CN105152252B - 综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，属于海水淡化技术领域。该装置含有鼓泡蒸发器，咸水箱，淡水箱及太阳能利用装置。太阳能空气集热器与鼓泡器相连，加热进入鼓泡蒸发器内的空气。太阳能热水器与鼓泡蒸发器相连，加热蒸发器中的咸水。太阳能光伏电池板通过太阳能光伏控制器与水泵、引风机、气泵、电磁阀、蓄电池相连，提供装置中的所有电源，蓄电池作为备用辅助电源。气泡通过鼓泡器发生后，在上升过程中不断与鼓泡蒸发器内的咸水进行热质交换，吸收水汽。高湿空气从鼓泡蒸发器引入至咸水箱进行冷凝回热，水蒸气凝结得到淡水流至淡水箱内，咸水也得到了预热。该装置综合利用了太阳能，效率很高，且结构简单，易于推广。

Description

综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的零能耗装置，属于海水淡化技术领域。

背景技术

随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，淡水资源的需求越来越大；而环境污染等问题更导致淡水资源日益稀缺。利用海水与咸水湖来制取淡水已经成为解决缺水问题的重要措施。

随之人们对这一问题的重视，目前已经发展出十余种海水淡化技术，应用较为广泛的有多级闪蒸，多效蒸馏，膜法海水淡化等。但由于初投资大、结垢严重或者能耗巨大等问题，这些方法始终无法高效节能地制取淡水，尤其是在小型户用设备中，较难推广应用。鼓泡蒸发法则是一种较为先进的海水淡化技术，其基本思想是利用空气通入热海水中形成气泡，在气泡上升的过程中吸收海水的热量和蒸发出的水蒸气，收集水蒸气，冷凝以获得淡水。鼓泡传热传质效率较高，而且该方案中的主要能耗只有用于形成气泡的气泵，因此，整体效率较高。

而太阳能作为一种可再生能源，清洁安全，近乎取之不尽、用之不竭，无疑是节能减排背景下的首选能源之一。将太阳能利用在海水淡化中，也是一种较为新颖的思路。

中国专利文献（CN201210296394.0）提出了一种基于太阳能即热淡化海水的装置，包括太阳能集热系统，导热油换热系统，海水淡化系统和供电控制系统。其虽然可以利用部分太阳能，但是整体装置复杂，体积庞大，综合效率也不高，并未充分发挥太阳能光热和光电的效应。

中国专利文献（CN201220079823.4）提出了一种太阳能天然含盐水淡化器，利用了太阳能真空管加热技术，可以制取淡水，但是其并未采用太阳能空气集热器和太阳能光伏发电模块，电磁阀、补给水泵还需要消耗电能，距离零能耗差距较大。

中国专利文献（CN200920113817.4）提出了一种综合利用太阳能进行海水淡化的方法，它主要采用了鼓泡蒸发法的思路，利用太阳能热水器加热海水，并利用太阳能光伏发电提供了部分用电设备的电源，一定程度上提高了海水淡化的效率。不过，它并没有采用太阳能空气集热器加热鼓泡用的空气，导致整体性能下降。而且，其太阳能热水器通过换热盘管与海水间接换热，换热效率较低，结垢问题也依然存在。其太阳能光伏发电设备并未与蓄电池相连，当太阳辐射较弱时，所有用电装置将停止工作或者通过电网额外消耗能量，降低了效率。

因此，需要一种技术方案来更为有效的利用太阳能进行海水淡化。

发明内容

本发明的目的是提供一种带冷却和遮阳装置的双层玻璃围护系统，旨在原有的双层玻璃窗和双层通风玻璃幕墙的基础上，进一步降低室内空调负荷，并为低品位能量的利用提供技术支撑。

本发明的技术方案如下：

一种综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，含有鼓泡器、鼓泡蒸发器、咸水箱、淡水箱、咸水入口、淡水出口，咸水入口与咸水箱相连，淡水出口设置在淡水箱底部，其特征在于：该系统还含有太阳能空气集热器、太阳能光伏电池板、太阳能热水器、蓄电池、太阳能光伏控制器、气泵、水泵、电磁阀、出水阀和冷凝盘管；太阳能空气集热器与鼓泡蒸发器相连，气泵设置在太阳能空气集热器之前或者太阳能空气集热器与鼓泡器之间的风道上，鼓泡器设置在鼓泡蒸发器的底部，太阳能热水器通过水泵与鼓泡蒸发器相连，太阳能光伏电池板通过太阳能光伏控制器与水泵、引风机、气泵、电磁阀、蓄电池相连，冷凝盘管设置在咸水箱的水体内，鼓泡蒸发器顶部通过风管与冷凝盘管相连，冷凝盘管通过出水阀与淡水箱相连，咸水箱通过电磁阀与鼓泡蒸发器相连。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能空气集热器与淡水箱的气体部分相连。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：在鼓泡蒸发器的顶部设置引风机。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能热水器通过热水进口、热水出口直接与鼓泡蒸发器相连，形成开式水循环。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：在鼓泡蒸发器的水体中设置换热盘管，所述换热盘管与太阳能热水器相连。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述咸水箱高于鼓泡蒸发器和淡水箱。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：在鼓泡蒸发器内设置水位感应器，所述水位感应器与电磁阀相连。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能热水器为热管式真空集热器、槽式太阳能集热器或线性菲涅尔式太阳能集热器。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述太阳能光伏电池板为多晶硅电池、单晶硅电池或薄膜电池。

本发明所述的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，其特征在于：所述鼓泡蒸发器外壳设置保温材料。

本发明具有以下优点及突出的技术效果：

①利用太阳能空气集热器加热了鼓泡的空气，提高了鼓泡的传热传质效率。②利用太阳能热水器加热了鼓泡蒸发器内的海水，提高了海水淡化效率。③利用太阳能光伏电池驱动了气泵，引风机和电磁阀等各类用电设备，实现了零能耗海水淡化。④将冷凝盘管设置在咸水箱内，预热了海水，回收了热量。⑤增加了蓄电池辅助太阳能光伏电池，即使在阴雨天也能保持设备持续工作⑥整个装置结构简单，体积较小，且没有精细的设备，成本较低、运行可靠，特别适合满足户用或者船用等小型海水淡化的需求。⑦综合利用了太阳能加热水，加热空气和发电，充分利用了太阳能，提高了海水淡化的效率。

附图说明

图1为无换热盘管的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。

图2为空气循环式综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。

图3为带换热盘管的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。

图中：1－鼓泡器；2－鼓泡蒸发器；3－电磁阀；4－淡水箱；5－淡水出口；6－出水阀；7－咸水入口；8－咸水箱；9－冷凝盘管；10－引风机；11－蓄电池；12－太阳；13－太阳能光伏电池板；14－太阳能光伏控制器；15－水泵；16－太阳能热水器；17－气泵；18－空气流向；19－太阳能空气集热器；20－换热盘管；21－热水进口；22－热水出口；23－放水阀；24－液位感应器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步说明。

图1为无换热盘管的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。该装置主要包括鼓泡蒸发器（2），咸水箱（8），淡水箱（4）和太阳能转化装置。太阳能转化装置则包括太阳能空气集热器（19）、太阳能光伏电池板（13）和太阳能热水器（16）。太阳能空气集热器（19）与鼓泡器（1）相连，鼓泡器（1）布置在鼓泡蒸发器（2）的底部，气泵（17）设置在太阳能空气集热器之前或者太阳能空气集热器与鼓泡器之间的风道上，太阳能热水器通过水泵与鼓泡蒸发器相连，太阳能光伏电池板通过太阳能光伏控制器与水泵、引风机、气泵、电磁阀、蓄电池相连，冷凝盘管（9）设置在咸水箱的水体内，鼓泡蒸发器顶部通过风管与冷凝盘管相连，冷凝盘管通过出水阀与淡水箱相连，咸水箱通过电磁阀与鼓泡蒸发器相连。整个装置正常运行时，开启气泵，外界空气被送入太阳能空气集热器，进行加热，随后空气被送至鼓泡器，在鼓泡蒸发器的底部形成气泡，气泡在浮力作用下逐渐上升，并不断与鼓泡蒸发器内的咸水进行传热传质，气泡内的水汽成分在上升过程中不断增多。与此同时，太阳能热水器也在不断加热鼓泡蒸发器中的咸水，而且，由于该设备没有采用换热盘管进行间接换热，太阳能热水器中的热水可直接流入鼓泡蒸发器中，换热效率很高。如此，鼓泡蒸发器中的咸水和空气泡的温度都很高，水的蒸发速度很快，空气泡中的水蒸气浓度很高。在鼓泡蒸发器顶部的引风机作用下，带有大量水汽的空气被吸至蒸发器顶部，同时咸水液位表面的水分也在不断蒸发。

带有水汽的空气从鼓泡蒸发器顶部流出后，被送至咸水箱，开始冷凝回热过程。在咸水箱内布置冷凝盘管，冷凝盘管上部接通鼓泡蒸发器延伸过来的风道，下部接通淡水箱的顶部。含水汽的空气在冷凝盘管中流动时，不断被冷却，水蒸气凝结成液滴，在重力作用下，向下通过出水阀（6）流至淡水箱，完成淡水制取的过程。另一方面，咸水箱中的咸水被不断加热，达到了预热的作用。同时，咸水箱又和海水源和鼓泡蒸发器的液体部分相连。通过咸水入口（7），可以对咸水箱补充咸水。在咸水箱与鼓泡蒸发器之间设置电磁阀（3），电磁阀与鼓泡蒸发器中的液位感应器（24）相连，当液位感应器感知鼓泡蒸发器中的液位过低时，打开电磁阀，咸水箱的咸水补充至鼓泡蒸发器。由于经过预热，这部分咸水的初始温度已经较高，而冷凝热也大部分得到了回收。

此外，在淡水箱底部设置了淡水出口（5），供直接取用淡水；在鼓泡蒸发器底部设置了放水阀（23），当鼓泡蒸发器内的咸水浓度过高时，放掉咸水，进行换水；也可以用作放水清洗水箱用。而咸水箱的位置高于鼓泡蒸发器和淡水箱，从咸水箱对鼓泡蒸发器的补液以及冷凝盘管到淡水箱的淡水流动都不用消耗额外能耗。

在本装置中，太阳能光伏系统提供了所有电力。它通过太阳能光伏控制器，调整电流电压，与各用电设备相连。同时，太阳能控制器还与蓄电池相连。太阳辐射充足时，太阳能光伏电池正常工作，蓄电池得到充电；太阳（12）的辐射量不足时，蓄电池作为辅助电源，给各用电设备供电，维持海水淡化流程。由此，该装置可以真正实现零能耗运转。

图2为空气循环式综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。相对于图1所述的海水淡化装置，图2所述的淡化装置，对空气流程进行了改进。太阳能空气集热器通过风管和淡水箱中的空气侧相连，装置正常运转时，气泵将淡水箱中的空气送入了空气集热器，而不是室外空气。由于淡水箱中的空气来自鼓泡蒸发器，虽然经过咸水箱冷却，但是温度仍较高，远高于空气温度，因此，将进一步提高装置的工作效率。而且，如此一来，空气从开式运转变成了闭式循环，气泵的效率得到提高，过滤和脏堵等问题可以得到改善。当然，其结构也比图1 的设计更加复杂，可作为同系列产品中一种较为高端型号的设备。

图3为带换热盘管的综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置的结构示意图。该装置在图2 所述的装置基础上，对鼓泡蒸发器和太阳能热水器部分进行了改装。即在鼓泡蒸发器内增加了换热盘管（20），将太阳能热水器与换热盘管相连，形成闭式循环。这种做法，缓解了长期运行而结构带来的影响，清洗污垢也相对容易，而且，此时的太阳能热水器可以采用热管等换热效率较高的设备。不过，这种做法，也有一定的弊端，比如，换热盘管增加了成本和设备重量，也一定程度降低了换热效率。因此，需要根据实际情况选择是否采用这种装置。

值得一提的是，本发明所提供的海水淡化装置，结构简单，体积较小，而且不需要额外的能耗。因此，尤其适合满足户用、船用等小型海水淡化需求。

Claims (1)

1.综合利用太阳能的零能耗海水淡化装置，含有鼓泡器（1）、鼓泡蒸发器（2）、咸水箱（8）、淡水箱（4）、咸水入口（7）、淡水出口（5），咸水入口与咸水箱相连，淡水出口设置在淡水箱底部，其特征在于：该系统还含有太阳能空气集热器（19）、太阳能光伏电池板（13）、太阳能热水器（16）、蓄电池（11）、太阳能光伏控制器（14）、气泵（17）、水泵（15）、电磁阀（3）、出水阀（6）和冷凝盘管（9）；太阳能空气集热器与鼓泡蒸发器相连，气泵设置在太阳能空气集热器之前或者太阳能空气集热器与鼓泡器之间的风道上，鼓泡器设置在鼓泡蒸发器的底部，太阳能热水器通过水泵与鼓泡蒸发器相连，太阳能光伏电池板通过太阳能光伏控制器与水泵、引风机、气泵、电磁阀、蓄电池相连，冷凝盘管设置在咸水箱的水体内，鼓泡蒸发器顶部通过风管与冷凝盘管相连，冷凝盘管通过出水阀与淡水箱相连，咸水箱通过电磁阀与鼓泡蒸发器相连，所述太阳能空气集热器（19）与淡水箱（4）的气体部分相连，所述咸水箱（8）高于鼓泡蒸发器（2）和淡水箱（4），在鼓泡蒸发器的顶部设置引风机（10），所述太阳能热水器（16）通过热水进口（21）、热水出口（22）直接与鼓泡蒸发器（2）相连，形成开式水循环，在鼓泡蒸发器的水体中设置换热盘管（20），所述换热盘管与太阳能热水器（16）相连，在鼓泡蒸发器内设置水位感应器（24），所述水位感应器与电磁阀（3）相连，所述太阳能热水器（16）为热管式真空集热器、槽式太阳能集热器或线性菲涅尔式太阳能集热器，所述太阳能光伏电池板（13）为多晶硅电池、单晶硅电池或薄膜电池，所述鼓泡蒸发器（2）外壳设置保温材料。