CN108083367A - 一种小型太阳能海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种小型太阳能海水淡化装置，海水蒸发罐内的水面加热板将太阳能转换成热能蒸发海水，水蒸汽在冷凝器内冷凝成水。采用一根可变形软管作海水进入排出管，兼有海水进入、海水排出、水位控制等多项功能，而且操作简便可靠。采用一根可变形软管作淡水排出管，使冷凝器兼备储水功能。在冷凝器和海水蒸发罐侧面设空气排出管，保证了冷凝器不会因为储水封闭，空气难排而影响水蒸汽冷凝。空气排出管与蒸汽流入管分布在海水蒸发罐的两对角，有效排除空气，提高了冷凝器的换热能力。海水蒸发罐高度因此可压缩到20厘米以内，太阳能海水淡化装置小型化目标得到实现。

Description

一种小型太阳能海水淡化装置

所属技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，具体为一种小型太阳能海水淡化装置。

背景技术

早在十六世纪，英国女王就颁布过一道命令：对发明廉价海水淡化法的人，给予一万英镑的奖金。至今没有人获得这笔奖金。英国政府宣布女王当年的悬赏仍然有效。2014年，英国“经度奖”也将开发低成本可持续性海水淡化技术列为六个候选的科学难题之一。

纵观海水淡化技术发展史，虽然热法、膜法、离子交换法、电渗析法、水合物法、溶剂萃取法等海水淡化技术不断出现，太阳能海水淡化技术仍处于研究发展和小型试验阶段。但是，太阳能海水淡化技术最有可能成为低成本可持续性海水淡化技术。因为在海边和海岛，太阳能丰富，海水充足。只要有高效的太阳能海水淡化装置将两者充分利用，就能低成本地制取大量淡水。中国发明专利201710028482.5将太阳能收集、海水蒸发、冷凝潜热回收集中在一个海水蒸发罐中完成，在罐内循环利用潜热蒸发海水。为太阳能海水淡化技术开辟了一条新技术路线。可是，该太阳能海水淡化技术方案并不是最佳方案。该技术方案没有解决如何最大限度利用太阳能淡化海水的问题，没有找到如何降低装置制造成本方向，利用海水蒸发罐侧面吸收太阳能的技术思路阻碍太阳能海水淡化装置向小型化发展。在海水淡化过程中，海水表面的水分子吸热变成水蒸汽，水蒸汽在冷凝器内放热冷凝成液态水，海水吸收热量温度上升。海水温度上升减少水分子汽化所需太阳能，可以蒸发更多水分子，有利于提高淡水产量；海水温度上升也缩小水蒸汽与海水温差，冷凝器的冷凝能力降低，有可能导致部分水蒸汽无法冷凝成水，直接排出海水淡化装置。所以，必然存在一个海水温度，使水蒸发和水蒸汽冷凝在水蒸汽排出海水淡化装置的临界点保持平衡。这个海水温度就是太阳能海水淡化装置的最佳运行温度。保持太阳能海水淡化装置在接近最佳运行温度运行，降低海水蒸发罐高度，就能最大限度利用太阳能淡化海水并降低装置制造成本，实现太阳能海水淡化装置小型化。

发明内容

本发明的目的是实现太阳能海水淡化装置小型化，设计出一种运行温度尽可能接近最佳运行温度的太阳能海水淡化装置。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括海水蒸发罐、冷凝器、海水流入排出管、水面加热板、蒸汽流入管，淡水流出管，空气排出管，支架。其特征在于：海水蒸发罐水平安放在支架上。海水蒸发罐内底部安装冷凝器。冷凝器与海水蒸发罐顶面之间放置水面加热板。水面加热板漂浮在海水蒸发罐内海水面上。蒸汽流入管在冷凝器顶面连通冷凝器，蒸汽流入管进口在水面加热板与海水蒸发罐顶面之间。淡水流出管在冷凝器底面连通冷凝器，淡水流出管穿过海水蒸发罐底面连通大气。海水蒸发罐外的淡水流出管是可变形软管，淡水流出管悬挂在海水蒸发罐侧面上。淡水流出管端口位置高于冷凝器顶面位置。空气排出管在冷凝器上部侧面连通冷凝器，空气排出管穿过海水蒸发罐侧面连通大气。空气排出管与蒸汽流入管分布在海水蒸发罐的两对角。海水流入排出管在海水蒸发罐底面连通海水蒸发罐。海水流入排出管是可变形软管，海水流入排出管悬挂在海水蒸发罐侧面上。海水流入排出管端口位置低于蒸汽流入管进口，海水流入排出管端口位置是海水蒸发罐内海水最高水位。海水蒸发罐顶面用透明绝热材料封闭。

所述冷凝器是有多根两端口在顶面和底面的换热管的中空柱体，冷凝器顶面连通蒸汽流入管，冷凝器上部侧面连通空气排出管，冷凝器底面连通淡水流出管，蒸汽流入管与空气排出管布置在冷凝器的两对角。

所述海水蒸发罐顶面由透明绝热材料制成。

所述水面加热板是由光热材料制成的微孔板。

本发明的优点在于：一是海水蒸发罐高度可压缩到20厘米以内，装置体积小，结构紧凑，用料少，制作工艺简单，制造成本低；二是一根可变形软管作海水进入排出管，兼有海水进入、海水排出、水位控制等多项功能，而且操作简便可靠；三是一根可变形软管作淡水排出管，使冷凝器兼备储水功能；四是在冷凝器和海水蒸发罐侧面设空气排出管，保证了冷凝器不会因为储水封闭，空气难排而影响水蒸汽冷凝；五是空气排出管与蒸汽流入管分布在海水蒸发罐的两对角，有效排除空气，提高了冷凝器的换热能力；六是装置运行过程中，没有高温高压和“三废”排放，安全环保。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明小型太阳能海水淡化装置图；

图2是本发明水面加热板与冷凝器位置关系图。

图中，1、海水蒸发罐，2、海水流入排出管，3、空气排出管，4、支架，5、淡水流出管，6、水面加热板，7、蒸汽流入管，8、冷凝器，9、换热管。

具体实施方式

本实施例是海水蒸发罐1底面积为1平方米、内空高度为20厘米的小型太阳能海水淡化装置。冷凝器8高度12厘米、内空容积60升。海水蒸发罐1内最高水位设在离罐底面18厘米处，也就是海水流入排出管2端口位置离罐底面18厘米。在此位置，海水蒸发罐1容积180升，减除冷凝器8内空容积60升，海水蒸发罐1实际容海水120升。图1是本实施例的装置图。海水蒸发罐1水平安放在支架4上，冷凝器8安装在海水蒸发罐1内底部。冷凝器8是有多根两端口在顶面和底面的换热管9的中空柱体。蒸汽流入管7在冷凝器8顶面连通冷凝器8，蒸汽流入管7进口离罐底面19厘米。水面加热板6漂浮在水面。图2描述了蒸汽流入管7进口、冷凝器8、水面加热板之间的位置关系。淡水流出管5在冷凝器8底面连通冷凝器8，淡水流出管5穿过海水蒸发罐底面连通大气，海水蒸发罐1外的淡水流出管5是可变形软管，淡水流出管5悬挂在海水蒸发罐1侧面上，淡水流出管5端口位置高于冷凝器8顶面位置。空气排出管3在冷凝器8上部侧面连通冷凝器8，空气排出管3穿过海水蒸发罐1侧面连通大气。空气排出管3与蒸汽流入管7对角布置。海水流入排出管2在海水蒸发罐1底面连通海水蒸发罐1，海水流入排出管2是可变形软管，海水流入排出管2悬挂在海水蒸发罐侧面上。海水蒸发罐1顶面用透明绝热材料封闭。

本发明的工作过程是：清晨，将海水流入排出管2端口置于最高水位处，从海水流入排出管2注入海水，海水溢出为止。随着太阳升起，阳光透过透明顶面照射在水面加热板6使其温度上升，水面加热板6上的部分水分子吸热汽化成水蒸汽。水蒸汽将海水蒸发罐上部空间的空气经蒸汽流入管7挤入冷凝器8，然后经空气排出管3排到大气中。水蒸汽在冷凝器8内冷凝成水，水蒸汽潜热被海水吸收，海水温度逐渐上升。海水温度升到最佳运行温度后，水蒸汽从空气排出管3流出。降低海水流入排出管2端口，排出部份海水，再升高海水流入排出管2端口，并补充常温海水，使水位回到原来位置。如果太阳光照不足，海水温度一直低于最佳运行温度，就不需要置换部份海水。太阳落山后，将海水流入排出管2端口降到海水蒸发罐1底面以下，排出全部海水；将淡水流出管5端口降到海水蒸发罐1底面以下，淡水自然流出，完成太阳能海水淡化。

Claims (4)

1.一种小型太阳能海水淡化装置，包括海水蒸发罐、冷凝器、海水流入排出管、水面加热板、蒸汽流入管，淡水流出管，空气排出管，支架，其特征在于：海水蒸发罐水平安放在支架上，海水蒸发罐内底部安装冷凝器，冷凝器与海水蒸发罐顶面之间放置水面加热板，水面加热板漂浮在海水蒸发罐内海水面上，蒸汽流入管在冷凝器顶面连通冷凝器，蒸汽流入管进口在水面加热板与海水蒸发罐顶面之间，淡水流出管在冷凝器底面连通冷凝器，淡水流出管穿过海水蒸发罐底面连通大气，海水蒸发罐外的淡水流出管是可变形软管，淡水流出管悬挂在海水蒸发罐侧面上，淡水流出管端口位置高于冷凝器顶面位置，空气排出管在冷凝器上部侧面连通冷凝器，空气排出管穿过海水蒸发罐侧面连通大气，空气排出管与蒸汽流入管分布在海水蒸发罐的两对角，海水流入排出管在海水蒸发罐底面连通海水蒸发罐，海水流入排出管是可变形软管，海水流入排出管悬挂在海水蒸发罐侧面上，海水流入排出管端口位置低于蒸汽流入管进口，海水流入排出管端口位置是海水蒸发罐内海水最高水位，海水蒸发罐顶面用透明绝热材料封闭。

2.根据权利要求1所述的一种小型太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝器是有多根两端口在顶面和底面的换热管的中空柱体，冷凝器顶面连通蒸汽流入管，冷凝器上部侧面连通空气排出管，冷凝器底面连通淡水流出管，蒸汽流入管与空气排出管布置在冷凝器的两对角。

3.根据权利要求1所述的一种小型太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水蒸发罐顶面由透明绝热材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种小型太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述水面加热板是由光热材料制成的微孔板。