CN201144161Y - 一种太阳能环效净水系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种太阳能环效净水系统，该系统包括支撑在太阳聚光集热器的抛物柱面镜焦点上的管形蒸发室，蒸发室上端设有刮垢器驱动器和刮垢器，原水即由第一变频水泵通过装设在支承立柱内的原水输送管相连的喷雾头，向管形蒸发室供原水，蒸发的蒸汽也通过立柱内腔引入环效蒸发器放热冷凝成淡水。第二变频水泵通过环效蒸发室内设置的水管与喷雾头向蒸发器喷射成雾状原水。蒸发成二次蒸汽作为加热蒸汽由连通管再次引入环效蒸发器，形成持续循环蒸发，使热能得以充分重复利用而获得提高水量的理想效果(较一般池式太阳能蒸馏器单位产水量提高10——20倍)。环效蒸发器下部设有浓水池、原水池和淡水池，各池均装有自动进水或排水浮球阀。

Description

一种太阳能环效净水系统
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能净水装置，特别是一种利用太阳辐射热通过聚光集热蒸发器，将喷成雾状的原水(海水、苦咸水、污染水及工业废水等)蒸发成蒸汽并引入环效蒸发器，不断地循环蒸馏，以生产净化淡水的太阳能环效净水系统(以下简称THZ)。
背景技术
水资源与能源一样是一个国家可持续发展的重要支柱，而我国却是严重缺水的国家，解决水资源短缺虽有多种途径，但一个重要的途径是因地制宜，在节水、治污、合理利用陆地水资源的基础上大力发展高科技、低成本的水工产业，如海水淡化、污水净化，工业废水的再利用等等。至今海水和苦咸水淡化方法甚多，目前主要采用的有：多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(ME或MED)、反渗透(RO)、纳滤(NF)和压气蒸馏(VC)等方法。
太阳能是可提供地球最稳定的能源之一，因此利用太阳能蒸馏系统生产淡水具有长远的经济意义，但由于太阳能是非常稀薄的能源，难以收集，所以采用太阳能蒸馏生产淡水的装置不多，当前能得到成熟使用的还只是池式太阳能蒸馏器，但由于其热利用率低(25％～30％)、占地面积广、产水成本高，不能生产像其他形式蒸馏器所生产的便宜淡水，因此也不能得到广泛的应用。近年来，虽然在这方面研究取得一些进展，提出一些新型的太阳能蒸馏器，如多效热扩散蒸馏等，但还不够理想，尚未能投入商品化生产。
太阳能蒸馏系统和海水淡化以池式太阳能蒸馏器为生产淡水的最成熟的过程，如图1中所示，表明几种池式太阳能蒸馏器装置结构，另外还有非池式结构的太阳能蒸馏器，如扩散太阳能蒸馏器、烟囱式太阳能蒸馏器等等。但是由于一般的太阳能蒸馏器都是规模较大，投资较大，生产淡水的成本较高，不便于广泛推广等问题，即使有些新颖的太阳能海水淡化技术也很难投入商品化生产。为此，为了弥补一般太阳能蒸馏器所存在的不足，本发明充分考虑了我国的实情，设计了结构简单、装置方便、规模可大可小的太阳能环效净水装置(THZ)，其有其独特的优点，如表(1)所示。
发明内容
本实用新型的目的在于针对已有太阳能蒸馏器装置存在的不足，从而提供一种利用太阳辐射热通过聚光集热蒸发器，将喷成雾状的原水(海水、苦咸水、污染水及工业废水等)蒸发成蒸汽并引入环效蒸发器，不断地循环蒸馏，以生产净化淡水的太阳能环效净水系统，该系统结构简单、操作方便、规模可大可小，并且利于工业化推广。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型的太阳能环效净水系统：包括：喷雾头、蒸发室、备用电热管15、冷凝器17、输水管18、水管19、管道20、抛物柱面镜及太阳跟踪装置6和第一储水箱21；其特征在于，还包括刮垢器驱动器1和刮垢器8、原水输送管4、立柱5、管形蒸发室9、第一浮球阀10、第二浮球阀16、第三浮球阀24、第网浮球阀25、第一变频水泵12、第二变频水泵14、环效蒸发器13、第二储水箱22、第三储水箱23、第一喷雾头2和第二喷雾头11；该管形蒸发室9通过所述的立柱5支撑在抛物柱面镜的反射镜焦点上，该管形蒸发室9的上端设有刮垢器驱动器1，用以驱动刮垢器8转动以去除蒸发室管壁上的污垢，管形蒸发室9上端还装有与原水输送管4相连的喷雾头2；管形蒸发室9的下端设有用于排浓水水的第一浮球阀10，输水管18与立柱5中的原水输送管4相连，第一变频水泵12安装在输水管18一端，第一变频水泵12的另一端通过输送原水管29连接到原水池22，由此完成提供原水到管形蒸发室9的过程；第二变频水泵14与喷雾头11相连接，将喷成雾状的原水再次喷入环效蒸发器13实施二次加热蒸汽。由水管20与环效蒸发器13相连；环效蒸发器13的下端与连接淡水池23的冷凝器17相连，热蒸汽放热后冷凝通过冷凝器17流进淡水池23；在环效蒸发器13下端还装有备用电热管15，用于多日无阳光时也能维持运行生产淡水；第二浮球阀16位于浓水池21中，第三浮球阀24位于原水池22中，第四浮球阀25位于淡水池23中，随水平面的升高和降低而自动打开和关闭，以控制排出和流入的水量，(如图2所示)。
在上述的技术方案中，所述的抛物柱面镜用氧化铝涂层。
在上述的技术方案中，所述的环效蒸发器13具有双层外壳，其内层用不锈钢板、外层用厚钢板制作，中间填充绝热材料。
在上述的技术方案中，所述的管形蒸发室9用不锈钢板制作，其冷凝器17为铝、黄铜管制作。
本实用新型的太阳能环效净水系统是利用太阳辐射热通过聚光集热蒸发器将喷成雾状的原水(海水、苦咸水、污染水及工业废水等)蒸发成蒸汽，得以与杂质分离并被引入环效蒸发器，作为加热蒸汽，蒸发出二次蒸汽后凝为蒸馏水，此二次蒸汽又引入同一环效蒸发器作为再加热蒸汽，依次进行不断的循环蒸馏，生产淡水。当无阳光时，环效蒸发室内尚积聚着较高的蒸汽潜热，仍可持续一段时间进行环效蒸发生产淡水，如此持续循环蒸发，使热能得以充分重复利用而获得提高产水量的理想效果。
本实用新型的系统不仅具有较高的热利用率和节能效用，较一般池式太阳能蒸馏器的单位产水量高10～20倍，而且与其他传统的水淡化设备相比，其单位产水量的电耗和成本均较低，具有投资小、占地少、简单实用、操作智能化、应用范围广的特点。由于其规模可大可小，设置方式也可灵活多样，因此可广泛应用于需淡化原水的沿海、工矿、乡镇及居民小区等地。
本实用新型的太阳能环效净水系统的技术路线是利用太阳的热能分三个阶段流程蒸馏生产淡水。
1，第一阶段流程：本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)，设有抛物柱面镜(抛物柱面镜的太阳聚光集热器)及其太阳跟踪装置(6)，镜面焦点的热能接收器为管形蒸发室(9)，原水通过变频水泵(12)及管道(4)喷成雾状水滴进入蒸发室(9)，在热空气中迅速蒸发成水蒸气并与杂质分离，高压热蒸汽克服管道阻力进入环效蒸发器(13)内放热并凝为淡水，而杂质和未蒸发的浓原水则落入蒸发室底部，积聚一定量后将自动开启浮球阀(10)排出。环效管形蒸发室内设有除垢器(8)，及时去除水垢，以保证传热系数不致降低。
2，环效蒸发原理及第二阶段流程：由第一阶段蒸发的蒸汽进入环效蒸发室的蒸发器(13)内作为加热蒸汽，将环效蒸发室内由变频水泵(14)喷成雾状的原水进行管外降膜沸腾蒸发，蒸发出的二次蒸汽经管道再次进入蒸发室的蒸发器(13)内，又作为加热蒸汽放出热量，并凝为淡水经冷凝器(17)放出余热排至淡水池内，如此蒸汽在同一蒸发室内不断地放热、蒸发、冷凝进行循环，生产淡水。
3，第三阶段流程：当无阳光时，第一阶段流程停止运行，第二阶段蒸发流程仍集聚有大量热蒸汽的潜热，即进入第三阶段独立连续运行，继续环效生产淡水。随着时间的推移，由于热损，蒸发室内的温度逐渐降低，直至停止运行。
本实用新型优点在于：
1，本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)，采用环效蒸馏的先进技术，可较池式太阳能蒸馏器单位产水量提高10～20倍，而且结构简单，产水成本低(见表1所示)，使用范围广，是理想的节能设备。
2，本实用新型的设备构造简单：(THZ)装置不同于传统多效蒸发器，不管有多少次蒸汽循环，只有一套简单的蒸发器、冷凝器和泵，也无需预处理、预热器等配套设备。
3，能持续淡水供应：本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)，除在有阳光的情况下可正常运转外，在多日无阳光时，还可用电热环效蒸发生产淡水，保证供水不致中断。
4，节能：本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)是利用太阳辐射热加热原水蒸发，而不需其它供热源蒸发原水，所需用的电能仅仅是驱动小功率水泵及真空泵的能耗。
5，成本低：各种净水设备生产淡水成本主要取决于设备投资、使用能耗、及维护运行费用，而本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)由于设备简单，采用自动操作电耗小，故投资及运行和维护费用都比较低，约4元/吨淡水，低于国际先进水平。
6.易于推广，使用广泛：由于(THZ)设备简单，操作方便，规模可大可小，因而可广泛用于需使原水净化为淡水的城乡及沿海地区。
本实用新型的太阳能环效净水系统(TNZ)采用环效蒸馏的先进技术，结构简单，产水成本低(见表1所示)，使用范围广，是理想的节能设备。
附图说明
图1本实用新型的太阳能环效净水系统工作流程图：
图2a是澳大利亚设计型的太阳能蒸馏器结构示意图；
图2b是希腊设计型的太阳能蒸馏器结构示意图；
图2c是海地设计型的太阳能蒸馏器结构示意图；
图2d是希腊设计型的太阳能蒸馏器结构示意图；
图3a本实用新型的太阳能环效净水系统结构示意图；
图3b本实用新型的抛物柱面镜A-A剖面图。
图面说明如下：
1-刮垢器驱动器               15-电热管
2-第一喷雾头                 16-第二浮球阀
3-抛物柱面镜及太阳跟踪装置； 17-冷凝器
4-原水输送管                 18-输水管
5-立柱                       19-管道
6-太阳跟踪装置(涡轮减速器)   20-水管
7-除雾器                     21-浓水池
8-刮垢器                     22-原水池
9-管形蒸发室                 23-淡水池
10-第一浮球阀                24-第三浮球阀
11-第二喷雾头                25-第四浮球阀
12-第一变频水泵              26-原水入口
13-环效蒸发器                27-浓水池排水口
14-第二变频水泵
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：
实施例1
按图(2)制作一太阳能环效净水系统(THZ)，该系统包括：蒸发室、备用电热管15、冷凝器17、输水管18、水管19、管道20、抛物柱面镜及太阳跟踪装置6；还包括刮垢器驱动器1和刮垢器8、原水输送管4、立柱5、管形蒸发室9、第一浮球阀10，第二浮球阀16，第三浮球阀24，第四浮球阀25、第一变频水泵12，第二变频水泵14、环效蒸发器13、浓水池21、原水池22和淡水池23；以及2个喷雾头(第一喷雾头2和第二喷雾头11)；其中不锈钢材制成的管形蒸发室9，该管形蒸发室9支撑在抛物柱面镜反射镜焦点上，管形蒸发室9的上端设有刮垢器驱动器1，用以驱动刮垢器8转动以去除蒸发室管壁上的污垢，管形蒸发室9上端还装有与原水输送管4相连的第一喷雾头2；管形蒸发室9的下端设有用于排浓水的第一浮球阀10，第一变频水泵12安装在输水管18一端，其另一端通过输送原水管29连接到原水池22，由此完成提供原水到管形蒸发室9的过程；在管形蒸发室9内蒸发的蒸汽通过立柱内腔和水管20与环效蒸发器13相连；第二变频水泵14通过水管与第二喷雾头11相连接，用以将原水喷成雾状进入环效蒸发器13实施二次加热蒸汽；热蒸汽放热后通过冷凝器17流进淡水池23；在环效蒸发器13下端还装有备用电热管15，用于多日无阳光时也能维持运行生产淡水。第二浮球阀16位于浓水池21中；第三浮球阀24位于原水池22中；第四浮球阀25位于淡水池23中，随水平面的升高和降低而自动打开和关闭，以控制排出和流入的水量，(如图2所示)。
本实施例中所述抛物柱面镜为5微米氧化铝涂层及底板为3mm的铝板或铝塑板制成。
本实施例中管形蒸发室可用不锈钢等材料制作，横管蒸发器、冷凝器主要制作材料为铝、黄铜管等。
本实施例中的环效蒸发器具有双层外壳，其内层用不锈钢板、外层用厚钢板，例如3mm厚的钢板制作，中间填充绝热材料。
本实施例的太阳能环效净水系统的技术路线是利用太阳的热能分三个阶段流程蒸馏生产淡水。
1，第一阶段流程：本实用新型的太阳能环效净水系统(THZ)设有抛物柱面镜的太阳聚光集热器及其太阳跟踪装置，镜面焦点的热能接收器为管形蒸发室9，原水通过第一变频水泵12及管道喷成雾状水滴进入蒸发室，在热空气中迅速蒸发成水蒸气并与杂质分离，高压热蒸汽克服管道阻力进入环效蒸发器13内放热并凝为淡水，而杂质和未蒸发的浓原水则落入蒸发室底部，积聚一定量后将自动开启第一浮球阀10排出。环效管形蒸发室内设有除垢器8，及时去除水垢，以保证传热系数不致降低。
2，环效蒸发原理及第二阶段流程：由第一阶段蒸发的蒸汽进入环效蒸发室的蒸发器13内作为加热蒸汽，将环效蒸发室内由变频水泵14喷成雾状的原水进行管外降膜沸腾蒸发，蒸发出的二次蒸汽经管道再次进入蒸发室的蒸发器13内，又作为加热蒸汽放出热量，并凝为淡水经冷凝器17放出余热排至淡水池内，如此蒸汽在同一蒸发室内不断地放热、蒸发、冷凝进行循环，生产淡水。
3，第三阶段流程：当无阳光时，第一阶段流程停止运行，第二阶段蒸发流程仍集聚有大量热蒸汽的潜热，即进入第三阶段独立连续运行，继续环效生产淡水。随着时间的推移，由于热损，蒸发室内的温度逐渐降低，直至停止运行。
本实施例制作的太阳能环效净水系统(THZ)与常用原水淡化设备经济水平比较见表1。
表(1)
  太阳能环效净水装置(THZ)   太阳能蒸馏池式)   多级闪蒸MSF   多效蒸馏MED   反渗透膜法RO   电渗析法ED   压汽蒸馏VC
  总能耗KJ/m3   369600   276300   113420   102920
  电耗KW·h/m3   1   5-8   3-4   5-9   15-18   7.5-16
  投资(单位成本)元/m3·d   17410＊   10000   7000   6000   7000   11000
  元/m3(采光面积)   1000   274
  日均生产率kg/m2·d   58   3
  产水成本元/m3   4   22   14   8   6-9   6-10
本实用新型表中所列成本包括设备投资费、维护费、耗电费等。产水量按北京地区太阳水平辐射热量计算。

Claims (4)

1.一种太阳能环效净水系统，包括：蒸发室、备用电热管(15)、冷凝器(17)、输水管(18)、水管(19)、管道(20)抛物柱面镜及太阳跟踪装置(6)，其特征在于还包括刮垢器驱动器(1)和刮垢器(8)、原水输送管(4)、立柱(5)、第一浮球阀(10)、第二浮球阀(16)、第三浮球阀(24)、第四浮球阀(25)、第一变频水泵(12)、第二变频水泵(14)、环效蒸发器(13)、浓水池(21)、原水池(22)、淡水池(23)、第一喷雾头(2)和第二喷雾头(11)，该管形蒸发室(9)和抛物柱面镜及太阳跟踪装置(6)均支撑在立柱上；该管形蒸发室(9)的上端还装有原水输送管(4)与第一喷雾头(2)相连；该管形蒸发室(9)的下端设有用于自动排浓水的第一浮球阀(10)；第一变频水泵(12)安装在输水管(18)一端，第一变频水泵(12)的另一端通过输送原水管(29)连接到原水池(22)；水管(20)与环效蒸发器(13)相连；第二变频水泵(14)与第二喷雾头(11)相连接；环效蒸发器(13)的下端与冷凝器(17)相连，热蒸汽放热后成淡水通过冷凝器(17)流进淡水池(23)；在环效蒸发器(13)下端还装有所述备用电热管(15)，所述第二浮球阀(16)位于所述浓水池(21)中，所述第三浮球阀(24)位于所述原水池(22)中，所述第四浮球阀(25)位于所述淡水池(23)中，随水平面的升高和降低而自动打开和关闭，以控制排出和流入的水量。
2，按权利要求1所述的太阳能环效净水系统，其特征在于，所述的抛物柱面镜涂有氧化铝涂层。
3，按权利要求1所述的太阳能环效净水系统，其特征在于，所述的环效蒸发器(13)具有双层外壳，其内层用不锈钢板、外层用厚钢板制作，中间填充绝热材料。
4，按权利要求1所述的太阳能环效净水系统，其特征在于，所述的管形蒸发室(9)用不锈钢板制作，其冷凝器(17)为铝、黄铜管制作。
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