CN110272083A - 新型太阳能海水淡化和水净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明申请涉及海水淡化和水净化系统，特别涉及新型高效太阳能海水淡化系统和太阳能水净化系统，包括：外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、海水淡化装置(水净化装置)、辅助装置(主要包括辅助能源装置、阀门、泵等)等。通过优化系统设计，建设高效太阳能集热系统和蓄热系统，直接或间接淡化海水或净化污水，在太阳光照不足时，以空气源、水源、地源热泵等可再生能源或化石能源进行补充。该系统合理高效利用太阳能资源、土地资源和海洋资源，提高了海水淡化和水净化的产水效率，提升了海水淡化和水净化系统可靠性，为大规模海水淡化和水净化提供了一条高效、绿色、环保的路径。
Description
技术领域
本发明申请涉及海水淡化和水净化系统，特别涉及新型高效太阳能海水淡化系统和太阳能水净化系统。
背景技术
水是生命的摇篮，是人类赖以生产和生活不可缺少的基本物质，是不可替代的宝贵的基础自然资源。水资源短缺已成为全球性危机，采用海水淡化技术增加淡水供应，成为世界各国解决水危机的一种重要途径。我国水资源总量居世界前列，但人均水资源不足2400立方米，仅为世界平均水平的25％左右，被联合国列为最贫水国家之一。我国海岸地区人口稠密，经济发达，人均淡水资源量低，但生产生活耗水量大，水资源紧张影响经济社会发展，特别是海岛用水问题是制约海岛开发利用的短板。近年来，我国内陆水质不断改善，但区域性水污染矛盾仍较为突出，2016年全国废污水排放总量达765亿吨，在所评价的水质中，劣V类水河流占9.8％，劣V类湖泊占17.8％，劣V类水库占3.2％，需要加大投入力度，进一步提升水质。
目前，海水淡化主要有两类，即从海水中取出淡水或去除海水中的盐分，具体方法有蒸馏法、冷冻法、水合物法、萃取法、反渗透法、电渗析法等，较为常用的是蒸馏法、反渗透法和电渗析法，但海水淡化主要方法都存在初投资大、运行成本(主要是能源成本或渗透膜成本)高等问题，导致海水淡化未能大规模推广应用。而太阳能取之不尽、用之不竭，且清洁环保，成为破解海水淡化能源资源瓶颈的重要途径，利用太阳能进行海水淡化越来越受到重视，但太阳能集热系统效率低，制约了太阳能海水淡化的发展。因此，设计合理高效的太阳能海水淡化系统和水净化系统，对推进太阳能海水淡化和水净化产业发展，缓解我国部分地区水资源紧张的局面，推进清洁安全供水具有十分重要意义。
发明内容
我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约50万亿吉焦，折合1.7万亿吨标准煤，约相当于2017年全国能源消费总量的380倍，而我国太阳能开发利用量约1亿吨标准煤，还有很大开发利用空间。
目前，国内外对太阳能海水淡化开展了大量研究和实践，取得了一定进展，但还有很多不足之处，主要是：设计理念需要进一步提升，现有太阳能集热系统效率偏低，太阳能集热管(板)、蓄热系统和管道等与室外空气直接接触，热量损失大，太阳能集热管(板)难以抵御冰雹和风沙的影响，容易损坏，需要不定期维修更换；太阳能海水淡化系统整体能量利用效率低，受天气和季节影响大，系统运行成本高、投资回收周期长，影响了太阳能海水淡化和水净化系统的大规模推广应用。
本发明的目的是提供新型太阳能海水淡化和水净化系统，合理高效利用太阳能资源、土地资源和海洋资源，以解决目前太阳能海水淡化系统能源资源利用效率低、受天气和季节影响大、系统可靠性较低、辅助系统装置多、投资大产出小等问题，实现海水淡化高效、绿色、经济可行。
为实现上述目的，本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的关键技术在于：其包括外保温系统(视情况安装)、透光系统、集热系统、蓄热系统、海水淡化装置(水净化装置)、辅助装置(主要包括辅助能源装置、阀门、泵等)等，并对各个部分进行了一系列创新和优化设计。所述外保温系统在日出时或日出后卷起，在日落时或日落前放下；所述透光系统包括上表面和侧面，透光系统上表面倾斜或水平放置，倾斜角度根据本发明的系统所在地区纬度而确定；优化设计透光面积与蓄热系统容积。在有太阳光照时，外保温系统卷起，大部分太阳辐射能被集热系统吸收并储存在蓄热系统中；在夜晚、没有太阳光照或太阳光照强度比较弱的时候，外保温系统视季节和透光系统内温度情况而闭合，尽量减少系统的热量损失。或者在距离地表一定高度位置，直接安装太阳能集热管(板)，并将集热管(板)蓄积的热量储存在蓄热系统中，地表空余地方用来种植或养殖，可以减少太阳辐射强度过高对植物生长不利的影响，降低地表水分蒸发量，进一步提高土地资源开发利用价值。在太阳光照不足时，利用空气源、水源、地源热泵等可再生能源或化石能源进行补充，以满足不间断海水淡化或水净化所需的热量要求，在充分利用太阳能的情况下尽可能提高淡化水或净化水产量。蓄热系统中的流体吸收热量，温度提高后，被泵提送至海水淡化装置或水净化装置，采用直接蒸发或多效蒸馏或多级闪蒸等方式，产生淡化水或净化水，提供给生产或生活用水。
(1)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的外保温系统第一种技术方案为：所述外保温系统采用柔性保温材料，外保温系统能够覆盖透光系统外表面，在日出时或日出后卷起，在日落时或日落前放下。外保温系统也可视夜间温度、风速等情况保持卷起状态。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的外保温系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，朝东、朝南和朝西面内表面可分别设置含反光器的可旋转保温墙，增强反光和保温；保温墙可以随太阳高度角变化旋转至合适角度。朝北保温墙可以高于透光系统，在其朝南表面高出透光系统的部分安装反光器，将照射在反光器表面的太阳光反射到透光系统内部，提高进入透光系统的太阳辐射能。可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的外保温系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，在朝北保温墙上面，设置可旋转反光器，进一步提高进入透光系统的太阳辐射能。
(2)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的透光系统第一种技术方案为：在有太阳光照的时候，打开外保温系统，从天空直射和散射以及地表反射的太阳辐射能透过所述透光系统，大部分太阳辐射能被集热系统吸收，一部分太阳辐射能被室内的蓄热系统外表面和蓄热材料吸收，或大部分太阳辐射能直接被蓄热系统中的液体吸收。透光系统北面可采用保温玻璃系统，也可利用朝北固定保温墙，透光系统可采用单层玻璃、双层或多层中空玻璃、真空玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯、阳光板、凸透镜等，实现良好的透光性能、密闭性能和保温性能，以及夏季室内温度过高时，具有良好的通风性能。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的透光系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，透光系统上表面倾斜放置，倾斜的角度根据所在地的纬度而确定；透光系统侧面可以竖直放置，也可以倾斜放置，倾斜的角度根据所在地纬度和季节而定。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的透光系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度，以减小太阳入射角，进一步提高透光率。
(3)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的集热系统第一种技术方案为：在透光系统上表面安装集热管(板)，或者集热管(板)与透光系统上表面一体化设计安装，或者将集热管(板)安装在支撑结构和透光系统上表面之间，通过循环工质将集热管聚集的热量储存在蓄热系统中。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的集热系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，在透光系统侧面安装集热管(板)，进一步提高系统集热能力。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的集热系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，安装太阳跟踪装置，集热管(板)的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的集热系统第四种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上，在透光系统上表面安装聚光器，或者聚光器与透光系统上表面一体化设计安装，或将聚光器安装在透光系统内部，聚光器东西方向或南北方向放置，同时可选择安装太阳跟踪装置，以获取更高温度，通过循环工质将集热器聚集的热量储存在蓄热系统中。
(4)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的蓄热系统第一种技术方案为：集热系统蓄积的热量或辅助热源系统产生的热量将循环流体加热，循环流体温度提升后，进入蓄热系统，并不断循环。蓄热系统作为蓄积热量的场所，采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体，岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的蓄热系统第二种技术方案为：蓄热系统和集热系统一体化安装，蓄热系统为一开口蓄热池，将海水或需净化的水置于蓄热系统中，太阳辐射能透过透光系统，照射在蓄热池的海水或需净化的水中，产生的蒸汽在透光系统内表面凝结，通过水槽收集凝结的水。
(5)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第一种技术方案为：采用太阳能直接蒸馏的方式，将海水或需净化的水置于蓄热池中，蓄热池底面涂成黑色，或在海水、需净化的水表面放置高吸热率材料，增加对太阳辐射能的吸收能力，采用水槽收集凝结在透光系统内表面和朝北固定墙内表面的淡水，储存在储水罐中。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，海水或需净化的水受热产生的水蒸气一部分在透光系统内表面和朝北固定墙内表面凝结，由水槽收集，一部分水蒸气被风机抽出，在冷凝器中进行放热凝结，将蒸汽的凝结潜热加热冷凝器中的海水或需净化的水，有效回收利用水蒸气的凝结潜热和部分显热。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第三种技术方案为：在第一种技术方案和第二种技术方案的基础上，绝大部分水蒸气被风机抽出，蒸汽凝结潜热和部分显热加热冷凝器中的海水或需净化的水，冷凝器中的海水或需净化的水在进入蓄热池前，与从蓄热池中排出的浓海水或污水进行热交换，充分回收利用水蒸气的凝结潜热和显热以及浓盐水或污水的显热。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第四种技术方案为：采用多级叠盘式太阳能蒸馏装置，蓄热系统和透光系统一体化安装，最底盘的海水或需净化的水被太阳能加热后，在其上一级凝结水盘的背面凝结产生淡水，释放的潜热加热该级水盘中的海水或需净化的水，该级水盘中的海水或需净化的水被加热后产生蒸汽，在该级水盘的上一级水盘背面凝结产生淡水或净化水，释放的潜热又加热该级水盘中的海水或需净化的水，依次向上，直到最上一级水盘，最上一级水盘上面的阳光透过透光系统，加热顶盘中的海水或需净化的水，形成蒸汽凝结成淡水或净化水。各级水盘和透光玻璃内表面凝结的淡水或净化水经过水槽，储存在储水罐中。从透光系统侧面进入的太阳辐射能被各级水盘中的海水或需净化的水吸收，促进水分的蒸发。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第五种技术方案为：采用多级闪蒸的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入闪蒸室，热海水或需净化的热水过热产生蒸汽，热海水或需净化的水温度降低，所产生的蒸汽在换热器外表面冷凝，海水或需净化的水被预热，多级闪蒸就是热海水或需净化的热水依次流过若干压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，直到海水或需净化的水温度接近需淡化的海水或需净化的水的温度。真空泵将闪蒸室抽真空，保持各闪蒸室相应的真空度。海水或需净化的水在进入闪蒸室前，可以与从闪蒸室排出的浓海水或污水进行热交换，充分回收利用浓盐水或污水的余热。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第六种技术方案为：采用多效蒸馏的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入蒸发器，蒸发产生的二次蒸汽进入下一个蒸发器，并在其中冷凝为淡水或净化水，依次进行，各效温度和压力依次下降。真空泵将蒸发器抽真空，使蒸发器保持相应的真空度。冷凝后的淡水或净化水以及从蒸发器排出的浓海水或污水可以与海水或需净化的水进行热交换，提高余热回收利用率和多效蒸馏的产水量。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第七种技术方案为：采用压缩蒸馏的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入蒸发器，蒸发产生的二次蒸汽经压缩机或蒸汽喷射泵提高温度和压力后，再次成为加热蒸汽，加热蒸发器中的液体，温度和压力下降后，冷凝为淡水或净化水，蒸发器中的液体进入下一个蒸发器，并在其中蒸发产生二次蒸汽，经压缩机或蒸汽喷射泵提高温度和压力后，再次成为加热蒸汽，依次进行，各效温度和压力依次下降。冷凝后的淡水或净化水以及从蒸发器排出的浓海水或污水可以与海水或需净化的水进行热交换，提高余热回收利用率和产水量。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的海水淡化或水净化装置第八种技术方案为：透光系统与蓄热装置一体化设计，直接放在海水里或者水面上，海水淡化或水净化装置四周和底面加强保温，减少蓄热系统的热量损失，提高产水量。
(6)本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统中的辅助装置的技术方案为：所述辅助装置主要包括辅助能源、阀门、泵等。在太阳光照不足时，可根据当地实际情况，选择利用空气源、水源、地源热泵等可再生能源或化石能源进行补充，以满足不间断海水淡化或水净化所需的热量要求。
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其包括的外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、海水淡化装置(水净化装置)、辅助装置(主要包括辅助能源、阀门、泵等)等，各个部分可以根据上述的技术方案进行自由组合，形成多个可选的新型太阳能海水淡化和水净化系统；本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统可以南北方向放置，也可以南偏东或南偏西方向放置，还可以东西方向放置；本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统可以采用单个系统，为小型用户提供淡化水或净化水，也可以利用模块化设计，实现大规模供应淡化水或净化水。
采用上述新型太阳能海水淡化和水净化系统所产生的有益效果在于：
(1)系统集热效率高，单位面积年蓄积的太阳辐射能高，可以达到4至9吉焦，主要是由于本发明的系统尽可能吸收利用太阳辐射能，包括透光系统上表面、侧面、可旋转保温墙内表面以及反光器等都能够透光或反光，增加了进入透光系统的太阳辐射能；优化设计的集热系统和蓄热系统，可以尽可能减少热量损失，特别是蓄热材料能够吸收未被集热管(板)吸收的太阳辐射能，在夜间进行放热，减少集热管(板)和蓄热系统的散热量。
(2)适用范围广，适用于沿海城市和海岛，河流、湖泊、水库附近等全年制取淡化水或纯净水。
(3)系统结构紧凑，有效利用空间，显著减少占地面积，单位产水量投资和运行成本低，与现有系统相比，投资回收周期短。
(4)系统可以在集热管(板)下方进行种植或者养殖，进一步提高土地资源产出率。
(5)系统太阳能保证率高，辅助能源消耗低，使大规模太阳能海水淡化和水净化成为可能。
(6)系统可靠性高，可以大幅减少狂风、飞沙、暴雨、暴雪、冰雹等恶劣自然天气对本发明的系统特别是集热系统的破坏；透光系统易于清洁，可以降低积灰对集热管(板)的不利影响；设置独立蓄热装置，降低结垢对太阳能集热效果的不利影响。
(7)系统节能减排效果明显，建设1万平方米所述新型太阳能系统，年可实现供热量4万至9万吉焦，年可节约标准煤1700-3800吨，相当于减少二氧化碳排放3600-8000吨。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对现有技术方案或具体实施例中使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下附图仅是用于方便理解本发明实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例1的示意图；
图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的透光系统示意图；
图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的外保温系统示意图；
图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的集热系统示意图；
图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)、图5(e)是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化直接蒸馏系统示意图；
图6是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的多级叠盘式太阳能蒸馏系统示意图；
图7是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的多效太阳能压缩蒸馏系统示意图；
图8(a)、图8(b)是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的模块化应用和大规模应用的示意图；
图9是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例2的示意图；
图10是本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例3的示意图。
其中：1-柔性保温材料，11-朝北固定保温墙，12-朝西可旋转保温墙，13-朝南可旋转保温墙，14-朝东可旋转保温墙，15-反光器，16-提升装置或滑轮组，17-提升装置或滑轮组，18-反光器，19-反光器，2-透光系统，21-玻璃保温罩，26-支架，31-集热管，32-集热板，33-聚光器，34-集热器，4-蒸发器，41-换热器，42-换热器，43-换热器，44-泵，45-真空泵，46-阀门，47-换热器，5-储水罐，51-冷凝器，52-换热器，53-风机，54-阀门，55-阀门，6-空气能热泵，7-蓄热系统或蓄热池，71-水槽，72-水盘，8-闪蒸室，81-真空泵，82-换热器，83-水盘，84-阀门，9-压缩机或蒸汽喷射泵。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例1，如图1所示。该新型太阳能海水淡化和水净化系统包括柔性保温材料1，朝北固定保温墙11，朝西可旋转保温墙12，朝南可旋转保温墙13，朝东可旋转保温墙14，透光系统2，集热管31，蒸发器4，换热器41、换热器42、换热器43，泵44，真空泵45，阀门46，换热器47，储水罐5，蓄热系统7。
在有太阳光照射时，所述柔性保温材料1卷起，朝南可旋转保温墙13、朝东可旋转保温墙14和朝西可旋转保温墙12旋转至适宜位置并固定。在夜晚或没有太阳光照的时候以及大风和雨雪冰雹天气，柔性保温材料1视情况而闭合，尽量减少集热管31和蓄热系统7的热量损失和不利天气对本发明的系统的破坏。
所述透光系统2包括侧面和上表面，采用双层中空玻璃，也可选用有机玻璃等，保持良好的透光性能、密闭性能和保温性能。所述透光系统2上表面根据所在地纬度倾斜安置，东、南、西三个表面竖直放置，北面直接利用朝北固定保温墙。
所述集热管31安装在支撑结构和透光系统2之间，倾斜放置，从天空直射和散射以及地表反射的的太阳辐射能透过所述透光系统2，被集热管31吸收，蓄热系统7中的流体被循环泵提送到集热31中，集热管31中的流体吸热后进入蓄热系统7，将太阳辐射能以热能形成储存在蓄热系统7中，不断循环。部分透过所述透光系统2未被集热管31吸收的太阳辐射能被透光系统内的蓄热材料吸收，提高透光系统2内部温度，减少减少集热管31、蓄热系统7以及管路的热量损失。
在蓄热系统7中吸热到一定温度的海水或需净化的水引入蒸发器4，蒸发产生二次蒸汽，热海水或需净化的水温度降低后通过阀门46进入下一效蒸发器，蒸发器4所产生的蒸汽在第二效蒸发器中的换热器47内冷凝，放出热量加热第二效蒸发器中的海水或需要净化的水，从换热器47内出来的淡水或净化水通过换热器41，进一步释放热量后，进入储水罐5。
从第二效蒸发器出来的海水或需净化的水通过阀门进入第三效蒸发器，第二效蒸发器产生的蒸汽在第三效蒸发器中的换热器内冷凝，放出热量加热该效蒸发器中的海水或需要净化的水，从换热器内出来的淡水或净化水通过换热器42，进一步释放热量后，进入储水罐5。
海水或需净化的水在进入换热器42，与从第三效蒸发器排出的浓海水或污水在换热器43中进行热交换，充分回收利用浓盐水或污水的余热，提高系统效率。真空泵45将蒸发器抽真空，保持蒸发器相应的真空度。
实施例2：
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例2，如图9所示。在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，该新型太阳能海水淡化和水净化系统采用多级闪蒸的方式产生淡水或净化水，该系统由包含3个闪蒸室。
在蓄热系统7中吸热到一定温度的海水或需净化的水引入第一级闪蒸室，热海水或需净化的热水过热产生蒸汽，热海水或需净化的水闪蒸后温度降低，通过阀门进入第二级闪蒸室，在第二级闪蒸室中产生蒸汽，海水或需净化的水的温度进一步降低，通过阀门进入第三级闪蒸室8闪蒸产生蒸汽，第一级、第二级、第三级闪蒸室产生的蒸汽在本级闪蒸室中的换热器外表面冷凝，流入水盘中。真空泵81将闪蒸室抽真空，保持闪蒸室相应的真空度。
实施例3：
本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的具体实施例3，如图9所示。与实施例1和例2不同的是，该新型太阳能海水淡化和水净化系统采用太阳能直接蒸馏的方式，将海水或需净化的水置于蓄热池7中，在海水或需净化的水表面放置高吸热率材料，充分吸收太阳辐射能，海水或需净化的水受热产生的水蒸气一部分在透光系统内表面和朝北固定墙内表面凝结，由水槽收集，一部分水蒸气被风机53抽出，在冷凝器51中的换热器52内放热凝结，凝结后的蒸汽进入储水罐5中，蒸汽的凝结潜热加热冷凝器51中的海水或需净化的水，海水或需净化的水在冷凝器51中被加热后进入蓄热池7中，有效回收利用水蒸气的凝结潜热和部分显热。冷凝器51上部蒸汽凝结后通过管路进入储水罐5中。浓盐水或污水通过阀门54排出。所述空气能热泵6在太阳能不足时启动，通过吸收空气中的热量，加热蓄热池7中的海水或需净化的水，以达到所需的温度要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统的三种技术方案，而非对其限制。本部分采用具体实施例对本发明的思想及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明思想的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于，包括：外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、海水淡化装置(水净化装置)、辅助装置(主要包括辅助能源装置、阀门、泵等)等。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于：所述外保温系统，包括：柔性保温材料(1)、朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)、朝北固定保温墙(11)；
柔性保温材料(1)覆盖透光系统(2)外表面，在日出时或日出后卷起，在日落时或日落前放下，外保温系统也可视夜间温度情况保持卷起状态；
在有太阳光照射时，所述柔性保温材料(1)卷起，朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)分别旋转到一定角度后固定，旋转的角度依据所在地的纬度、季节而定，或安装太阳追踪装置，旋转的角度随太阳高度角、太阳方位角而变化；所述朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)内表面可设置反光器；可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合；朝北保温墙(11)可以高于透光系统，在其朝南表面高出透光系统(2)的部分安装反光器，将照射在反光器表面的太阳光反射到透光系统(2)内部，提高进入透光系统(2)的太阳辐射能；
在朝北保温墙(11)上面，设置可旋转反光器，进一步提高进入透光系统的太阳辐射能。
3.根据权利要求1所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于：所述透光系统(2)包括上表面和侧面，上表面倾斜或水平放置，上表面倾斜的角度根据所在地区的纬度而确定；透光系统侧面可以竖直放置，也可以倾斜放置，倾斜的角度根据所在地纬度和季节而定；
透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度，以减小太阳入射角，进一步提高透光率。
4.根据权利要求1所述的新型太阳能与空气能联合供热供暖系统，其特征在于：所述集热系统包括集热管(31)、集热板(32)、聚光器(33)、集热器(34)、管道、泵、过滤器、阀门等；
所述集热管(31)或集热板(32)安装在透光系统(2)上表面，或将集热管(31)或集热板(32)安装在支撑结构和透光系统(2)之间，集热管(31)东西方向或南北方向放置，通过换热流体将集热管(31)或集热板(32)聚集的热量储存在蓄热系统(7)中；
安装太阳跟踪装置，集热管(31)或集热板(32)的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而调整；同时，在没有光照时，相邻两组集热单元可以两两耦合，形成密闭保温型集热系统；
在透光系统(2)上表面安装聚光器(33)，或者聚光器(33)与透光系统(2)上表面一体化设计安装，或将聚光器(33)安装在透光系统(2)内部，聚光器(33)东西方向或南北方向放置，同时可选择安装太阳跟踪装置，以获取更高温度，通过循环工质将集热器(34)聚集的热量储存在蓄热系统(7)中；
在透光系统(2)内部放置蓄热材料，充分吸收透过透光系统(2)的太阳辐射能，减少集热管(31)或集热板(32)或集热器(34)和蓄热系统(7)的热量损失。
5.根据权利要求1所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于：所述蓄热系统(7)采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体，岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设；蓄热系统(7)可以放置在建筑物上面或内部，或者地面上以及地下；
蓄热系统和集热系统一体化安装，所述蓄热系统(7)为一开口蓄热池，将海水或需净化的水置于蓄热池中，太阳辐射能透过透光系统(2)，照在蓄热池的海水或需净化的水中，产生的蒸汽在透光系统内表面凝结，通过水槽收集凝结的水。
6.根据权利要求1所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于：所述海水淡化或水净化装置采用直接蒸馏或多级叠盘蒸馏或多效蒸馏或多级闪蒸或压缩蒸馏等，包括蒸发器(4)、换热器(41)、换热器(42)、换热器(43)、泵(44)、真空泵(45)、阀门(46)、换热器(47)、储水罐(5)、冷凝器(51)、换热器(52)、风机(53)、阀门(54)、阀门(55)、水槽(71)、水盘(72)、闪蒸室(8)、真空泵(81)、换热器(82)、水盘(83)、阀门(84)、压缩机或蒸汽喷射泵(9)等；
采用太阳能直接蒸馏，将海水或需净化的水置于蓄热池中，蓄热池底面涂成黑色，或在海水/需净化的水表面放置高吸热率材料，增加对太阳辐射能的吸收能力，采用水槽(71)收集凝结在透光系统(2)内表面和朝北固定墙(11)内表面的淡水，储存在储水罐(5)中；或大部分水蒸气被风机(53)抽出，在冷凝器(51)中放热凝结，加热海水或需净化的水，有效回收利用水蒸气的凝结潜热和部分显热；
采用多级叠盘式太阳能蒸馏装置，蓄热系统(7)和透光系统(2)一体化安装，海水或需净化的水在最底盘被太阳能加热，在其上一级水盘(72)的背面凝结产生淡水或净化水，释放的潜热加热该级水盘(72)中的海水或需净化的水，产生蒸汽，在该级水盘(72)的上一级水盘背面凝结产生淡水或净化水，依次向上，直到最上一级水盘，最上一级水盘上面的阳光透过透光系统，加热顶盘中的海水或需净化的水，形成蒸汽凝结成淡水；从透光系统侧面进入的太阳辐射能被各级水盘中的海水或需净化的水吸收，促进水分的蒸发；
采用多级闪蒸的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入闪蒸室，产生蒸汽，热海水或需净化的水温度降低，所产生的蒸汽在换热器外表面冷凝，进入蓄热系统的海水或需净化的水被预热；热海水或需净化的热水依次流过若干压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，直到温度接近需淡化的海水或需净化的水的温度；真空泵(81)将闪蒸室抽真空，保持闪蒸室相应的真空度；海水或需净化的水在进入闪蒸室前，可以与从闪蒸室排出的浓海水或污水进行热交换，充分回收利用浓盐水或污水的余热；
采用多效蒸馏的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入蒸发器(4)，蒸发产生的二次蒸汽进入下一效蒸发器，并在其中冷凝为淡水或净化水，依次进行，各效温度和压力依次下降。真空泵(45)将蒸发器抽真空，使蒸发器保持相应的真空度；冷凝后的淡水或净化水以及从蒸发器排出的浓海水或污水可以与海水或需净化的水进行热交换，提高余热回收利用率和多效蒸馏的产水量；
采用压缩蒸馏的方式制取淡水或净化水，利用太阳能直接或间接加热海水或需净化的水，将加热到一定温度的海水或需净化的水引入蒸发器，蒸发产生的二次蒸汽经压缩机或蒸汽喷射泵(9)提高温度和压力后，再次成为加热蒸汽，加热蒸发器中的液体后，温度和压力下降，冷凝为淡水或净化水，蒸发器中的液体进入下一个蒸发器，并在其中蒸发产生二次蒸汽，经压缩机或蒸汽喷射泵(9)提高温度和压力后，再次成为加热蒸汽，依次进行，各效温度和压力依次下降；冷凝后的淡水或净化水以及从蒸发器排出的浓海水或污水可以与海水或需净化的水进行热交换，提高余热回收利用率和产水量；
透光系统与蓄热装置一体化设计，直接放在海水里或者水面上，海水淡化或水净化装置四周和底面加强保温，减少蓄热系统的热量损失，提高产水量。
7.根据权利要求1所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于：所述辅助装置主要包括辅助能源、阀门、泵等。在太阳光照不足时，可根据当地实际情况，选择利用空气源、水源、地源热泵等可再生能源或化石能源进行补充，以满足不间断海水淡化或水净化所需的热量要求。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的新型太阳能海水淡化和水净化系统，其特征在于，其包括的外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、海水淡化装置(水净化装置)、辅助装置(主要包括辅助能源、阀门、泵等)等，各个部分可以根据上述的技术方案进行自由组合，形成多个可选的新型太阳能海水淡化和水净化系统；本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统可以南北方向放置，也可以南偏东或南偏西方向放置，还可以东西方向放置；本发明的新型太阳能海水淡化和水净化系统可以采用单个系统，为小型用户提供淡化水或净化水，也可以利用模块化设计，实现大规模供应淡化水或净化水。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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