CN209396930U - 苦咸水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及苦咸水淡化技术领域，尤其是涉及一种苦咸水淡化装置。该苦咸水淡化装置包括内循环结构和外循环结构，内循环结构设置于外循环结构内；内循环结构形成用于淡化苦咸水的第一水循环网络，外循环结构形成用于淡化苦咸水第二水循环网络；内循环结构包括有太阳能集热器，用于白天收集热量并蓄存于第一水循环网络；苦咸水在第一水循环网络流通过程中通过蒸发冷凝形成淡化水并将热量传递到第二水循环网络实现热量积蓄；待到夜晚，第二水循环网络凝结形成淡化水。该苦咸水淡化装置夜晚利用白天积蓄的热量实现昼夜连续的苦咸水蒸馏，成倍提高淡化效率；并且利用自然冷热源，节省成本。

Description

苦咸水淡化装置
技术领域
本实用新型涉及苦咸水淡化技术领域，尤其是涉及一种苦咸水淡化装置。
背景技术
世界上第一个大型的太阳能海水淡化装置是由瑞典工程师 Wilson于1872年建造于智利北部的顶棚式太阳能蒸馏装置，总集热面积4700m2，晴天每天可生产淡水23t，其结构简单，类似于一个温室，但占地面积大，日产水率一般为2～4kg/m2，热效率只能达到35％～ 45％。太阳能蒸馏器在传统的顶棚式(池式)之后又出现了倾斜幕芯式、倾斜盘式、充气式、吸液芯式等多种形式。在这些基本形式的基础上，为了提高热利用效率，又逐渐由单级结构发展到多级结构。目前，人们研究得最多、技术上最为成熟的仍是盘式太阳能蒸馏器，这种装置因结构简单和取材方便而易于推广应用。然而，盘式太阳能蒸馏器具有效率不高的严重缺陷，一般而言，它的年产率仅为1000kg/m2左右，不能满足用户的要求。理论和实践均已证明，如果在系统运行过程中，水蒸气的冷凝潜热能被重复利用，蒸发过程所需的热能将被显著降低。在多效蒸馏系统中可实现上述要求，其主要优点在于成功地将水蒸气的凝结潜热和热盐水的显热再循环加以利用，用之预热进入的海水。但是，它们的结构通常都很复杂，运行成本及固定资本的投入相对较高。
可见，现有技术中的太阳能蒸馏海水或苦咸水的淡化装置只能白天蒸馏收集淡化水，产能低且成本高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种苦咸水淡化装置，缓解了现有技术中的太阳能蒸馏海水或苦咸水的淡化装置产能低且成本高的技术问题。
本实用新型提供的一种苦咸水淡化装置，包括：内循环结构和外循环结构，所述内循环结构和所述外循环结构形成双层结构；
所述内循环结构形成用于淡化苦咸水的第一水循环网络，所述外循环结构形成用于淡化苦咸水第二水循环网络；
所述内循环结构包括有太阳能集热器，用于白天收集热量并蓄存于所述第一水循环网络内的苦咸水中；
所述内循环结构包括内层蓄热水池、内层顶盖；所述内层顶盖罩设于所述内层蓄热水池上；所述太阳能集热器的进水口与所述内层蓄热水池连通，出水口穿过所述内层顶盖的顶部，以使苦咸水回到所述内层蓄热水池；
所述内循环结构还包括设置于所述内层顶盖顶部的布水喷头，所述布水喷头与所述太阳能集热器的出水口相连通，用于将苦咸水喷洒落入所述内层蓄热水池，以使苦咸水蒸发并在所述内层顶盖的内壁冷凝形成淡化水，并将冷凝释放的热量传导至所述第二水循环网络，使得第二水循环网络得到热量并蓄存；
所述外循环结构包括外层蓄热水池、外层顶盖；所述外层顶盖罩设于所述外层蓄热水池上；所述外层蓄热水池与所述外层顶盖的顶部连通，以使所述外层蓄热水池中的苦咸水进入所述外层顶盖与所述内层顶盖之间并沿所述内层顶盖的外表面回到所述外层蓄热水池；
所述外层顶盖在夜晚时用于将所述外层蓄热水池中的苦咸水的热量释放，以使苦咸水在所述外层顶盖的内壁冷凝形成淡化水。
作为一种进一步的技术方案，所述内层顶盖的内侧设置有第一集水槽，用于收集所述第一水循环网络中的淡化水；
所述外层顶盖的内侧设置有第二集水槽，用于收集所述第二水循环网络中的淡化水。
作为一种进一步的技术方案，所述内层蓄热水池通过第一管道与所述太阳能集热器的进水口相连通，所述第一管道上设置有第一循环泵。
作为一种进一步的技术方案，所述外循环结构还包括设置于所述外层顶盖顶部的布水槽，所述布水槽与所述外层蓄热水池连通，用于将苦咸水导入所述外层顶盖与所述内层顶盖之间并沿所述内层顶盖的外表面回到所述外层蓄热水池。
作为一种进一步的技术方案，所述外层蓄热水池通过第二管道与所述布水槽相连通，所述第二管道上设置有第二循环泵。
作为一种进一步的技术方案，所述外层蓄热水池连通有导入苦咸水的补水管道，且所述补水管道用于连接所述外层蓄热水池的端口设置有第二浮球阀；所述外层蓄热水池与所述内层蓄热水池连通，且二者连通处设置有第一浮球阀。
作为一种进一步的技术方案，所述外层蓄热水池与所述内层蓄热水池均采用地埋式设置。
作为一种进一步的技术方案，还包括检修门和水池盖板，所述检修门设置于所述内层顶盖上，所述水池盖板设置于所述外层蓄热水池上。
与现有技术相比，本实用新型所提供的苦咸水淡化装置能够达到以下有益效果：
本实用新型提供一种苦咸水淡化装置，包括内循环结构和外循环结构，内循环结构和外循环结构形成双层结构；内循环结构形成用于淡化苦咸水的第一水循环网络，外循环结构形成用于淡化苦咸水第二水循环网络；内循环结构包括有太阳能集热器，用于白天收集热量并蓄存于第一水循环网络；苦咸水在第一水循环网络流通过程中通过蒸发冷凝形成淡化水并将热量传递到第二水循环网络，使得第二水循环网络得到热量并蓄存；待到夜晚，第一水循环网络和第二水循环网络积蓄的热量释放，使得苦咸水在第二水循环网络流通过程中冷凝形成淡化水。
白天，苦咸水在内循环结构循环流通时，太阳能集热器收集热量不断提高苦咸水的温度，使得第一水循环网络循环中的苦咸水不断积蓄热量，同时，升温的苦咸水蒸发冷凝形成淡化水。在此过程中，冷凝过程释放的热量被第二水循环网络中的苦咸水收集，并随着苦咸水在第二水循环网络中的流通不断积蓄于第二水循环网络中。待到夜晚，第二水循环网络中的苦咸水在循环过程中随着温度降低不断冷凝形成淡化水。
可以看出，本实用新型提供的太阳能苦咸水淡化装置，利用自然的冷热源，采用两层水循环网络，内层直接利用太阳能蓄热，外层利用蒸发产生汽化潜热的二次热量蓄热，实现了热量的回收，夜晚利用白天积蓄的热量实现昼夜连续的苦咸水蒸馏，成倍提高淡化效率；并且利用自然冷热源，节省成本。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型实施例提供的一种苦咸水淡化装置的结构示意图。
图标：11－内层蓄热水池；12－内层顶盖；13－第一集水槽；14－布水喷头；15－太阳能集热器；16－第一管道；17－第一循环泵；18－第一浮球阀；19－检修门；21－外层蓄热水池；22－外层顶盖；23－第二集水槽；24－布水槽；25－第二管道；26－第二循环泵；27－第二浮球阀； 28－水池盖板；3－补水管道。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
参照图1，本实用新型实施例提供一种苦咸水淡化装置，包括内循环结构和外循环结构，内循环结构设置于外循环结构内；内循环结构形成用于淡化苦咸水的第一水循环网络，外循环结构形成用于淡化苦咸水第二水循环网络；
内循环结构包括有太阳能集热器15，用于白天收集热量并蓄存于第一水循环网络；苦咸水在第一水循环网络流通过程中通过蒸发冷凝形成淡化水并将热量传递到第二水循环网络，使得第二水循环网络得到热量并蓄存；待到夜晚，第一水循环网络和第二水循环网络积蓄的热量释放，使得苦咸水在第二水循环网络流通过程中冷凝形成淡化水。
传统太阳能蒸馏器产水量过低有三点原因：一是水蒸气的凝结潜热未被重新利用，而是通过盖板散失到大气中去了；二是传统太阳能蒸馏器中自然对流的换热模式，大大限制了蒸馏器热性能的提高；三是待蒸发的苦咸水热容量太大，限制了运行温度的提高，从而减弱了蒸发的驱动力。因此，要提高太阳能蒸馏系统的产水量，必须克服上述缺陷。
本实用新型实施例所提供的苦咸水淡化装置，白天，苦咸水在内循环结构循环流通时，太阳能集热器15收集热量不断提高苦咸水的温度，使得第一水循环网络循环中的苦咸水不断积蓄热量。同时，升温的苦咸水蒸发冷凝形成淡化水，冷凝过程释放热量被第二水循环网络中的苦咸水收集，并随着苦咸水在第二水循环网络中的流通不断积蓄于第二水循环网络中。待到夜晚，第一水循环网络中的水不断释放热量，第二水循环网络中的苦咸水在循环过程中不断冷凝形成淡化水。
可以看出，本实用新型实施例提供的太阳能苦咸水淡化装置，利用自然的冷热源，采用两层水循环网络，内层直接利用太阳能蓄热，外层利用蒸发产生汽化潜热的二次热量蓄热，实现了热量的回收，夜晚利用白天积蓄的热量实现昼夜连续的苦咸水蒸馏，成倍提高淡化效率；并且利用自然冷热源，节省成本。
并且，当晚上温度降低，第一水循环网络中的苦咸水温度不断下降，当苦咸水中盐浓度达到一定值时析出盐晶体，省去苦咸水浓水晾晒的步骤，同时实现苦咸水利用最大化。
其中，外层蓄热水池21连通有导入苦咸水的补水管道3，且补水管道3用于连接外层蓄热水池21的端口设置有第一浮球阀18；外层蓄热水池21与内层蓄热水池11连通，且二者连通处设置有第二浮球阀27。
外部的苦咸水通过补水管道3首先进入外层蓄热水池21中，并由第二浮球阀27进行液位调节。外层蓄热水池21中的苦咸水再进入内层蓄热水池11中，在二者连通处设置的第一浮球阀18能够调节进水量，使得内层蓄热水池11中的苦咸水保持一定的液位。
苦咸水采用外部补水管道3－外层蓄热水池21－内层蓄热水池11 依次补水的方式，保证外层蓄热水池21补水量大，蒸发量小，始终保持不饱和状态，减少由于盐析出或结垢产生的维护工作量。
自然隔热保温功能需要说明的是，外层蓄热水池21与内层蓄热水池11均采用地埋式设置，双层蓄热水池具有自然隔热保温功能，有利于蓄热保温，并能降低建造成本。
具体地，内循环结构还包括内层蓄热水池11、内层顶盖12；内层顶盖12罩设于内层蓄热水池11上；太阳能集热器15的进水口与内层蓄热水池11连通，出水口穿过内层顶盖12的顶部连通，以使苦咸水回到内层蓄热水池11，以此形成第一水循环网络。
具体地，内循环结构还包括设置于内层顶盖12顶部的布水喷头 14，布水喷头14与太阳能集热器15的出水口相连通，用于将苦咸水喷洒落入内层蓄热水池11。
此处，太阳能集热器15优选为真空玻璃管集热器，内层顶盖12 优选使用0.3mm厚、型号为316的不锈钢板，可以获得比较理想的冷凝传热效果，同时保证耐腐蚀性能。
内层蓄热水池11通过第一管道16与太阳能集热器15的进水口相连通，第一管道16上设置有第一循环泵17。
进一步地，在内层顶盖12的内侧设置有第一集水槽13，用于收集第一水循环网络中的淡化水。
本实用新型至少一种实施例中，外循环结构包括外层蓄热水池 21、外层顶盖22；外层顶盖22罩设于外层蓄热水池21上；外层蓄热水池21与外层顶盖22的顶部连通，以使外层蓄热水池21中的苦咸水进入外层顶盖22与内层顶盖12之间并沿内层顶盖12的外表面回到外层蓄热水池21，以此形成第二水循环网络。
具体地，外循环结构还包括设置于外层顶盖22顶部的布水槽24，布水槽24与外层蓄热水池21连通，用于将苦咸水导入外层顶盖22 与内层顶盖12之间并沿内层顶盖12的外表面回到外层蓄热水池21。
此处，外层顶盖22优选使用透明白玻璃，可以最大限度的利用太阳能，同时起到隔热保温的作用。
外层蓄热水池21通过第二管道25与布水槽24相连通，第二管道25上设置有第二循环泵26。
进一步地，外层顶盖22的内侧设置有第二集水槽23，用于收集第二水循环网络中的淡化水。
需要说明的是，第一循环泵17和第二循环泵26优选的使用塑料自吸泵或隔膜自吸泵，有利于设备的维护。
此外，本实用新型实施例所提供的苦咸水淡化装置还包括检修门 19和水池盖板28，检修门19设置于内层顶盖12上，水池盖板28 设置于外层蓄热水池21上。检修门19和水池盖板28分别用于内层蓄热水池11和外层蓄热水池21的清理和维护
结合上述实施例提供的苦咸水淡化装置的具体结构，对该苦咸水淡化装置的工作过程做以详细描述。
白天，内层蓄热水池11中的苦咸水在第一循环泵17的驱动下沿第一管道16进入太阳能集热器15的进水口，并从太阳能集热器15 的出水口流出，在此过程中，苦咸水吸收太阳能温度升高。由太阳能集热器15的出水口流出的苦咸水到达内层顶盖12的顶部，通过布水喷头14向下喷洒，苦咸水落入内层蓄热水池11。在苦咸水向下喷洒的过程中，由于苦咸水温度较高，部分苦咸水会蒸发为水蒸气，并凝结在内层顶盖12的内壁，这部分水蒸气形成淡化水沿内层顶盖12 的内壁向下流被第一集水槽13收集。依次循环，内层蓄热水池11 中的苦咸水温度不断升高。需要说明的是，当苦咸水蒸发在内层顶盖 12的内壁凝结，会释放汽化潜热。
外层蓄热水池21中的苦咸水在第二循环泵26的驱动下沿第二管道25到达外层顶盖22顶部，并由布水槽24向下均匀布撒，由于内层顶盖12位于外层顶盖22内侧，布水槽24洒出的苦咸水进入外层顶盖22与内层顶盖12之间，并在重力的作用下落在内层顶盖12外表面，沿内层顶盖12的外表面向下流落入外层蓄热水池21。在苦咸水沿内层顶盖12的外表面向下流的过程中，凝结于内层顶盖12内侧的水蒸气所释放的汽化潜热被该部分苦咸水吸收。依次循环，外层蓄热水池21中的苦咸水温度不断升高。需要说明的是，当苦咸水沿内层顶盖12的外表面流的过程中，部分苦咸水蒸发凝结于外层顶盖22 的内壁，这部分水蒸气形成淡化水沿外层顶盖22的内壁向下流被第二集水槽23收集。
夜晚或者太阳落山，太阳能集热器15不再集热，内层蓄热水池 11中的苦咸水蓄热停止，在第一水循环网络中的苦咸水的不断循环中，内层蓄热水池11中的苦咸水温度不断下降，当苦咸水中盐浓度达到一定值时析出盐晶体。
随着夜晚降临，环境温度不断降低，外层蓄热水池21中的苦咸水，在第二水循环网络中的苦咸水的不断循环中，部分苦咸水在外层顶盖22的内壁凝结，凝结水汇集到第二集水槽23中，作为淡化水收集利用。
综上，本实用新型提供的苦咸水淡化装置具有以下技术优势：
1、采用双层蓄热水池设计和蒸发潜热二次利用的设计，内层直接利用太阳能蓄热，外层利用蒸发产生汽化潜热的二次热量蓄热，实现了热量的回收，夜晚利用白天积蓄的热量实现昼夜连续的苦咸水蒸馏，成倍提高淡化效率；
2、利用自然冷热源，无需额外的复杂设备和动力，可以采用分布式就地实现苦咸水的淡化利用，节省成本；
3、苦咸水采用外部补水管道3－外层蓄热水池21－内层蓄热水池 11依次补水的方式，保证外层蓄热水池21补水量大，蒸发量小，始终保持不饱和状态，内层蓄热水池11实现持续浓缩，省去苦咸水浓水晾晒的步骤，同时实现苦咸水利用最大化，减少由于盐析出或结垢产生的维护工作量；
4、整套装置采用地埋式双层结构，具有自然隔热保温功能；
5、用于我国缺水的中西部，可以充分利用丰富的太阳能资源以及昼夜温差较大的特点，满足中西部苦咸水淡化的巨大需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种苦咸水淡化装置，其特征在于，包括：内循环结构和外循环结构，所述内循环结构和所述外循环结构形成双层结构；
所述内循环结构形成用于淡化苦咸水的第一水循环网络，所述外循环结构形成用于淡化苦咸水第二水循环网络；
所述内循环结构包括有太阳能集热器(15)，用于白天收集热量并蓄存于所述第一水循环网络内的苦咸水中；
所述内循环结构包括内层蓄热水池(11)、内层顶盖(12)；所述内层顶盖(12)罩设于所述内层蓄热水池(11)上；所述太阳能集热器(15)的进水口与所述内层蓄热水池(11)连通，出水口穿过所述内层顶盖(12)的顶部，以使苦咸水回到所述内层蓄热水池(11)；
所述内循环结构还包括设置于所述内层顶盖(12)顶部的布水喷头(14)，所述布水喷头(14)与所述太阳能集热器(15)的出水口相连通，用于将苦咸水喷洒落入所述内层蓄热水池(11)，以使苦咸水蒸发并在所述内层顶盖(12)的内壁冷凝形成淡化水，并将冷凝释放的热量传导至所述第二水循环网络，使得第二水循环网络得到热量并蓄存；
所述外循环结构包括外层蓄热水池(21)、外层顶盖(22)；所述外层顶盖(22)罩设于所述外层蓄热水池(21)上；所述外层蓄热水池(21)与所述外层顶盖(22)的顶部连通，以使所述外层蓄热水池(21)中的苦咸水进入所述外层顶盖(22)与所述内层顶盖(12)之间并沿所述内层顶盖(12)的外表面回到所述外层蓄热水池(21)；
所述外层顶盖(22)在夜晚时用于将所述外层蓄热水池(21)中的苦咸水的热量释放，以使苦咸水在所述外层顶盖(22)的内壁冷凝形成淡化水。
2.根据权利要求1所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述内层顶盖(12)的内侧设置有第一集水槽(13)，用于收集所述第一水循环网络中的淡化水；
所述外层顶盖(22)的内侧设置有第二集水槽(23)，用于收集所述第二水循环网络中的淡化水。
3.根据权利要求1所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述内层蓄热水池(11)通过第一管道(16)与所述太阳能集热器(15)的进水口相连通，所述第一管道(16)上设置有第一循环泵(17)。
4.根据权利要求1所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述外循环结构还包括设置于所述外层顶盖(22)顶部的布水槽(24)，所述布水槽(24)与所述外层蓄热水池(21)连通，用于将苦咸水导入所述外层顶盖(22)与所述内层顶盖(12)之间并沿所述内层顶盖(12)的外表面回到所述外层蓄热水池(21)。
5.根据权利要求4所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述外层蓄热水池(21)通过第二管道(25)与所述布水槽(24)相连通，所述第二管道(25)上设置有第二循环泵(26)。
6.根据权利要求1所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述外层蓄热水池(21)连通有导入苦咸水的补水管道(3)，且所述补水管道(3)用于连接所述外层蓄热水池(21)的端口设置有第二浮球阀(27)；所述外层蓄热水池(21)与所述内层蓄热水池(11)连通，且二者连通处设置有第一浮球阀(18)。
7.根据权利要求1所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，所述外层蓄热水池(21)与所述内层蓄热水池(11)均采用地埋式设置。
8.根据权利要求1－7中任一项所述的苦咸水淡化装置，其特征在于，还包括检修门(19)和水池盖板(28)，所述检修门(19)设置于所述内层顶盖(12)上，所述水池盖板(28)设置于所述外层蓄热水池(21)上。
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