CN108946852A - 一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法，采用太阳能加热太阳能真空集热管，并将海水雾化喷出，雾化海水遇热汽化，产生的水蒸气经冷凝回收，变成淡化水，采用喷射蒸馏的方式，海水淡化处理效率高，无需额外消耗能源，海水无须预处理，淡化水品质高；设置除盐膜，进一步除去雾化海水中的盐分，可提高淡化海水纯度；设置冷凝器，通过将低温海水与高温蒸汽进行换热，一方面提升进水管内海水温度，提高热利用效率；另一方面对高温蒸汽进行冷凝，更加节能；本装置结构简单，设备采购成本和后期维护成本较低，可广范应用于海岛、船舶、海洋作业平台等领域的海水淡化应用，以及内陆苦咸水淡化和工业废水深度处理。

Description

一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法

技术领域

本发明涉及海水淡化装置，尤其涉及一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法。

背景技术

海水淡化，作为解决水资源危机的重要方法，已经成为世界各国的研究重点。海水淡化的方法有很多种，常规方法有多级闪蒸、多效蒸馏以及反渗透3种，但这3种技术都以化石燃料作为能源，容易陷入“能源换淡水”的怪圈，因此，将太阳能应用到海水淡化领域，一定程度上可以缓解能源与淡水之间的矛盾。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种结构简单、节能、海水淡化处理效率高的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其包括若干太阳能真空集热管(1)及密封件(2)，密封件(2)密封太阳能真空集热管(1)管口，还包括进水管(3)、喷射组件(4)、蒸汽管(5)、冷凝器(6)、进水阀(7)、温度传感器(8)和PLC控制器(9)，进水管(3)、蒸汽管(5)分别穿过密封件(2)并与之密封，喷射组件(4)设置于太阳能真空集热管(1)内并连通进水管(3)，进水阀(7)连通进水管(3)，蒸汽管(5)连通冷凝器(6)，其中，

温度传感器(8)，采集太阳能真空集热管(1)内实时温度数据并传送给PLC控制器(9)；

PLC控制器(9)，分别信号连接温度传感器(8)和进水阀(7)，接收温度传感器(8)采集的实时温度数据并在实时温度超过阈值时控制进水阀(7)开启。

在以上技术方案的基础上，所述太阳能真空集热管(1)为两根同心圆玻璃管组成，在内管的外表面涂太阳光选择性吸热层，内管与外管管口熔封，内外管之间抽成真空，太阳能真空集热管(1)水平安装倾角30～90°，背光面安装有太阳光反射板。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述温度传感器(8)穿过密封件(2)并与之密封。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括排盐管(10)和排盐阀(11)，排盐管(10)穿过密封件(2)并与之密封，排盐管(10)连通排盐阀(11)，排盐阀(11)信号连接PLC控制器(9)。进一步优选的，蒸汽管(5)管口高度大于喷射组件(4)出水口高度，喷射组件(4)出水口高度大于排盐管(10)管口高度。进一步优选的，所述密封件(2)上开设有四个贯通孔，分别连接进水管(3)、蒸汽管(5)、温度传感器(8)和排盐管(10)。更进一步优选的，密封件(2)采用耐高温硅橡胶材质，工作温度为200℃，最高承受温度为250℃，能承受的瞬时压力大于1.2Mpa，密封件与真空集热管的玻璃套管之间，有圆环凸起，实现玻璃套管内外密封。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述冷凝器(6)采用热交换设备，其分别连通进水管(3)和蒸汽管(5)，经进水管(3)导入的低温海水与经蒸汽管(5)导入的高温蒸汽在冷凝器(6)内换热，产生的高温海水导入太阳能真空集热管(1)内，高温蒸汽冷凝产生的淡化水回收利用。

在以上技术方案的基础上，优选的，实时温度升高并在超过180℃时，PLC控制器(9)控制进水阀(7)开启；实时温度降低并在低于110℃时，PLC控制器(9)控制进水阀(7)关闭。

第二方面，本发明提供了一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的方法，包括以下步骤，

S1，采用太阳能真空集热管吸收太阳能，自发热至内部温度高于100℃；

S2，向太阳能真空集热管内连续通入待淡化海水，并通过喷射组件喷出雾化海水，雾化海水遇热汽化成水蒸气，并通过管道导出，经冷凝回收，得到淡化水。

本发明的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置及方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)采用太阳能加热太阳能真空集热管，并将海水雾化喷出，雾化海水遇热汽化，产生的水蒸气经冷凝回收，变成淡化水，采用喷射蒸馏的方式，海水淡化处理效率高，无需额外消耗能源，海水无须预处理，淡化水品质高；

(2)设置冷凝器，通过将低温海水与高温蒸汽进行换热，一方面提升进水管内海水温度，提高热利用效率；另一方面对高温蒸汽进行冷凝，更加节能；

(3)本装置结构简单，设备采购成本和后期维护成本较低，可广范应用于海岛、船舶、海洋作业平台等领域的海水淡化应用，以及内陆苦咸水淡化和工业废水深度处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明太阳能真空集热管部分的正视图；

图2为本发明利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合图2，本发明的海水利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其包括若干太阳能真空集热管1、密封件2、进水管3、喷射组件4、蒸汽管5、冷凝器6、水阀7、温度传感器8、PLC控制器9、排盐管10和排盐阀11。

太阳能真空集热管1，吸收太阳能并自发热，并提供喷射蒸馏的空间。具体的，所述太阳能真空集热管1为两根同心圆玻璃管组成，在内管的外表面涂太阳光选择性吸热层，内管与外管管口熔封，内外管之间抽成真空，太阳能真空集热管1水平安装倾角30～90°，背光面安装有太阳光反射板。具体的，密封件2密封太阳能真空集热管1管口，太阳能真空集热管1为装置提供热源，利用管内腔做为海水蒸发的密闭容器，海水在蒸发时产生大于0.1Mpa小于1.2Mpa的压力。密封件2采用耐高温硅橡胶材质，工作温度高于200℃，能承受的瞬时压力大于0.9Mpa。如此，能够在太阳能真空集热管1内形成密封高温高压环境，使喷射出的海水在太阳能真空集热管1内实现间歇式蒸发，提高产水率。具体的，密封模块2采用耐高温硅橡胶材质，工作温度为200℃，最高承受温度为250℃，能承受的瞬时压力大于1.2Mpa。

作为水喷射蒸馏循环部分，进水管3、蒸汽管5分别穿过密封件2并与之密封，喷射组件4设置于太阳能真空集热管1内并连通进水管3，蒸汽管5连通冷凝器6。如此，海水经进水管3进入，并通过喷射组件4雾化喷出，雾化海水遇热汽化，产生的水蒸气经蒸汽管5导出，并通过冷凝器6冷凝回收，变成淡化水。

对于经蒸汽管5收集的水蒸气，需要对其进行冷凝回收，具体的，所述冷凝器6采用热交换设备，其分别连通进水管3和蒸汽管5，经进水管3导入的低温海水与经蒸汽管5导入的高温蒸汽在冷凝器6内换热，产生的高温海水导入太阳能真空集热管1内，高温蒸汽冷凝产生的淡化水回收利用。通过将低温海水与高温蒸汽进行换热，一方面提升进水管3内海水温度，提高热利用效率；另一方面对高温蒸汽进行冷凝，更加节能。

对于蒸馏过程中产生的盐分及其他杂质，需要定期排出，因此，还包括排盐管10，排盐管10穿过密封件2并与之密封。具体的，蒸汽管5管口高度大于喷射组件4出水口高度，喷射组件4出水口高度大于排盐管10管口高度。如此，保证汽化产生的水蒸气向上运动直接经蒸汽管5导出，也可避免经喷射组件4喷出的雾化海水来不及导出在太阳能真空集热管1内沉积，并在水位超过蒸汽管5管口高度时进入蒸汽管5，导致淡化水污染。

作为水喷射蒸馏电路控制部分，进水阀7连通进水管3，温度传感器8采集太阳能真空集热管1内实时温度数据并传送给PLC控制器9。具体的，所述密封件2上开设有四个贯通孔，分别连接进水管3、蒸汽管5、温度传感器8和排盐管10，温度传感器8穿过密封件2并与之密封。

PLC控制器9，分别信号连接温度传感器8、进水阀7和排盐阀11，接收温度传感器8采集的实时温度数据并在实时温度超过阈值时控制进水阀7开启。具体的，实时温度升高并在超过180℃时，PLC控制器9控制进水阀7开启；实时温度降低并在低于110℃时，PLC控制器9控制进水阀7关闭。如此，一方面，保证只有在太阳能真空集热管1内实时温度高于水汽化温度时，才将海水导入，保证经喷射组件4喷出的雾化海水及时汽化，防止在太阳能真空集热管1内重新凝结成液体；另一方面，在太阳能真空集热管1内实时温度升高并在超过180℃时，PLC控制器9控制进水阀7开启，海水经进水管3和喷射组件4喷射成雾状，并在高温环境下汽化，除去盐分后通过蒸汽管5收集并经冷凝器6冷凝回收，在此过程中，太阳能真空集热管1内温度迅速下降至低于110℃，进水阀7关闭；第三方面，太阳能真空集热管1继续吸收太阳能自发热至管内温度升高并在超过180℃时，PLC控制器9控制进水阀7开启，继续喷射蒸馏产生淡化水。

本发明的提供了一种简易太阳能喷射蒸馏海水淡化方法，包括以下步骤，

S1，采用太阳能真空集热管1吸收太阳能，自发热至内部温度高于100℃；

S2，向太阳能真空集热管1内连续通入待淡化海水，并通过喷射组件4喷出雾化海水，雾化海水遇热汽化成水蒸气，并通过管道导出，经冷凝回收，得到淡化水。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其包括若干太阳能真空集热管(1)及密封件(2)，密封件(2)密封太阳能真空集热管(1)管口，其特征在于：还包括进水管(3)、喷射组件(4)、蒸汽管(5)、冷凝器(6)、进水阀(7)、温度传感器(8)和PLC控制器(9)，进水管(3)、蒸汽管(5)分别穿过密封件(2)并与之密封，喷射组件(4)设置于太阳能真空集热管(1)内并连通进水管(3)，进水阀(7)连通进水管(3)，蒸汽管(5)连通冷凝器(6)，其中，

温度传感器(8)，采集太阳能真空集热管(1)内实时温度数据并传送给PLC控制器(9)；

PLC控制器(9)，分别信号连接温度传感器(8)和进水阀(7)，接收温度传感器(8)采集的实时温度数据并在实时温度超过阈值时控制进水阀(7)开启。

2.如权利要求1所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：所述太阳能真空集热管(1)为两根同心圆玻璃管组成，在内管的外表面涂太阳光选择性吸热层，内管与外管管口熔封，内外管之间抽成真空，太阳能真空集热管(1)水平安装倾角30～90°，背光面安装有太阳光反射板。

3.如权利要求1所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：所述温度传感器(8)穿过密封件(2)并与之密封。

4.如权利要求1所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：还包括排盐管(10)和排盐阀(11)，排盐管(10)穿过密封件(2)并与之密封，排盐管(10)连通排盐阀(11)，排盐阀(11)信号连接PLC控制器(9)。

5.如权利要求4所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：蒸汽管(5)管口高度大于喷射组件(4)出水口高度，喷射组件(4)出水口高度大于排盐管(10)管口高度。

6.如权利要求4所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：所述密封件(2)上开设有四个贯通孔，分别连接进水管(3)、蒸汽管(5)、温度传感器(8)和排盐管(10)。

7.如权利要求1所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：所述冷凝器(6)采用热交换设备，其分别连通进水管(3)和蒸汽管(5)，经进水管(3)导入的低温海水与经蒸汽管(5)导入的高温蒸汽在冷凝器(6)内换热，产生的高温海水导入太阳能真空集热管(1)内，高温蒸汽冷凝产生的淡化水回收利用。

8.如权利要求1所述的利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的装置，其特征在于：实时温度升高并在超过180℃时，PLC控制器(9)控制进水阀(7)开启；实时温度降低并在低于110℃时，PLC控制器(9)控制进水阀(7)关闭。

9.一种利用太阳能将海水喷射蒸馏淡化的方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，采用太阳能真空集热管(1)吸收太阳能，自发热至内部温度高于100℃；

S2，向太阳能真空集热管(1)内连续通入待淡化海水，并通过喷射组件(4)喷出雾化海水，雾化海水遇热汽化成水蒸气，并通过管道导出，经冷凝回收，得到淡化水。