CN102674490B - 自给补水盘式太阳能海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自给补水盘式太阳能海水淡化装置，装置本体由透明采光罩、垫板、蒸馏器外壳、淡水收集瓶、保护带、凹型浮板、补水管、吸热板、泡沫板、保温材料和蒸馏器内衬构成。本发明中太阳辐射穿透过透明采光罩被吸热板吸收后，然后用于加热其上方的薄海水层，使海水受热蒸发，产生的水蒸气在透明玻璃面上受冷凝结为淡水。在海水受热蒸发的同时，外界海水会通过补水管和补水孔向蒸馏室内进行补水，以保证蒸馏室内的水位恒定，蒸馏室中的海水在浓度差作用下通过补水管和补水孔向外界海水进行盐度的扩散，以降低自身的盐度。本发明不需要任何常规能源、装置结构简单、不用人工看管，特别适合在孤岛海边、航海的船舶上使用。
Description
技术领域
本发明属于太阳能海水淡化技术领域，尤其涉及一种自给补水盘式太阳能海水淡化装置。
背景技术
海洋覆盖地球表面积的71%，海水储量约为13.7亿立方千米，占全球总水量的95%；陆地淡水储量约为0.35亿立方千米，占全球水储量的2.53%，其中可供人类直接利用的淡水仅占淡水储量的0.266%，不足地球总储水量的十万分之七。我国海岸线长，很多岛屿、沿海及内陆苦咸水地区都存在严重的淡水短缺问题。因此，发展海水淡化技术对缓解当前淡水资源短缺、供需矛盾突出的问题具有深远的战略意义。
海水淡化就是将海水（或苦咸水）中的盐分和水分分离，最终得到淡水和浓缩盐水的过程。海水（或苦咸水）淡化最常用的技术主要有多效蒸馏法、多级闪蒸法、反渗透法、萃取法和电渗析法。
多效蒸馏法是将海水加热蒸馏产生蒸汽，蒸汽在冷凝的过程中产生淡水并放出潜热，淡水流入淡水池，潜热用于加热下一效中的海水并产生蒸汽，依此进行多效利用，降低热能消耗。该过程除了消耗热能以外，还需额外消耗一定电力驱动水泵和风机。
多级闪蒸法是将加热到一定温度的海水依次引入若干个压力逐渐降低的闪蒸室，由于闪蒸室的压力低于海水温度对应的饱和蒸汽压力，海水逐级进入闪蒸室后迅速汽化，盐分浓度逐级增加，温度逐级降低，由于热量来自咸水本身温度的下降，没有专门的加热面，避免了无机盐析出结垢，直至排出，各级蒸汽冷凝后获得淡水。该过程除了消耗热能以外，还需消耗大量电力驱动真空泵和水泵。
反渗透法是利用反渗透膜将海水和淡水隔开，在海水侧施加足够大的压力（超过海水渗透压），将海水中的水分子反渗透到淡水侧。该法不消耗热能，但需消耗大量电力产生足够大的外压，另外对反渗透膜的要求也很高。
电渗析法以电位差为动力，利用离子交换膜的选择性透过而脱除水中离子的淡化过程。电去离子将渗析与离子交换相结合，在电渗析器的淡水室中填充离子交换剂，在直流电场的作用下，实现电渗析、离子交换除盐和离子交换连续电再生的过程。电去离子不用于苦咸水淡化，主要用于生产高纯水。该法不消耗热能，但需引入电力。
冷冻法是将海水冷冻到冰点以下，淡水结冰、分离、再融化为淡水的过程。冷冻法有利用天然冰法和人工冷冻法。但技术尚不成熟。
传统的海水淡化技术投资高，能量消耗大，据统计，每天生产1300万吨淡化水的装置，每年需要消耗原油1.3亿吨。除去这笔燃料的费用外，由此带来的温室效应、空气污染等问题也不容忽视。就我国而言，对于海上的孤岛和航海的船舶上不可能建立传统的海水淡化装置。太阳能海水淡化淡水技术是解决这些特定地区淡水短缺、应急救生问题的有效途径，应用前景广阔。
发明内容
本发明的目的在于克服现有太阳能海水淡化技术的不足，提供一种自给补水盘式太阳能海水淡化装置，本发明无需化石能源消耗、无需辅助电动设备、无需人看管。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自给补水盘式太阳能海水淡化装置，它包括：透明采光罩、垫板、蒸馏器外壳、淡水收集瓶、保护带、凹型浮板、补水管、吸热板、泡沫板、保温材料和蒸馏器内衬等；其中，所述蒸馏器外壳置于凹型浮板的凹槽内，凹型浮板的外壁固定若干保护带；凹型浮板的下表面边缘侧分别通过若干绳索连接重物；蒸馏器内衬置于蒸馏器外壳内，并通过垫板与蒸馏器外壳固定连接，蒸馏器内衬的内壁上涂反光漆，在蒸馏器内衬与蒸馏器外壳之间填充保温材料；吸热板置于蒸馏器内衬内，吸热板上具有若干渗水孔，吸热板的上表面涂选择性吸收涂层，吸热板的边缘侧固定若干泡沫板；透明采光罩的底部固定在垫板上，并由玻璃胶密封，透明采光罩和蒸馏器内衬围成的密闭空间为蒸馏室；蒸馏器内衬的内壁固定若干淡水收集槽，每个淡水收集槽通过淡水排水管连接一个淡水收集瓶，所有淡水收集瓶均固定在凹型浮板上；蒸馏器内衬的底板上具有若干补水孔，每个补水孔上固定连接一个补水管，所有补水管的另一端依次穿过保温材料、蒸馏器外壳和凹型浮板，并裹上过滤网，补水管与蒸馏器外壳相交处由密封胶密封。
进一步地，所述透明采光罩由支架、密封条和若干块透明玻璃组成，所述透明玻璃通过密封条密封粘贴在支架上，透明玻璃与水平面的夹角等于当地的纬度。
进一步地，所述吸热板上涂有选择性吸收涂层，吸热板上的渗水孔的直径约为0.2-0.8 mm；泡沫板与蒸馏器内衬内壁四周的间距约为5-50mm；补水管的内径约为6～50 mm。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明完全不消耗任何常规能源，在海岛具有特别优越的实际意义。
2、本发明完全不用人工看管，蒸馏装置可以自给补水；且蒸馏装置内海水一直保持着较低的盐度，完全不存在结垢腐蚀的问题。
3、本发明中的吸热热源集中在吸热板以上的海水层区域，海水蒸发方式为薄膜蒸发，薄膜层的海水热容量小，所需的热源温度低，同时蒸发所需的热量也较小，因此蒸发启动速度快，在有限的太阳能采集时间内淡水产量更高。
4、本发明中吸热板以下的海水层区域温度梯度大，蒸馏器内衬底面附近的海水层温度接近外界海水温度，外界海水对蒸馏装置进行补水时或蒸馏装置中的海水在和外界海水发生对流扩散时，蒸馏装置由内到外带走的热量极少。
5、本发明中蒸馏装置材料普通，操作简单，密封要求不高，安装、拆洗、更换方便。
附图说明
图1是自给补水盘式太阳能海水淡化装置的主视结构图；
图2是本发明的透明采光罩的结构示意图；
图3是本发明的吸热板的结构示意图；
图4是本发明的蒸馏器内衬底面结构示意图；
图中：蒸馏室1、透明采光罩2、玻璃胶3、垫板4、蒸馏器外壳5、淡水排水管6、淡水收集瓶7、保护带8、绳索9、重物10、凹型浮板11、密封胶12、补水管13、过滤网14、反光漆15、淡水收集槽16、选择性吸收涂层17、泡沫板18、吸热板19、保温材料20、蒸馏器内衬21、密封条22、支架23、渗水孔24、补水孔25、透明玻璃26。
具体实施方式
如图1、3和4所示，本发明自给补水盘式太阳能海水淡化装置本体包括：透明采光罩2、垫板4、蒸馏器外壳5、淡水收集瓶7、保护带8、凹型浮板11、补水管13、吸热板19、泡沫板18、保温材料20和蒸馏器内衬21；其中，蒸馏器外壳5置于凹型浮板11的凹槽内，凹型浮板11的外壁固定若干保护带8；凹型浮板11的下表面边缘侧分别通过若干绳索9连接重物10；蒸馏器内衬21置于蒸馏器外壳5内，并通过垫板4与蒸馏器外壳5固定连接，蒸馏器内衬21的内壁上涂反光漆15，在蒸馏器内衬21与蒸馏器外壳5之间填充保温材料20。吸热板19置于蒸馏器内衬21内，吸热板19上具有若干渗水孔24，吸热板19的上表面涂选择性吸收涂层17，吸热板19的边缘侧固定若干泡沫板18。透明采光罩2的底部固定在垫板4上，并由玻璃胶3密封，透明采光罩2和蒸馏器内衬21围成的密闭空间为蒸馏室1。蒸馏器内衬21的内壁固定若干淡水收集槽16，每个淡水收集槽16通过淡水排水管6连接一个淡水收集瓶7，所有淡水收集瓶7均固定在凹型浮板11上。蒸馏器内衬21的底板上具有若干补水孔25，每个补水孔25上固定连接一个补水管13，所有补水管13的另一端依次穿过保温材料20、蒸馏器外壳5和凹型浮板11后，裹上过滤网14，补水管13与蒸馏器外壳5相交处由密封胶12密封。
如图2所示，透明采光罩2由支架23和若干块透明玻璃26组成，透明玻璃26通过密封条22密封粘贴在支架23上。
如图3、4所示，吸热板19上的渗水孔的直径为0.2-0.8 mm。泡沫板18与蒸馏器内衬21内壁四周的间距为5-50mm。补水管13的内径为6～50 mm。
本发明的工作过程如下：把本发明自给补水盘式太阳能海水淡化装置漂浮在孤岛附近的海面上。利用蒸馏室1外面和里面海水的液位差，海水会通过补水管13、补水孔25进入蒸馏室中1，直到蒸馏室1内外水位平衡，在凹型浮板的下表面边缘侧通过悬挂不同重量的重物10，可以调节蒸馏室1内的水位。在吸热板边缘侧固定不同厚度的泡沫板18，可以调节吸热板19在蒸馏室1内海水中的浸没深度。蒸馏室1内的海水通过吸热板19上的渗水孔23可以在吸热板19上表面形成薄水层。太阳辐射穿透透明玻璃26后被吸热板19吸收，然后用于加热吸热板19上表面的薄水层，使海水受热蒸发，产生的水蒸气在透明玻璃26上受冷凝结为淡水。淡水由淡水收集槽16收集后通过淡水排水管6流入淡水收集瓶7中。在海水受热蒸发的同时，外界海水会向蒸馏室1内进行补水，以保证蒸馏室1内的水位恒定。蒸馏室1中的海水在浓度差作用下通过补水管13和补水孔25向外界海水进行盐度的扩散，以降低自身的盐度。
实施例1：
蒸馏器内衬的尺寸为1 m（长）×1 m（宽）×0.3 m（高）,泡沫板与蒸馏器内衬四周壁面的间距为10 mm，吸热板上均匀地开了30个孔径为1 mm的小孔，调节蒸馏室中的海水深度为10 cm，调节吸热板上方的海水层厚度为5 mm，调节蒸馏室内的海水深度为80 mm，吸热板上选择性吸收涂层的吸收率为0.9，发射率为0.3，蒸馏器内衬四周壁面上反光漆的反射率为0.8，蒸馏器内衬底面上均匀地看了5个孔径为2.5 mm的小孔，补水管的孔径为15 mm，海水的盐度为3.5%，4月下旬在华东地区晴天条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明日产水量为2.5-4.5 kg/m2，蒸馏装置内的海水盐度始终保持在3.9%以下。
实施例2：
蒸馏器内衬的尺寸为1 m（长）×1 m（宽）×0.3 m（高）, 泡沫板与蒸馏器内衬四周壁面的间距为10 mm，吸热板上均匀地开了30个孔径为1 mm的小孔，调节蒸馏室中的海水深度为10 cm，调节吸热板上方的海水层厚度为5 mm，调节蒸馏室内的海水深度为80 mm，吸热板上选择性吸收涂层的吸收率为0.9，发射率为0.3，蒸馏器内衬四周壁面上反光漆的反射率为0.8，蒸馏器内衬底面上均匀地看了9个孔径为2.5 mm的小孔，补水管的孔径为15 mm，海水的盐度为3.5%。4月下旬在华东地区晴天条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明日产水量为2.0-3.8 kg/m2，蒸馏装置内的海水盐度始终保持在3.7%以下。
实施例3：
蒸馏器内衬的尺寸为1 m（长）×1 m（宽）×0.3 m（高）, 泡沫板与蒸馏器内衬四周壁面的间距为10 mm，吸热板上均匀地开了30个孔径为1 mm的小孔，调节蒸馏室中的海水深度为15 cm，调节吸热板上方的海水层厚度为5 mm，调节蒸馏室内的海水深度为80 mm，吸热板上选择性吸收涂层的吸收率为0.9，发射率为0.3，蒸馏器内衬四周壁面上反光漆的反射率为0.8，蒸馏器内衬底面上均匀地看了9个孔径为2.5 mm的小孔，补水管的孔径为15 mm，海水的盐度为3.5%。4月下旬在华东地区晴天条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明日产水量为2.8-4.8 kg/m2，蒸馏装置内的海水盐度始终保持在3.7%以下。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种自给补水盘式太阳能海水淡化装置，其特征在于，它包括：透明采光罩（2）、垫板（4）、蒸馏器外壳（5）、淡水收集瓶（7）、保护带（8）、凹型浮板（11）、补水管（13）、吸热板（19）、泡沫板（18）、保温材料（20）和蒸馏器内衬（21）；其中，所述蒸馏器外壳（5）置于凹型浮板（11）的凹槽内，凹型浮板（11）的外壁固定若干保护带（8）；凹型浮板（11）的下表面边缘侧分别通过若干绳索（9）连接重物（10）；蒸馏器内衬（21）置于蒸馏器外壳（5）内，并通过垫板（4）与蒸馏器外壳（5）固定连接，蒸馏器内衬（21）的内壁上涂反光漆（15），在蒸馏器内衬（21）与蒸馏器外壳（5）之间填充保温材料（20）；吸热板（19）置于蒸馏器内衬（21）内，吸热板（19）上具有若干渗水孔（24），吸热板（19）的上表面涂选择性吸收涂层（17），吸热板（19）的边缘侧固定若干泡沫板（18）；透明采光罩（2）的底部固定在垫板（4）上，并由玻璃胶（3）密封，透明采光罩（2）和蒸馏器内衬（21）围成的密闭空间为蒸馏室（1）；蒸馏器内衬（21）的内壁固定若干淡水收集槽（16），每个淡水收集槽（16）通过淡水排水管（6）连接一个淡水收集瓶（7），所有淡水收集瓶（7）均固定在凹型浮板（11）上；蒸馏器内衬（21）的底板上具有若干补水孔（25），每个补水孔（25）上固定连接一个补水管（13），所有补水管（13）的另一端依次穿过保温材料（20）、蒸馏器外壳（5）和凹型浮板（11），并裹上过滤网（14），补水管（13）与蒸馏器外壳（5）相交处由密封胶（12）密封；所述选择性吸收涂层（17）的吸收率为0.9，发射率为0.3。
2.根据权利要求1所述自给补水盘式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述透明采光罩（2）由支架（23）、密封条（22）和若干块透明玻璃（26）组成，所述透明玻璃（26）通过密封条（22）密封粘贴在支架（23）上，透明玻璃（26）与水平面的夹角等于当地的纬度。
3.根据权利要求1所述自给补水盘式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述吸热板（19）上的渗水孔的直径为0.2-0.8 mm；泡沫板（18）与蒸馏器内衬（21）内壁四周的间距为5-50mm；补水管（13）的内径为6～50 mm。
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