CN203959866U - 一种模块化太阳能海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种模块化太阳能海水淡化系统，所述系统包括真空集热器组件，真空集热器组件与真空保温循环管连接，真空保温循环管中循环液的输入端与输出端分别与储热水箱的第一输出端及第一输入端连接，储热水箱的第二输出端及第二输入端分别与热交换器的第一输人端及第一输出端连接，热交换器的第二输入端及第二输出端分别与海水淡化多级闪蒸器或海水淡化多效蒸馏器的海水输出端及海水输入端连接。该模块化太阳能海水淡化系统通过太阳能加热循环介质，被太阳能加热后的循环介质通过热交换器，将海水加热蒸发后得到蒸馏淡水。该系统由于采用了真空集热器采用高效锁热环真空管，太阳能转化为热能的转化率高。

Description

一种模块化太阳能海水淡化系统
技术领域
本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种模块化太阳能海水淡化系统。
背景技术
淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一。是一切生命之源。水对社会经济而言也不可或缺，农作物无水会枯死，工业生产无水会面临瘫痪。地球表面积约为5.1亿平方公里，其中海洋面积就占据了它的70.8％。海洋的平均深度约为3800米，所以地球上的总水量约有近14亿立方公里。若从地球上人均占有水量来看，水资源是十分丰富的，人类似乎不应有缺水之虞。然而，由于含盐度太高而不能直接饮用或灌溉的海水占据了地球上总水量的97％以上，仅剩的不到3％的淡水，其分布也极其不均，它的3/4被冻结在地球的两极和高寒地带的冰川中，其余的从分布上说，地下水也比地表水多得多(多37倍左右)。剩下的存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水已不足0.36％。
就人均占有量来说，中国在水资源方面是一个穷国。据测算，中国人均占有水量只居世界的第108位。中国海岸线长，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。这些地区的人们由于长期饮用不符合卫生标准的水，产生了各种病症，直接影响着他们的身体健康和当地的经济建设。因此，解决淡水供应不足是中国面临的一个严峻问题。
为了增大淡水的供应，除了采用常规的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一条有利的途径是就近进行海水或苦咸水的淡化，特别是对于那些用水量分散而且偏远的地区更适宜用此方法。
对海水或苦咸水进行淡化的方法很多，但常规的方法，如蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，都要消耗大量的燃料或电力。
据报道，截至1990年，全世界已安装的海水淡化装置的产水能力为13,000,000立方米/天。到2000年，这个数字已经翻了一倍。淡化水的迅速增加，就会产生一系列的问题，其中最突出的就是能源的消耗问题。据估计，每天生产13,000,000立方米的淡化水，每年需要消耗原油1.3亿吨。即使人们支付得起这笔燃料的费用，但地球的温室效应、空气污染等也告示人们必须谨慎从事。因此，寻求用太阳能来进行海水淡化，必将受到人们的青眯。
从中国国情出发，情况更是如此。中国广大农村、孤岛等地区至今仍普遍缺乏电力，因此在中国能源较紧张的条件下，利用太阳能从海水(苦咸水)中制取淡水，乃是解决淡水缺乏或供应不足的重要途径之一。所以，利用太阳能进行海水淡化，有广泛的应用前景。
人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。早期的太阳能蒸馏器由于水产量低，初期成本高，因而在很长一段时间里受到人们的冷落。第一次世界大战之后，太阳能蒸馏器再次引起了人们极大的兴趣。当时不少新装置被研制出来，比如顶棚式、倾斜幕芯式、倾斜盘式以及充气式太阳能蒸馏器等等，为当时的海上救护以及人民的生活用水解决了很大问题。
太阳能蒸馏器的运行原理是利用太阳能产生热能驱动海水发生相变过程，即产生蒸发与冷凝。运行方式一般可分为直接法和间接法两大类。顾名思义，直接法系统直接利用太阳能在集热器中进行蒸馏，而间接法系统的太阳能集热器与海水蒸馏部分是分离的。但是，近20多年来，已有不少学者对直接法和间接法的混合系统进行了深人研究，并根据是否使用其他的太阳能集热器又将太阳能蒸馏系统分为主动式和被动式两大类。
现有技术所存在的优缺点：
(1)被动式太阳能蒸馏系统
被动式太阳能蒸馏系统常采用盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器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。目前，比较理想的盘式太阳能蒸馏器的效率约在35％，晴好天时，产水量一般在3～4kg/m2左右。
(2)主动式太阳能蒸馏系统
被动式太阳能蒸馏系统的一个严重缺点是工作温度低，产水量不高，也不利于在夜间工作和利用其它余热。为此，人们提出了数十种主动式太阳能蒸馏器的设计方案，并对此进行了大量研究。在主动式太阳能蒸馏系统中，由于配备有其它的附属设备，使其运行温度得以大幅提高，或使其内部的传热传质过程得以改善。而且在大部分的主动式太阳能蒸馏系统中，都能主动回收蒸汽在凝结过程中释放的潜热，因而这类系统能够得到比传统的太阳能蒸馏器高一至数倍的产水量。
海水淡化技术：低温多效蒸馏法、多级闪蒸和反渗透膜法是未来方向。目前全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。从大的分类来看，主要分为蒸馏法(热法)和膜法两大类，其中低温多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。低温多效具有节能、海水预处理要求低、淡化水品质高等优点，反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，但海水预处理要求高。多级闪蒸法具有技术成熟、运行可靠、装置产量大等优点，但能耗偏高。
实用新型内容
本实用新型目的在于，克服现有技术中的缺陷，提供一种投资少、能耗低、结构简单的模块化太阳能海水淡化系统。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述系统包括真空集热器组件，真空集热器组件与真空保温循环管连接，真空保温循环管中循环液的输入端与输出端分别与储热水箱的第一输出端及第一输入端连接，储热水箱的第二输出端及第二输入端分别与热交换器的第一输入端及第一输出端连接，热交换器的第二输入端及第二输出端分别与海水淡化多级闪蒸器或海水淡化多效蒸馏器的海水输出端及海水输入端连接。
其中优选的技术方案是，所述海水淡化多级闪蒸器包括海水处理器、海水预热器、真空泵、蒸汽管、淡水收集管、若干个闪蒸室和若干个蒸发器；海水通过水泵及管路与海水处理器连接，海水处理器通过设置在海水预热器内的换热管与蒸发器的海水流入端连接，蒸发器的海水流出端与热交换器的第二输入端连接，热交换器的第二输出端与闪蒸室的海水流入端连接，闪蒸室内被蒸发后的海水经管路与海水预热器连接，海水预热器上设有海水排出管路，闪蒸室上设有蒸汽管，蒸汽管的一端与设置在蒸发器内的淡水收集管连接，闪蒸室与蒸发器上还连接有真空泵。
进一步优选的技术方案是，所述闪蒸室设有4～6个，所述蒸发器与闪蒸室的数量及位置相对应。
进一步优选的技术方案还有，所述淡水收集管设置在蒸发器的下部。
优选的技术方案还有，所述海水淡化多效蒸馏器包括通过管路连接在热交换器的第二输入端与海水处理器的海水输出端之间的水泵，在海水处理器的海水输出端与水泵之间设置有换热器，换热器的海水输出端与蒸发后的海水罐连接，换热器的海水输入端与多效蒸发器的海水流出端连接，多效蒸发器的海水流入端与热交换器的第二输出端连接，在多效蒸发器上设有淡水流出管。
进一步优选的技术方案还有，所述多效蒸发器至少设有三效，多效蒸发器中每一效内的压力逐渐依次降低。
优选的技术方案还有，所述真空集热器组件采用高效锁热环真空管，20根为一组，用10组串联而成的结构。
优选的技术方案还有，在所述储热水箱的外部或内部设有辅助加热器，所述辅助加热器包括电加热器，或天然气加热器，或燃油加热器。
优选的技术方案还有，在所述蓄热水箱与热交换器之间设有阀门。
本实用新型的优点及有益效果是，所述模块化太阳能海水淡化系统通过太阳能加热循环介质，被太阳能加热后的循环介质通过热交换器，将海水加热蒸发后得到蒸馏淡水。所述系统中的真空集热器采用高效锁热环真空管，太阳能转化为热能的转化率高，结构简单，比现有的多级闪蒸法采用的装置成本低，节能效果显著。
附图说明
图1为本实用新型模块化太阳能海水淡化系统中采用多级闪蒸器淡化海水的结构示意图；
图2为本实用新型模块化太阳能海水淡化系统中采用多效蒸馏器淡化海水的结构示意图。
图中：1-真空集热器组件，2-真空保温循环管，3-储热水箱，3.1-第一输出端，3.2-第一输入端，3.3-第二输出端，3.4-第二输入端，4-热交换器，4.1-第一输入端，4.2-第一输出端，4.3-第二输入端，4.4-第二输出端，5-多级闪蒸器，5.1-海水处理器，5.2-海水预热器，5.3-真空泵，5.4-蒸汽管，5.5-淡水收集管；5.6-闪蒸室，5.7-蒸发器，6-多效蒸馏器，6.1-海水处理器，6.2-水泵，6.3-换热器，6.4-海水罐，6.5-淡水流出管，7-海水输出端，8-海水输入端，9-阀门。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型是一种模块化太阳能海水淡化系统，所述系统包括真空集热器组件1，真空集热器组件1与真空保温循环管2连接，真空保温循环管2中循环液的输入端与输出端分别与储热水箱3的第一输出端3.1及第一输入端3.2连接，储热水箱3的第二输出端3.3及第二输入端3.4分别与热交换器4的第一输入端4.1及第一输出端4.2连接，热交换器4的第二输入端4.3及第二输出端4.4分别与海水淡化的多级闪蒸器5或海水淡化的多效蒸馏器6的海水输出端7及海水输入端8连接。
本实用新型中优选的实施方案是，所述海水淡化的多级闪蒸器5包括海水处理器5.1、海水预热器5.2、真空泵5.3、蒸汽管5.4、淡水收集管5.5、若干个闪蒸室5.6和若干个蒸发器5.7；海水通过水泵6.2及管路与海水处理器5.1连接，海水处理器5.1通过设置在海水预热器5.2内的换管热与蒸发器5.7的海水流入端连接，蒸发器5.7的海水流出端与热交换器4的第二输入端4.3连接，热交换器4的第二输出端4.4与闪蒸室5.6的海水流入端连接，闪蒸室5.6内蒸发后的海水经管路与海水预热器5.2连接，海水预热器5.2上设有海水排出管路，闪蒸室5.6上设有蒸汽管5.4，蒸汽管5.4的一端与设置在蒸发器5.7内的淡水收集管5.5连接，闪蒸室5.6与蒸发器5.7上还连接有真空泵5.3。淡水收集管5.5设置在蒸发器5.7内，是用来收集低温海水冷却蒸馏后的淡水，真空泵5.3用于降低闪蒸室5.6及蒸汽管内的气压，有利于海水中单水的蒸发。
本实用新型所述太阳能海水淡化系统的闪蒸室为8级，能够在输入蒸汽量为0～100％之间稳定运行，并能根据蒸汽量自动调整工作状态，它所需的供热温度在70～100℃之间，这种采用闪蒸室闪蒸的太阳能海水淡化装置，每天可产近0.5吨淡水。
真空管集热器组件1、真空保温循环管2连接到蓄热水箱3构成太阳能供热循环系统。蓄热水箱3一边由循环管、阀门9连接到热交换器4上，进入热交换器4中的水将热能传导给海水，预热的海水进入闪蒸室5.6相变为蒸汽，上升到冷凝区凝结为淡水，从淡水收集管5.5流出。闪蒸室5.6为8级，由真空泵5.3控制闪蒸室5.6的真空度。蒸发后的浓海水通过海水预热器5.2交换给新海水，将浓海水排出，新海水通过海水处理器5.1、海水预热器5.2、经过蒸发器5.7和热换器4热后进入闪蒸室5.6，再通过蒸汽管5.4与淡水收集管5.5凝为淡水完成一个循环。
本实用新型中进一步优选的实施方案是，所述闪蒸室5.6设有4～6个，所述蒸发器5.7与闪蒸室5.6的数量及其位置相对应。
本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述淡水收集管路5.5设置在蒸发器5.7的下部。
本实用新型中优选的技术方案还有，所述海水淡化多效蒸馏器6包括通过管路连接在热交换器4的第二输入端4.3与海水处理器6.1的海水输出端之间的水泵6.2，在海水处理器6.1的海水输出端7与水泵6.2之间设置有换热器6.3，换热器6.3的海水输出端7与蒸发后的海水罐6.4连接，换热器6.3的海水输入端8与多效蒸发器6的海水流出端7连接，多效蒸发器6的海水流入端8与热交换器4的第二输出端4.4连接，在多效蒸发器6上设有淡水流出管6.5。
本实用新型中的低温多效蒸馏是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术，可将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。
本实用新型中的低温多效蒸馏系统通过热器组件1，真空保温循环管2，连接到蓄热水箱3构成太阳能供热循环系统。蓄热水箱3由循环管，阀门9接到热交换器4，海水循环管路连接水泵6.2、换热器6.3，海水处理器6.1，多效蒸馏器6。在多效蒸馏器蒸发后的浓海水进入换热器6.3将余热传导给新海水后，流入海水灌6.4排出装置。新海水通过海水处理器6.1，进入换热器6.3、通过水泵6.2进入热交换器4与第一系统的热水进行热交换，预热的海水进入多效蒸馏器6，逐级蒸发冷凝产生淡水，由淡水流出管6.5流出。
本实用新型中进一步优选的实施方案还有，所述多效蒸发器6至少设有三效，多效蒸发器中每一效内的压力逐渐依次降低。
本实用新型中优选的实施方案还有，所述真空集热器组件1可采用高效锁热环真空管，20根为一组，用10组串联而成的结构。
本实用新型中优选的实施方案还有，在所述储热水箱3的外部或内部设有辅助加热器，所述辅助加热器包括电加热器，或天然气加热器，或燃油加热器。
本实用新型中优选的实施方案还有，在所述蓄热水箱与热交换器之间设有阀门9。
本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述系统包括真空集热器组件，真空集热器组件与真空保温循环管连接，真空保温循环管中循环液的输入端与输出端分别与储热水箱的第一输出端及第一输入端连接，储热水箱的第二输出端及第二输入端分别与热交换器的第一输入端及第一输出端连接，热交换器的第二输入端及第二输出端分别与海水淡化多级闪蒸器或海水淡化多效蒸馏器的海水输出端及海水输入端连接。
2.如权利要求1所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化多级闪蒸器包括海水处理器、海水预热器、真空泵、蒸汽管、淡水收集管、若干个闪蒸室和若干个蒸发器；海水通过水泵及管路与海水处理器连接，海水处理器通过设置在海水预热器内的换管热与蒸发器的海水流入端连接，蒸发器的海水流出端与热交换器的第二输入端连接，热交换器的第二输出端与闪蒸室的海水流入端连接，闪蒸室内被蒸发后的海水经管路与海水预热器连接，海水预热器上设有海水排出管路，闪蒸室上设有蒸汽管，蒸汽管的一端与设置在蒸发器内的淡水收集管连接，闪蒸室与蒸发器上还连接有真空泵。
3.如权利要求3所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述闪蒸室设有4～6个，所述蒸发器与闪蒸室的数量及位置相对应。
4.如权利要求2所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述淡水收集管设置在蒸发器的下部。
5.如权利要求1所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化多效蒸馏器包括通过管路连接在热交换器的第二输入端与海水处理器的海水输出端之间的水泵，在海水处理器的海水输出端与水泵之间设置有换热器，换热器的海水输出端与蒸发后的海水罐连接，换热器的海水输入端与多效蒸发器的海水流出端连接，多效蒸发器的海水流入端与热交换器的第二输出端连接，在多效蒸发器上设有淡水流出管。
6.如权利要求1所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述真空集热器组件采用高效锁热环真空管，20根为一组，用10组串联而成的结构。
7.如权利要求1所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，在所述储热水箱的外部或内部设有辅助加热器，所述辅助加热器包括电加热器，或天然气加热器，或燃油加热器。
8.如权利要求1所述的模块化太阳能海水淡化系统，其特征在于，在所述蓄热水箱与热交换器之间设有阀门。
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