CN107151036A - 太阳能驱动独立运行的海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，包括蒸发器、冷凝器和太阳能集热装置。蒸发器包括壳体、毛细芯以及间隔设置的多条海水流道；各条海水流道具有海水进口和海水出口。壳体具有蒸汽腔，蒸汽腔具有蒸汽出口。各海水流道与蒸汽腔通过毛细芯相互隔开。冷凝器具有蒸汽入口和淡水出口。太阳能集热装置具有海水入口和海水出口，该太阳能集热装置能够加热从海水入口流入的海水，太阳能集热装置的海水出口分别与蒸发器的多条海水流道的海水入口连通；冷凝器的蒸汽入口与蒸汽腔的蒸汽出口连通。本发明结构简单，制造和运行成本低，产生的淡水品质好，并能够防止在海水蒸发过程中海水被蒸干。

Description

太阳能驱动独立运行的海水淡化系统
技术领域
本发明涉及海水淡化系统。
背景技术
地球是公认的水资源储量最丰富的星球，但其能被人类利用的淡水资源不到5%，绝大部分的水资源为海水。随着人口的增长，人均淡水资源占有量逐渐减少，淡水资源的问题将上升为限制全球经济、人类社会发展的制约性问题。
依靠自然的力量，自然界中海水淡化的途径主要可以归纳为两种：一种是通过大气循环，海水吸收太阳能变成蒸汽进入云层，漂浮到世界各地，最终以雨水的形式降落，江河湖水再流进大海，此为自然界中的“环路热管”；另一种是岩土层的渗透作用，不可利用水资源经过岩土层的渗透过滤，形成人类可利用淡水，此为自然界另一神奇的启发——膜法淡化海水技术。
现有的人工海水淡化技术主要是与上述原理近似的膜法和热法。这些海水淡化技术大都耗能高，成本居高不下，最终无法得到广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、制造和运行成本低、产生的淡水品质好、能够防止在海水蒸发过程中海水被蒸干的海水淡化系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，包括蒸发器、冷凝器和太阳能集热装置；蒸发器包括壳体、毛细芯以及间隔设置的多条海水流道；各条海水流道具有海水进口和海水出口；壳体具有蒸汽腔，蒸汽腔具有蒸汽出口；各海水流道与蒸汽腔通过毛细芯相互隔开； 冷凝器具有蒸汽入口和淡水出口；太阳能集热装置具有海水入口和海水出口，该太阳能集热装置能够加热从海水入口流入的海水，太阳能集热装置的海水出口分别与蒸发器的多条海水流道的海水入口连通；冷凝器的蒸汽入口与蒸汽腔的蒸汽出口连通。
优选地，冷凝器还具有海水入口和海水出口；冷凝器的海水出口与太阳能集热装置的海水入口连通；冷凝器用于将从该冷凝器的海水入口流入的海水与来自蒸汽腔的蒸汽进行热交换后输出给太阳能集热装置。
优选地，太阳能驱动独立运行的海水淡化系统包括回热器，回热器具有淡海水入口、淡海水出口、浓海水入口和浓海水出口；回热器的淡海水入口与冷凝器的海水出口连通，回热器的淡海水出口与太阳能集热装置的海水入口连通，回热器的浓海水入口分别与蒸发器的多条海水流道的海水出口连通，回热器用于将从该回热器的淡海水入口流入的淡海水与来自多条海水流道的海水进行热交换。
采用上述技术方案后，本发明至少具有以下技术效果：
1、本发明的海水淡化系统仅仅依靠太阳能推动运行，不消耗高品位能源，不仅绿色环保，而且降低了制造及运行的成本。与利用电厂废热的技术相比，其不受能源种类和地理位置的限制，安装更方便；
2、本发明的海水淡化系统利用高温海水压力剧变、海水闪蒸的原理制得纯净的蒸馏水，淡水品质优于常用淡水；
3、本发明的蒸发器利用毛细抽吸现象和海水自身重力作用达到海水淡化分离，进入蒸发器内的淡海水已直接达到毛细芯的蒸发温度，不需要蒸发器从内部或者外部加热来达到毛细芯的蒸发温度。其中，蒸发器中具有间隔设置的多条海水流道，使淡海水的分布更加均匀，淡海水在毛细力和穿过多孔介质压力急剧下降的作用下会低温低压蒸发，从而能够有效避免因局部过热出现的海水被蒸干的现象，并具有良好的海水淡化效率；
4、在发明的优选实施例中，利用了水蒸气冷凝潜热以及蒸发器分离出的浓海水余热预热进口海水，降低了太阳能集热装置的受热面积，节省了材料，降低了制造和运行成本。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的海水淡化系统的原理图。
图2示出了根据本发明一实施例的蒸发器的侧视示意图。
图3示出了图2的A-A剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1至图3。根据本发明一实施例的包括蒸发器1、冷凝器2、太阳能集热装置3以及回热器4。
蒸发器1包括壳体10、毛细芯11以及间隔设置的多条海水流道12。各条海水流道12具有海水进口和海水出口。壳体10具有蒸汽腔101，蒸汽腔101具有蒸汽出口103；各条海水流道12与蒸汽腔101通过毛细芯相互隔开。毛细芯11可采用烧结毛细芯。该多条海水流道可以是间隔设置在毛细芯上的多条槽或多个孔，也可以是间隔设置在由其它材料制成的部件上的多条槽或多个孔，只要在海水流道12相对于蒸汽腔101的那一侧设置毛细芯即可。在本实施例中，壳体10具有一内腔100，毛细芯11设置在内腔100的底面上，毛细芯11的底面间隔设有多条延伸贯穿毛细芯11的轴向凹槽，该多条轴向凹槽构成所述的多条海水流道12。壳体10相对的两个侧面10a上分别设有与毛细芯11的轴向两端部相适配的通孔105a，毛细芯11的轴向两端部分别嵌在壳体相对的两个侧面的通孔中。图中，壳体10和毛细芯11均呈矩形六面体状。
冷凝器2具有蒸汽入口、淡水出口、海水入口和海水出口；回热器3具有淡海水入口、淡海水出口、浓海水入口和浓海水出口。回热器4的淡海水入口与冷凝器2的海水出口连通，回热器4的淡海水出口与太阳能集热装置的海水入口连通，太阳能集热装置3的海水出口分别与蒸发器的多条海水流道12的海水入口连通；该太阳能集热装置能够加热从太阳能集热装置的海水入口流入的海水。回热器4的浓海水入口分别与蒸发器的多条海水流道12的海水出口连通，回热器4用于将从该回热器的淡海水入口流入的淡海水与来自多条海水流道12的海水进行热交换。冷凝器2的蒸汽入口与蒸汽腔的蒸汽出口103连通，冷凝后的蒸馏水通过冷凝器2的淡水出口流入储水容器8内。
在本实施例中，冷凝器2内的蒸汽通道、冷凝器2内的海水通道、冷凝器2内的淡水通道、回热器4内的淡海水通道以及回热器4内的浓海水通道均采用表面强化传热管。
优选地，在本实施例中，太阳能驱动独立运行的海水淡化系统包括水泵5和真空泵6。水泵5的入口分别与蒸发器1的多条海水流道的海水出口连通，水泵5的出口与回热器4的浓海水入口连通。真空泵6的入口与蒸汽腔的蒸汽出口103连通。水泵5和真空泵6均由太阳能蓄电池驱动。
根据本发明一实施例的海水淡化系统在运行之前，先用真空泵6对系统抽真空。抽真空的作用是降低系统管道内的压力，从而使后续的运行过程中外部的海水能够更顺畅地流入系统的管道内部以及使蒸发器内的蒸汽更容易被吸入真空环境下的蒸汽腔101内。完成抽真空后，使海水从冷凝器2的海水入口流进系统。运行初期回热器4不工作，海水进入太阳能集热装置3吸收太阳能，温度升高后的海水从太阳能集热装置3的海水出口流入蒸发器的多条海水流道12。多条海水流道12内的高温海水受到毛细芯的毛细抽吸作用以及自身重力作用，海水在流过毛细芯的过程中沿程压力损失急剧增大，当压力低于海水的温度所对应的饱和压力时发生相变，从而实现了低温蒸发，所形成的水蒸气沿图3所示的多个向上箭头的方向（即毛细抽吸作用方向）进入蒸汽腔101。蒸汽腔101内的水蒸气经蒸汽出口103进入冷凝器2中凝结成蒸馏淡水，最后流入储水容器8内。未经毛细抽吸作用的海水从多条海水流道12的海水出口流出，由于温度较高，不会出现盐析现象；同时，毛细芯内的高浓度海水由于浓差效应会向海水流道内的低浓度海水扩散，因此也不会出现盐析现象。通过水泵5可控制进入冷凝器2的低温淡海水流量，从而控制进入冷凝器2的水蒸气的较低饱和压力和蒸汽腔的较低饱和压力。浓海水流经回热器4，与从冷凝器2流入的淡海水完成热量交换，部分余热被淡海水吸走。
在本发明的其它实施例中，也可以不设置回热器4，以及不利用进入冷凝器2内的水蒸气冷凝潜热预热海水，这意味着太阳能集热装置必须为外部流入的海水提供更多的加热热量。利用水蒸气冷凝潜热以及蒸发器分离出的浓海水余热预热进口海水，能够提高整个系统的换热效率，并节约太阳能集热装置的成本。

Claims (9)

1.太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器和太阳能集热装置；
所述蒸发器包括壳体、毛细芯以及间隔设置的多条海水流道；各条海水流道具有海水进口和海水出口；所述壳体具有蒸汽腔，所述蒸汽腔具有蒸汽出口；各所述海水流道与蒸汽腔通过所述毛细芯相互隔开；
所述冷凝器具有蒸汽入口和淡水出口；
所述太阳能集热装置具有海水入口和海水出口，该太阳能集热装置能够加热从所述海水入口流入的海水，太阳能集热装置的海水出口分别与所述蒸发器的多条海水流道的海水入口连通；所述冷凝器的蒸汽入口与所述蒸汽腔的蒸汽出口连通。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述的多条海水流道为间隔设置在所述毛细芯上的多条槽或多个孔。
3.根据权利要求1所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述壳体具有一内腔，所述毛细芯设置在所述内腔的底面上，所述毛细芯的底面间隔设有多条延伸贯穿所述毛细芯的轴向凹槽，该多条轴向凹槽构成所述的多条海水流道；所述壳体相对的两个侧面上分别设有与所述毛细芯的轴向两端部相适配的通孔，所述毛细芯的轴向两端部分别嵌在所述壳体相对的两个侧面的通孔中。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述冷凝器还具有海水入口和海水出口；所述冷凝器的海水出口与所述太阳能集热装置的海水入口连通；所述冷凝器用于将从该冷凝器的海水入口流入的海水与来自所述蒸汽腔的蒸汽进行热交换后输出给所述的太阳能集热装置。
5.根据权利要求4所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述太阳能驱动独立运行的海水淡化系统包括回热器，所述回热器具有淡海水入口、淡海水出口、浓海水入口和浓海水出口；回热器的淡海水入口与所述冷凝器的海水出口连通，回热器的淡海水出口与所述太阳能集热装置的海水入口连通，回热器的浓海水入口分别与所述蒸发器的多条海水流道的海水出口连通，回热器用于将从该回热器的淡海水入口流入的淡海水与来自所述多条海水流道的海水进行热交换。
6.根据权利要求5所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述太阳能驱动独立运行的海水淡化系统包括水泵，所述水泵的入口分别与所述蒸发器的多条海水流道的海水出口连通，所述水泵的出口与所述回热器的浓海水入口连通。
7.根据权利要求6所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述太阳能驱动独立运行的海水淡化系统包括真空泵，所述真空泵的入口与所述蒸汽腔的蒸汽出口连通。
8.根据权利要求7所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于， 所述水泵和所述真空泵均由太阳能蓄电池驱动。
9.根据权利要求1所述的太阳能驱动独立运行的海水淡化系统，其特征在于，所述冷凝器内的蒸汽通道、所述冷凝器内的海水通道、所述冷凝器内的淡水通道、所述回热器内的淡海水通道以及所述回热器内的浓海水通道均采用表面强化传热管。
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