装设有横截面呈半圆的透光层11，底部内侧呈空腔结构。

该淡水储存箱2位于整个外槽体1的最底侧，其一侧设有淡水输出管11，另一端竖直设有淡水管12且通过淡水管12与冷凝器8联通。

该海水晾晒槽3设置于该淡水储存箱2的顶部，其采用特制的深色金属晾晒槽，深色水槽具有增加吸收太阳能辐射的作用。该海水晾晒槽3一端与外槽体1的内槽壁连接为一体，其余部位沿底侧周向通过外密封圈31与外槽体1的内底部密封连接；该海水晾晒槽3的内槽底还均匀设有柱状凸起32，以最大化液体受热面积(图2)加快海水气化速度；该海水晾晒槽3沿槽壁顶端还通过外密封圈31装设有横截面呈半圆的透光薄壁冷凝层33，该透光薄壁冷凝层33一端呈封闭状态，另一端通过内密封圈34与外槽体1槽壁密封连接，底端向内弯折后再向斜上方延伸形成有冷凝水集水槽331。其中，该冷凝水集水槽331通过淡水管12与淡水储存箱2联通，其一端底部还设有淡水排出口332，靠近淡水排出口332一侧的海水晾晒槽3的槽底匹配设有浮球水位控制开关34，靠近浮球水位控制开关34一侧的海水晾晒槽3槽底设有浓缩海水排出管35；该浮球水位控制开关34采用碰触式电控方式控制，其是由导轨341、浮球342、可调节顶板343和圆形底板344组成，该导轨241竖直固设于该外槽体1的内槽壁上，该可调节顶板343装设于该导轨341的顶端，该圆形底板344装设于该导轨341底端一侧的海水晾晒槽3槽底，该浮球342设置于该圆形底板344的顶端，当海水注入时，海水晾晒槽3内水位升高使浮球342碰触到可调节顶板343，海水输入阀门关闭；随着海水气化水位降低使浮球342碰触到圆形底板344，浓缩海水排出管35打开排出浓缩海水，经过预先设定的排水时间后(为减少海盐析出缩短晾晒槽使用寿命，不必将浓缩海水完全排空，因为排水后期流速慢水浅，容易产生结晶盐进而影响效率)，排水阀门关闭同时高温海水注入，进入下一个循环。

该冷凝剂回收槽4为海水晾晒槽3与外槽体1之间形成。

该冷凝剂储存箱5装设于该外槽体1一端部底侧且位于浓缩海水排出管35一侧，其中，该冷凝剂储存箱5与该冷凝剂回收槽4连通。

该冷凝剂泵6匹配设置于该冷凝剂储存箱5一侧的外槽体1底部，其与冷凝剂储存箱5连通。

该气泵7装设于该外槽体1一端侧壁且匹配位于该冷凝剂泵6上侧。其中，气泵工作时，处于密闭状态的海水晾晒槽3内空气压强降低，从而使海水晾晒槽3槽内预热海水达到沸腾状态从而大大加快海水气化速度，显著提高机构工作效率。同时气泵抽出的含水空气流经冷凝器5，受冷凝器5制冷作用析出其中所含水分，再次加快淡水采集速度。

该冷凝器8装设于该外槽体1一端侧壁且匹配位于该气泵7上侧；其中，该冷凝器8直接与气泵7联通，功能是析出气泵抽出空气中所含淡水；同时，冷凝剂管道9从内部穿过冷凝器8以降低冷凝剂温度，以加强透光薄壁冷凝层33的冷凝效果

该冷凝剂管9直接与冷凝剂泵联通，设置于该外槽体1的透光层11顶部中央，从冷凝剂储存箱泵出的冷凝剂经由冷凝器降温后，其通过管道底部的缝隙均匀下流使透光薄壁冷凝层33均匀冷却；同时，该冷凝剂管9与冷凝剂都是透明体，基本不影响海水晾晒槽3采集太阳光热能，冷凝剂一般采用纯净水或过滤自来水，循环使用定期补充。

本发明太阳能海水淡化装置的使用原理为：

如图4所示，首先，将海水经由特制的太阳能热水器预热，海水温度越高，蒸发效率越高；接着，高温海水流入海水晾晒槽3；海水晾晒槽3上面是双层透明半圆罩，外层是透光层11，内层是透光薄壁冷凝层33，以循环透明液态冷凝剂为冷凝介质；海水在阳光照射与海水晾晒槽3热效应的双重作用下由下朝上蒸发，上部的透光薄壁冷凝层33有降温作用，在密闭环境内形成局部对流效应加快蒸发速度；水蒸汽遇到相对低温的透光薄壁冷凝层33凝结，由于水的张力作用沿透光薄壁冷凝层33内壁滑入冷凝水集水槽331。其中，透光薄壁冷凝层33与海水晾晒槽3共同组合成具有气密性的蒸发/沸腾-冷凝结构。

同时，通过气泵7抽气，降低海水晾晒槽3内部大气压强而使高温海水沸腾以加快海水气化速度，而抽出的湿热空气经过冷凝器8析出其中所含淡水并将余气排出。

以上两种冷凝效应叠加可加快淡水采集速度。

本发明结构设计简单、合理，使用方便，海水淡化效果好、效率高，成品品级高，制造成本低，可利用太阳能加热蒸发与低压沸腾效应使海水转化为干净的淡水，节能环保；无论海水淡化现场是否有充足的电能供应，都能保证一定量的淡水产出：如果有电力驱动冷凝器、气泵等设备时，生产效率会更高；同时，本发明可多个并联同时使用以加大产能，甚至大规模工业化生产。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化装置包括外槽体、淡水储存箱、海水晾晒槽、冷凝剂回收槽、冷凝剂储存箱、冷凝剂泵、气泵、冷凝器和冷凝剂管；

所述外槽体沿槽壁装设有透光层；

所述淡水储存箱位于所述外槽体的最底侧，其一侧设有淡水输出管，另一侧竖直设有淡水管且通过所述淡水管与所述冷凝器联通；

所述海水晾晒槽密封装设于所述淡水储存箱的顶部，其采用深色金属晾晒槽；所述海水晾晒槽的内槽底均匀设有柱状凸起，沿槽壁顶端密封装设有透光薄壁冷凝层；所述透光薄壁冷凝层的底端向内弯折后再向斜上方延伸形成有冷凝水集水槽；所述冷凝水集水槽通过所述淡水管与所述淡水储存箱联通且一端底部还设有淡水排出口；所述海水晾晒槽在靠近所述淡水排出口一侧的槽底设有浮球水位控制开关且在靠近所述浮球水位控制开关一侧的槽底还设有浓缩海水排出管；

所述冷凝剂回收槽是由所述海水晾晒槽与外槽体之间的间隙形成；

所述冷凝剂储存箱装设于所述外槽体一端部底侧且位于所述浓缩海水排出管一侧，其与所述冷凝剂回收槽连通；

所述冷凝剂泵匹配设置于所述冷凝剂储存箱一侧的所述外槽体底部，其与所述冷凝剂储存箱连通；

所述气泵装设于所述外槽体一端侧壁且匹配位于所述冷凝剂泵上侧；

所述冷凝器装设于所述外槽体一端侧壁且匹配位于所述气泵上侧，其直接与所述气泵联通；

所述冷凝剂管设置于所述透光层顶部中央，其直接与所述冷凝剂泵联通，从所述冷凝剂储存箱泵出的冷凝剂经由所述冷凝器降温后，通过所述冷凝剂管底部的缝隙均匀下流使所述透光薄壁冷凝层均匀冷却。

2.如权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述浮球水位控制开关采用碰触式电控方式控制，其包括导轨、浮球、可调节顶板和圆形底板；

所述导轨竖直固设于所述外槽体的内槽壁上；

所述可调节顶板装设于所述导轨的顶端；

所述圆形底板装设于所述导轨底端一侧的所述海水晾晒槽的槽底；

所述浮球设置于所述圆形底板的顶端。

3.如权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水晾晒槽一端与所述外槽体的内槽壁连接为一体，其余部位沿底侧周向通过外密封圈与所述外槽体的内底部密封连接。

4.如权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述透光薄壁冷凝层为横截面呈半圆形的冷凝层结构，其一端呈封闭状态，另一端通过内密封圈与所述外槽体一端槽壁密封连接。

5.如权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述透光层为横截面呈半圆的透光层结构。

6.如权利要求1所述的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述外槽体的底部内侧呈空腔结构。