CN105883952B - 波力振荡式太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波力振荡式太阳能海水淡化装置,包括水泵、进水管、太阳能集热管、冷凝管、低压蒸发室、封闭的U型腔体和高压气室,水泵将海水输出给进水管,海水沿进水管逆流而上流进太阳能集热管,海水在太阳能集热管被太阳能加热后流进低压蒸发室蒸发,水蒸气进入冷凝管冷凝后下落至U形腔体中,波浪通过高压气室引起U形腔体中水柱的振荡来获得冷凝区与蒸发区之间的压差。本发明采用波能和太阳能进行海水淡化,通过波能实现冷凝区与蒸发区之间的压差,保证潜热的回收利用,大大提高了海水淡化装置的淡化效率和能量利用率,降低了海水淡化能耗,且无需采用复杂的能量转换装置,设备结构简单,易于实现,成本低,具有较高经济效益和环保效益。

Description

波力振荡式太阳能海水淡化装置
技术领域
[0001] 本发明属于海水淡化领域,具体地涉及一种波力振荡式太阳能海水淡化装置。
背景技术
[0002] 随着经济的不断发展,淡水资源越来越匮乏。海水淡化技术越来越受到人们的重 视。目前,最常用的海水淡化技术是反渗透技术。反渗透技术利用反渗透膜只允许水分子通 过,而海水中的钠离子、氯离子等难以通过的特性。在反渗透膜两侧产生巨大压强差,使水 分子从盐浓度较高的一侧向浓度较低的一侧渗透。反渗透技术是能耗最小的一种海水淡化 技术。但在使用中,反渗透膜很容易被污染,导致效率下降。因此,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。此外,能产生巨大压强差的特种增压泵的制造对技术 水平的要求较高。
[0003] 除反渗透技术外,还有一些基于蒸馏原理的海水淡化技术。这些海水淡化技术的 预处理过程比反渗透技术的较为容易,且可以利用廉价能源(如太阳能或被排放的废热)来 进行蒸馏,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。能耗较高是基于 蒸馏原理的海水淡化技术存在的主要问题。利用廉价能源且大幅度降低能耗是基于蒸馏原 理海水淡化技术应用中急需解决的关键问题。为此,出现了许多利用太阳能和波能的海水 淡化装置,如公开专利:CN204569496U和CN202968174U,其充分利用了太阳能和波能这两种 廉价能源,降低淡化成本,但没有充分利用水蒸气冷凝释放的潜热,能耗还是较高,且需利 用机械转换装置将波能转换后才能驱动装置进行海水淡化,波能利用率较低,且装置结构 复杂,成本高,不易实现和使用。
发明内容
[0004] 本发明目的在于为解决上述问题而提供一种采用波能和太阳能进行海水淡化,通 过波能实现冷凝区与蒸发区之间的压差,保证潜热的回收利用,大大提高了海水淡化装置 的淡化效率和能量利用率,降低了海水淡化能耗,且无需采用复杂的能量转换装置,设备结 构简单,易于实现,成本低的波力振荡式太阳能海水淡化装置。
[0005] 为此,本发明公开了一种波力振荡式太阳能海水淡化装置,包括水栗、进水管、太 阳能集热管、冷凝管、低压蒸发室、封闭的U型腔体和高压气室,所述水泵将海水加压后输给 进水管,并使海水沿进水管逆流而上流进太阳能集热管,海水在太阳能集热管被太阳能加 热后流进低压蒸发室,所述U型腔体的两端朝上设置,所述低压蒸发室设置在U型腔体的第 一端上,所述进水管的下部位于U型腔体内,与U型腔体内的淡水进行热交换,所述进水管的 上部套设在冷凝管内,所述冷凝管位于低压蒸发室内,所述冷凝管的上端口靠近低压蒸发 室的顶部,所述冷凝管的下端口贯穿低压蒸发室从U型腔体的第一端伸入U型腔体内,所述U 型腔体的第二端设有开口,所述开口通过高压气室伸入海平面下,所述低压蒸发室设有排 水口,所述U型腔体设有淡水出水口。
[0006] 进一步的,还包括第一海水存储室,所述第一海水存储室分别与水泵的出水端和 进水管的进水端连接。
[0007]进一步的,还包括第二海水存储室,所述第二海水存储室分别与进水管的出水端 和太阳能集热管的进水端连接,所述第二海水存储室设置在低压蒸发室上。
[0008] 进一步的,还包括淡水存储池,所述U型腔体通过淡水出水口将淡水输出到淡水存 储池进行存储,所述淡水存储池设有取水口。
[0009] 更进一步的,所述淡水存储池位于u型腔体外的U型凹陷部,所述淡水出水口设置 在该U型凹陷部底部的腔壁上,所述取水口设置在淡水存储池的顶部。
[0010] 进一步的,所述淡水出水口为小孔状。
[0011]进一步的,所述进水管、冷凝管和太阳能集热管由高导热系数的材料制成。
[0012] 进一步的,所述高压气室是u型腔体由第二端弯折延伸至海平面下构成的。
[0013] 进一步的,所述低压蒸发室和U型腔体为一体化结构。
[0014] 本发明的有益技术效果:
[0015]本发明采用波能和太阳能进行海水淡化,通过波能实现冷凝区与蒸发区之间的压 差,保证潜热的回收利用,大大提高了海水淡化装置的淡化效率和能量利用率,降低了海水 淡化能耗,且无需米用复杂的能頁转换装置,设备结构简单,易于实现,成本低,具有较高经 济效益和环保效益。
附图说明
[0016] 图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0017] 现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
[0018]如图1所示,一种波力振荡式太阳能海水淡化装置,包括水泵8、进水管5、太阳能集 热管3、冷凝管4、低压蒸发室1、封闭的U型腔体7、高压气室10、第一海水存储室6和第二海水 存储室2,水栗8的进水端伸入海水内,出水端与第一海水存储室6连通,本具体实施例中,第 一海水存储室6设置在U型腔体7的底部,U型腔体7的两端朝上设置,低压蒸发室1设置在u型 腔体7的第一端上,U型腔体7与低压蒸发室1接触的腔壁与低压蒸发室1的底部为一体结构, 节省材料,制造简单,第二海水存储室2设置在低压蒸发室1的顶部,进水管5的下部位于U型 腔体7内,与U型腔体7内的淡水进行热交换,进水管5的下端口贯穿U型腔体7的底部与第一 海水存储室6连通,进水管5的上部套设在冷凝管4内,进水管5的上端口与第二海水存储室2 连通,太阳能集热管3的进水端与第二海水存储室2连通,太阳能集热管3的出水端与低压蒸 发室1连通,冷凝管4位于低压蒸发室1内,冷凝管4的上端口靠近低压蒸发室1的顶部,冷凝 管4的下端口贯穿低压蒸发室1从U型腔体7的第一端伸入U型腔体7内,本具体实施例中,冷 凝管4、进水管和太阳能集热管采用高导热系数的材料制成,如铜、不锈钢等,数量根据实际 情况而定,U型腔体7的第二端设有开口,开口通过高压气室10伸入海平面下,本具体实施例 中,高压气室10是U型腔体7由第二端弯折延伸至海平面下构成的,低压蒸发室1设有排水口 11,用于将高浓度盐水排出低压蒸发室1,U型腔体7设有淡水出水口 71,用于收取淡水。
[0019] 进一步的,还包括淡水存储池9,U型腔体7内的淡水通过淡水出水口 71输出到淡水 存储池9进行存储,淡水存储池9的顶部设有取水口91,本具体实施例中,为使装置结构紧 凑,淡水存储池9位于U型腔体7外的U型凹陷部并与U型腔体7紧靠设置,淡水出水口 71设置 在该U型凹陷部底部的腔壁上,淡水出水口 71为小孔状,孔径优选小于1 cm,如果淡水出水口 71过大,则实现不了通过U型腔体7内的水柱振荡获得冷凝区与蒸发区之间的压差,当然,在 其它实施例中,淡水出水口 71的位置可以根据实际情况设定,也可以在淡水出水口 71设置 水量调节阀进行出水量调节,则淡水出水口 71的大小可以任意。
[0020] 本发明的工作过程及原理:海水由水栗8增压,进入下端海水储存室6,由于下端海 水储存室6处于高压状态,海水沿进水管5向上流动。进水管5下部周围是U形腔体7中的淡 水,冷凝后的淡水比刚进入进水管5中的海水温度高,因此U形轻体7中淡水的热量会传递给 进水管5中的海水。海水沿进水管5向上流动的过程中,温度逐渐升高,海水在进水管5上部 流动时,接受冷凝管4中释放出的潜热,温度进一步升高,然后进入上端海水储存室2,上端 海水储存室2中的海水进入太阳能聚热管3后,受太阳能加热,温度升至最高,高温海水进入 低压蒸发室1后,发生蒸发,变为水蒸气,水蒸气上升至低压蒸发,1顶部后,进入冷凝管4。在 冷凝管4中,水蒸气凝集成液态淡水珠。在重力作用下,下落至U形腔体7中,U形腔体7中的淡 水能通过小孔71进入淡水储存池9,完成整个淡化过程。
[0021]在淡化过程中,水蒸气冷凝释放的潜热能传递给低压蒸发室1,变为海水蒸发所需 的能量是降低海水淡化能耗的关键。为实现这一点,必须保证冷凝区的压强比蒸发区的压 强高。本发明利用波浪运动的机械能来获得冷凝区与蒸发区之间的压差。
[0022] 波浪引起高压气室10中气压周期性的变化,导致U形腔体7中水柱的振荡。当U形腔 体7右侧(相对图1来说)水面升高时,U形腔体7内的水蒸汽进入冷凝管4,并向上运动。因此, 冷凝管4下部水蒸汽的压强大于上部,也大于低压蒸发室1中的压强。在进水管5中低温海水 作用下,冷凝管4下部水蒸汽很容易凝集成液态水。在向上运动的水蒸汽带动下,液态水也 会向上运动,导致冷凝管4中液态水的含量不断增加。随着冷凝管4中液态水含量的不断增 力口,在重力作用下,冷凝管4下部(冷凝区)的压强将越来越高于低压蒸发室1 (蒸发区)中的。 当U形腔体7右侧水面下降时,冷凝管4中液态水及水蒸汽都将向下运动。由于重力作用,当 液态水没有全部流出冷凝管4时,冷凝管4下部仍能保持较高的压强。当液态水全部流出冷 凝管4后,低压蒸发室1中的水蒸汽经冷凝管4进入U形腔体7内。在这一阶段,低压蒸发室1的 压强会比冷凝管4中的稍高些。总的来看,冷凝区处于高压时,其压强比蒸发区中的高出很 多,而其处于低压时的压强与蒸发区中的差不多。因此,对于整个淡化过程,冷凝区的压强 高于蒸发区的压强。
[0023]本发明采用波能和太阳能进行海水淡化,通过波能实现冷凝区与蒸发区之间的压 差,保证潜热的回收利用,大大提高了海水淡化装置的淡化效率和能量利用率,降低了海水 淡化能耗,且无需米用复杂的能量转换装置,设备结构简单,易于实现,成本低,具有较高经 济效益和环保效益。
[0024]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 (9)

1.波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:包括水栗、进水管、太阳能集热管、冷 凝管、低压蒸发室、封闭的U型腔体和高压气室,所述水泵将海水加压后输给进水管,并使海 水沿进水管逆流而上流进太阳能集热管,海水在太阳能集热管被太阳能加热后流进低压蒸 发室,所述u型腔体的两端朝上设置,所述低压蒸发室设置在U型腔体的第一端上,所述进水 管的下部位于U型腔体内,与U型腔体内的淡水进行热交换,所述进水管的上部套设在冷凝 管内,所述冷凝管位于低压蒸发室内,所述冷凝管的上端口靠近低压蒸发室的顶部,所述冷 凝管的下端口贯穿低压蒸发室从U型腔体的第一端伸入U型腔体内,所述U型腔体的第二端 设有开口,所述开口通过高压气室伸入海平面下,所述低压蒸发室设有排水口,所述U型腔 体设有淡水出水口。
2. 根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:还包括第一海 水存储室,所述第一海水存储室分别与水栗的出水端和进水管的进水端连接。
3. 根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:还包括第二海 水存储室,所述第二海水存储室分别与进水管的出水端和太阳能集热管的进水端连接,所 述第二海水存储室设置在低压蒸发室上。
4.根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:还包括淡水存 储池,所述U型腔体通过淡水出水口将淡水输出到淡水存储池进行存储,所述淡水存储池设 有取水口。
5. 根据权利要求4所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:所述淡水存储 池位于U型腔体外的U型凹陷部,所述淡水出水口设置在该U型凹陷部底部的腔壁上,所述取 水口设置在淡水存储池的顶部。
6. 根据权利要求1或5所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:所述淡水 出水口为小孔状。
7. 根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:所述进水管、 冷凝管和太阳能集热管由高导热系数的材料制成。
8. 根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:所述高压气室 是U型腔体由第二端弯折延伸至海平面下构成的。
9. 根据权利要求1所述的波力振荡式太阳能海水淡化装置,其特征在于:所述低压蒸发 室和U型腔体为一体化结构。
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