CN108163917A - 一种海水淡化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海水淡化方法，主要设有由聚光集热技术，布水蒸发技术和即时冷凝换热技术组成；本发明还公开了上述海水淡化方法的装置为太阳能蒸发器，包括聚光集热单元、自动布水蒸发单元、即时换热冷凝单元和电辅加热单元；其中，聚光集热单元中的花瓣式抛物面聚光镜，沿圆周方向环绕安装在作为聚光接收器的双层真空玻璃钢蒸馏塔四周；吸光集热导管阵列、自动布水蒸发单元、即时换热冷凝单元和电辅加热单元均安装在双层真空玻璃钢蒸馏塔内。该太阳能蒸发器具有聚光集热成本低，占地面积小；蒸发效率高，出水量大；比热容小，出水快；热散失小，热回用效率高，可全天候产水，节能环保等优点。

Description

一种海水淡化方法及装置
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体地说，涉及一种海水淡化方法及装置。
背景技术
随着人口的不断增长和水污染的日益严重，水源性缺水和水质性缺水已日益危及人类的生存。利用太阳能进行海水淡化，不仅资源丰富，成本低廉，而且节能环保，是解决水源性缺水的重要措施。
目前，利用太阳能进行海水淡化，由于占地面积大，蒸发效率低等问题，尚未进入规模化实用阶段；随着膜分离技术的快速发展，利用反渗透膜进行海水淡化，已实现规模化应用，但反渗透膜材料成本高，易堵塞，出水仍有苦涩等不良口感等问题依然存在。
太阳能蒸发器是太阳能净水设备发展的关键，现有技术以盘式蒸发器、太阳池等为主。塔式太阳能蒸发器尚在进一步研究中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水淡化方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种海水淡化方法，由聚光集热技术，布水蒸发技术和即时冷凝换热技术组成。
所述聚光集热技术由立体聚光和多层导管阵列衍射吸光集热技术组成；立体聚光是以花瓣式抛物面聚光镜沿圆周方向环绕在作为聚光接收器的透明玻璃钢外壳蒸馏他四周而形成的立体聚光碗聚光；多层导管阵列衍射吸光集热技术是根据“黑洞”原理，采用管状网眼高效光—热转换材料，如黑镍，红外陶瓷粉体等，构建蜂窝状吸光集热阵列。
所述布水蒸发技术是利用高表面积，高吸湿散湿性的纤维材料的毛细管效应，采用自动变频供水，根据蒸发量决定供水量，实现低热比容，高蒸发面积的均匀布水蒸发。
所述即时冷凝换热技术包括采用负压抽提，低压蒸发，进出水套管即时逆流换热等技术。
一种上述的海水淡化方法的装置，包括太阳能蒸发器，所述的太阳能蒸发器设有聚光集热单元、自动布水蒸发单元、即时换热冷凝单元和电辅加热单元；所述聚光集热单元中的花瓣式抛物面聚光镜沿圆周方向环绕安装在作为聚光接收器的双层真空玻璃钢蒸馏塔四周；聚光集热单元中的吸光集热导管阵列，自动布水蒸发单元，即时换热冷凝单元和电辅加热单元均安装在双层真空玻璃钢蒸馏塔内。
作为本发明进一步的方案：所述聚光集热单元由花瓣式抛物面聚光镜、双层真空玻璃钢蒸馏塔和外层吸光集热导体和内层吸光集热导体组成；所述吸光集热导管阵列和内层吸光集热导体竖立安装在双层真空玻璃钢蒸馏塔内形成聚光接收器；所述花瓣式抛物面聚光镜沿圆柱体双层真空玻璃钢蒸馏塔四周环绕均布，形成聚光半球体。
作为本发明再进一步的方案：所述吸光集热导管阵列选用管状黑镍丝网或网眼织物表面涂覆黑镍粉体中的一种，所述和内层吸光集热导体为网眼织物涂覆红外陶瓷粉体制成。
作为本发明再进一步的方案：所述自动布水蒸发单元由布水蒸发载体、虹吸布水盘、温度传感器、给水泵、变频器及控制***组成；所述布水蒸发载体选用表面积大，吸湿散湿性好的纺织纤维仿制成的纱线或织物；所述虹吸布水盘成筛状，由透明玻璃钢模压成型，筛孔与吸光集热导管相连，套管在外层吸光集热导体和内层吸光集热导体内，布水蒸发载体从筛孔中穿过虹吸布水盘底部，散布在虹吸布水盘中。
作为本发明再进一步的方案：所述即时换热冷凝单元由给水管、出水套管、蒸汽收集穿孔套管、给水泵、真空泵、温度传感器、压力传感器、变频器和控制软件组成；所述给水管上连接虹吸布水盘中的给水管孔，并且安装在双层真空蒸馏塔轴心处，所述给水管从双层真空玻璃钢蒸馏塔底部穿出，并且与外部给水泵相连接。
作为本发明再进一步的方案：所述电辅加热单元由远红外电热管、过热自停装置和防水防漏电装置组成；所述远红外电热管安装在吸光集热导管和出水套管之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、聚光集热效率高，成本低
本发明聚光集热技术采用双层真空透明玻璃钢外壳蒸馏塔作为聚光接收器，可大面积、全方位接收聚光器聚光，无需聚光器跟踪聚焦。聚光器围绕蒸馏塔立体聚光，占地面积小、聚光效率高；吸光集热导管阵列可分层分步全方位接受聚光，减少光反射造成的光热损失，不仅可以形成黑洞式光吸收，而且通过管状网眼吸光集热导管与布水蒸发载体套装直接传热，提高了光—热转换效率，使得聚光集热效率大幅提高，从而降低了投资成本和运行成本。
2、蒸发效率高，出水量大，出水快
本发明提供的布水蒸发技术，利用高表面积，高吸湿散湿的纤维材料的毛细管效应，采用自动变频供水，根据蒸发量决定给水量，可以实现超低量均衡补水，使得待蒸馏海水或自来水的热比容处于最小状态，且蒸发面积大，因而蒸发效率高，出水量大，出水快。
3、热散失小，热回用效率高
本发明提供的即时冷凝换热技术，采用负压抽提，低压蒸发，强制造流，使蒸汽从蒸馏塔内四周向中心蒸汽收集穿孔管汇集，降低蒸馏塔外壳的热散失。负压状态下，可使蒸发起始温度降低，蒸汽冷凝潜热即时换热回用，热能重复回用率高。
4、可全天候产水，且防止水垢产生
本发明提供的太阳能蒸发器，配备远红外柱网辐照电辅加热装置，不仅可以在没有阳光时采用电辅加热而全天候维持蒸发器产水，而且利用远红外辐照的均匀透射，减少水垢的产生，并防止局部过热。
5、设备标准化、成套化
本发明的技术装备——太阳能蒸发器，可实现标准化、设备化、成套化，使得设备占地面积小，成本低，生产、安装、使用均十分方便。
附图说明
图1为太阳能蒸发器的结构示意图；
图2为图1中的横切面俯视示意图；
图3为图1中的聚光集热单元中的双层真空玻璃钢蒸馏塔的结构示意图；
图4为图1中的聚光集热单元中的吸光集热导管的结构示意图；
图5为图1中的布水蒸发单元中的虹吸布水盘的结构示意图。
图中：1-花瓣式抛物面聚光镜；2-双层真空玻璃钢蒸馏塔；3-自动虹吸布水盘；4-出水套管；5-给水管；6-蒸汽收集穿孔套管；7-温度传感器；8-压力传感器；9-外层吸光集热导体；10-布水蒸发载体；11-内层吸光集热导体；12-远红外电热管；13-进水口；14-给水泵；15-出水套管外保温层；16-真空泵；17-蒸馏水出口；18-排空阀；19-变频器；20-虹吸布水盘给水管孔；21-虹吸布水管布水孔；22-锯齿状出水堰；23-布水孔与吸光集热导管接口；24-吸光集热导体网孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
一种海水淡化方法，由聚光集热技术，布水蒸发技术和即时冷凝换热技术组成。
所述聚光集热技术由立体聚光和多层导管阵列衍射吸光集热技术组成；立体聚光是以花瓣式抛物面聚光镜沿圆周方向环绕在作为聚光接收器的透明玻璃钢外壳蒸馏他四周而形成的立体聚光碗聚光；多层导管阵列衍射吸光集热技术是根据“黑洞”原理，采用管状网眼高效光—热转换材料，如黑镍，红外陶瓷粉体等，构建蜂窝状吸光集热阵列。
所述布水蒸发技术是利用高表面积，高吸湿散湿性的纤维材料的毛细管效应，采用自动变频供水，根据蒸发量决定供水量，实现低热比容，高蒸发面积的均匀布水蒸发。
所述即时冷凝换热技术包括采用负压抽提，低压蒸发，进出水套管即时逆流换热等技术。
请参阅图1-3，一种海水淡化装置，包括太阳能蒸发器，所述的太阳能蒸发器包括聚光集热单元，自动布水蒸发单元，即时换热冷凝单元和电辅加热单元。
所述聚光集热单元由花瓣式抛物面聚光镜1、双层真空玻璃钢蒸馏塔2和外层吸光集热导体9和内层吸光集热导体11组成；
所述自动布水蒸发单元由布水蒸发载体10、虹吸布水盘3、温度传感器7、给水泵14、变频器19及控制软件组成；
所述即时换热冷凝单元由给水管5、出水套管4、蒸汽收集穿孔套管6、给水泵14、真空泵16、温度传感器7、压力传感器8、变频器19和控制软件组成；
所述电辅加热单元，由远红外电热管12、过热自停装置和防水防漏电装置组成。
所述聚光集热单元中的花瓣式抛物面聚光镜1，由四瓣扇面聚光镜组成，每瓣可以单轴向翻转，在太阳能蒸发器较长时间不工作时，四瓣扇面聚光镜1翻转避光，并盖住双层真空玻璃钢蒸馏塔2，防止聚光过热而损坏元器件；聚光镜1的聚光面积，高度，由用水量，所处区域太阳光强度等决定。
所述聚光集热单元中的双层真空玻璃钢蒸馏塔2的外壳主要是由二个直径相差2-5厘米的透明玻璃钢圆柱体套装形成夹层，夹层之间抽真空后密闭，形成隔热层。
所述聚光集热单元中的外层吸光集热导体9由金属铝丝编成，如图4所示所述外层吸光集热导体9为丝网结构，且外层吸光集热导体9表面镀有黑镍体；内存吸光集热导体11由涤纶蚊帐布涂覆上一层红外陶瓷粉制成且内存吸光集热导体11以丙烯酸酯等为粘合剂。
所述自动布水蒸发单元中的虹吸布水盘3，所述虹吸布水盘3以透明玻璃钢模压成型，所述自动布水蒸发单元中的布水蒸发载体10为采用碱缩加工后染制成黑色的麻或者棉纤维纱线。
所述即时换热冷凝单元中的给水管5、出水套管4和蒸汽收集穿孔套管6均采用不锈钢管。
所述电辅加热单元中的远红外电热管12上设置有石英套管，避免了远红外电热管12漏电。
所述花瓣式抛物面聚光镜1底部直径两米，且高1.5米；双层真空玻璃钢蒸馏塔2直径1米且高1.8米。
本发明的工作原理是：如图1所示，海水从进水口13，经给水泵14泵入给水管5，先与出水套管4进行逆流换热，再与蒸汽收集穿孔套管6进行逆流再换热，预热后的海水从给水管5流入虹吸布水盘3中吸水，经毛细管作用，从布水孔21均布到吸光集热导体9，11吸收聚光镜1的聚光和自身被辐照的太阳光，转换成热能；进一步加热布水蒸发载体11上的海水，并使之快速蒸发；蒸发的水蒸气经蒸汽收集穿孔管4与给水管5逆流换热，蒸汽冷凝并释放出蒸发潜热，冷凝后的蒸馏水经出水套管4，以真空泵16抽提从蒸馏水出口18进入用户储水箱。
给水泵14经温度传感器7，变频器19和控制软件控制。根据蒸发量提供与之相适配的给水量。使待蒸馏海水的热比容处于最低状态。
真空泵16通过压力传感器8和控制软件控制，使真空玻璃钢蒸馏塔2内维持在设定的负压状态，强化传质传热，降低蒸发起始温度。
所述电辅加热单元中的远红外电热管12，通过温度传感器7和控制软件控制，设有过热自停和漏电保护***。
所述双层真空玻璃钢蒸馏塔3底部和布水蒸发载体10表面积累的盐及杂质经洗涤程序洗涤后从排空阀15排出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种海水淡化方法，其特征在于，由聚光集热技术，布水蒸发技术和即时冷凝换热技术组成。
所述聚光集热技术由立体聚光和多层导管阵列衍射吸光集热技术组成；立体聚光是以花瓣式抛物面聚光镜沿圆周方向环绕在作为聚光接收器的透明玻璃钢外壳蒸馏他四周而形成的立体聚光碗聚光；多层导管阵列衍射吸光集热技术是根据“黑洞”原理，采用管状网眼高效光—热转换材料，如黑镍，红外陶瓷粉体等，构建蜂窝状吸光集热阵列。
所述布水蒸发技术是利用高表面积，高吸湿散湿性的纤维材料的毛细管效应，采用自动变频供水，根据蒸发量决定供水量，实现低热比容，高蒸发面积的均匀布水蒸发。
所述即时冷凝换热技术包括采用负压抽提，低压蒸发，进出水套管即时逆流换热等技术。
2.一种如权利要求1所述的海水淡化方法的装置，包括太阳能蒸发器，其特征在于，所述太阳能蒸发器设有聚光集热单元、自动布水蒸发单元、即时换热冷凝单元和电辅加热单元；所述聚光集热单元中的花瓣式抛物面聚光镜沿圆周方向环绕安装在作为聚光接收器的双层真空玻璃钢蒸馏塔四周；聚光集热单元中的吸光集热导管阵列，自动布水蒸发单元，即时换热冷凝单元和电辅加热单元均安装在双层真空玻璃钢蒸馏塔内。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述聚光集热单元由花瓣式抛物面聚光镜、双层真空玻璃钢蒸馏塔和外层吸光集热导体和内层吸光集热导体组成；所述吸光集热导管阵列和内层吸光集热导体竖立安装在双层真空玻璃钢蒸馏塔内形成聚光接收器；所述花瓣式抛物面聚光镜沿圆柱体双层真空玻璃钢蒸馏塔四周环绕均布，形成聚光半球体。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述吸光集热导管阵列选用管状黑镍丝网或网眼织物表面涂覆黑镍粉体中的一种，所述和内层吸光集热导体为网眼织物涂覆红外陶瓷粉体制成。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述自动布水蒸发单元由布水蒸发载体、虹吸布水盘、温度传感器、给水泵、变频器及控制***组成；所述布水蒸发载体选用表面积大，吸湿散湿性好的纺织纤维仿制成的纱线或织物；所述虹吸布水盘成筛状，由透明玻璃钢模压成型，筛孔与吸光集热导管相连，套管在外层吸光集热导体和内层吸光集热导体内，布水蒸发载体从筛孔中穿过虹吸布水盘底部，散布在虹吸布水盘中。
6.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述即时换热冷凝单元由给水管、出水套管、蒸汽收集穿孔套管、给水泵、真空泵、温度传感器、压力传感器、变频器和控制软件组成；所述给水管上连接虹吸布水盘中的给水管孔，并且安装在双层真空蒸馏塔轴心处，所述给水管从双层真空玻璃钢蒸馏塔底部穿出，并且与外部给水泵相连接。
7.根据权利要求2所述的一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述电辅加热单元由远红外电热管、过热自停装置和防水防漏电装置组成；所述远红外电热管安装在吸光集热导管和出水套管之间。
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