CN107337244A - 一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置。该装置包括高位海水箱、筒体结构、鼓泡器、盐度传感器、圆锥导热片、淡水收集室、淡水管、环形支架、导流堰、淡水箱、导流板、海水管和太阳能集热器；所述高位海水箱通过导管与筒体结构的顶部尖端开口处连接，所述筒体结构内壁面上焊接有若干环形支架，所述圆锥导热片安装在环形支架上，所述环形支架与设置于筒体结构外壁面的淡水管连接。本发明采用太阳能供热和供电，利用鼓泡增湿除湿的原理，采用多级冷凝，提高除湿效率，能量利用率高；利用水幕增湿，提高气流与海水自由面接触的面积，充分利用海水，提高增湿效率。对解决海岛等淡水资源匮乏地区的淡水生产具有重要意义。

Description

一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置
技术领域
本发明涉及海水淡化领域技术领域，具体涉及一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置。
背景技术
地球水资源丰富但淡水资源较为短缺，海水淡化技术日益受到各个国家的重视。海水淡化就是通过脱除海水中大部分的盐类，使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理技术。传统的海水淡化方法主要有蒸馏法、反渗透法、电渗析法、冷冻法、水合物法和溶剂萃取法等。目前蒸馏法已经实现工业化生产，但是传统的蒸馏法能耗高，经济效益低且存在海水淡化装置结构复杂，操作运行困难，海水腐蚀较大和换热效率低等问题。
鼓泡式太阳能海水淡化技术是以太阳能为能量，利用增湿除湿原理进行海水淡化的一门技术。其基本思想为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,即为增湿过程；收集水蒸气,冷凝以获得淡水，即为除湿过程。增湿除湿海水淡化方法是目前研究的热点,具有规模灵活、设备投资和操作成本适中、可利用低位热能、技术水平要求低等优点，该技术被认为是太阳能海水淡化中最具前景的方法。而在工业中，增湿除湿海水淡化装置的研究相对较少。
同时装置在此基础上增加水幕式的创新点，增加海水与气流的接触面，增大增湿效率，充分利用空间；利用多级冷凝，提高冷凝效率。同时增加增湿除湿的效率，使装置更加高效。因此，研制新型高效的增湿除湿太阳能海水淡化装置意义非凡。
发明内容
本发明的目的在于，为了克服上述背景技术的不足和缺点，提出一种新型的鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，包括高位海水箱、筒体结构、鼓泡器、盐度传感器、圆锥导热片、淡水收集室、淡水管、环形支架、导流堰、淡水箱、导流板、海水管和太阳能集热器；
所述高位海水箱通过导管与筒体结构的顶部尖端开口处连接，所述筒体结构内壁面上焊接有若干环形支架，所述圆锥导热片安装在环形支架上，所述环形支架与设置于筒体结构外壁面的淡水管连接，所述淡水管与淡水箱连接；上下环形支架间设置有导流堰；所述筒体结构的顶部与侧面交界处设置有淡水收集室，所述圆锥导热片下方设置有淡水收集室，所述淡水收集室与淡水管连接；所述导流板位于最靠近底面的一块环形支架下方，且所述导流板与设置于筒体结构外的海水管连接，所述海水管与排污管道连接；所述筒体结构的内底面设置有鼓泡器和盐度传感器，所述盐度感应器感应装置底部的盐浓度，并控制浓海水的排出和太阳能集热器中新的热海水进入；所述筒体结构的侧面靠近底面处设置有海水入口和海水出口；所述太阳能集热器通过导管与海水入口连接。
进一步地，所述筒体结构由保温层材料制成，所述保温材料为聚苯乙烯。
本发明还包括流量阀，所述流量阀设置于高位海水箱与筒体结构的顶部尖端开口处之间的管道上。
本发明还包括电磁阀，所述电磁阀分别设置于所述海水入口和海水出口处，所述电磁阀根据盐度传感器控制海水进出。
进一步地，所述环形支架为中间一个环形结构连接，环形结构的四周均匀设置有四根连接管道。
进一步地，所述圆锥导热片是装置的最主要部件，为空心圆锥体结构，圆锥内表面冷凝水蒸气并在淡水收集室收集淡水，外表面利用冷凝潜热，蒸发外表面海水，带出蒸汽至上一级圆锥导热片。
进一步地，所述圆锥导热片安装在环形支架上，环形支架以四根均匀分布的水管支撑，并且水管恰好安装在圆锥导热片底部的圆柱状出水口，圆锥导热片底部有一个淡水收集室，承接倒流下来的淡水并由圆柱状出水口经水管导出至淡水箱。
进一步地，所述导流堰呈环状空心结构，用绝热材料制作，所述导流堰安装在每一级圆锥导热片下部，上表面伸出1~2mm薄片，增加尖端坡度，确保海水不会倒流至导流堰背面；所述绝热材料为聚苯乙烯。
进一步地，所述太阳能集热器集热管采用内部设置有防腐蚀层的铜质真空太阳能集热管，太阳能集热器通过管道将海水加热并送进装置底部。
进一步地，所述鼓泡器由独立的气泵和鼓泡头组成，鼓泡头呈圆形多孔结构，能与装置底部完全嵌合，用于产生小气泡。
进一步地，所述高位海水箱取原料于海水，利用流量阀控制流量，使低温海水以薄海水层流入装置内形成液幕状。管口伸入到圆锥导热片顶端处，使海水均匀流淌在各级结构上。
进一步地，所述装置整体成圆柱状，用绝热材料包裹圆柱侧面和底部，顶部则采用类似圆锥导热片结构，作为最高一级冷凝装置，同样用水管连接导热片底部淡水室，将水管和各级冷凝淡水管相连。
进一步地，所述淡水箱储存来自各淡水管汇集的淡水，在最低一级用环形水管将各水管淡水汇总至淡水箱。
进一步地，所述盐度传感器感应装置内盐度的变化，浓度过高时通过自动控制系统打开海水管电磁阀，排完后打开进水电磁阀，热海水进入装置继续进行海水淡化。
优选的，所述盐度传感器感应装置内采用自动换水系统对装置的给排水进行智能控制，蒸发到一定浓度后海水自动排出，再从太阳能集热板输入低浓度热海水，避免高浓度海水降低效率，也保护了装置少受腐蚀，减少工作过程劳动力投入。
本发明相对现有技术，具有以下优点及效果：
1、本发明采用圆锥导热片与环形支架贴合安装，巧妙地把淡水引至淡水管道。
2、本发明采用强导热导流圆锥片，使从鼓泡蒸发出的湿气沿导流圆锥冷凝并收集淡水，充分利用潜热，提高热效率。
3、本发明采用降膜蒸发结构，薄层海水从上至下流动，蒸汽和热量由下至上流动。增加薄层海水与热量的接触面，蒸汽进入导热圆锥片背面冷凝同时作为导热圆锥片的加热介质，实现多效操作，最后往下流的海水经导流板分离。
4、本发明采用多级冷凝思路，将优点3结构的作用充分发挥出来
5、本发明导流堰采用空心绝热结构，在其上表面伸出1mm薄片，增加尖端坡度，减少重量的同时避免海水倒流至导流堰背面。
附图说明
图1为鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置的整体剖面图；
图2为鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置的俯视图；
图3为鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置主体结构圆锥导热片和环形支架部分的结构图；
图4为环形支架的零件拆分图；
图5为圆锥导热片的零件拆分图；
图6为圆锥导热片的立体图；
图7为环形支架的结构示意图。
图中各个部件如下：高位海水箱1、流量阀101、筒体结构2、保温层材料201、鼓泡器202、盐度传感器203、电磁阀204、圆锥导热片3、淡水收集室301、淡水管302、环形支架303、导流堰4、淡水箱5、导流板6、海水管601、太阳能集热器7。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，包括高位海水箱1、筒体结构2、鼓泡器202、盐度传感器203、圆锥导热片3、淡水收集室301、淡水管302、环形支架303、导流堰4、淡水箱5、导流板6、海水管601和太阳能集热器7；
所述高位海水箱1通过导管与筒体结构2的顶部尖端开口处连接，所述筒体结构2内壁面上焊接有若干环形支架303，所述圆锥导热片3安装在环形支架303上，所述环形支架303与设置于筒体结构2外壁面的淡水管302连接，所述淡水管302与淡水箱5连接；上下环形支架303间设置有导流堰4；所述筒体结构2的顶部与侧面交界处设置有淡水收集室301，所述圆锥导热片3下方设置有淡水收集室301，所述淡水收集室301与淡水管302连接；所述导流板6位于最靠近底面的一块环形支架303下方，且所述导流板6与设置于筒体结构2外的海水管601连接，所述海水管601与排污管道连接；所述筒体结构2的内底面设置有鼓泡器202和盐度传感器203，所述盐度感应器203感应装置底部的盐浓度，并控制浓海水的排出和太阳能集热器7中新的热海水进入；所述筒体结构2的侧面靠近底面处设置有海水入口和海水出口；所述太阳能集热器7通过导管与海水入口连接。所述筒体结构2由保温层材料201制成，所述保温材料为聚苯乙烯。
本发明还包括流量阀101，所述流量阀101设置于高位海水箱1与筒体结构2的顶部尖端开口处之间的管道上。
本发明还包括电磁阀204，所述电磁阀204分别设置于所述海水入口和海水出口处，所述电磁阀204根据盐度传感器控制海水进出。所述环形支架303为中间一个环形结构连接，环形结构的四周均匀设置有四根连接管道。所述圆锥导热片3是装置的最主要部件，为空心圆锥体结构，圆锥内表面冷凝水蒸气并在淡水收集室301收集淡水，外表面利用冷凝潜热，蒸发外表面海水，带出蒸汽至上一级圆锥导热片3。所述圆锥导热片3安装在环形支架303上，环形支架303以四根均匀分布的水管302支撑，并且水管恰好安装在圆锥导热片底部的圆柱状出水口，圆锥导热片底部有一个淡水收集室301，承接倒流下来的淡水并由圆柱状出水口经水管302导出至淡水箱5。所述导流堰4呈环状空心结构，用绝热材料制作，所述导流堰4安装在每一级圆锥导热片3下部，上表面伸出1~2mm薄片，增加尖端坡度，尖口有一个小钩，确保海水不会倒流至导流堰4背面；所述绝热材料为聚苯乙烯。所述太阳能集热器集热管7采用内部设置有防腐蚀层的铜质真空太阳能集热管，太阳能集热器7通过管道将海水加热并送进装置2底部。所述鼓泡器202由独立的气泵和鼓泡头组成，鼓泡头呈圆形多孔结构，能与装置底部完全嵌合，用于产生小气泡。鼓泡器固定在筒体底部，减小浮力对鼓泡器造成的不稳定影响。所述高位海水箱1取原料于海水，利用流量阀101控制流量，使低温海水以薄海水层流入装置2内形成液幕状。管口伸入到圆锥导热片3顶端处，使海水均匀流淌在各级结构上。所述装置2整体成圆柱状，用绝热材料201包裹圆柱侧面和底部，顶部则采用类似圆锥导热片3结构，作为最高一级冷凝装置，同样用水管连接导热片底部淡水室301，将水管302和各级冷凝淡水管相连。所述淡水箱5储存来自各淡水管302汇集的淡水，在最低一级用环形水管将各水管淡水汇总至淡水箱5。所述盐度传感器203感应装置内盐度的变化，浓度过高时通过自动控制系统打开海水管电磁阀204，排完后打开进水电磁阀204，热海水进入装置继续进行海水淡化。
工作时，进水阀门打开，太阳能集热器7给装置2提供热海水，气泵往鼓泡器202鼓泡，同时打开高位海水箱1管道流量阀101，使海水在圆锥导热片3的尖端均匀分布开，流到导流堰4的尖端薄片后又将海水集中到圆锥导热片3尖端，循环上述过程，使低温海水呈幕布状流淌在装置内部，最后经导流板6从海水管601流出。鼓泡器202产生的湿蒸汽向上运动，到达圆锥导热片3的内表面冷凝得到淡水，由淡水收集室301收集，经环形支架303中的管道302导入淡水箱5储存。湿蒸汽在圆锥导热片3内表面放热，将热量传给外表面的海水，使外表面海水继续蒸发形成湿蒸汽，同时底部鼓泡器产生的干气体从圆锥导热片3和导流堰4中间的海水穿过，带出湿蒸汽与圆锥导热片3外表面蒸发的湿蒸汽混合向上运动，在上一级圆锥导热片3内表面重复同样的过程，经过2到3级的冷凝后，在装置顶部完全利用蒸汽中的热量和水分，干气体从装置筒体2顶部的小孔流出，由于各级的冷凝使装置上部的气压降低，底部有鼓泡器使气压稍微升高，气体变源源不断往上运动循环此过程。重复这个过程淡水收集到一定量后，盐度传感器203感应到装置内海水盐度过高，自动控制出水管道打开，排除一定量后关闭出水阀门，打开进水阀门，保持装置内海水的温度，盐度和海水的量。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括高位海水箱（1）、筒体结构（2）、鼓泡器（202）、盐度传感器（203）、圆锥导热片（3）、淡水收集室（301）、淡水管（302）、环形支架（303）、导流堰（4）、淡水箱（5）、导流板（6）、海水管（601）和太阳能集热器（7）；
所述高位海水箱（1）通过导管与筒体结构（2）的顶部尖端开口处连接，所述筒体结构（2）内壁面上焊接有若干环形支架（303），所述圆锥导热片（3）安装在环形支架（303）上，所述环形支架（303）与设置于筒体结构（2）外壁面的淡水管（302）连接，所述淡水管（302）与淡水箱（5）连接；上下环形支架（303）间设置有导流堰（4）；所述筒体结构（2）的顶部与侧面交界处设置有淡水收集室（301），所述圆锥导热片（3）下方设置有淡水收集室（301），所述淡水收集室（301）与淡水管（302）连接；所述导流板（6）位于最靠近底面的一块环形支架（303）下方，且所述导流板（6）与设置于筒体结构（2）外的海水管（601）连接，所述海水管（601）与排污管道连接；所述筒体结构（2）的内底面设置有鼓泡器（202）和盐度传感器（203）；所述筒体结构（2）的侧面靠近底面处设置有海水入口和海水出口；所述太阳能集热器（7）通过导管与海水入口连接。
2.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述筒体结构（2）由保温层材料（201）制成，所述保温材料为聚苯乙烯。
3.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，还包括流量阀（101），所述流量阀（101）设置于高位海水箱（1）与筒体结构（2）的顶部尖端开口处之间的管道上。
4.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，还包括电磁阀（204），所述电磁阀（204）分别设置于所述海水入口和海水出口处。
5.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述环形支架（303）为中间一个环形结构连接，环形结构的四周均匀设置有四根连接管道。
6.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述圆锥导热片（3）为空心圆锥体结构。
7.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述导流堰（4）呈环状空心结构，所述导流堰（4）安装在每一级圆锥导热片（3）下部，上表面伸出1~2mm薄片，增加尖端坡度，确保海水不会倒流至导流堰（4）背面；所述绝热材料为聚苯乙烯。
8.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能集热器集热管（7）采用内部设置有防腐蚀层的铜质真空太阳能集热管。
9.根据权利要求1所述鼓泡液幕一体式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述鼓泡器（202）由独立的气泵和鼓泡头组成，鼓泡头呈圆形多孔结构。
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