CN204689660U - 一种船舶用小型太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种船舶用小型太阳能海水淡化装置，属于太阳能海水淡化技术领域，包括聚光太阳能集热器、蒸发室和温差发电装置；聚光太阳能集热器设有传热介质输送管；蒸发室的体壁设有夹层，蒸发室内设有换热管，换热管的一端通至蒸发室的夹层，另一端与传热介质输送管的一端连接，传热介质输送管的另一端连接至蒸发室的夹层；蒸发室开设有海水进口和水蒸汽出口，海水进口处设有雾化喷头，水蒸汽出口连接有冷凝器；温差发电装置位于蒸发室的外壁。整套装置不需要除太阳能以外的其它能源供给，具有规模小、海水蒸发迅速、产水效率高、工作寿命长、使用方便、成本低、易维护等优点，适合中小型远洋船舶使用。

Description

一种船舶用小型太阳能海水淡化装置
技术领域
本实用新型涉及太阳能海水淡化技术领域，具体而言，涉及一种船舶用小型太阳能海水淡化装置。
背景技术
为满足船员日常生活、工作以及船舶的动力需求，淡水是海上作业船舶的重要保障资源。商船和油轮等大型船舶大都配有海水淡化设备，但设备价格昂贵，体积庞大，能源消耗大，且需专人维护。对于较小吨位的渔船，综合考虑设备安装和运行成本，极少装备海水淡化设备。为满足淡水需求，通常装设有大容量的水箱，依据搭载人数及作业时间长短，在出航前加满淡水。由于船舱空间狭小，渔船储水空间有限，淡水使用量处处受到限制，大量携带淡水势必极大的增加燃油消耗。此外，淡水长期储存易滋生细菌，严重恶化水质。淡水携带量的不足也将极大的限制渔船续航时间，严重影响渔业生产效率。因此，研发一种经济、可靠的小型海水淡化装置，解决渔船、岛礁的新鲜淡水供应难题，显得极为必要。
太阳能是廉价、方便易得的清洁能源。利用太阳热能蒸馏、淡化海水，可实现规模可调的“零能耗”海水淡化。与大规模海水淡化使用的膜技术和化学法相比，若将蒸馏法应用于小型海水淡化装置将更具优势，并兼具对海水预处理要求低、运行维护简单、工作可靠、产水品质高等优点。
目前已公开的海水淡化专利一般采用闪蒸多效回热式，如申请号为200510042840.5，名称为回热型多级闪蒸海水淡化装置的发明专利，或利用发动机冷却水和废气加热海水从而通过横管降膜蒸发，如申请号为201010039761.X，名称为一种船用海水淡化装置的发明专利申请。上述技术均存在一些共同问题，致使其难以商业化推广：                                               多级回热方式致使装置庞大而复杂；现有的太阳能海水淡化装置必须要使用真空泵保持低压运行，为此对装置的密封性要求非常高，而且真空泵维护困难，长时间连续工作容易损坏；利用发动机余热淡化海水的方法在原理上可行，但是具体实施则会存在发动机系统改造成本高、系统复杂性增加、维护困难、热源品质和总量较低等缺陷。因此目前还未见中小型太阳能海水淡化装置商业化使用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种以太阳能为热源，采用喷雾蒸发、热空气加速蒸发以及温差发电技术联用的一种节能、高效的船舶用小型太阳能海水淡化装置，以解决目前小吨位渔船的新鲜淡水供应问题。
为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：一种船舶用小型太阳能海水淡化装置，包括聚光太阳能集热器、蒸发室和温差发电装置；聚光太阳能集热器设有传热介质输送管；蒸发室的体壁设有夹层，蒸发室内设有换热管，换热管的一端通至蒸发室的夹层，另一端与传热介质输送管的一端连接，传热介质输送管的另一端连接至蒸发室的夹层；蒸发室开设有海水进口和水蒸汽出口，海水进口处设有雾化喷头，水蒸汽出口连接有冷凝器；温差发电装置位于蒸发室的外壁。
进一步地，所述蒸发室的夹层内设有连接至蒸发室内底部的热风管，热风管配设有鼓风机。
进一步地，所述热风管为两个，且分别通至蒸发室内底部两侧，呈相对交错设置。
进一步地，所述雾化喷头为空气二流体喷头，空气二流体喷头的进气端连接有气泵，空气二流体喷头的进水端连接有水泵。
进一步地，所述冷凝器包括冷凝室和位于冷凝室内的海水预热管束，海水预热管束一端连通至蒸发室的海水进口，另一端连接有海水取水泵；所述蒸发室的水蒸汽出口通过出气管连通至冷凝室内部。
进一步地，所述出气管上设有气液分离器，气液分离器的排水口连通至蒸发室内。
进一步地，所述海水预热管束外壁和冷凝室内壁均设有TiO2亲水薄膜层。
进一步地，所述换热管为螺旋状。
进一步地，所述温差发电装置包括低温热电器件，低温热电器件的热端面贴附于蒸发室的外壁，冷端面设有循环海水冷却管道；低温热电器件配设有蓄电池。
进一步地，所述温差发电装置周围设有贴附于蒸发室外壁的隔热层。
本实用新型的有益效果是，与现有技术相比具有如下优点：装置利用聚光太阳能集热器提供热源；利用海水与蒸发室的温差采用温差发电装置来提供电源；利用空气雾化喷头来雾化海水，利用鼓风机和热风管提供螺旋上升的涡流气流，使充分雾化的海水在蒸发室中快速蒸发；在冷凝室中利用海水预热管束和镀TiO2薄膜的办法提高冷凝淡水冷凝效率。整套装置不需要除太阳能以外的其它能源供给，具有规模小、海水蒸发迅速、产水效率高、工作寿命长、使用方便、成本低、易维护等优点，适合中小型远洋船舶使用。
附图说明
图1是本实用新型提供的船舶用小型太阳能海水淡化装置的结构示意图；
图2是本实用新型提供的温差发电装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
图1、图2示出了本实用新型提供的船舶用小型太阳能海水淡化装置，包括聚光太阳能集热器1、蒸发室4和温差发电装置17；聚光太阳能集热器1设有传热介质输送管2；蒸发室4的体壁设有夹层，蒸发室4内设有换热管6，换热管6的一端通至蒸发室4的夹层，另一端与传热介质输送管2的一端连接，传热介质输送管2的另一端连接至蒸发室4的夹层；蒸发室4开设有海水进口和水蒸汽出口，海水进口处设有雾化喷头5，水蒸汽出口连接有冷凝器；温差发电装置17位于蒸发室4的外壁。
换热管6为螺旋状，可以加速雾滴的蒸发。聚光太阳能集热器1是槽式抛物聚光反射镜面装置，采用单轴机构跟踪太阳能光线，工作温度在260-400℃之间，聚光太阳能集热器1收集太阳热量，用以加热传热介质，通过传热介质的定向流动将热量传至蒸发室4内的换热管6和蒸发室内壁。
蒸发室4的夹层内设有连接至蒸发室4内底部的热风管7，热风7管配设有鼓风机8，热风管7为两个，且分别通至蒸发室4内底部两侧，呈相对交错设置。螺旋状换热管6增大了换热面积，高度雾化的微米级海水雾滴可在蒸发室4内快速蒸发，蒸发速率可通过控制蒸发室温度、海水流量、雾化液滴尺寸等调控。为提高淡水产率，本装置中可配备多个蒸发室4。
相对错位的热风管6以2-5L/min流量将热风鼓入蒸发室4，在蒸发室4内形成螺旋上升的涡流气流，一方面可以增加蒸发室4内海水液滴滞留时间，提升蒸发效果；另一方面，可以加速空气流动，加速排空水蒸汽，降低环境湿度，可显著提高海水蒸发效率。
雾化喷头5为空气二流体喷头，空气二流体喷头的进气端连接有气泵9，空气二流体喷头的进水端连接有水泵10。雾化喷头5可以是压力离心式雾化喷头，也可以是空气雾化喷头，喷头压力在0.3-1.0MPa之间，经海水雾化后液滴直径小于50μm，可显著增大海水蒸发面积，提升蒸发效率。
冷凝器包括冷凝室13和位于冷凝室13内的海水预热管束14，海水预热管束14一端连通至蒸发室4的海水进口，另一端连接有海水取水泵16；蒸发室4的水蒸汽出口通过出气管11连通至冷凝室13内部。出气管11上设有气液分离器12，气液分离器12的排水口连通至蒸发室4内。海水预热管束14外壁和冷凝室13内壁均设有TiO2亲水薄膜层。水蒸汽进入冷凝室13迅速冷凝得到淡水汇入冷凝器下端的淡水收集装置15，其中TiO2亲水薄膜可以提高水蒸汽冷凝效率。
温差发电装置17包括低温热电器件19，低温热电器件19的热端面贴附于蒸发室4的外壁，冷端面设有循环海水冷却管道20，冷却管道20上安装冷却管道水泵22；低温热电器件1配设有蓄电池21。温差发电装置17周围设有贴附于蒸发室4外壁的隔热层18。低温热电器件19的热端面设有导热胶23。以蒸发室4外壁作为热端（温度220-250℃），以冷海水循环作为冷端（温度10-20℃），利用温差发电技术提供的电量维持整套装置的水泵、鼓风机和气泵运转；多余电能储存在蓄电池21中，蓄电池21兼具稳压功能，保证电能持续供应。
本海水淡化装置工作中，采用导热油作为传热介质时，当太阳辐射达到一定强度后槽式聚光太阳能集热器1将工质油加热至250-300℃，在油泵3的作用下通过管道2传输至蒸发室4的内置换热管6和蒸发室4的夹层，介质油在该系统中被循环加热使用。
经过预热的海水在直流气泵9和直流水泵10的共同作用下经过空气二流体喷头得到粒径小于50μm的雾滴，在蒸发室4内迅速蒸发成水蒸汽。蒸发室4设有内置螺旋状换热管6可以加速雾滴的蒸发；蒸发室4下端的热风管7的热风出口可以增加蒸发室4内海水液滴滞留时间，提升蒸发效果，也可以加速空气流动，加速排空水蒸汽，降低环境湿度，显著提高海水蒸发效率。
蒸气进入冷凝室13，在冷海水管束14和TiO2亲水薄膜的协同作用下快速冷凝，将淡水成股汇聚到淡水收集装置15，并可充分利用水蒸汽凝结过程中的汽化潜热来预热海水。
温差发电装置在蒸发室4的外壁设有的一层聚氨酯隔热保温层作为隔热层18，将隔热层18的局部位置掏空并贴有20块40×40mm低温热电器件19，蒸发室4外壁作为热端，其温度在230℃左右；以循环冷海水20作为冷端，其温度在15℃左右，该温差发电装置可为油泵3，气泵9，水泵10、海水取水泵16、冷却管道水泵22和鼓风机8提供电能，多余的电能储存在蓄电池21中备用。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括聚光太阳能集热器、蒸发室和温差发电装置；聚光太阳能集热器设有传热介质输送管；蒸发室的体壁设有夹层，蒸发室内设有换热管，换热管的一端通至蒸发室的夹层，另一端与传热介质输送管的一端连接，传热介质输送管的另一端连接至蒸发室的夹层；蒸发室开设有海水进口和水蒸汽出口，海水进口处设有雾化喷头，水蒸汽出口连接有冷凝器；温差发电装置位于蒸发室的外壁。
2.根据权利要求1所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发室的夹层内设有连接至蒸发室内底部的热风管，热风管配设有鼓风机。
3.根据权利要求2所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述热风管为两个，且分别通至蒸发室内底部两侧，呈相对交错设置。
4.根据权利要求1所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述雾化喷头为空气二流体喷头，空气二流体喷头的进气端连接有气泵，空气二流体喷头的进水端连接有水泵。
5.根据权利要求1所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝室和位于冷凝室内的海水预热管束，海水预热管束一端连通至蒸发室的海水进口，另一端连接有海水取水泵；所述蒸发室的水蒸汽出口通过出气管连通至冷凝室内部。
6.根据权利要求5所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述出气管上设有气液分离器，气液分离器的排水口连通至蒸发室内。
7.根据权利要求5所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述海水预热管束外壁和冷凝室内壁均设有TiO2亲水薄膜层。
8.根据权利要求1所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述换热管为螺旋状。
9.根据权利要求1所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述温差发电装置包括低温热电器件，低温热电器件的热端面贴附于蒸发室的外壁，冷端面设有循环海水冷却管道；低温热电器件配设有蓄电池。
10.根据权利要求1或9所述的船舶用小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述温差发电装置周围设有贴附于蒸发室外壁的隔热层。
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