CN107585814B - 太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，包括进口海水盐度控制装置、进口海水预热装置、海水蒸发和浓缩装置、结晶装置、淡水收集箱；所述装置之间通过不同的管道连接，管道包括：中高温淡水管、低温淡水管、淡水排出管、蒸发后海水流出管、蒸发后海水回流管、混合管、新海水进口管。本发明有益效果是该装置高效、快捷，既能满足海水淡化的要求，也能满足制盐的需要；适用范围广泛：适用于陆地海水淡化、制盐，也适用于海上的应急海水淡化。

Description

太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置

技术领域

本发明属于太阳能光热利用领域，特别是涉及一种使用范围广泛，效率高，既能在陆地生产食盐和淡水时使用，也能在海上应急生产淡水时使用的装置。

背景技景

我国人口众多，淡水资源短缺，海水淡化是解决淡水资源短缺的一种有效途径。目前，太阳能海水淡化装置只能将海水进行淡化，并未考虑浓缩后海水的应用问题，造成了资源的浪费；海水淡化过程中并未测量盐度，无法控制食盐制取和海水蒸发过程中的海水盐度；蒸汽冷却后产生的中高温淡水直接储存，冷却后再使用，这造成中高温淡水的热量损失；大多数海水淡化装置不能满足海陆两用，仅适用于海上使用或陆地上使用，使用范围受到限制。

发明内容

针对现有技术、结构的不足，本发明提供了一种太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置。针对当前太阳能海水淡化装置只能将海水进行淡化、不考虑后续浓缩海水利用的问题，本发明将蒸发浓缩后的海水进行结晶处理，以满足食盐的制取；为克服当前太阳能生产食盐过程中忽视盐度对制盐过程影响的缺点，添加盐度控制装置；为改进中高温淡水热量直接被浪费的弊端，本发明增加了一个海水预热装置，使该热量用于加热新进入的海水，提高热量利用率；为使现实应用中满足海陆两用而提出了不同的实施例来扩大利用范围；

为实现上述目的，本发明采取的方案是提供一种太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，包括进口海水盐度控制装置、进口海水预热装置、海水蒸发和浓缩装置、结晶装置、淡水收集箱；所述装置之间通过不同的管道连接，管道包括：中高温淡水管、低温淡水管、淡水排出管、蒸发后海水流出管、蒸发后海水回流管、混合管、新海水进口管；

所述海水盐度控制装置由比例控制装置和盐度测试仪组成，所述比例控制装置的前方与新海水进口管、蒸发后海水回流管连接，所述比例控制装置的后方通过混合管与海水预热装置连接；所述盐度测试仪安装在蒸发后海水流出管上；

所述进口海水预热装置位于海水盐度控制装置后方，两者通过混合管连接，所述进口海水预热装置由换热装置组成，所述换热装置的两端分别连接混合管和中高温淡水管；

所述海水蒸发和浓缩装置位于海水预热装置后方，两者密封连接，所述海水蒸发和浓缩装置由太阳光聚光镜支架、太阳光聚光镜、蒸发管道、蒸发管道支杆、辅助蒸发装置组成；所述太阳光聚光镜位于蒸发管道下方，两者通过太阳光聚光镜支架连接，所述蒸发管道由蒸汽透孔、蒸发管道外层和蒸发管道内层、热管、支撑板、支撑托盘、淡水收集槽道组成；所述蒸发管道位于辅助蒸发装置前方，且两者密封连接，所述蒸发管道和辅助蒸发装置中的热管通过管束分集器汇集、分散；所述辅助蒸发装置底部由下至上依次为辅助再热板、热管，所述辅助蒸发装置上盖板为半圆柱空心体，所述半圆柱空心体边缘设有淡水收集槽道，所述淡水收集槽道与辅助蒸发装置交界处接有中高温淡水管，所述中高温淡水管与蒸发管道通过连接卡扣密封固定，所述中高温淡水管终端连接到换热装置一侧；

所述淡水箱通过低温淡水管与换热装置密封连接，中高温淡水在换热装置冷却后，通过低温淡水管到达淡水箱，所述淡水箱上设有淡水排出管；

所述结晶装置位于海水蒸发和浓缩装置后方，两者通过蒸发后海水流出管密封连接。

本发明具有以下优势：

(1)太阳能海水淡化装置相对于传统的海水淡化方法，效率提高30％—50％；本发明设置有海水预热装置，使用中高温淡水的热量加热蒸发前的海水，减少热量浪费。

(2)当前的太阳能海水淡化装置多为固定状态，不能实现海陆两用，本发明中蒸发管道、太阳光聚光镜均模块化，可根据实际情况进行拼接、重组，应用范围更加广泛。

(3)本发明中使用太阳光聚光镜将热量汇集至蒸发管道，并使用热管进行导热，将换热效率提高15％—30％；相较于一些只制备淡水的太阳能海水淡化装置，本发明将蒸发浓缩后的海水送入结晶池，进行制盐，海水充分利用。

(4)本发明专利包含盐度测试仪和比例控制装置，不仅可以控制进入蒸发装置的海水盐度，也可以对结晶装置的盐度进行调节，使海水淡化和结晶过程的盐度调控更加精确。

附图说明

图1是本发明的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置结构示意图；

图2是本发明中比例控制装置、进口海水预热装置、淡水箱的位置放大图；

图3是本发明中换热器剖面图；

图4是本发明中蒸发管道连接部分剖面图；

图5-A是本发明中辅助蒸发装置后侧的管道连接示意图；

图5-B是本发明中辅助蒸发装置前侧的管道连接示意图；

图6是管束分集器与热管连接部位放大图；

图7是本发明中辅助蒸发池剖面图；

图8-A是连接卡扣连接示意图；

图8-B是蒸发管道连接部位剖面图；

图9是本发明专利中首端蒸发管道放大图；

图10是本发明专利中换热装置示意图；

图11是实施方式一蒸发管道剖面图。

图中：

1.淡水箱 2.比例控制装置 3.盐度测试仪 4.换热装置

5.太阳光聚光镜 6.蒸发管道 7.辅助蒸发装置 8.结晶装置

9.连接卡扣 10.蒸发管道支杆 11.太阳光聚光镜支架 12.热管

13.蒸汽透孔 14.蒸发管道外层 15.蒸发管道内层 16.支撑板

17.支撑托盘 18.淡水收集槽道 19.管束分集器 20.辅助再热板

21-1.中高温淡水管 21-2.低温淡水管 21-3.淡水排出管

22.蒸发后海水流出管 23.蒸发后海水回流管 24.混合管

25.新海水进口管 26.辅助蒸发装置上盖板

具体实施方式

结合附图对本发明的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置结构加以说明并描绘具体的实施方式。

本发明的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置如图1所示，包括进口海水盐度控制装置、进口海水预热装置、海水蒸发和浓缩装置、结晶装置、淡水收集箱；如图2、图5—A、图5—B所示，所述装置之间通过不同的管道连接，管道包括：中高温淡水管21-1、低温淡水管21-2、淡水排出管21-3、蒸发后海水流出管22、蒸发后海水回流管23、混合管24、新海水进口管25；

进口海水盐度控制装置，包括比例控制装置2和盐度测试仪3，如图2和图5-B所示，所述比例控制装置2前方连接新海水进口管25和蒸发后海水回流管23，所述蒸发后海水回流管23的始端连接至辅助蒸发装置7，所述盐度测试仪3位于蒸发后海水流出管22上；所述新海水从新海水进口管25进入比例控制装置2的同时，部分蒸发后的海水从蒸发后海水回流管23进入比例控制装置2；所述盐度测试仪3测出蒸发后海水的盐度后，参照实际所要求的盐度，通过比例控制装置2调节新海水与蒸发后海水的比例，符合要求的混合海水沿混合管24流入进口海水预热装置。

进口海水预热装置，主要部件为换热装置4，如图2和图10所示：所述换热装置4分别和混合管24、中高温淡水管21-1、蒸发后海水回流管23相连接；如图3所示：所述换热装置4包括上、下两个部分，所述中高温淡水通过中高温淡水管21-1进入换热装置4上部，放热冷却后通过低温淡水管21-2排放到淡水箱1内，所述混合海水沿混合管24流至换热装置4下部，在换热装置4中预热后，直接进入与之密封连接的海水蒸发、浓缩装置；

海水蒸发和浓缩装置，如图1所示，包括：太阳光聚光镜支架11、太阳光聚光镜5、蒸发管道6、蒸发管道支杆10、辅助蒸发装置7，所述太阳光聚光镜5通过蒸发管道支杆10固定于太阳光聚光镜支架11上，所述蒸发管道支杆10一端固定在太阳光聚光镜5上，另一端固定在蒸发管道6上，用于支撑蒸发管道6，所述蒸发管道6位于太阳光聚光镜5焦点上；如图4和9所示：所述蒸发管道6由蒸汽透孔13、蒸发管道外层14和蒸发管道内层15、热管12、支撑板16、支撑托盘17、淡水收集槽道18组成；所述蒸发管道6与太阳光聚光镜5的长度相同，如图8—A和8—B所示：相邻蒸发管道6通过连接卡扣9密封连接；如图6和图7所示，所述蒸发管道6与辅助蒸发装置7密封连接，连接部位的热管12通过管束分集器19汇集、分散；所述辅助蒸发装置7底部由下至上依次为辅助再热板20、热管12，所述辅助蒸发装置上盖板26为半圆柱空心体，所述半圆柱空心体边缘设有淡水收集槽道18，所述淡水收集槽道18与辅助蒸发装置7交界处接有中高温淡水管21-1，所述中高温淡水管21-1末端连接换热装置4，所述辅助蒸发装置7下部有蒸发后海水流出管22，所述蒸发后海水流出管22末端连接至结晶装置8；所述混合后的海水从换热装置4预热后进入蒸发管道6，所述太阳光聚光镜5将太阳光反射汇集到蒸发管道6下部，所述热管12吸热升温，所述热管12由支撑板16和支撑托盘17固定，所述蒸发管道6中的海水蒸发后形成的水蒸汽通过蒸汽透孔13到达蒸发管道6的上表面，冷却凝结后流至淡水收集槽道18，所述蒸发管道6与辅助蒸发装置7密封连接，从蒸发管道6内流出的海水流至辅助蒸发装置7，在辅助再热板20的加热下完成蒸发；所述热管12通过管束分集器19完成在蒸发管道6和辅助蒸发装置7之间的过渡，所述淡水收集槽道18在蒸发管道6和辅助蒸发装置7之间光滑连接，所述收集到的淡水最终通过中高温淡水管21-1流至换热装置4；

所述淡水箱1通过低温淡水管21-2与换热装置4密封连接，如图2和图5-A所示，中高温淡水在换热装置4冷却后，通过低温淡水管21-2到达淡水箱1，所述淡水箱1上设有淡水排出管21-3；

所述结晶装置8位于海水蒸发和浓缩装置后方，如图5-B所示，两者通过蒸发后海水流出管22密封连接。

以下为本发明的两种另外两种实施方式：

实施方式一是将蒸发管道设计为七边形，如图11所示，所述冷凝盖板为对称的斜面，更利于蒸汽凝结后形成水膜流落至淡水收集槽道18；七边形的蒸发管道，下部接受汇集太阳光的面积更大，更有利用蒸发管道内海水的蒸发。

实施方式二是对本发明进行不同的排列组合，使该装置既满足太阳能海上应急海水淡化的需要，也能满足陆地上的海水淡化和制盐。实际生活中，若只要求获得淡水，解决淡水资源短缺的问题，可去掉结晶装置8；若使装置满足海上应急海水淡化的需要，可去掉结晶装置8并根据实际情况调节蒸发浓缩装置的数量和尺寸。

Claims (4)

1.一种太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，其特征是：该装置包括进口海水盐度控制装置、进口海水预热装置、海水蒸发和浓缩装置、结晶装置、淡水收集箱；所述装置之间通过不同的管道连接，管道包括：中高温淡水管(21-1)、低温淡水管(21-2)、淡水排出管(21-3)、蒸发后海水流出管(22)、蒸发后海水回流管(23)、混合管(24)、新海水进口管(25)；

所述海水盐度控制装置包括有比例控制装置(2)和盐度测试仪(3)，所述比例控制装置(2)的前部与新海水进口管(25)、蒸发后海水回流管(23)连接，所述比例控制装置(2)的后部通过混合管(24)与海水预热装置连接；所述盐度测试仪(3)安装在蒸发后海水流出管(22)上；

所述进口海水预热装置设置在进口海水盐度控制装置后部，两者通过混合管(24)连接，所述进口海水预热装置包括换热装置(4)，所述换热装置(4)的两端分别与混合管(24)和中高温淡水管(21-1)连接，所述高温淡水在换热装置(4)内冷却后沿低温淡水管(21-2)流至淡水箱(1)；

所述海水蒸发和浓缩装置设置在海水预热装置后部并密封连接，所述海水蒸发和浓缩装置包括有太阳光聚光镜支架(11)、太阳光聚光镜(5)、蒸发管道(6)、蒸发管道支杆(10)、辅助蒸发装置(7)；所述太阳光聚光镜(5)设置在蒸发管道(6)下部，并通过太阳光聚光镜支架(11)连接，所述蒸发管道(6)包括蒸汽透孔(13)、蒸发管道外层(14)和蒸发管道内层(15)、热管(12)、支撑板(16)、支撑托盘(17)、淡水收集槽道(18)，所述蒸发管道(6)设置在辅助蒸发装置(7)前部并密封连接，所述蒸发管道(6)和辅助蒸发装置(7)中的热管(12)通过管束分集器(19)汇集、分散；所述辅助蒸发装置(7)底部由下至上依次为辅助再热板(20)、热管(12)，所述辅助蒸发装置(7)的上盖板(26)为半圆柱空心体，所述上盖板(26)边缘设有淡水收集槽(18)，所述高温淡水管(21-1)设在淡水收集槽道(18)与辅助蒸发装置(7)交界处，所述中高温淡水管(21-1)与蒸发管道(6)通过连接卡扣(9)密封固定，所述中高温淡水管(21-1)终端与换热装置(4)连接；

所述淡水箱(1)通过低温淡水管(21-2)与换热装置(4)密封连接，中高温淡水在换热装置(4)冷却后，通过低温淡水管(21-2)到达淡水箱(1)，所述淡水箱(1)上设有淡水排出管(21-3)；

所述结晶装置位于海水蒸发和浓缩装置后方，两者通过蒸发后海水流出管(22)密封连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，其特征是：所述蒸发管道外层(14)位于淡水收集槽道(18)以上的内表面、辅助蒸发装置上盖板(26)内表面均为高温水蒸气的冷凝表面，且均喷涂厌水性材料涂层，使在该涂层表面凝结成水膜流至淡水收集槽道(18)；

3.根据权利要求1所述的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，其特征是：所述海水蒸发和浓缩装置外层为玻璃材质、内层为金属材质，热管(12)所在空间为真空；所述辅助蒸发装置(7)箱体除上盖板(26)外的内表面、所述换热装置(4)内表面均喷涂有保温材料。

4.根据权利要求1所述的太阳能海水蒸发、浓缩、结晶一体化装置，其特征是：所述海水蒸发和浓缩装置中太阳光聚光镜(5)和蒸发管道(6)长度相同；所述中高温淡水管(21-1)和蒸发后海水回流管(23)后均设置水泵。