CN109354096B - 菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，包括海水输送管、菲涅尔透镜太阳能加热机构、太阳能发电机构、化油器文氏管，淡化海水储罐、吹风机构、冷却管和控制器，海水输送管与菲涅尔透镜太阳能加热机构的输入端连接，菲涅尔透镜太阳能加热机构的输出端与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接，吹风机构设于化油器文氏管的一侧且使该侧形成负压，令进入化油器文氏管的高温海水形成水蒸气并进入化油器文氏管的另一侧，化油器文氏管的另一侧间隔设有若干片透湿膜，化油器文氏管的另一侧下部设有出水口，出水口与淡化海水储罐的进口管路连接，冷却管缠绕设置在化油器文氏管另一侧的外周侧，该方案结构简单、实施可靠且能耗低。

Description

菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其是菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置。

背景技术

随着地球人口的持续增加和国民经济发展带来的环境污染、排放的急剧增长，水资源和水环境的压力急剧增加，全球性缺水问题日益严重。淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一，就人均占有量来说，中国在水资源方面是一个穷国。据测算，我国人均占有水量只居世界的第108位。我国海岸线长，一些岛屿和沿海盐碱地区以及内陆苦咸水地区均属缺乏淡水的地区。因此，解决淡水供应不足是我国面临的一个严峻问题。众所周知，地球上存在大量的海水，将海水淡化解决人类的淡水资源短缺问题，但在当前的海水淡化方法中普遍存在成本高，效率低，大规模实现比较困难的问题。发展做出了努力。

在海水淡水过程中，当前的海水淡化方法中普遍存在成本高，效率低，大规模实现比较困难的问题。未来的菲涅尔透镜太阳能海水淡化技术，在近期内将仍以蒸馏方法为主。利用菲涅尔透镜太阳能进行海水淡化，虽在技术上没有太大障碍，但在经济上仍不能跟传统海水淡化技术相比拟。比较实际的方法，利用太阳能发电提供一部分电力，为改善太阳能蒸馏系统成本高做贡献。

现有的海水淡化设备中，其主要新特点在于：首先是可独立运行，不受电力等条件限制，无污染、低能耗，运行安全稳定可靠，不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源，对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值；其次是生产规模可有机组合，适应性好，产水成本低，目前对盘式太阳能海水淡化设备的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，菲涅尔透镜太阳能具有安全、环保等优点，将菲涅尔透镜太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。

相应的在先公开专利有如下几个：

申请号为CN201721506727.2；专利名为一种基于膜法蒸馏的槽式太阳能海水淡化装置的专利方案公开了针对当前主流太阳能海水淡化技术(如太阳能多效蒸发、太阳能多级闪蒸、太阳能反渗透等)存在投资高、太阳能热利用率不高、系统装置效率低等局限性,该专利中海水蒸馏所需热能来自槽式聚光反射镜发射的太阳能。太阳能反射聚焦到膜组件中的圆弧形集热管上,对管内流动的海水加热。集热管中海水被加热之后,膜组件中疏水蒸馏膜两侧由于存在温差形成了蒸汽压差。由于膜两侧压差的作用,海水中的水分将以蒸汽形式透过疏水膜孔隙,在疏水膜另一侧通道内形成水蒸汽流。最后将水蒸汽冷凝即可得到液态淡水,收集于淡水罐中。

申请号为CN201710777485.9；专利名为聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统的专利将带动聚光太阳能蒸汽发生系统替代传统的电蒸汽锅炉或燃气蒸汽锅炉的进程,以及带动太阳能中高温海水淡化技术的发展,解决现有的电锅炉或燃气锅炉以及海水淡化装置能耗高的问题,对于改善我国水资源匮乏具有重要的现实意义,最大限度的利用了太阳能。需要指出的是：本发明所说的海水淡化系统不光光仅局限于海水淡化,在实际应用中该系统可以用在苦咸水淡化及一般的废水处理上。本发明的聚光太阳能蒸汽发生系统也可以应用到太阳能光热发电系统中,作为太阳能光热发电的主要的热力源。

申请号为CN201810233319.7；专利名为一种模块化太阳能中空纤维膜海水淡化器及其淡化方法的专利利用两块结构相同的密封盖板；通过螺栓组件依次夹持在两块密封盖板之间的第一沟槽板、中空纤维膜组件和第二沟槽板；第一沟槽板的一面为光滑平面,另一面为布满沟槽的沟槽面,该沟槽面与密封盖板之间形成沟槽腔；沟槽面上具有冷水出入口,在光滑平面的内底侧开刻凿有一淡水出水槽；本海水淡化器既可以直接利用太阳能作为热能驱动膜式蒸发#冷却这一海水淡化过程,也可以在夜间利用其它低品位能源驱动这一过程,从而实现昼夜不间断生产。

申请号为CN201621093192.6；专利名为负压超声雾化式太阳能海水淡化装置的专利方案公开了包括四个系统的技术方案,一为空气集热循环系统,由菲涅尔透镜太阳能空气集热器,蒸发舱,换热器,缓冲瓶,淡水储存箱,引风机组成；二为海水预热系统,由真空管太阳能热水器,海水预热箱,铜质换热管束,淡水冷凝箱构成；三为超声雾化系统,由布水板,布气板,亲水性填料,超声波雾化器构成,通过增加海水的蒸发面积从而提高蒸发速度；四为光伏发电系统,通过光伏单元提供系统运行所需电能。

上述几个专利方案仍存在效率不高和不经济且实施结构复杂的弊端。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种结构简单、实施可靠且成本经济实惠、能耗低的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其包括海水输送管、菲涅尔透镜太阳能加热机构、太阳能发电机构、化油器文氏管，淡化海水储罐、吹风机构、冷却管和控制器，所述海水输送管的一端用于输入海水，海水输送管的另一端与菲涅尔透镜太阳能加热机构的输入端连接，菲涅尔透镜太阳能加热机构的输出端与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接，所述的吹风机构设于化油器文氏管的一侧且使该侧形成负压，令进入化油器文氏管的高温海水形成水蒸气并进入化油器文氏管的另一侧，所述化油器文氏管的另一侧间隔设有若干片透湿膜，所述化油器文氏管的另一侧下部设有出水口，所述的出水口与淡化海水储罐的进口管路连接，所述的冷却管缠绕设置在化油器文氏管另一侧的外周侧，所述的太阳能发电机构、吹风机构和菲涅尔透镜太阳能加热机构均与控制器电连接且由控制器控制。

进一步，所述的菲涅尔透镜太阳能加热机构包括透明玻璃箱、菲涅尔透镜、若干根太阳能管和热泵，所述的透明玻璃箱为封闭结构，所述的菲涅尔透镜设于透明玻璃箱的上端面，所述的若干根太阳能管首尾串联设于透明玻璃箱中，其一端引出透明玻璃箱并与热泵连接，所述的透明玻璃箱设有进水口和出水口，其进水口与海水输送管连接，其出水口与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接。

优选的，所述的热泵与太阳能发电机构电连接。

优选的，所述的菲涅尔透镜与透明玻璃箱之间还设有玻璃板。

优选的，还包括热海水储存罐，所述透明玻璃箱的出水口还与热海水存储罐的进口管路连接，热海水存储罐的出口与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接且该管路上设有阀。

优选的，所述的阀为电磁阀。

进一步，所述化油器文氏管的另一侧的外周侧上还设有辅助散热的鳍片。

进一步，所述化油器文氏管的中部下端还设有卤水出口，且卤水沸点高不汽化，比重重易沉淀在蒸气罐下方，卤水出口管路连接有卤水储存罐。

进一步，所述的吹风机构包括风机且风机与太阳能发电机构电连接。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明方案针对现有的太阳能海水淡化技术因太阳能无法加热海水至汽化量的缺点；提出菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置方案，其中，菲涅尔透镜能聚焦太阳能对透明玻璃箱中热管内的热媒加热，加热效率高，可解决此缺点，另外，菲涅尔透镜太阳能加热机构的原理是透明玻璃箱会产生温室效应，菲涅尔透镜能聚焦太阳能对玻璃箱中热管内的热媒加热，热媒吸热速度快，玻璃箱内的海水与其热管做热交换，因菲涅尔透镜能聚焦太阳能加热过海水可接近100℃，容易汽化，再导入热海水储存罐储存，利用化油器法机理，在低压时高温海水容易汽化，高温海水引入化油器文氏管中间截面积最小处，经吹气风扇在化油器文氏管右方吹气，依伯努利定理，此处会产生低压，使高温海水形成水蒸气，卤水沸点高不汽化，卤水比重较重会掉入化油器文氏管中间处下方收集，化油器文氏管内置放多层透湿膜，管外有冷却水通过及布满鳍片作冷却，水蒸气经过透湿膜后，会凝结成淡水，然后收集,再者，利用太阳能发电机构提供一部分电力，本方案所采用的化油器文氏管结构简单，经济实惠，实施可靠且成本经济实惠、能耗低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明方案的简要实施结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明装置包括海水输送管121、菲涅尔透镜太阳能加热机构、太阳能发电机构4、化油器文氏管5，淡化海水储罐9、吹风机构4、冷却管6和控制器（未示出），所述海水输送管121的一端用于输入海水，海水输送管121的另一端与菲涅尔透镜太阳能加热机构的输入端连接，菲涅尔透镜太阳能加热机构的输出端与化油器文氏管5的中部截面积最小处管路连接，所述的吹风机构4设于化油器文氏管5的一侧51且使该侧形成负压，令进入化油器文氏管5的高温海水形成水蒸气并进入化油器文氏管5的另一侧52，所述化油器文氏管5的另一侧52间隔设有若干片透湿膜8，所述化油器文氏管5的另一侧52下部设有出水口，所述的出水口与淡化海水储罐9的进口管路连接，所述的冷却管6缠绕设置在化油器文氏管5另一侧52的外周侧，所述的太阳能发电机构4、吹风机构41和菲涅尔透镜太阳能加热机构均与控制器电连接且由控制器控制。

其中，所述的菲涅尔透镜太阳能加热机构包括透明玻璃箱1、菲涅尔透镜13、若干根太阳能管21和热泵2，所述的透明玻璃箱1为封闭结构，所述的菲涅尔透镜13设于透明玻璃箱1的上端面，所述的若干根太阳能管21首尾串联设于透明玻璃箱1中，其一端引出透明玻璃箱1并与热泵2连接，所述的透明玻璃箱1设有进水口和出水口，其进水口与海水输送管121连接，其出水口通过一连接管12与化油器文氏管5的中部截面积最小处管路连接；优选的，所述的热泵2与太阳能发电机构4电连接；优选的，所述的菲涅尔透镜13与透明玻璃箱1之间还设有玻璃板11；作为一种实施方式，优选的，本发明装置还包括设于透明玻璃箱1和化油器文氏管5之间的热海水储存罐3，所述透明玻璃箱1的出水口还通过连接管12与热海水存储罐3的进口管路连接，热海水存储罐3的出口与化油器文氏管5的中部截面积最小处管路连接且该管路上设有阀31；所述的阀31为电磁阀。

进一步，所述化油器文氏管5的另一侧52的外周侧上还设有辅助散热的鳍片7。

进一步，所述化油器文氏管5的中部下端还设有卤水出口且卤水出口管路连接有卤水储存罐10。

进一步，所述的吹风机构41包括风机且风机与太阳能发电机构4电连接。

本发明装置运行时，将冷海水通过泵引入菲涅尔透镜太阳能加热机构做加热，菲涅尔透镜太阳能加热机构原理是透明玻璃箱1会产生温室效应，菲涅尔透镜13能聚焦太阳能对透明玻璃箱1中热管21内的热媒加热，热媒吸热速度快，透明玻璃箱1内的海水与其热管21做热交换，因菲涅尔透镜13能聚焦太阳能加热过海水可接近100℃，容易汽化，再将其导入热海水储存罐3储存，然后引入化油器文氏管5，其利用化油器法机理，在低压时高温海水容易汽化，高温海水引入化油器文氏管5中间截面积最小处，经吹气吹风机构41在化油器文氏管5一侧吹气，依伯努利定理，此处会产生低压，使高温海水形成水蒸气，卤水较重会掉入化油器文氏管5中间处下方的卤水储存罐10收集；化油器文氏管5另一侧内置放多层透湿膜8，管外有冷却管61（冷却水从冷却管一端61进，冷却管另一端62出）和布满鳍片7作冷却，水蒸气经过透湿膜8后，会凝结成淡水，然后通过淡化海水储罐9收集。

以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：其包括海水输送管、菲涅尔透镜太阳能加热机构、太阳能发电机构、化油器文氏管，淡化海水储罐、吹风机构、冷却管和控制器，所述海水输送管的一端用于输入海水，所述的菲涅尔透镜太阳能加热机构包括透明玻璃箱、菲涅尔透镜、若干根太阳能管和热泵，所述的透明玻璃箱为封闭结构，所述的菲涅尔透镜设于透明玻璃箱的上端面，所述的若干根太阳能管首尾串联设于透明玻璃箱中，其一端引出透明玻璃箱并与热泵连接，所述的透明玻璃箱设有进水口和出水口，其进水口与海水输送管的另一端连接，其出水口与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接；所述的吹风机构设于化油器文氏管的一侧且使该侧形成负压，令进入化油器文氏管的高温海水形成水蒸气并进入化油器文氏管的另一侧，所述化油器文氏管的另一侧间隔设有若干片透湿膜，所述化油器文氏管的另一侧下部设有出水口与淡化海水储罐的进口管路连接，所述的冷却管缠绕设置在化油器文氏管另一侧的外周侧，所述的太阳能发电机构、吹风机构和菲涅尔透镜太阳能加热机构均与控制器电连接且由控制器控制。

2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述的热泵与太阳能发电机构电连接。

3.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述的菲涅尔透镜与透明玻璃箱之间还设有玻璃板。

4.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：还包括热海水储存罐，所述透明玻璃箱的出水口还与热海水存储罐的进口管路连接，热海水存储罐的出口与化油器文氏管的中部截面积最小处管路连接且该管路上设有阀。

5.根据权利要求4所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述的阀为电磁阀。

6.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述化油器文氏管的另一侧的外周侧上还设有辅助散热的鳍片。

7.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述化油器文氏管的中部下端还设有卤水出口，且卤水出口管路连接有卤水储存罐。

8.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置，其特征在于：所述的吹风机构包括风机且风机与太阳能发电机构电连接。

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