CN104944491B - 一种回形逆流换热式太阳能海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种以太阳能为能源的回形逆流换热式的海水淡化装置。本发明公开了一种回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，包括海水进水管道、集盐槽、回形槽、回形冷凝管、太阳能集热箱以及气泵。本发明采用廉价的太阳能进行海水淡化，利用回形逆流换热技术及海水入口竖槽换热技术，大大降低从装置中排出到环境中的热量，提高太阳能的蒸馏效率，且采用蒸馏方式，不需要复杂的预处理设备，结构简单，操作简便，降低了海水淡化的成本，提高了淡水产量。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，具体地涉及一种以太阳能为能源的回形逆流换热式的海水淡化装置。
背景技术
随着人口的增长及工业的发展，环境污染和破坏越来越严重, 致使淡水资源越来越匮乏，从而海水淡化的市场需求越来越大。目前，常用的海水淡化技术主要有：反渗透技术和蒸馏技术。
反渗透技术，如公开专利：CN104692492A，其核心部件是反渗透膜。反渗透膜只允许水分子通过，而海水中的钠离子、氯离子等难以通过反渗透膜。在保证反渗透膜两侧有足够的压强差时， 水分子就能从盐浓度较高的一侧向浓度较低的一侧渗透，从而实现海水淡化的目的。反渗透技术是能耗最小, 也是目前应用最广泛的海水淡化技术。但该技术需要对海水进行去除杂质和藻类等预处理过程，工序较为复杂，且反渗透膜很容易被污染，导致效率下降，成本增高。
蒸馏技术利用天然海水淡化的原理，海水吸收热量后蒸发为水蒸气，水蒸气冷凝后则变为淡水。蒸馏技术的预处理比反渗透技术的要容易，维护也较为方便。但该技术的主要问题是能耗过大，液态水转换为水蒸气的过程需要吸收大量的热量，因此，蒸馏技术的能耗比反渗透技术的要高得多。但蒸馏技术所需的能量品味较低（以热能为主），通常可采用太阳能或被排放的废热来进行蒸馏，如公开专利：CN101302048B，这是蒸馏技术虽然能耗较高，却具有一定竞争优势的原因之一。若能大幅度降低蒸馏技术的能耗， 则该技术有可能在海水淡化中得到广泛的应用。
发明内容
本发明目的在于为解决上述问题而提供一种以太阳能为能源，利用回形逆流换热技术及海水入口竖槽换热技术，大大降低从装置中排出到环境中的热量，提高太阳能蒸馏效率，结构简单，维护简便，淡化成本低，淡水产量高的海水淡化装置。
为此，本发明公开了一种回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，包括海水进水管道、集盐槽、回形槽、太阳能集热箱、回形冷凝管以及气泵，所述回形槽的入水口位于回形槽底部，出水口位于回形槽顶部，所述回形槽的入水口与海水进水管道连通，所述回形槽的出水口与集盐槽的进水口连接，所述海水进水管道与集盐槽相邻以进行热交换，它们之间的隔板为具有高导热系数的隔板，所述太阳能集热箱位于回形槽顶部，所述回形槽与太阳能集热箱接触的槽壁设有若干通孔，所述太阳能集热箱底部为能让水蒸气通过而水滴通不过的过滤层，所述气泵的进气口连通太阳能集热箱体，所述回形冷凝管设在回形槽内，所述回形冷凝管的上端入口接气泵的出气口，所述回形冷凝管的下端出口接淡水收集单元。
进一步的，所述太阳能集热箱顶部为真空玻璃，所述太阳能集热箱的底部和侧壁为黑色。
进一步的，所述过滤层为细沙层。
进一步的，所述细沙层的沙子颗粒尺寸从下到上依次减小。
进一步的，所述回形槽由绝热的方形板组成。
进一步的，所述回形槽内并排设有若干回形冷凝管。
进一步的，所述气泵为轴流气泵。
进一步的，所述海水进水管道、集盐槽、回形槽、太阳能集热箱、回形冷凝管以及气泵设置于上端开口的箱体内,所述箱体的外壳采用绝热材料制成。
进一步的，所述海水进水管道由回形槽侧壁与箱体侧壁之间的间隙构成。
进一步的，所述集盐槽底部设有出水管，所述出水管的出水口位于装置外。
本发明的有益技术效果：
本发明采用廉价的太阳能进行海水淡化，利用回形逆流换热技术及海水入口竖槽换热技术，大大降低从装置中排出到环境中的热量，提高太阳能蒸馏效率，且采用蒸馏方式，不需要复杂的预处理设备，装置结构简单，小型化，操作和后期维护简便，大大降低了海水淡化成本，提高了淡水产量。
附图说明
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的A-A剖面图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，一种回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，包括设置于具有上端开口的箱体14内的集盐槽9、海水进水管道、回形槽8、回形冷凝管7、太阳能集热箱4和气泵6，所述回形槽8的槽腔为方形，当然，在其它实施例中，槽腔可以是圆形、椭圆形等其它形状。回形槽8的槽壁是由一系列绝热的方形板组成的，回形槽8的入水口11位于回形槽8的底部，且靠近箱体14的底部，回形槽8的出水口12位于回形槽8顶部的右侧，当然，在其它实施例中也可以是位于顶部的任意位置，回形槽8的入水口11与海水进水管道连通，回形槽8的出水口12与集盐槽9的进水口连接，本具体实施例中，集盐槽9设在回形槽8的右侧，集盐槽9的底部设有出水管10，出水管10穿过箱体14底部伸出到装置外，用于将高浓度盐水排出装置外，排到外部环境中。集盐槽9与海水进水管道相邻，它们之间的隔板采用具有高导热系数的材料制成，以便于集盐槽9中的高温浓盐水与海水进水管道的低温海水进行热交换。
具体的，本实施例中，回形槽8的前后侧壁与箱体14的前后侧壁为一体构件（以节省制作材料，降低设备制造成本），回形槽8的左右侧壁与箱体14的左右侧壁具有一定间隙，形成两海水入口竖槽2，此即为海水进水管道，但不以此为限。两海水入口竖槽2的底部与回形槽8的入水口11连通。右侧的海水入口竖槽2与集盐槽9相邻，它们之间的隔板采用具有高导热系数的材料制成，以便于集盐槽9中的高温浓盐水与海水入口竖槽2的低温海水进行热交换。
太阳能集热箱4位于回形槽8的顶部，回形槽8与太阳能集热箱4接触的槽壁设有若干通孔13，用于让水蒸气通过，在其它实施例中，此槽壁也可以采用导热材料，太阳能集热箱4的底部为能让水蒸气通过而水滴通不过的过滤层5，本具体实施例中优选为细沙，细沙层5的沙子颗粒尺寸从下到上依次减小，通孔13的尺寸小于细沙层5最底层的沙子颗粒尺寸，以免沙子通过通孔13掉到回形槽8内，太阳能集热箱4顶部为透明的真空玻璃3，当然，太阳集热箱4也可以是其它具有吸收太阳能转化为热能功能的结构装置。气泵6（本具体实施例中，优选为轴流气泵）设在太阳能集热箱4的右侧，但不以此为限，其进气口与太阳能集热箱4的箱体内连通，用于将太阳能集热箱4内的水蒸气抽出，同时使太阳能集热箱4内成为负压，有利于回形槽8内的水蒸气进入其中，具体的，为增加太阳能集热箱4的太阳能吸收能力，太阳能集热箱4内的底部和侧壁为黑色。
回形冷凝管7设置在回形槽8内，优选的，若干较小管径的回形冷凝管7并排设置在回形槽8内，用以增加热交换面积，提高热交换效率。回形冷凝管7是由具有高导热系数的材料如铜、铝等制成的，回形冷凝管7的上端入口接气泵6的出气口，回形冷凝管7的下端出口接淡水收集单元，本具体实施例中，淡水收集单元为淡水收集槽1，其固定设置在箱体14的外侧，具体的，设置在箱体14的左侧。回形槽8和回形冷凝管7的长度由技术人员根据实际情况设定，使回形冷凝管7下端出口流出的淡水温度与周围环境中的海水温度基本相等。
进一步的，箱体14的外壳采用绝热材料制成，以减少装置内的热量传递到外界。
本发明的工作过程：
海水从装置上部，经两侧的海水入口竖槽2流入装置底部，通过大气压作用，从底部流入回形槽8中，沿着回形槽8，海水从底部向上流动，在流动过程中，海水吸收回形冷管7释放出的热量（刚开始时，太阳能集热箱4内的空气吸收太阳能变成高温空气，高温空气通过轴流气泵6增压后进入回形冷凝管7，并释放热量），同时吸收细沙层5传递过来的因吸收太阳能而产生的热量，温度不断升高，发生蒸馏，形成水蒸汽（通过控制海水入口竖槽2的液面高度，来控制回形槽8内的海水流量，使回形槽8内的海水能被充分加热而发生蒸馏），水蒸汽通过通孔13和过滤层5进入太阳能集热箱4。太阳光透过真空玻璃板3，进入太阳能集热箱4，在太阳能集热箱4中，太阳能被吸收，变为热能，使水蒸汽的温度进一步升高，高温水蒸汽通过轴流气泵6增压后进入回形冷凝管7，在回形冷凝管7中，水蒸汽凝部分结成液态水，释放出大量潜热。当水蒸气和液态水的混合物在回形冷凝管7中流动时, 热量不断被冷凝管7外、回形槽8中的海水吸收。到冷凝管7的下端出口，水蒸汽完全转化为液态淡水, 且其温度与周围环境中的海水温度基本相等，当液态淡水从冷凝管下端出口流出后, 进入淡水收集槽1中暂时贮存起来。
回形槽8顶部槽腔的海水一部份变为水蒸汽，剩下的部分则变为高浓度的盐水，并流入集盐槽9中。高浓度的盐水在集盐槽9中流动时，与集盐槽9外侧的海水入口竖槽2内的海水进行热交换。经热交换后, 高浓度盐水的温度与周围环境中海水的温度基本相等。最后，高浓度盐水从出水口10排到外部环境中。
箱体14的外壳采用绝热材料， 尽量减少装置内的热量传递到外界。若忽略从箱体14传递到外界的能量，根据能量守恒，海水淡化装置排放掉的太阳能应等于排出装置的能量（包含在高浓度盐水和液态淡水中的能量）减去由周围环境中的海水流入装置的能量。由于从该装置中排出的液态淡水和高浓度盐水与周围环境中海水的温度基本相等，因此，该海水淡化装置浪费掉的能耗是非常低，大大提高了太阳能的蒸馏效率，使淡化成本低，淡水产量高。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括海水进水管道、集盐槽、回形槽、太阳能集热箱、回形冷凝管以及气泵，所述回形槽的入水口位于回形槽底部，出水口位于回形槽顶部，所述回形槽的入水口与海水进水管道连通，所述回形槽的出水口与集盐槽的进水口连接，所述海水进水管道与集盐槽相邻以进行热交换，它们之间的隔板为具有高导热系数的隔板，所述太阳能集热箱位于回形槽顶部，所述回形槽与太阳能集热箱接触的槽壁设有若干通孔，所述太阳能集热箱底部为能让水蒸气通过而水滴通不过的过滤层，所述气泵的进气口连通太阳能集热箱体，所述回形冷凝管设在回形槽内，所述回形冷凝管的上端入口接气泵的出气口，所述回形冷凝管的下端出口接淡水收集单元。
2.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能集热箱顶部为真空玻璃，所述太阳能集热箱的底部和侧壁为黑色。
3.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述过滤层为细沙层。
4.根据权利要求3所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述细沙层的沙子颗粒尺寸从下到上依次减小。
5.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述回形槽由绝热的方形板组成。
6.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述回形槽内并排设有若干回形冷凝管。
7.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述气泵为轴流气泵。
8.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水进水管道、集盐槽、回形槽、太阳能集热箱、回形冷凝管以及气泵设置于上端开口的箱体内,所述箱体的外壳采用绝热材料制成。
9.根据权利要求8所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水进水管道由回形槽侧壁与箱体侧壁之间的间隙构成。
10.根据权利要求1所述的回形逆流换热式太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述集盐槽底部设有出水管，所述出水管的出水口位于装置外。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170104 Termination date: 20190728 |