CN107188259A - 海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海水淡化装置，包括太阳能蓄热***、风力发电***、蒸汽发生***、制冷取水***和给水***；蒸汽发生***由换热回路和蒸汽发生室组成，换热回路设置在蒸汽发生室内；制冷取水***由制冷器、接水盘和蓄水池组成；水泵抽取深层海水经供水管道输送到制冷器的冷源端；制冷器的热源端连接至蒸汽发生室内；制冷器位于蒸汽发生室的上端开口处用于将蒸汽发生室内产生的蒸汽冷却为液体，制冷器的仿生制冷表面上设置有球形凸起，球形凸起包括制冷器仿生制冷表面亲水区和制冷器仿生制冷表面疏水区。本发明海水淡化装置的制冷器采用类似于一种沙漠甲壳虫的仿生制冷表面，这种仿生制冷表面集水效果好，可以提高该海水淡化装置的运行效率。

Description

海水淡化装置
技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置，具体涉及的是充分利用太阳能和风能等清洁能源将海水制备为淡水，是一种不耗能无污染的海水淡化装置。
背景技术
淡水资源短缺一直是人们需要面对的问题，尤其是在海岛等远离陆地四面皆海的区域，如何能稳定的获取大量生活所需的淡水一直都是人们关注的问题。现有的常用的海水淡化技术主要是蒸馏法和反渗透膜法，这些方法存在的问题主要是设备复杂、耗能，以及随之而来的高成本和环境污染。因此利用太阳能、风能等新能源淡化海水成为一个值得考虑的方向。
随着新能源技术的发展，光伏发电、光热发电等技术日趋成熟，尤其是太阳能热电技术的发展使得利用太阳能淡化海水成为可能。为了能够在夜间使用太阳能，就需要将白天的太阳能储存起来，太阳能蓄热装置可以把太阳能储存为热能并在需要时放热。
物体在发生相变时会吸收或放出巨大潜热，而这一点正可以用于蓄热。而且相变蓄热可以实现在等温下蓄热，根据蓄热温度的高低，可以将相变材料分为低温、中温、高温材料，根据材料的组成，则可以分为有机、无机、复合相变材料。
生活在纳米布沙漠中的一种甲壳虫可以利用它们的背部从湿空气中收集水。这些甲壳虫凭借由疏水区和亲水区组成的表面崎岖不平的外壳收集大量水滴。这种甲壳虫的翅鞘上有随机排列的肉眼可见的大小为0.5-1.5mm的***区域，每个***的直径大约为0.5mm，这些***的最高处为亲水表面。湿空气中的水分停留在峰顶，迅速在翅鞘上形成水滴，即使是撞击在水槽上的水也可能由于反弹或被吹入亲水区而被收集。每一个被捕获的水滴的尺寸都会增长为与它相接触的亲水区的尺寸，而后若尺寸继续增长，则水滴的质量和它与昆虫表面接触的质量的比值将迅速增长，最终将水滴约束在表面的毛细作用力将被克服(毛细作用力与亲水区有关)。在毛细作用力被克服时，水滴将顺着说昆虫表面滑落。这种结构若用于冷凝取水表面，显然可以提高取水效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用自然能源提高取水效果的海水淡化装置。利用风力发电驱动给水泵抽取深层海水作为冷源及给水、利用太阳能蓄热***为海水蒸馏提供热源，该***可以在将海水淡化的同时获取电能且对环境无污染，适合用于阳光充足、淡水短缺的海岛等区域。
为了解决现有的海水淡化装置存在的上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种海水淡化装置，其特征在于：包括太阳能蓄热***、风力发电***、蒸汽发生***、制冷取水***和给水***；所述太阳能蓄热***由平板型蓄热器构成；所述风力发电***由叶轮、发电机和输电线路组成；所述蒸汽发生***由换热回路和蒸汽发生室组成，所述换热回路设置在所述蒸汽发生室内；所述制冷取水***由制冷器、接水盘和蓄水池组成；所述给水***由给水泵和供水管道组成；所述水泵经所述输电线路与所述发电机连接，所述水泵抽取深层海水经所述供水管道输送到所述制冷器的冷源端；所述制冷器的热源端连接至所述蒸汽发生室内；所述蒸汽发生室上端开口，所述制冷器位于所述蒸汽发生室的上端开口处用于将所述蒸汽发生室内产生的蒸汽冷却为液体，所述接水盘位于所述制冷器的下方用于收集所述液体；所述制冷器的制冷表面包括仿生制冷表面和制冷器流道，在仿生制冷表面上设置有球形凸起，所述球形凸起包括制冷器仿生制冷表面亲水区和制冷器仿生制冷表面疏水区，所述制冷器仿生制冷表面疏水区设置在所述仿生制冷表面上，所述制冷器仿生制冷表面亲水区设置在所述制冷器仿生制冷表面疏水区上。
所述仿生制冷表面上均匀分布所述球形凸起，所述球形凸起的平均间距约等于球的直径，球形凸起的顶部为亲水区，其余制冷表面为疏水区，球形凸起之间构成液体流道。
所述平板型蓄热器采用双层真空管，所述双层真空管外层为复合相变蓄热材料，内层为传热介质流道，所述复合相变蓄热材料采用共晶无机盐/膨胀石墨复合相变材料，所述的传热介质采用水。
所述共晶无机盐为LiNO3，KCl。
所述制冷器的制冷面为两个斜面。
本发明海水淡化采用复合相变蓄热材料，将太阳能的热量先储存在复合相变蓄热材料中，太阳能蓄热***采用平板型太阳能蓄热，制冷器的冷源为深层低温海水，制冷器采用仿生制冷表面，风力发电***为给水泵提供电源。制冷器的仿生制冷表面类似于一种沙漠甲壳虫结构，仿生制冷表面上均匀分布一些球形凸起，球形凸起的平均间距约等于球的直径，球形凸起的顶部为亲水区而其余表面为疏水区，球形凸起之间构成许多液体流道。蒸汽中的水滴先聚集在球形凸起的亲水区，而后不断地捕获水滴并增长，最终将水滴约束在表面的毛细作用力将被克服，毛细作用力被克服后，水滴沿着流道滑落。海水淡化装置的制冷器采用类似于一种沙漠甲壳虫的仿生制冷表面，这种仿生制冷表面集水效果好，可以提高该海水淡化装置的运行效率。
有益效果
本发明涉及一种以太阳能作为热源、深层海水作为冷源、风力发电作为电源的无污染不耗能的海水淡化装置。该海水淡化装置采用仿生制冷表面冷凝被蒸发的海水，可以提高取水率从而提高装置的紧凑性；太阳能蓄热***实现了装置的长期稳定运行；复合相变蓄热材料的使用可以提高装置的蓄热效果；采用制冷器的出口冷却水作为蒸汽发生室的给水可以减少换热温差，提高装置经济性。
附图说明
图1海水淡化装置示意图；
图2制冷器结构示意图；
图3制冷器局部示意图；
图4平板型蓄热器示意图；
图中，1.平板型蓄热器，2.换热回路，3.蒸汽发生室，4.排液阀，5.制冷器，6.接水盘，7.蓄水池，8.取水阀，9.给水泵，10.输电线路，11.叶轮，12.发电机，13.调节阀，14.制冷器仿生制冷表面亲水区，15.制冷器仿生制冷表面疏水区，16.制冷器流道，17.复合相变蓄热材料，18.传热介质流道，19.保温材料，20.玻璃盖板，21.真空层。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步描述：
本发明提出的海水淡化装置，如图1所示，包括太阳能蓄热***、蒸汽发生***、制冷取水***、风力发电***和给水***。
太阳能蓄热***包括平板型蓄热器1，蒸汽发生***包括蒸汽发生室3和换热回路2，制冷取水***包括排液阀4，制冷器5，接水盘6，蓄水池7，取水阀8和调节阀13，给水***包括给水泵9，风力发电***包括输电线路10，叶轮11，发电机12。
制冷器5由两块倾斜的制冷板组成，参见图2。每块制冷板的仿生制冷表面上的球形凸起包括制冷器仿生制冷表面亲水区14，制冷器仿生制冷表面疏水区15和制冷器流道16，参见图3。
平板蓄热器1的结构如图4所示，包括复合相变蓄热材料17，传热介质流道18，保温材料19，玻璃盖板20，真空层21。
该海水淡化装置的工作流程：平板型蓄热器1吸收太阳能的热量并将其传给传热介质，传热介质通过换热回路2流至蒸汽发生室3并加热给水，给水吸热蒸发为蒸汽后在制冷器5的仿生制冷表面被冷凝为水。制冷器5的冷源为深层低温海水，给水泵9将深层低温海水抽至制冷器5作为冷却水，冷却水从制冷器5中流出后被引至蒸汽发生室中加热蒸发。冷凝后的水落入接水盘6，而后被引至蓄水池7。叶轮11迎风转动带动发电机12发电，发出的电能通过输电线路10向给水泵9供电。

Claims (5)

1.一种海水淡化装置，其特征在于：包括太阳能蓄热***、风力发电***、蒸汽发生***、制冷取水***和给水***；所述太阳能蓄热***由平板型蓄热器构成；所述风力发电***由叶轮、发电机和输电线路组成；所述蒸汽发生***由换热回路和蒸汽发生室组成，所述换热回路设置在所述蒸汽发生室内；所述制冷取水***由制冷器、接水盘和蓄水池组成；所述给水***由给水泵和供水管道组成；所述水泵经所述输电线路与所述发电机连接，所述水泵抽取深层海水经所述供水管道输送到所述制冷器的冷源端；所述制冷器的热源端连接至所述蒸汽发生室内；所述蒸汽发生室上端开口，所述制冷器位于所述蒸汽发生室的上端开口处用于将所述蒸汽发生室内产生的蒸汽冷却为液体，所述接水盘位于所述制冷器的下方用于收集所述液体；所述制冷器的制冷表面包括仿生制冷表面和制冷器流道，在仿生制冷表面上设置有球形凸起，所述球形凸起包括制冷器仿生制冷表面亲水区和制冷器仿生制冷表面疏水区，所述制冷器仿生制冷表面疏水区设置在所述仿生制冷表面上，所述制冷器仿生制冷表面亲水区设置在所述制冷器仿生制冷表面疏水区上。
2.根据权利要求书1所述的海水淡化装置，其特征在于：所述仿生制冷表面上均匀分布所述球形凸起，所述球形凸起的平均间距约等于球的直径，球形凸起的顶部为亲水区，其余制冷表面为疏水区，球形凸起之间构成液体流道。
3.根据权利要求书1所述的海水淡化装置，其特征在于：所述平板型蓄热器采用双层真空管，所述双层真空管外层为复合相变蓄热材料，内层为传热介质流道，所述复合相变蓄热材料采用共晶无机盐/膨胀石墨复合相变材料，所述的传热介质采用水。
4.根据权利要求书3所述的海水淡化装置，其特征在于：所述共晶无机盐为LiNO3，KCl。
5.根据权利要求书1所述的海水淡化装置，其特征在于：所述制冷器的制冷面为两个斜面。
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