CN101767840A - 高效节能型太阳能淡化海(咸)水技术 - Google Patents

高效节能型太阳能淡化海(咸)水技术 Download PDF

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Abstract

高效节能型太阳能淡化海(咸)水技术属太阳能利用及水的低温闪蒸技术领域。针对现有发明存在的热量损失严重、淡水效率(或凝水效率)低下、可操作性欠佳等技术问题，设计出由双层透明材料制成的采光罩和无盖泡沫塑料箱组合形成的保温空间，减少热能流失；利用水的张力由纤维束向太阳能采集室、蒸发室提供海(咸)水，而因纤维布的存在所形成的水膜则合理控制了淡水装置内被加热介质质量，提高闪蒸效率；建立整体性的蒸汽循环***，确保冷凝器处于适宜的冷凝条件，使太阳能采集室、海(咸)水蒸发室的蒸汽迅速冷凝，扩大并保持太阳能采集室、海(咸)水蒸发室室内与冷凝器之间的相对温差，提高凝水效率；相应的装置结构简单，可操作性亦高。

Description

高效节能型太阳能淡化海(咸)水技术
技术领域
本发明涉及利用太阳能作为能量来源，结合水的低温闪蒸技术实现淡化海(咸)水的方法，属太阳能利用及水的低温闪蒸技术领域。
背景技术
太阳能已被人类广泛应用于发电、照明、制热等。低温闪蒸技术也被人类广泛应用于海水淡化、干燥、提纯等。本发明结合太阳能热效应及低温闪蒸技术，提出一种高效节能型太阳能淡化海(咸)水方法。
目前，国内外已有多项相关主题专利，已阅相关专利有：高效太阳能海水淡化器200610085278.9、利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，发电，海水淡化的方法及装置200510068318.4、太阳能海水淡化工艺及装置200710143902.0、太阳能海水淡化装置02142387.3、聚敛温差双冷凝式太阳能海水淡化器200520054422.3、利用阳光的水淡化装置200810121264.7、太阳能海咸水淡化器97206089.8、太阳能咸水淡化装置96206381.9、直接法太阳能水淡化装置200810084267.8、节能型太阳能海水淡化装置200410050333.1、节能型太阳能海水淡化装置200510085704.4、利用空气饱和湿度差的海水淡化方法03144279.X、陆上型太阳能毛细蒸发海水淡化器200410020623.1、太阳能高效微型系列海水淡化装置200720146974.6、太阳能海水淡化器01252392.5、太阳能海水淡化器01260220.5、太阳能海水淡化器93230056.1、太阳能海水淡化设备00207801.5、太阳能海水淡化设备01134409.1、太阳能海水淡化装置00256468.8、太阳能海水淡化装置02243170.5、太阳能海水淡化装置92213434.0、太阳能海水淡化装置94243416.1、太阳能海水淡化装置98237808.4气化、太阳能海水淡化装置99112588.6、太阳能海水淡化装置99247188.5、太阳能海水淡化装置200610030484.X负压、太阳能海水淡化装置200810084267.8、太阳能热泵联合海水淡化装置200510013302.3、太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置94113407.5、太阳能一效海水淡化装置和方法01127319.4、太阳能真空管海水淡化装置95221129.7、太阳能海水淡化或不净水蒸馏装置200810143400.2、太阳能海水淡化器02279697.5、太阳能海水淡化装置98233346.3、太阳能海水淡化装置200710058507.2、太阳能普及式海水淡化装置200610085231.2、一体式太阳能海水淡化整体生产装置200720025536.4、一种便携式太阳能膜蒸馏海水淡化装置200510008668.1、一种利用自然能源的船用海水淡化辅助方法200510061020.0等。
其中的一些专利试图在高气压条件下将海(咸)水加热至沸点后生成高温蒸汽，再冷却高温蒸汽得到淡水。问题是在“生成高温蒸汽，再冷却高温蒸汽”的过程中流失了大量的热能，存在技术缺陷。其中的一些发明试图将冷凝器(淡水集结器)置于太阳能采集装置的透光板上或海(咸)水蒸发室内，但是此类装置的冷凝器与蒸汽之间的温差较小，致使淡水效率低下。其中的一些专利设计没有说明对太阳能淡化水装置、海(咸)水蒸发室或太阳能采集室等采取有效保温措施，这容易造成热能流失，影响效能。其中的一些专利没有说明对冷凝器冷却，这会影响装置的凝水效率。其中的一些专利试图将海(咸)水蒸发室内部的气压降低，形成有利于低温闪蒸的环境。但是这种产品的结构相当复杂且要求***有很高的可靠性，因而实用性与可操作性欠佳。
发明内容
为解决现有相关发明存在的热量损失严重的问题、可操作性欠佳的问题、淡水效率(或凝水效率)低下的问题，本发明综合水的低温闪蒸特性及太阳能的特征提供一种太阳能淡化海(咸)水技术，该技术方案不仅能够充分利用能量、减少热能损失，而且能(以相对容易实现的构造)提高淡化海(咸)水的效率，可应用于不同的海(咸)水淡化规模，具有较高的可操作性、实用性。
本发明技术方案的新颖性与创造性集中体现在：1.与现有技术方案相比，本发明能够有效克服热能严重流失的技术问题。本发明设计出太阳能采集室、海(咸)水蒸发室——由双层透明材料制成的采光罩和无盖泡沫塑料箱组合形成的保温空间，减少热能流失。令流入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室的气体与流出太阳能采集室、海(咸)水蒸发室的气体进行热交换。2.与现有技术方案相比，本发明建立了整体性的蒸汽循环***(根据不同实施环境分别采取自然冷凝——指通过水域、地层等提供冷凝条件的或强制冷凝——指通过人工提供冷凝条件的)，确保冷凝器处于适宜的冷凝条件，使太阳能采集室、海(咸)水蒸发室的蒸汽迅速冷凝，进而加快了淡水凝结效率。3.与现有技术相比，本发明利用水的张力由纤维束向太阳能采集室、蒸发室提供海(咸)水，而因纤维布的存在所形成的水膜则合理控制了淡水装置内被加热介质的总质量，加快了蒸汽生成效率。与此同时，扩大并保持太阳能采集室、海(咸)水蒸发室室内与冷凝器之间的相对温差，则加速了淡化海(咸)水的整个过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：有较高的太阳能利用率。太阳能能量密度有限，而复杂***难以用小规模的淡化水装置实现。本发明能适应不同环境，可以将相应设备建在地面、屋顶、水域等，也可按需求对海(咸)水淡化装置的规模进行相应调整。依本发明设计出的装置结构简单，容易实现，***有相对高的可靠性与实用性。
附图说明
图1是本发明在海(咸)水域实施例的纵剖面构造图。图中：1.风机(扇)，2.双层透明材料制成的采光罩，3.黑色亲水纤维束，4.无盖泡沫塑料箱，5.黑色亲水纤维布，6.太阳能采集室、海(咸)水蒸发室，7.进气通道，8.淡化水输送管，9.冷凝器，10.海(咸)水域。11.排气通道，12.蒸发室温度传感器，13.冷凝器温度传感器。空心箭头示意蒸汽循环方向，实心箭头示意淡化水流动方向。
图2是本发明陆地实施例的纵剖面构造图。图中：1.风机(扇)，2.双层透明材料制成的采光罩，3.黑色亲水纤维束，4.无盖泡沫塑料箱，5.黑色亲水纤维布，6.太阳能采集室、海(咸)水蒸发室，7.进气通道，8.淡化水输送管，9.冷凝器，11.排气通道，12.蒸发室温度传感器，13.冷凝器温度传感器，14.海(咸)水池，15.地层，16.换热器。空心箭头示意蒸汽循环方向，实心箭头示意淡化水流动方向。
图3是本发明便携式实施例的纵剖面构造图。图中：1.风机(扇)，2.双层透明材料制成的采光罩，3.黑色亲水纤维束，4.无盖泡沫塑料箱，5.黑色亲水纤维布，6.太阳能采集室、海(咸)水蒸发室，7.进气通道，8.淡化水输送管，9.冷凝器，11.排气通道，12.蒸发室温度传感器，13.冷凝器温度传感器，16.换热器，17.海(咸)水供水道。空心箭头示意蒸汽循环方向，实心箭头示意淡化水流动方向。
具体实施方式
如图1所示，是本发明的海(咸)水域实施例。双层透明材料制成的采光罩(2)罩在漂浮于水面的无盖泡沫塑料箱(4)上方(即补足缺少的那个面)形成一个密闭的空间——太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，在功能上使太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)具有保温效果。无盖泡沫塑料箱(4)底面有若干孔，孔中置有黑色亲水纤维束(3)。黑色亲水纤维束(3)一端浸入海(咸)水域(10)中，另一端伸入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内。无盖泡沫塑料箱(4)内部底面贴着一层黑色亲水纤维布(5)，可以有效采集太阳能中的热能。黑色亲水纤维束(3)与黑色亲水纤维布(5)贴合，将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，同时，在海(咸)水张力作用下，在黑色亲水纤维布(5)及黑色亲水纤维束(3)的接触面形成水膜。黑色亲水纤维束(3)将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，以避免因太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内集水量过多，致使相应比热值过高而影响太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)室内的升温速度，进而影响淡水效率。冷凝器(9)浸没在海(咸)水域(10)中，利用自然海(咸)水域(10)冷却冷凝器(9)，使冷凝器(9)保持相对低温。当蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≥5℃时，启动风机(扇)(1)，促进太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体循环，以避免淡水外部条件不适宜(即蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≤5℃)时风机(扇)(1)运行所带来的能量消耗。太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体可以在风机(扇)(1)的作用下，由排气通道(11)流通至冷凝器(9)，再经进气通道(7)返回太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)。由于太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)与冷凝器(9)存在温差，蒸汽在冷凝器(9)处降温，且凝结出水。凝结出的水聚集在冷凝器(9)底部，经淡化水输送管(8)输出备用。
如图2所示，是本发明在陆地的实施例。双层透明材料制成的采光罩(2)罩在漂浮于海(咸)水池(14)的无盖泡沫塑料箱(4)上方(即补足缺少的那个面)形成一个密闭的空间——太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，在功能上使太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)具有保温效果。无盖泡沫塑料箱(4)底面有若干孔，孔中置有黑色亲水纤维束(3)。黑色亲水纤维束(3)一端浸入海(咸)水池(14)中，另一端伸入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内。无盖泡沫塑料箱(4)内部底面贴着一层黑色亲水纤维布(5)，可以有效采集太阳能中的热能。黑色亲水纤维束(3)与黑色亲水纤维布(5)贴合，将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，同时，在海(咸)水张力作用下，在黑色亲水纤维布(5)及黑色亲水纤维束(3)接触面形成水膜。黑色亲水纤维束(3)将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，以避免因太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内集水量过多，致使相应比热值过高而影响太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)室内的升温速度，进而影响淡水效率。冷凝器(9)埋没在地层(15)中，使冷凝器(9)保持相对低温。当蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≥5℃时，启动风机(扇)(1)，促进太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体循环，以避免淡水外部条件不适宜(即蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≤5℃)时风机(扇)(1)运行所带来的能量消耗。太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体可以在风机(扇)(1)的作用下，依次经过排气通道(11)→换热器(16)→冷凝器(9)→换热器(16)→进气通道(7)→太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，形成循环。冷凝前气体与冷凝后气体在换热器(16)内进行热交换，降低即将进入冷凝器(9)的蒸汽温度，提升即将进入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)的蒸汽的温度。由于太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)与冷凝器(9)存在温差，蒸汽在换热器(16)处与冷凝器(9)处降温，且凝结出水。凝结出的水聚集在冷凝器(9)底部，经淡化水输送管(8)输出备用。
如图3所示，是本发明的便携式实施例。双层透明材料制成的采光罩(2)与无盖泡沫塑料箱(4)形成一个密闭的保温空间一太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)。装置中，双层透明材料制成的采光罩(2)所在的太阳光直射面与正前方地面成120°-150°夹角，无盖泡沫塑料箱(4)内部有若干个海(咸)水供水道(17)，海(咸)水可以通过溢流口，由上至下将海(咸)水供至水道(17)内存储。无盖泡沫塑料箱(4)底面有若干孔，孔中置有黑色亲水纤维束(3)。黑色亲水纤维束(3)一端浸入海(咸)水供水道(17)中，另一端伸入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内。无盖泡沫塑料箱(4)内部底面贴着一层黑色亲水纤维布(5)，可以有效采集太阳能中的热能。黑色亲水纤维束(3)与黑色亲水纤维布(5)贴合，将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，同时，在海(咸)水张力作用下，在黑色亲水纤维布(5)及黑色亲水纤维束(3)接触面形成水膜。黑色亲水纤维束(3)将少量海(咸)水引入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，以避免因太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内集水量过多，致使相应比热值过高而影响太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)室内的升温速度，进而影响淡水效率。冷凝器(9)置于自然环境(15)中，可以人为强制冷凝，使冷凝器(9)保持相对低温。当蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≥5℃时，启动风机(扇)(1)，促进太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体循环，以避免淡水外部条件不适宜(即蒸发室温度传感器(12)与冷凝器温度传感器(13)之间的温差≤5℃)时风机(扇)(1)运行所带来的能量消耗。太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)内的气体可以在风机(扇)(1)作用下，依次通过排气通道(11)→换热器(16)→冷凝器(9)→换热器(16)→进气通道(7)→太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)，形成循环。冷凝前气体与冷凝后气体在换热器(16)内进行热交换，降低即将进入冷凝器(9)的蒸汽温度，提升即将进入太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)蒸汽的温度。由于太阳能采集室、海(咸)水蒸发室(6)与冷凝器(9)存在温差，蒸汽在换热器(16)处与冷凝器(9)处降温，且凝结出水。凝结出的水聚集在冷凝器(9)底部，经淡化水输送管(8)输出备用。

Claims (9)

1.高效节能型太阳能淡化海(咸)水技术，其实现主体是由双层透明材料制成的采光罩与无盖泡沫塑料箱组合形成的保温空间。保温空间内部底面铺有一层纤维布，另有若干插有纤维束的小孔。纤维束的一端在保温空间内与纤维布贴合，另一端在保温空间外与未经淡化的海(咸)水连通。保温空间内的气体可以在风机(扇)作用下(依次经过换热器-冷凝器-换热器)形成循环。该发明涉及两处温度传感器，其中一处用于测试保温空间内的温度，另一处用于测试冷凝器的温度。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：双层透明材料制成的采光罩和无盖泡沫塑料箱组合形成的保温空间是密闭的。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：纤维布是黑色的亲水化学纤维制成的布。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：纤维束是由黑色的亲水化学纤维制成的。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：相邻纤维束之间的距离≤100毫米。
6.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：纤维束一端超出箱体外(的长度)≥5毫米。
7.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：进入保温空间的气体与排出保温空间的气体进行热交换。
8.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化海(咸)水技术其特征是：冷凝器需要被冷凝，包括自然(指通过水域、地层等提供冷凝条件的)冷凝或强制(指通过人工提供冷凝条件的)冷凝。
9.根据权利要求1所述的利用太阳能淡化水方法其特征是：两个温度传感器之间的温差≥5℃时启动风机(扇)，促进保温空间内的气体循环。
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