CN208916849U - 一种轻小型太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻小型太阳能海水淡化装置，装置包括料液加热系统、能源供给系统、空气加湿系统和空气除湿系统。其中：循环介质经太阳能集热器加热后进入换热器，海水与之热交换后进入加湿器，空气经由风机从底部进入加湿器，加湿升温后的空气从底部进入除湿器，与除湿器内上部喷淋的冷却水进行热质交换，冷凝产生淡水与冷却水混合落入除湿器底部，降温除湿后的空气经由风机进入加湿器，以此循环往复。本系统利用太阳能供热和供电，使用喷淋和填料相结合强化空气加湿过程，提高海水蒸发效率；在常压下运行，无需真空泵，可处理高盐度溶液，规模灵活，应用范围广，可用于沿海、海岛淡化海水，也可用于浓缩工业废水。

Description

一种轻小型太阳能海水淡化装置

技术领域

本实用新型属于太阳能海水淡化技术领域，特别涉及到一种在低温常压下运行的轻小型太阳能海水淡化装置，并具备轻小型、便携式、模块化的特点。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现淡水资源利用的开源增量技术。目前常用的海水淡化方法有低温多效、反渗透法、多级闪蒸、热膜联产、电渗析法等。反渗透法是在高压泵的作用下，水分子通过反渗透膜实现盐与水的分离，需要持续的提供电能或机械能，且随着料液浓度的增加，所需泵功增加导致处理成本增加，产水品质也有所下降，膜的使用寿命缩短。传统的多效蒸发式(中国实用新型专利申请号201010509740.X)和多级闪蒸式(中国实用新型专利申请号 201310411226.6)等技术往往因一些共同问题而难以商业化推广使用。一是装置庞大复杂、体积大、投资成本高，二是随着料液浓度的增加，蒸发器内部表面发生沉积结垢和腐蚀的风险大大增加，装置传热效率降低，处理和维护成本增加。

加湿除湿技术是一种新型的海水淡化和废水浓缩技术，该技术模拟自然界的降雨循环过程，以流动空气作为水蒸气的载体，空气在加湿器中被热料液加湿，携带一定量的水蒸气后进入除湿器除湿，利用空气的饱和湿度差，多余的水蒸气冷凝产生淡水。与其他海水淡化技术相比，加湿除湿技术具有结构设计简单、设备投资和操作成本较低、可利用低品位能源或可再生能源、使用寿命长等优点，被认为是海水淡化中最具应用前景的技术之一。

目前，海水淡化装置基本都利用太阳能这种可再生能源作为系统的能量输入，但由于集热器温度低，蒸发效率低，装置结构复杂，耐腐蚀性能不高等原因而无法大规模地推广使用。

经过对现有技术的检索发现，申请号201010509740.X公开了一种喷雾蒸发空气加湿除湿式太阳能海水淡化装置，装置采用空气作为循环工质，但海水和空气没有循环利用，加湿效率低，且布置有多个冷凝换热器，装置结构复杂，安装调试困难，不利于装置的商业化推广。

进一步检索发现，专利申请号为00109939.6的中国实用新型专利公开了一种喷雾推进通风蒸发-冷凝式海水淡化工艺及装置，专利申请号为03144279.X的中国实用新型专利公开了一种海水蒸发罐中鼓泡法的海水淡化方法。这些专利虽然在原理上可行，但实际上根本不可能实现循环。此外，大部分装置对高盐度溶液的处理没有很好的效果。

实用新型内容

针对上述现有技术的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提出一种在低温常压下运行的轻小型太阳能海水淡化装置，其利用太阳能集热器加热循环介质，通过换热器使海水温度提高，且装置采用无毒工程塑料制造，解决了太阳能集热器和加湿器易被海水腐蚀的问题；加湿器采用喷淋加湿和填料塔加湿相结合，不易结垢，且提高了热交换效率和淡水产量；采用太阳能供电装置用于驱动水泵、风机的运转；装置在常压下运行，无需真空泵和气液分离器，无易损耗部件，降低了制造和运行维护成本。

为达到以上实用新型目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种轻小型太阳能海水淡化装置，包括料液加热系统、能源供给系统、空气加湿系统和空气除湿系统；

所述料液加热系统包括太阳能集热器、换热器、集热循环泵及储油箱，储油箱用于盛装加热循环介质，储油箱出口与集热循环泵进口相连，集热循环泵出口与换热器循环介质进口相连，换热器循环介质出口与太阳能集热器进口相连，太阳能集热器出口与储油箱进口相连；

所述能源供给系统包括太阳能电池板、蓄电池和逆变器，所述太阳能电池板与蓄电池相连，所述蓄电池与逆变器相连，用于将直流电转换为交流电，所述逆变器分别与集热循环泵、料液泵、冷却水泵、风机、电加热器和其它用电设备相连接；

所述空气加湿系统包括加湿器、蒸发喷淋器、壳体A、填料A、筛板A、流量控制器A、料液泵、电加热器、排水阀A和浓海水槽；所述加湿器的海水循环出口与料液泵入口相连，料液泵出口与换热器海水入口相连，连接管路上设置有流量控制器A，换热器海水出口与蒸发喷淋器相连，蒸发喷淋器位于加湿器内的上部，用于将加热后的海水喷淋至加湿器内；所述筛板A位于加湿器内的下部，且在海水液面上方，与加湿器内表面固定连接；所述填料A置于筛板A上方，海水在填料A表面铺展成膜，以增加换热面积；冷空气经由风机驱动进入加湿器内，冷空气向上流动的过程中与海水进行直接接触式热质交换，加热加湿后的热湿空气由加湿器顶部的热湿空气出口流出，并通过管路与除湿器热湿空气入口相连；经热质交换后的海水到达加湿器底部，进行下一次循环，海水到达一定浓度后经排水阀A排出，收集至浓海水槽中；所述电加热器位于加湿器下部，且在海水液面以下，用于在阴雨天情况下对海水进行加热；

所述空气除湿系统包括除湿器、冷却水喷淋器、壳体B、填料B、筛板B、冷却水泵、流量控制器B、排水阀B和淡水槽；所述除湿器的冷却水循环出口与冷却水泵入口相连，所述冷却水泵出口与冷却水喷淋器相连，连接管路上设有流量控制器B，冷却水喷淋器置于除湿器的上部，用于将冷却水喷淋至除湿器内；所述筛板B位于除湿器内的下部，且在海水液面上方，与除湿器内表面固定连接；所述填料B置于筛板B上方，冷却水在填料B表面铺展成膜，以增加换热面积；热湿空气通过管路进入除湿器内，热湿空气向上流动的过程中与冷却水进行直接接触式热质交换，降温除湿后的冷空气由除湿器顶部的冷空气出口流出，并通过管路与风机入口相连，进行下一次循环；冷凝产生的淡水流至除湿器底部，多余的淡水经排水阀B排出，收集至淡水槽中；

所述风机位于除湿器外侧，用于将除湿器内的冷空气输送至加湿器内，且其与风量调节器相连接，用于控制入口风量，调节系统淡水生产速率；

所述浓海水槽位于加湿器排水阀A下方，用于盛放浓海水；所述淡水槽位于除湿器排水阀B下方，用于盛放生产淡水。

进一步地，上述的轻小型太阳能海水淡化装置，还包括冷却盘管和冷却水槽；所述冷却盘管与冷却水泵出口相连，冷却盘管放置于冷水槽中，用于对冷却水降温，冷却盘管出口与冷却水喷淋器相连，连接管路上设有流量控制器B。

进一步地，上述冷却盘管的材料为铜管、铝管、不锈钢管中的一种或两种以上的组合。

进一步地，上述冷却盘管的表面增加有肋片，肋片的形式为绕片式、轧片式、串片式中的一种或两种以上的组合。

进一步地，上述太阳能集热器为平板型太阳能集热器、真空管太阳能集热器和热管型太阳能集热器中的一种或两种以上的组合。

进一步地，上述太阳能集热器中的循环介质为导热油。

进一步地，上述加湿器、除湿器的壳体为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或玻璃钢材料中的一种或两种以上的组合，壳体外部包裹有保温材料，具有保温且防止被海水腐蚀的作用。

进一步地，上述连接管路为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯材料的一种或两种以上的组合，管路外部包裹有保温材料。

进一步地，上述填料为塑料填料、陶瓷填料、玻璃钢填料中的一种或两种以上的组合，易清洗且不易被海水腐蚀。

进一步地，上述填料的形状为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形、矩鞍形、环矩鞍形、球形中的一种或两种以上的组合。

所述的轻小型太阳能海水淡化装置，其所处理的溶液包括但不局限于雨水、海水、苦咸水、工业废水、生活污水、垃圾渗滤液。

所述的轻小型太阳能海水淡化装置，其处理溶液的盐浓度范围为0g/L至近饱和溶液对应盐浓度。

采用上述轻小型太阳能海水淡化装置进行海水淡化的方法，包括以下步骤：

步骤1，高温循环介质经集热循环泵输送至换热器中，对待处理海水进行加热，然后进入太阳能集热器吸收太阳辐射能，升温后输送至储油箱，进行下一次循环；

步骤2，待处理海水依次经过料液泵、流量控制器进入换热器，与高温循环介质进行换热，然后经蒸发喷淋器进入加湿器内，与加湿器内的填料A发生碰撞、铺展、破碎、飞溅；

步骤3，不饱和冷空气经风机驱动进入加湿器下部，冷空气在加湿器内向上流动的过程中与海水进行直接接触式热质交换，空气被升温加湿，剩余的海水到达加湿器底部进行下一次循环，浓海水达到一定浓度后经排水阀A进入浓海水槽；

步骤4，升温加湿后的热湿空气经由管路输送至除湿器底部，在除湿器内向上流动的过程中与冷却水喷淋器喷淋的冷却水进行直接接触式热质交换，空气被降温除湿，之后从除湿器顶端冷空气出口排出，经由管路经风机驱动进入加湿器，进行下一次循环；

步骤5，除湿过程冷凝产生的淡水流至除湿器底部，经淡水循环出口进入冷却盘管，与冷却水槽中的冷却水进行换热，淡水被冷却后经流量控制器B、冷却水喷淋器进入除湿器，进行下一次除湿过程，多余的淡水经排水阀B进入淡水槽。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述装置利用太阳能集热器将辐射能转换为热能，储存在储油箱中，用于加热待处理海水；采用电加热作为备用方案，确保装置可在阴雨天正常运行。

本实用新型所述装置利用太阳能电池板将辐射能转换为电能，储存在蓄电池中，供装置中的水泵、风机或其它用电设备运行使用，无额外消耗电能。

本实用新型所述装置采用喷淋和填料塔相结合，辅之以空气强制加湿循环流动溶液的工艺方法进行空气加湿除湿，提高了装置的运行效率。

本实用新型所述装置在溶液温度较低(<45℃)时也可稳定运行，且产水量和产水品质稳定可靠。

本实用新型所述装置在常压下运行，无需真空泵和气液分离器，填料、壳体材质采用无毒非金属材料，无消耗易损部件，使用寿命长，装置制造成本和后期运行维护成本低，提高了产品竞争力。

本实用新型所述装置结构简单紧凑，小型化、模块化，运输方便，规模可调，可多级串联使用，能够全自动化运行控制，无人值守，使用方便，拓宽了装置的应用场所。

附图说明

图1是本实用新型所述轻小型太阳能海水淡化装置示意图。

图2是本实用新型所述轻小型太阳能海水淡化装置长时间运行结果图。

图中：1料液加热系统；2太阳能集热器；3换热器；4集热循环泵；5储油箱；6空气加湿系统；7加湿器；8蒸发喷淋器；9壳体A；10填料A；11筛板A； 12流量控制器A；13料液泵；14排水阀A；15浓海水槽；16能源供给系统；17 太阳能电池板；18蓄电池；19逆变器；20风量调节器；21风机；22电加热器； 23空气除湿系统；24除湿器；25冷却水喷淋器；26壳体B；27填料B；28筛板B；29冷却水泵；30流量控制器B；31排水阀B；32淡水槽；33冷却盘管； 34冷却水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作详细说明。应当说明的是，本实施例仅为以本实用新型技术方案为前提下的详细实施方案和具体操作过程，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

如图1，轻小型太阳能海水淡化装置由料液加热系统1、能源供给系统16、空气加湿系统6和空气除湿系统23四部分组成。

所述料液加热系统1包括太阳能集热器2、换热器3、集热循环泵4及储油箱5，将太阳的辐射能转换为热能，对循环介质加热以提供热源，然后用于待处理海水的加热；储油箱用于盛装加热循环介质，储油箱出口与集热循环泵进口相连，集热循环泵出口与太阳能集热器进口相连，循环介质经集热循环泵输送进入太阳能集热器，通过吸收太阳辐射能而提高温度；太阳能集热器出口与换热器循环介质进口相连，用于循环介质和待加热的海水进行热量传递；换热器循环介质出口与储油箱相连。

所述能源供给系统16包括：太阳能电池板17、蓄电池18和逆变器19，用于将太阳的辐射能转换为电能，储存在蓄电池中，供装置中的用电设备运行使用；所述太阳能电池板与蓄电池相连，所述蓄电池与逆变器相连，用于将直流电转换为交流电，所述逆变器与集热循环泵4、料液泵13、冷却水泵29、风机21、电加热器22和其它用电设备相连接。

所述空气加湿系统6包括：加湿器7、蒸发喷淋器8、壳体A9、填料A10、筛板A11、流量控制器A12、料液泵13、电加热器22、排水阀14和浓海水槽15；所述加湿器的海水循环出口与料液泵入口相连，料液泵出口与换热器海水入口相连，连接管路上设有流量控制器A，换热器海水出口与蒸发喷淋器相连，蒸发喷淋器位于加湿器内的上部，用于将加热后的海水喷淋至加湿器内；所述筛板A位于加湿器内的下部，且在海水液面上方，与加湿器内表面固定连接；所述填料A 置于筛板A上方，海水在填料A表面铺展成膜，以增加换热面积；冷空气经由风机21驱动进入加湿器内，冷空气向上流动的过程中与海水进行直接接触式热质交换，加热加湿后的热湿空气由加湿器顶部的热湿空气出口流出，并通过管路与除湿器24热湿空气入口相连；所述海水经热质交换后到达加湿器底部，进行下一次循环，海水到达一定浓度后经排水阀A排出，收集至浓海水槽中；所述电加热器位于加湿器下部，且在海水液面以下，用于在阴雨天情况下对海水进行加热。

所述空气除湿系统23包括：除湿器24、冷却水喷淋器25、壳体B26、填料 B27、筛板B28、冷却水泵29、流量控制器B30、排水阀B31、淡水槽32、冷却盘管33和冷却水槽34；所述除湿器的冷却水循环出口与冷却水泵入口相连，所述冷却水泵出口与冷却盘管入口相连，冷却盘管置于冷水槽中，用于对冷却水降温，冷却盘管出口与冷却水喷淋器相连，连接管路上设有流量控制器B，冷却水喷淋器置于除湿器的上部，用于将冷却水喷淋至除湿器内；所述筛板B位于除湿器内的下部，且在海水液面上方，与除湿器内表面固定连接；所述填料B置于筛板B上方，冷却水在填料B表面铺展成膜，以增加换热面积；热湿空气通过管路进入加湿器内，热湿空气向上流动的过程中与冷却水进行直接接触式热质交换，降温除湿后的冷空气由除湿器顶部的冷空气出口流出，并通过管路与风机21 入口相连，进行下一次循环；冷凝产生的淡水流至除湿器底部，多余的淡水经排水阀B排出，收集至淡水槽中。

所述风机21位于除湿器外侧，用于将除湿器内的冷空气输送至加湿器内，且其与风量调节器20相连接，用于控制入口风量，调节系统淡水生产速率。

实施例2

在本实施例中，选用实施例1中的轻小型太阳能海水淡化装置作为实验装置，以进行装置长时间稳定运行测试实验。本实施例中选用盐浓度为3.5wt％的海水作为待处理溶液，蒸发喷淋器中溶液温度设定为55℃，调节流量控制器使溶液的循环流量为60L/h，冷却水的循环流量为50L/h，冷却水温度控制在20～25℃。调节风量调节器使系统循环风速为2.5m/s(2.65m³/min)，装置连续运行8小时。系统产水量和脱盐率结果如图2所示。可以看出，系统单位时间产水量保持相对稳定的状态，在1600g/h左右。脱盐率也一直保持在99.98％以上。该结果表明，本实用新型所述的轻小型太阳能海水淡化装置可以长时间稳定运行，装置使用寿命长。

Claims (6)

1.一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括料液加热系统(1)、能源供给系统(16)、空气加湿系统(6)和空气除湿系统(23)；

所述料液加热系统(1)包括太阳能集热器(2)、换热器(3)、集热循环泵(4)及储油箱(5)，储油箱用于盛装加热循环介质，储油箱出口与集热循环泵进口相连，集热循环泵出口与换热器循环介质进口相连，换热器循环介质出口与太阳能集热器进口相连，太阳能集热器出口与储油箱进口相连；

所述能源供给系统(16)包括太阳能电池板(17)、蓄电池(18)和逆变器(19)，所述太阳能电池板与蓄电池相连，所述蓄电池与逆变器相连，用于将直流电转换为交流电，所述逆变器分别与集热循环泵(4)、料液泵(13)、冷却水泵(29)、风机(21)、电加热器(22)和其它用电设备相连接；

所述空气加湿系统(6)包括加湿器(7)、蒸发喷淋器(8)、壳体A(9)、填料A(10)、筛板A(11)、流量控制器A(12)、料液泵(13)、电加热器(22)、排水阀A(14)和浓海水槽(15)；所述加湿器的海水循环出口与料液泵入口相连，料液泵出口与换热器海水入口相连，连接管路上设置有流量控制器A，换热器海水出口与蒸发喷淋器相连，蒸发喷淋器位于加湿器内的上部，用于将加热后的海水喷淋至加湿器内；所述筛板A位于加湿器内的下部，且在海水液面上方，与加湿器内表面固定连接；所述填料A置于筛板A上方，海水在填料A表面铺展成膜，以增加换热面积；冷空气经由风机(21)驱动进入加湿器内，冷空气向上流动的过程中与海水进行直接接触式热质交换，加热加湿后的热湿空气由加湿器顶部的热湿空气出口流出，并通过管路与除湿器(24)热湿空气入口相连；经热质交换后的海水到达加湿器底部，进行下一次循环，海水到达一定浓度后经排水阀A排出，收集至浓海水槽中；所述电加热器位于加湿器下部，且在海水液面以下，用于在阴雨天情况下对海水进行加热；

所述空气除湿系统(23)包括除湿器(24)、冷却水喷淋器(25)、壳体B(26)、填料B(27)、筛板B(28)、冷却水泵(29)、流量控制器B(30)、排水阀B(31)和淡水槽(32)；所述除湿器的冷却水循环出口与冷却水泵入口相连，所述冷却水泵出口与冷却水喷淋器相连，连接管路上设有流量控制器B，冷却水喷淋器置于除湿器的上部，用于将冷却水喷淋至除湿器内；所述筛板B位于除湿器内的下部，且在海水液面上方，与除湿器内表面固定连接；所述填料B置于筛板B上方，冷却水在填料B表面铺展成膜，以增加换热面积；热湿空气通过管路进入除湿器内，热湿空气向上流动的过程中与冷却水进行直接接触式热质交换，降温除湿后的冷空气由除湿器顶部的冷空气出口流出，并通过管路与风机(21)入口相连，进行下一次循环；冷凝产生的淡水流至除湿器底部，多余的淡水经排水阀B排出，收集至淡水槽中；

所述风机(21)位于除湿器外侧，用于将除湿器内的冷空气输送至加湿器内，且其与风量调节器(20)相连接，用于控制入口风量，调节系统淡水生产速率；

所述浓海水槽(15)位于加湿器排水阀A下方，用于盛放浓海水；所述淡水槽(32)位于除湿器排水阀B下方，用于盛放生产淡水。

2.根据权利要求1所述的一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，还包括冷却盘管(33)和冷却水槽(34)；所述冷却盘管与冷却水泵出口相连，冷却盘管放置于冷水槽中，用于对冷却水降温，冷却盘管出口与冷却水喷淋器相连，连接管路上设有流量控制器B。

3.根据权利要求1或2所述的一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，太阳能集热器为平板型太阳能集热器、真空管太阳能集热器和热管型太阳能集热器中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1或2所述的一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，太阳能集热器中的循环介质为导热油。

5.根据权利要求2所述的一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，其冷却盘管的材料为铜管、铝管、不锈钢管中的一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求2或5所述的一种轻小型太阳能海水淡化装置，其特征在于，冷却盘管的表面设有肋片，肋片的形式为绕片式、轧片式、串片式中的一种或两种以上的组合。