CN110104715A - 一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置及其方法，通过静电雾化技术提高太阳能海水淡化装置蒸发效率。该装置主要包括冷凝室、换热管、蒸发室、静电雾化装置、海水蓄水箱、控制盒、太阳能集热管。静电雾化装置使海水雾化成微米级细小颗粒，并在高压静电场作用下，吸附到换热管表面，液滴粒径尺寸减小后，单位体积海水的表面接触面积快速增加，即海水的受热面积增加。太阳能集热管吸收太阳光热能加热集热管内热交换介质，达到设定温度后，控制盒控制水泵使得加热后的热交换介质在换热管与太阳能集热管之间循环，换热管温度提高，吸附在换热管上的海水雾化颗粒受热蒸发；海水在换热管表面蒸发后产生水蒸气在冷凝室中冷凝成淡水。

Description

一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置及其方法

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，尤其是一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置及其方法。

背景技术

当前主流的太阳能海水淡化方法可分为被动式和主动式两种，被动式设备结构简单，取材方便，能耗低，但单位面积产水量低；主动式装置大多搭配多级闪蒸、低温多效等方法，需要配套附属设施，整套装置造价成本高、维护难度较大，需要消耗一定的能源，适用于大中型的海水淡化装置。

例如，中国专利公告号为CN105540709A公开了一种海水淡化装置，包括加热器，加热水管路和蒸发室，所述加热器中有加热管，加热器连接加热水管路，所述加热水管路从蒸发室下部一侧进入，从蒸发室下部另一侧穿出，所述蒸发室底部还连接有海水进水管路和海水出水管路,蒸发室内下部充满从海水进水管路进入到蒸发室内的海水，上部为海水受到加热水管路里的热水的加热后产生的蒸汽，上部设置有冷凝器，冷凝器下方设置有连接的淡水槽，所述淡水槽连接淡水管路和吸水泵，所述淡水管路从蒸发室上方一侧穿出，末端与淡水箱相连；所述蒸发室顶部外设置有蒸汽管路，蒸汽管路一端连通蒸发室内顶部，向下的另一端连通至蒸发室底部，蒸汽管路上设置有压缩机回收未完全冷凝的蒸汽，蒸发室外侧还连接有虹吸管，所述虹吸管一端连通至蒸发室内,端面位于蒸发室内的海水表面，另一端连通从蒸发室穿出的加热水管路,穿出的加热水管路循环连接到加热器。该海水淡化装置整体配套的设施多且造价成本高、维护难度较大，本专利目的主要是降低海水淡化装置成本，朝安全化，小型化，轻量化改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，包括太阳能集热管、海水蓄水箱、静电雾化装置、蒸发室、换热管以及冷凝室，所述换热管装配于蒸发室内，海水蓄水箱位于蒸发室底部，静电雾化装置位于海水蓄水箱的顶部且位于换热管的下方，冷凝室位于蒸发室的顶部并与蒸发室连通；

换热管和太阳能集热管之间安装介质水泵，介质水泵进水口与太阳能集热管连接，出水口与换热管进水口连接，换热管出水口通过水管接回到太阳能集热管，在介质水泵作用下，被太阳能集热管加热后的热交换介质在换热管与太阳能集热管之间循环。

进一步，所述静电雾化装置包括喷针、喷针支撑、安装底座、底座支撑和进水管；喷针通过三通快接接头与进水管连接，喷针的头部伸入到蒸发室内，快接接头嵌入喷针支撑的槽内固定，喷针支撑通过螺纹固定在安装底座上，底座支撑放置于安装底座下方；底座支撑的面积小于安装底座。

进一步，进水管管路保持在同一平面，静电雾化装置的四个喷针以进水管为中心呈对称结构排布，每个喷针的流速保持一致，四个喷针雾化的海水颗粒均匀的吸附于换热管上。

进一步，该海水淡化装置还包括控制盒，控制盒放置于蒸发室侧面，通过螺纹与蒸发室侧面锁紧，控制盒包括高压发生器、海水水泵、介质水泵、传感器、中央控制器，高压发生器的正负极两端通过导线分别与喷针和换热管相连；传感器贴合在换热管表面实时采集换热管的温度，中央控制器通过串口接收传感器的数据，海水水泵通过导管连接所述海水蓄水箱和静电雾化装置的进水管，介质水泵通过导管连接太阳能集热管和换热管。

进一步，所述换热管位于蒸发室中心，换热管两个侧面与距离最近的蒸发室内壁距离5公分，四个喷针分别位于换热管两个侧面与蒸发室内壁的中间区域；换热管放置于静电雾化装置的安装底座的正上方，喷针顶端与换热管的垂直距离5公分，同时四个喷针向内偏移5°，在静电雾化装置工作时，换热管与蒸发室四壁之间充满海水雾化液滴。

进一步，所述冷凝室包括冷凝室主体和冷凝室顶盖，冷凝室主体内四边带有淡水收集槽，水蒸气在冷凝室顶盖和冷凝室主体内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽内；淡水收集槽连接淡水收集管，淡水收集管与冷凝室主体的下表面平齐；

冷凝室顶盖的顶部带有淋水管、蓄水槽片、导流管，蓄水槽片垂直于冷凝室顶盖放置，通过所述控制盒的海水水泵给淋水管供水，淋水管上开有小孔，通过淋水管的海水会通过小孔流入到蓄水槽片中，蓄水槽片连接导流管。

进一步，冷凝室顶盖与水平面成15°～30°夹角，冷凝面积增大，同时在冷凝室顶盖上凝结的水沿着斜面滑落至淡水收集槽内。

进一步，所述导流管与海水蓄水箱通过导管相连，冷凝室顶盖上流过的海水加速冷凝淡水的同时自身吸热，通过导流管回流至海水蓄水箱。

一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化方法，太阳能集热管将太阳能转换为热能，加热集热管内部的热交换介质，换热管装配于蒸发室内，由介质水泵控制集热管内的高温热交换介质在换热管与集热管之间进行循环，提高换热管表面温度，静电雾化装置将海水雾化成微米级颗粒，在高压静电场作用下，雾化后的海水带电液滴吸附在换热管表面并受热蒸发，蒸发后的水蒸气上升至冷凝室中冷凝得到淡水；

高压发生器的正负极两端通过导线分别与喷针和换热管相连；传感器实时采集换热管温度，中央控制器通过串口接收传感器的数据，当集热管中温度高于60℃时启动高压发生器及海水水泵开始工作，并根据温度值的变化调节高压发生器的电压值及海水水泵的流速。

进一步，高压发生器正极通过导线与喷针相连，高压发生器负极与换热管相连，形成高压静电场，使海水雾化，海水水泵从海水蓄水箱中抽取海水经进水管从喷针喷出，所有管路保持在同一平面，喷针雾化的海水颗粒在空间中的分布更均匀，雾化后的带电液滴能够更均匀的吸附于换热管上，吸热更充分；

在静电雾化装置工作时，换热管与蒸发室四壁之间充满海水雾化液滴，换热管的热量有更充分的时间作用于雾化以后的海水液滴上，而不会通过蒸发室外壁散失掉；

水蒸气在冷凝室顶盖和冷凝室主体内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽内；冷凝室顶盖上凝结的水会沿着斜面滑落至淡水收集槽，冷凝室顶盖上流过的常温海水加速冷凝高温海水的同时自身吸热，通过导流管回流至海水蓄水箱，实现对能量的二级利用。

本发明的有益效果为：1、集热管、静电雾化装置、海水蓄水箱、换热管、冷凝室采用分体式结构，独立工作，具有很好的可替代性。

2、静电雾化装置采用两层结构，底座支撑面积小，并设置与安装底座下方，切断了海水通过底座支撑与安装底座与海水蓄水箱接触的通路，达到安全绝缘的效果。

3、冷凝室顶盖上用于冷凝的海水被加热后流回到海水蓄水箱，换热管上未被蒸发的海水也可以流回海水蓄水箱，可以更充分的利用好热能。

4、换热管位于蒸发室中心，四个喷针分布于换热管两个侧面，在静电雾化装置工作时，换热管与蒸发室四壁之间充满海水雾化液滴，换热管的热量可以有更充分的时间作用于雾化以后的海水液滴上，而不会通过蒸发室外壁散失掉。

5、控制盒、海水蓄水箱、蒸发室、换热管、冷凝室均进行接地处理，杜绝装置壳体产生高压，避免安全隐患。

附图说明

图1为本装置太阳能海水淡化装置的结构示意图；

图2为本装置静电雾化装置的结构示意图；

图3为本装置冷凝室的结构示意图；

图4 为本装置控制盒内部结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，主要包括冷凝室1、换热管2、蒸发室3、静电雾化装置4、海水蓄水箱5、控制盒6、太阳能集热管7。太阳能集热管7的底部带有反光片，太阳能集热管7将太阳能转换为热能，加热太阳能集热管7内部的热交换介质，换热管2装配于蒸发室3内，控制盒6控制内部的介质水泵63运转，使太阳能集热管7内的高温热交换介质在换热管2与太阳能集热管7之间进行循环，提高换热管2表面温度，静电雾化装置4将海水雾化成微米级颗粒，在高压静电场作用下，雾化后的海水带电液滴吸附在换热管2表面并受热蒸发，冷凝室1安装于蒸发室3上方，蒸发后的水蒸气上升至冷凝室1中冷凝得到淡水。

本实施例中各个装置的具体结构如下：

参照图1、图2，上述静电雾化装置4包括喷针41、喷针支撑42、安装底座43、底座支撑44、进水管45。喷针41通过三通快接接头与进水管45连接，三通快接接头嵌入喷针支撑42槽内固定，四个喷针41以进水管为中心呈对称结构，所有管路保持在同一平面，使每个喷针41的流速保持一致，进而使高压静电场趋于稳定状态，使得每个喷针41雾化后的带电液滴能够均匀的吸附于换热管2上。喷针支撑42采用绝缘性能好的非金属材料制作，整体结构使用螺纹固定在安装底座43上；底座支撑44采用绝缘性能好的非金属材料制作，整体固定于安装底座43下方，底座支撑44的面积小于安装底座43，避免安装底座43上的积水通过底座支撑44与海水蓄水箱5相连，起到绝缘作用。

参照图1，图4，所述控制盒6放置于蒸发室3侧面，通过螺纹与蒸发室3侧面锁紧，主要包括高压发生器61、海水水泵62、介质水泵63、传感器64，中央控制器65。控制盒6内的各个器件连接电源，电源为各个器件提供电能，其中，传感器64为温度传感器，传感器64的型号为PT100温度探头，中央控制器65连接海水水泵62、介质水泵63、传感器64，中央控制器65的型号为SEMEM DV34型智能控制器。

高压发生器61正极通过导线与喷针41相连，同时高压发生器61负极与换热管2相连，形成8～12KV的高压静电场，换热管2两个侧面与距离最近的蒸发室3内壁距离5公分，四个喷针41分别位于换热管2两个侧面与蒸发室3内壁的中间区域。换热管2放置于静电雾化装置4安装底座43的正上方，喷针41顶端与换热管2的垂直距离5公分，同时将四个喷针41拨动向内偏移5°，使雾化效果达到最佳，在高压静电场作用下，喷针41端喷出的海水雾化成微米级细小颗粒，均匀吸附到换热管2上。传感器64实时采集换热管2温度，中央控制器65通过串口接收传感器64的数据，当集热管7中温度高于60℃时启动高压发生器61及海水水泵62开始工作，并根据温度值得变化调节高压发生器61的电压值及海水水泵62的流速。海水水泵62进水口通过水管与海水蓄水箱5连接，出水口通过水管与静电雾化装置进水管45连接，工作时，海水水泵62从海水蓄水箱5中抽取海水通过喷针41喷出；介质水泵63进水口与集热管7连接，出水口与换热管2进水口连接，换热管2出水口通过水管接回到集热管7，工作时，在介质水泵63作用下，被集热管7加热后的热交换介质在换热管2与集热管7之间不断循环。

参照图1、图2、图3，所述冷凝室1主要包含冷凝室主体15和冷凝室顶盖11；冷凝室主体15内四边含10公分宽的淡水收集槽16，水蒸气在冷凝室顶盖11和冷凝室主体15内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽16内；淡水收集管17与冷凝室主体15的下表面平齐；冷凝室顶盖11包括淋水管12、蓄水槽片13、导流管14，蓄水槽片13垂直于冷凝室顶盖11放置；通过所述控制盒6的海水水泵62给淋水管12供水，淋水管12上开有小孔，通过淋水管12的海水会通过小孔流入到蓄水槽片13中，冷凝室顶盖11与水平面成15°～30°夹角，使得冷凝面积增大，同时在冷凝室顶盖11上凝结的水会沿着斜面滑落至淡水收集槽16；打开收集管17阀门，可进行淡水的收集；同时冷凝室顶盖11的导流管14与海水蓄水箱5通过水管相连，冷凝室顶盖11上流过的海水加速冷凝海水的同时自身吸热，通过导流管14回流至海水蓄水箱5，实现对能量的二级利用，提高能量的利用率。

本实施例的详细描述如下：

太阳能集热管7将太阳能转换为热能，加热集热管7内部的热交换介质，换热管2装配于蒸发室3内，由介质水泵63控制集热管7内的高温热交换介质在换热管2与集热管7之间进行循环，提高换热管2表面温度，静电雾化装置4将海水雾化成微米级颗粒，在高压静电场作用下，雾化后的海水带电液滴吸附在换热管2表面并受热蒸发，蒸发后的水蒸气上升至冷凝室1中冷凝得到淡水；

高压发生器61的正负极两端通过导线分别与喷针41和换热管2相连；传感器64实时采集换热管2温度，中央控制器65通过串口接收传感器64的数据，当集热管2中温度高于60℃时启动高压发生器61及海水水泵62开始工作，并根据温度值的变化调节高压发生器61的电压值及海水水泵62的流速。

高压发生器61正极通过导线与喷针41相连，高压发生器61负极与换热管2相连，形成高压静电场，使海水雾化，海水水泵从海水蓄水箱5中抽取海水经进水管45从喷针41喷出，所有管路保持在同一平面，喷针41雾化的海水颗粒在空间中的分布更均匀，雾化后的带电液滴能够更均匀的吸附于换热管2上，吸热更充分；

在静电雾化装置4工作时，换热管2与蒸发室3四壁之间充满海水雾化液滴，换热管2的热量有更充分的时间作用于雾化以后的海水液滴上，而不会通过蒸发室外壁散失掉；

水蒸气在冷凝室顶盖11和冷凝室主体15内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽16内；冷凝室顶盖11上凝结的水会沿着斜面滑落至淡水收集槽16，冷凝室顶盖11上流过的常温海水加速冷凝高温海水的同时自身吸热，通过导流管14回流至海水蓄水箱5，实现对能量的二级利用，提高能量利用率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，包括太阳能集热管、海水蓄水箱、静电雾化装置、蒸发室、换热管以及冷凝室，其特征在于，所述换热管装配于蒸发室内，海水蓄水箱位于蒸发室底部，静电雾化装置位于海水蓄水箱的顶部且位于换热管的下方，冷凝室位于蒸发室的顶部并与蒸发室连通；

换热管和太阳能集热管之间安装介质水泵，介质水泵进水口与太阳能集热管连接，出水口与换热管进水口连接，换热管出水口通过水管接回到太阳能集热管，在介质水泵作用下，被太阳能集热管加热后的热交换介质在换热管与太阳能集热管之间循环。

2.根据权利要求1所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，所述静电雾化装置包括喷针、喷针支撑、安装底座、底座支撑和进水管；喷针通过三通快接接头与进水管连接，喷针的头部伸入到蒸发室内，快接接头嵌入喷针支撑的槽内固定，喷针支撑通过螺纹固定在安装底座上，底座支撑放置于安装底座下方；底座支撑的面积小于安装底座。

3.根据权利要求2所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，进水管管路保持在同一平面，静电雾化装置的四个喷针以进水管为中心呈对称结构排布，每个喷针的流速保持一致，四个喷针雾化的海水颗粒均匀的吸附于换热管上。

4.根据权利要求2所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化装置还包括控制盒，控制盒放置于蒸发室侧面，通过螺纹与蒸发室侧面锁紧，控制盒包括高压发生器、海水水泵、介质水泵、传感器、中央控制器，高压发生器的正负极两端通过导线分别与喷针和换热管相连；传感器贴合在换热管表面实时采集换热管的温度，中央控制器通过串口接收传感器的数据，海水水泵通过导管连接所述海水蓄水箱和静电雾化装置的进水管，介质水泵通过导管连接太阳能集热管和换热管。

5.根据权利要求3所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，所述换热管位于蒸发室中心，换热管两个侧面与距离最近的蒸发室内壁距离5公分，四个喷针分别位于换热管两个侧面与蒸发室内壁的中间区域；换热管放置于静电雾化装置的安装底座的正上方，喷针顶端与换热管的垂直距离5公分，同时四个喷针向内偏移5°，在静电雾化装置工作时，换热管与蒸发室四壁之间充满海水雾化液滴。

6.根据权利要求4所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝室包括冷凝室主体和冷凝室顶盖，冷凝室主体内四边带有淡水收集槽，水蒸气在冷凝室顶盖和冷凝室主体内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽内；淡水收集槽连接淡水收集管，淡水收集管与冷凝室主体的下表面平齐；

冷凝室顶盖的顶部带有淋水管、蓄水槽片、导流管，蓄水槽片垂直于冷凝室顶盖放置，通过所述控制盒的海水水泵给淋水管供水，淋水管上开有小孔，通过淋水管的海水会通过小孔流入到蓄水槽片中，蓄水槽片连接导流管。

7.根据权利要求6所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，冷凝室顶盖与水平面成15°～30°夹角，冷凝面积增大，同时在冷凝室顶盖上凝结的水沿着斜面滑落至淡水收集槽内。

8.根据权利要求6所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化装置，其特征在于，所述导流管与海水蓄水箱通过导管相连，冷凝室顶盖上流过的海水加速冷凝淡水的同时自身吸热，通过导流管回流至海水蓄水箱。

9.一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化方法，其特征在于，太阳能集热管将太阳能转换为热能，加热集热管内部的热交换介质，换热管装配于蒸发室内，由介质水泵控制集热管内的高温热交换介质在换热管与集热管之间进行循环，提高换热管表面温度，静电雾化装置将海水雾化成微米级颗粒，在高压静电场作用下，雾化后的海水带电液滴吸附在换热管表面并受热蒸发，蒸发后的水蒸气上升至冷凝室中冷凝得到淡水；

高压发生器的正负极两端通过导线分别与喷针和换热管相连；传感器实时采集换热管温度，中央控制器通过串口接收传感器的数据，当集热管中温度高于60℃时启动高压发生器及海水水泵开始工作，并根据温度值的变化调节高压发生器的电压值及海水水泵的流速。

10.根据权利要求9所述的一种小型分体式太阳能静电雾化海水淡化方法，其特征在于，高压发生器正极通过导线与喷针相连，高压发生器负极与换热管相连，形成高压静电场，使海水雾化，海水水泵从海水蓄水箱中抽取海水经进水管从喷针喷出，所有管路保持在同一平面，喷针雾化的海水颗粒在空间中的分布更均匀，雾化后的带电液滴能够更均匀的吸附于换热管上，吸热更充分；

在静电雾化装置工作时，换热管与蒸发室四壁之间充满海水雾化液滴，换热管的热量有更充分的时间作用于雾化以后的海水液滴上，而不会通过蒸发室外壁散失掉；

水蒸气在冷凝室顶盖和冷凝室主体内壁凝结成所需的淡水储存在淡水收集槽内；冷凝室顶盖上凝结的水会沿着斜面滑落至淡水收集槽，冷凝室顶盖上流过的常温海水加速冷凝高温海水的同时自身吸热，通过导流管回流至海水蓄水箱，实现对能量的二级利用。