CN109553151A - 一种大型太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种大型太阳能海水淡化装置，海水蒸发罐建在淡水罐和海水罐上面，或者建筑物顶面。两层透明板构成海水蒸发罐顶盖，满足了透光和绝热要求。冷凝器由冷凝器主管和多组冷凝器支管构成。冷凝器主管包含多组平行的换热管和多个连通节点。连通节点上设蒸汽进口。冷凝器支管包含一组平行的换热管并在连通节点与冷凝器主管连通。冷凝器支管末端设蒸汽进口。冷凝器具有大面积高效收集冷凝蒸汽功能。采用最新的水面加热蒸发海水技术，能高效利用太阳能，增大海水蒸发量。海水蒸发、蒸汽冷凝都在海水蒸发罐内完成，是结构最紧凑的太阳能海水淡化装置。控制系统使装置运行能实现无人值守。

Description

一种大型太阳能海水淡化装置

所属技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，具体为一种大型太阳能海水淡化装置。

背景技术

世界上第一套大型太阳能海水淡化装置，于1872年在智利北部建成。这套装置由许多宽1.14米、长61米的盘形蒸馏器组合而成，总面积4700平方米。在晴天条件下，每天生产2.3万升淡水。也就是平均4.9升/平方米·天。这套装置运行了近40年。此后顶棚式、倾斜幕芯式、倾斜盘式、充气式、聚光式太阳能蒸馏器不断出现。但都没有应用于大型太阳能海水淡化装置的实例。随着太阳能集热技术和热法海水淡化技术的发展，现在的大型太阳能海水淡化装置采用太阳能集热系统和低温多效海水淡化装置组合而成。技术路线已经由太阳能直接蒸发海水转变成将太阳能转换成高温热能，然后再用高温热能淡化海水。这种技术发展趋势是否说明太阳能直接蒸发海水的技术路线就走不通了呢？现在下结论还为时过早。要使直接蒸发海水的海水淡化技术再现辉煌，必须解决好两个技术问题：一是怎样使太阳能更多地蒸发海水，二是怎样简单高效地收集冷凝蒸汽，使其技术经济指标好于其他太阳能海水淡化技术。

近年来，不断涌现的漂浮在水面直接加热蒸发海水的新材料，以及中国发明专利201811439587.0提供的水面加热板，都能妥善解决第一个问题。本方案将太阳能直接蒸发海水、蒸汽收集冷凝集中在一个海水蒸发罐内完成，能妥善解决这两个问题。

发明内容

本发明的目的是解决大规模太阳能蒸发海水和蒸汽收集冷凝问题，设计一种大型太阳能海水淡化装置，使这种太阳能海水淡化技术具有推广价值。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括海水蒸发罐、淡水罐、海水罐、海水取水泵、海水取水管、海水供水泵、海水供水管、淡水管、浓海水管、浓海水排放阀、透明板、透明板支架、水面加热板、冷凝器、盐度传感器、淡水温度传感器、海水温度传感器、水位传感器、总控制室。其特征在于：海水蒸发罐建在淡水罐和海水罐上面。海水蒸发罐上有海水进口、浓海水出口、冷凝器淡水出口、盐度传感器接出口、海水温度传感器接出口、水位传感器接出口。海水蒸发罐内底面安装多组冷凝器。冷凝器蒸汽进口均匀分布在海水蒸发罐内。除冷凝器蒸汽进口外，水面加热板覆盖海水蒸发罐底面和冷凝器。透明板支架安在海水蒸发罐上面，透明板支架上铺满一层或两层透明板或中空透明板，构成海水蒸发罐顶盖。海水蒸发罐内形成一个密闭空间。一组冷凝器有一个冷凝器淡水出口和多个蒸汽进口。海水进口布置在冷凝器淡水出口上方。浓海水出口与海水进口相对布置。冷凝器位于浓海水出口与海水进口之间。淡水管连通冷凝器淡水出口和淡水罐。淡水温度传感器安在冷凝器淡水出口并接总控制室。浓海水管进口接浓海水出口，浓海水管出口通到排放海域。浓海水排放阀安在浓海水管上。信号传输线连接浓海水排放阀和总控制室。盐度传感器接出口、海水温度传感器接出口和水位传感器接出口设在离海水进口较远的海水蒸发罐壁上。盐度传感器接总控制室，海水温度传感器接总控制室，水位传感器接总控制室。海水取水泵安在海边，信号传输线连接海水取水泵和总控制室。海水取水管连通海水取水点、海水取水泵和海水罐。海水供水管经海水供水泵连通海水罐和海水进口。信号传输线连接海水供水泵和总控制室。根据淡水温度、海水温度、水位、盐度信息，总控制室发出海水供水泵、海水取水泵和浓海水排放阀运行指令，使整套海水淡化装置处于工艺设定的运行状态。

所述海水蒸发罐建在海岛、沿海城市以及水质不符合饮用水标准地区的建筑物顶面，直接给建筑物内供水，开创城乡供水新方式，形成城乡建设新思维新理念。

所述透明板是一层，顷斜布置并在低处或透明板拼接处设置淡水收集槽，材质是玻璃或透明塑料；透明板是两层水平布置，透明板是同一种材质或两种不同材质。

所述冷凝器由冷凝器主管和多组冷凝器支管构成。冷凝器主管包含多组平行的换热管和多个连通节点。连通节点上设蒸汽进口。冷凝器支管包含一组平行的换热管并在连通节点与冷凝器主管连通。冷凝器支管末端设蒸汽进口。

所述水面加热板由加热层和漂浮隔热层构成。加热层覆盖在漂浮隔热层上。漂浮隔热层密度小于水。漂浮隔热层的浮力保持水面加热板浮在水面。加热层下部份浸在水中，加热层上部份露出水面。加热层由导热材料镀黑铬而成。水面加热板也可采用其他光热材料。

所述总控制室建在海水蒸发罐下面，内装有控制海水淡化装置运行的数据采集和运行调控设备，是控制系统核心。

本发明的优点在于：一是海水蒸发罐、淡水罐、海水罐由钢筋混凝土建造，安全可靠成本低；二是水面加热板的光热材料来源广，除了导热材料镀黑铬外，近年又不断有多种新光热材料研制成功；三是冷凝器结构简单，布置灵活，可适用于各种规模的海水淡化装置；四是电力消耗少，主要靠太阳能作能源；五是装置是在常压下运行，运行温度也不高，装置使用年限长，维护费用少；六是装置自动化程度高，可以无人值守。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明海水蒸发罐内冷凝器布置图；

图2是本发明总体结构图。

图中，1、盐度传感器、海水温度传感器、水位传感器安装区，2、冷凝器支管末端蒸汽进口，3、冷凝器连通节点蒸汽进口，4、海水进口，5、浓海水出口，6、淡水罐，7、总控制室，8、海水罐，9、海水蒸发罐。

具体实施方式

实施例是一套只有一组冷凝器的大型太阳能海水淡化装置。图2是本发明总体结构图，海水蒸发罐9建在淡水罐6和海水罐8上面，总控制室7建在海水蒸发罐9下面。图1是海水蒸发罐内冷凝器布置图，其海水蒸发罐9长50米、宽30米、高0.5米。海水蒸发罐底面装一组冷凝器。冷凝器淡水出口设在30米边中点。15个冷凝器蒸汽进口均匀分布在海水蒸发罐9内。也就是100平方米一个冷凝器蒸汽进口。冷凝器主管包含5组平行的换热管和5个连通节点。连通冷凝器淡水出口的第一组平行换热管是8根，每根直径0.1米长5米。第二组平行换热管是8根，每根直径0.1米长10米。第三组平行换热管是6根，每根直径0.1米长10米。第四组平行换热管是4根，每根直径0.1米长10米。第五组平行换热管是2根，每根直径0.1米长10米。每个连通节点连通两组冷凝器支管。每组冷凝器支管包含两根平行换热管，每根直径0.1米长10米。冷凝器支管末端比连通节点端高5厘米。15个冷凝器蒸汽进口设在5个连通节点和10个冷凝器支管末端。每个冷凝器蒸汽进口长0.25米宽0.1米，离海水蒸发罐底面0.3米。除冷凝器蒸汽进口外，水面加热板覆盖海水蒸发罐底面和冷凝器。玻璃板支架安在海水蒸发罐9上面，玻璃板支架上铺满两层玻璃板，构成1500平方米的海水蒸发罐双层顶盖。避免热量经玻璃板散失。海水蒸发罐9内形成一个面积1500平方米高0.5米的密闭空间。在盐度传感器、海水温度传感器、水位传感器安装区1安装盐度传感器、海水温度传感器、水位传感器并接总控制室7。海水进口4布置在冷凝器淡水出口上方。浓海水出口5与海水进口4相对布置。淡水管连通冷凝器淡水出口和淡水罐6。淡水温度传感器安在冷凝器淡水出口并接总控制室7。浓海水管进口接浓海水出口5，浓海水管出口通到排放海域。浓海水排放阀安在浓海水管上，信号传输线连接浓海水排放阀和总控制室7。海水取水泵安在海边，信号传输线连接海水取水泵和总控制室7。海水取水管连通海水取水点、海水取水泵和海水罐8。海水供水管经海水供水泵连通海水罐8和海水进口4。信号传输线连接海水供水泵和总控制室7。

本实施例的工作过程是：在总控制室7设定工艺参数。设定水位在离海水蒸发罐底面0.2米，水位低于0.2米启动海水供水泵补水，设定海水最高温度。设定海水取水泵工作时间和取水量。设定海水供水泵启动和停止运行的淡水温度。设定浓海水排放盐度。打开控制系统，海水供水泵向海水蒸发罐9供海水到水位0.2米。水面加热板漂浮在海水面，将阳光转换成热量向下传递。海水受热蒸发成蒸汽。蒸汽通过冷凝器支管末端蒸汽进口2或冷凝器连通节点蒸汽进口3进入冷凝器并冷凝成淡水。淡水流入淡水罐6。中午太阳光照强，如果出现蒸汽难凝结现象，淡水温度高于海水供水泵启动的淡水温度，海水供水泵启动，泵入海水冷却冷凝器。淡水温度低于海水供水泵停止运行的淡水温度，海水供水泵停止供海水。运行一定时间后，盐度达到设定的浓海水排放盐度，控制系统将自行进行浓海水排放和海水补充操作。

Claims (4)

1.一种大型太阳能海水淡化装置，包括海水蒸发罐、淡水罐、海水罐、海水取水泵、海水取水管、海水供水泵、海水供水管、淡水管、浓海水管、浓海水排放阀、透明板、透明板支架、水面加热板、冷凝器、盐度传感器、淡水温度传感器、海水温度传感器、水位传感器、总控制室，其特征在于：海水蒸发罐建在淡水罐和海水罐上面，海水蒸发罐上有海水进口、浓海水出口、冷凝器淡水出口、盐度传感器接出口、海水温度传感器接出口、水位传感器接出口，海水蒸发罐内底面安装多组冷凝器，冷凝器蒸汽进口均匀分布在海水蒸发罐内，除冷凝器蒸汽进口外，水面加热板覆盖海水蒸发罐底面和冷凝器，透明板支架安在海水蒸发罐上面，透明板支架上铺满一层或两层透明板或中空透明板，构成海水蒸发罐顶盖，海水蒸发罐内形成一个密闭空间，一组冷凝器有一个冷凝器淡水出口和多个蒸汽进口，海水进口布置在冷凝器淡水出口上方，浓海水出口与海水进口相对布置，冷凝器位于浓海水出口与海水进口之间，淡水管连通冷凝器淡水出口和淡水罐，淡水温度传感器安在冷凝器淡水出口并接总控制室，浓海水管进口接浓海水出口，浓海水管出口通到排放海域，浓海水排放阀安在浓海水管上，信号传输线连接浓海水排放阀和总控制室，盐度传感器接出口、海水温度传感器接出口和水位传感器接出口设在离海水进口较远的海水蒸发罐壁上，盐度传感器接总控制室，海水温度传感器接总控制室，水位传感器接总控制室，海水取水泵安在海边，信号传输线连接海水取水泵和总控制室，海水取水管连通海水取水点、海水取水泵和海水罐，海水供水管经海水供水泵连通海水罐和海水进口，信号传输线连接海水供水泵和总控制室，根据淡水温度、海水温度、水位、盐度信息，总控制室发出海水供水泵、海水取水泵和浓海水排放阀运行指令，使整套海水淡化装置处于工艺设定的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种大型太阳能海水淡化装置，其特征在于：海水蒸发罐建在海岛、沿海城市以及水质不符合饮用水标准地区的建筑物顶面。

3.根据权利要求1所述的一种大型太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述透明板是一层，顷斜布置并在低处或透明板拼接处设置淡水收集槽，材质是玻璃或透明塑料，透明板是两层水平布置，透明板是同一种材质或两种不同材质。

4.根据权利要求1所述的一种大型太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝器由冷凝器主管和多组冷凝器支管构成，冷凝器主管包含多组平行的换热管和多个连通节点，连通节点上设蒸汽进口，冷凝器支管包含一组平行的换热管并在连通节点与冷凝器主管连通，冷凝器支管末端设蒸汽进口。