CN108658157A - 一种海水淡化*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水淡化***，包括太阳能集热装置、多效蒸馏装置和海水波浪能利用装置；多效蒸馏装置包括首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器和淡水收集单元；太阳能集热装置的气态换热介质输送管道与首效蒸馏器内的螺旋式换热管的上端连通，该螺旋式换热管的下端与太阳能集热装置的液态换热介质的回流管道连通；海水波浪能利用装置包括波浪能利用机构和浮体单元；太阳能集热装置、多效蒸馏装置和波浪能利用机构均安装于浮体单元上；波浪能利用机构包括波浪能收集单元、曲柄连杆机构和海水泵。本发明的海水淡化***，使用成本低、能源利用效率高。

Description

一种海水淡化***

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种海水淡化***。

背景技术

以往，海洋工作平台或者未经开发岛屿的淡水主要来源于陆地大型海水淡化厂，主要通过船只运输桶装淡水的方式获取，运输成本贵而且麻烦、滞后。传统的船只运输淡水来向海上船只或岛屿提供所需淡水资源，这样不仅会造成巨大人力物力损失及生态污染等问题，而且不符合低碳环保、可持续发展的时代要求。

海水淡化***是一种可以将所抽取的海水淡化为淡水的装置，海水淡化***有助于缓解淡水短缺危机，促进海洋的开发。但是，现有的海水淡化***大都存在使用成本高、能源利用效率低的问题。

海洋波浪能和太阳能作为新型清洁能源，大力开发，能够减少对化石能源的依赖，应对能源短缺问题，实现节能减排。直接在海上进行电能转换和海水淡化单元过程既节约成本也节省陆地空间，是波浪能、太阳能等清洁能源利用的创新，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。为此，有必要设计一种将太阳能与波浪能作为主推进能源的海水淡化***。

发明内容

为了克服现有的海水淡化***大都存在成本高、效率低的问题，本发明提供一种新型的海水淡化***，其使用成本低、能源利用效率高。

为实现上述目的，本发明所提供的一种海水淡化***，包括太阳能集热装置、多效蒸馏装置和海水波浪能利用装置；

所述多效蒸馏装置包括首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器和淡水收集单元；所述首效蒸馏器、二效蒸馏器和三效蒸馏器均包括蒸馏室和设于所述蒸馏室内的螺旋式换热管；

所述首效蒸馏器的蒸汽出口与所述二效蒸馏器的蒸汽入口连通，所述二效蒸馏器的蒸汽出口与所述三效蒸馏器的蒸汽入口连通，所述三效蒸馏器的蒸汽出口与所述淡水收集单元连通；

所述首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器的蒸馏室的顶部均开设有第一通孔，所述第一通孔处安装有能够喷洒海水以与所述螺旋式换热管内的换热工质进行热交换的喷头；所述首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器的蒸馏室的底部均开设有用于使所述喷头喷出的海水经热交换后流出的第二通孔；

所述太阳能集热装置的气态换热介质输送管道与所述首效蒸馏器内的螺旋式换热管的上端连通，该螺旋式换热管的下端与所述太阳能集热装置的液态换热介质的回流管道连通；

所述海水波浪能利用装置包括波浪能利用机构和浮体单元；所述太阳能集热装置、多效蒸馏装置和波浪能利用机构均安装于所述浮体单元上；所述波浪能利用机构包括波浪能收集单元、曲柄连杆机构和海水泵；

所述波浪能收集单元包括中心轴和壳体，所述壳体安装在所述中心轴上并能在波浪能的作用下绕所述中心轴在一定角度内往复摆动以将波浪能转换成往复机械能；

所述曲柄连杆机构的曲柄部分安装在所述中心轴的末端，所述曲柄连杆机构的连杆部分安装在所述海水泵上并能带动所述海水泵抽取海水；

所述海水泵的第一输出端与所述首效蒸馏器上的喷头连通，所述海水泵的第二输出端与所述二效蒸馏器上的喷头连通，所述海水泵的第三输出端与所述三效蒸馏器上的喷头连通。

上述海水淡化***中，所述太阳能集热装置包括多个集热板；每个所述集热板均包括多根太阳能集热管，该多根太阳能集热管上下联通形成循环***；

每根所述太阳能集热管均包括金属内管、金属翅片、吸液棉芯和玻璃外管；

所述金属内管为铜管；所述金属内管的外壁上焊接有所述金属翅片，所述吸液棉芯轴向贯穿于所述金属内管的管内；

所述金属内管和金属翅片的外壁上均设有吸热涂层，所述金属内管的管内充注有换热工质，所述金属内管包括热管冷凝段和热管蒸发段；

所述玻璃外管的内壁与所述金属内管的外壁之间形成一密封空间，该密封空间的气压为0.03－0.07Pa。

上述海水淡化***中，所述太阳能集热装置包括三个集热板，三个所述集热板呈“几”字形排列。

上述海水淡化***中，所述吸液棉芯的长度与所述金属内管的长度相等，所述吸液棉芯通过弹性卡簧固定于所述金属内管内。

上述海水淡化***中，所述金属内管的横向截面面积的40％大于等于所述吸液棉芯的横向截面面积；所述金属内管的管内充注的换热工质的体积小于等于所述金属内管的容积的三分之一。

上述海水淡化***中，所述吸液棉芯由多股天然纤维或人造纤维丝编织而成；

所述玻璃外管的内壁与所述金属内管的外壁之间形成的密封空间的气压为0.04－0.06Pa；所述换热工质为酒精。

上述海水淡化***中，所述波浪能收集单元的壳体呈鸭蛋形，所述壳体包括固定外壳、转动外壳，所述固定外壳安装在所述中心轴上。

上述海水淡化***中，所述首效蒸馏器的蒸汽出口与所述二效蒸馏器的蒸汽入口、所述二效蒸馏器的蒸汽出口与所述三效蒸馏器的蒸汽入口均通过蒸汽输送管连通。

上述海水淡化***中，所述蒸汽输送管内安装有空气压力阀。

本发明的海水淡化***与现有技术相比具有如下有益效果：

太阳能集热装置可以利用太阳能来提供能量供多效蒸馏装置蒸馏海水，这样既利用了清洁能源，不会产生二次污染，又节约了能源使用成本；同时海水波浪能利用装置能够将海水中蕴含的波浪能转化为机械能输出，既去除了臃肿的电池组结构，又减少中间能量二次转化环节，提高了能量利用效率，使得装置制造、维护成本都相对较低。

附图说明

图1是本发明实施例的海水淡化***的结构简化示意图；

图2是本发明实施例的海水淡化***的海水波浪能利用装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的太阳能集热装置的太阳能集热管的结构示意图；

图4是本发明实施例的太阳能集热装置的太阳能集热管的玻璃外管、金属内管、金属翅片的结构示意图；

图5是本发明实施例的多效蒸馏装置的首效蒸馏器的剖视图；

图6是本发明实施例的多效蒸馏装置的螺旋式换热管的结构示意图。

其中，1、太阳能集热装置；11、太阳能集热管；111、金属内管；112、金属翅片；113、吸液棉芯；114、玻璃外管；2、多效蒸馏装置；21、首效蒸馏器；211、蒸馏室；212、螺旋式换热管；213、第一通孔；214、第二通孔；22、二效蒸馏器；23、三效蒸馏器；24、淡水收集单元；3、海水波浪能利用装置；31、波浪能利用机构；311、中心轴；312、壳体；313、海水泵；32、浮体单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1至图6所示，本发明所提供的一种海水淡化***，包括太阳能集热装置1、多效蒸馏装置2和海水波浪能利用装置3；

多效蒸馏装置2包括首效蒸馏器21、二效蒸馏器22、三效蒸馏器23和淡水收集单元24；首效蒸馏器21、二效蒸馏器22和三效蒸馏器23均包括蒸馏室211和设于蒸馏室211内的螺旋式换热管212；

首效蒸馏器21的蒸汽出口与二效蒸馏器22的蒸汽入口连通，二效蒸馏器22的蒸汽出口与三效蒸馏器23的蒸汽入口连通，三效蒸馏器23的蒸汽出口与淡水收集单元24连通；

首效蒸馏器21、二效蒸馏器22、三效蒸馏器23的蒸馏室211的顶部均开设有第一通孔213，第一通孔213处安装有能够喷洒海水以与螺旋式换热管212内的换热工质进行热交换的喷头；首效蒸馏器21、二效蒸馏器22、三效蒸馏器23的蒸馏室211的底部均开设有用于使喷头喷出的海水经热交换后流出的第二通孔214；

太阳能集热装置1的气态换热介质输送管道与首效蒸馏器21内的螺旋式换热管212的上端连通(图中未示出)，该螺旋式换热管212的下端与太阳能集热装置1的液态换热介质的回流管道连通(图中未示出)；

首效蒸馏器21经过气态换热介质通过释放汽化潜热后实现海水淡化功能，蒸馏室211内的螺旋式换热管212可以有效的增加换热面积，提高换热效率；二效蒸馏器22、三效蒸馏器23为多效蒸馏装置2中的第二效和第三效，其是利用“在密闭空间内，一定范围内气压越低、水的沸点越低”的原理，和“加热蒸发海水，冷凝得到淡水”的原理，进行海水的蒸发淡化；

海水波浪能利用装置3包括波浪能利用机构31和浮体单元32；太阳能集热装置1、多效蒸馏装置2和波浪能利用机构31均安装于浮体单元32上；波浪能利用机构31包括波浪能收集单元、曲柄连杆机构(图中未示出)和海水泵313；

波浪能收集单元包括中心轴311和壳体312，壳体312安装在中心轴311上并能在波浪能的作用下绕中心轴311在一定角度内往复摆动以将波浪能转换成往复机械能；

曲柄连杆机构的曲柄部分安装在中心轴311的末端，曲柄连杆机构的连杆部分安装在海水泵313上并能带动海水泵313抽取海水；

海水泵313的第一输出端与首效蒸馏器21上的喷头连通，海水泵313的第二输出端与二效蒸馏器22上的喷头连通，海水泵313的第三输出端与三效蒸馏器23上的喷头连通。

结合图1、图3和图4所示，优选地，太阳能集热装置1包括多个集热板；每个集热板均包括多根太阳能集热管11，该多根太阳能集热管11上下联通形成循环***；

每根太阳能集热管11均包括金属内管111、金属翅片112、吸液棉芯113和玻璃外管114；

金属内管111为铜管，由于采用导热性极好的金属铜作为吸热涂层的载体，吸收太阳能的热量后可直接由铜传导给管内液体换热工质；金属内管111的外壁上焊接有金属翅片112，吸液棉芯113轴向贯穿于金属内管111的管内；

金属内管111和金属翅片112的外壁上均设有吸热涂层，金属内管111的管内充注有换热工质，金属内管111包括热管冷凝段和热管蒸发段；

玻璃外管114的内壁与金属内管111的外壁之间形成一密封空间，该密封空间的气压为0.03－0.07Pa，以减少由于空气对流和热传导造成的热量损失。优选地，换热工质为酒精；

由于设有吸液棉芯113，吸液棉芯113可从金属内管111的下端的液态换热工质聚集区吸收换热工质，被吸引的换热工质在毛细作用下沿着吸液棉芯113通向太阳能集热管11的干燥区并吸收热量，使热管蒸发段无换热工质部分保持湿润状态，这样可解决金属内管111上端无换热工质吸热而造成的换热效率低下及吸热涂层易高温损坏的技术问题；即，本发明的热管式太阳能集热管11具有太阳能利用率高，吸热涂层不易损坏的特点。

优选地，太阳能集热装置1包括三个集热板，三个集热板呈“几”字形排列。

优选地，吸液棉芯113的长度与金属内管111的长度相等，吸液棉芯113通过弹性卡簧固定于金属内管111内。

优选地，金属内管111的横向截面面积的40％大于等于吸液棉芯113的横向截面面积，这样可为管内蒸汽状态的换热工质的流动提供足够的空间，管内加有吸液棉芯1133的启动速度比未加吸液芯快70％－80％；金属内管111的管内充注的换热工质的体积小于等于金属内管111的容积的三分之一，液态换热工质聚集于铜管的下端，部分吸液棉芯1133浸没在换热工质中，其余的铜管体积则无换热工质浸没，因此该热管无需等到加热所有换热工质便可开始全功率工作，这样就缩短热管启动时间；。

优选地，吸液棉芯113由多股天然纤维或人造纤维丝编织而成，这样的吸液棉芯1133具有良好的吸水性，且其疏松的结构起着毛细管的作用，增强了对液体的传导作用；

玻璃外管114的内壁与金属内管111的外壁之间形成的密封空间的气压为0.04－0.06Pa；换热工质为酒精。

如图2所示，优选地，波浪能收集单元的壳体312呈鸭蛋形，壳体312包括固定外壳、转动外壳，固定外壳安装在中心轴311上。

优选地，首效蒸馏器21的蒸汽出口与二效蒸馏器22的蒸汽入口、二效蒸馏器22的蒸汽出口与三效蒸馏器23的蒸汽入口均通过蒸汽输送管连通；优选地，蒸汽输送管内安装有空气压力阀。

在此对本实施例的海水淡化***的多效蒸馏装置2的工作原理进行简单说明：

多效蒸馏装置2的首效蒸馏器21通过螺旋式换热管212内的气态工质与喷头喷洒下来的海水进行热量交换；热量交换过程中，部分海水蒸发；蒸发过后剩下的高盐度海水被来不及蒸发的物料海水从第二通孔214冲下回收管道，从多效蒸馏装置2内排出；因达到沸点而蒸发的水蒸气，带着从气态工质中得到的热量，被输送到二效蒸馏器22的换热管中心，并通过换热管中心的管壁与第二效的物料海水进行热交换，热交换后被收集到淡水收集单元24内；在此过程中，与二效蒸馏器22的换热管进行热交换的海水部分蒸发，蒸发过后剩下的高盐度海水被来不及蒸发的物料海水从第二通孔214冲下回收管道，从多效蒸馏装置2内排出；因达到沸点而蒸发的水蒸气，带着从气态工质中得到的热量，被输送到三效蒸馏器23的换热管中心，并通过换热管中心的管壁与第三效的物料海水进行热交换，热交换后被收集到淡水收集单元24内。

综上，本发明的海水淡化***与现有技术相比具有如下有益效果：

太阳能集热装置1可以利用太阳能来提供能量供多效蒸馏装置2蒸馏海水，这样既利用了清洁能源，不会产生二次污染，又节约了能源使用成本；同时海水波浪能利用装置3能够将海水中蕴含的波浪能转化为机械能输出，既去除了臃肿的电池组结构，又减少中间能量二次转化环节，提高了能量利用效率，使得装置制造、维护成本都相对较低。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海水淡化***，其特征在于，包括太阳能集热装置、多效蒸馏装置和海水波浪能利用装置；

所述多效蒸馏装置包括首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器和淡水收集单元；所述首效蒸馏器、二效蒸馏器和三效蒸馏器均包括蒸馏室和设于所述蒸馏室内的螺旋式换热管；

所述首效蒸馏器的蒸汽出口与所述二效蒸馏器的蒸汽入口连通，所述二效蒸馏器的蒸汽出口与所述三效蒸馏器的蒸汽入口连通，所述三效蒸馏器的蒸汽出口与所述淡水收集单元连通；

所述首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器的蒸馏室的顶部均开设有第一通孔，所述第一通孔处安装有能够喷洒海水以与所述螺旋式换热管内的换热工质进行热交换的喷头；所述首效蒸馏器、二效蒸馏器、三效蒸馏器的蒸馏室的底部均开设有用于使所述喷头喷出的海水经热交换后流出的第二通孔；

所述太阳能集热装置的气态换热介质输送管道与所述首效蒸馏器内的螺旋式换热管的上端连通，该螺旋式换热管的下端与所述太阳能集热装置的液态换热介质的回流管道连通；

所述海水波浪能利用装置包括波浪能利用机构和浮体单元；所述太阳能集热装置、多效蒸馏装置和波浪能利用机构均安装于所述浮体单元上；所述波浪能利用机构包括波浪能收集单元、曲柄连杆机构和海水泵；

所述波浪能收集单元包括中心轴和壳体，所述壳体安装在所述中心轴上并能在波浪能的作用下绕所述中心轴在一定角度内往复摆动以将波浪能转换成往复机械能；

所述曲柄连杆机构的曲柄部分安装在所述中心轴的末端，所述曲柄连杆机构的连杆部分安装在所述海水泵上并能带动所述海水泵抽取海水；

所述海水泵的第一输出端与所述首效蒸馏器上的喷头连通，所述海水泵的第二输出端与所述二效蒸馏器上的喷头连通，所述海水泵的第三输出端与所述三效蒸馏器上的喷头连通。

2.如权利要求1所述的海水淡化***，其特征在于，所述太阳能集热装置包括多个集热板；每个所述集热板均包括多根太阳能集热管，该多根太阳能集热管上下联通形成循环***；

每根所述太阳能集热管均包括金属内管、金属翅片、吸液棉芯和玻璃外管；

所述金属内管为铜管；所述金属内管的外壁上焊接有所述金属翅片，所述吸液棉芯轴向贯穿于所述金属内管的管内；

所述金属内管和金属翅片的外壁上均设有吸热涂层，所述金属内管的管内充注有换热工质，所述金属内管包括热管冷凝段和热管蒸发段；

所述玻璃外管的内壁与所述金属内管的外壁之间形成一密封空间，该密封空间的气压为0.03－0.07Pa。

3.如权利要求2所述的海水淡化***，其特征在于，所述太阳能集热装置包括三个集热板，三个所述集热板呈“几”字形排列。

4.如权利要求2所述的海水淡化***，其特征在于，所述吸液棉芯的长度与所述金属内管的长度相等，所述吸液棉芯通过弹性卡簧固定于所述金属内管内。

5.如权利要求2所述的海水淡化***，其特征在于，所述金属内管的横向截面面积的40％大于等于所述吸液棉芯的横向截面面积；所述金属内管的管内充注的换热工质的体积小于等于所述金属内管的容积的三分之一。

6.如权利要求2所述的海水淡化***，其特征在于，所述吸液棉芯由多股天然纤维或人造纤维丝编织而成；

所述玻璃外管的内壁与所述金属内管的外壁之间形成的密封空间的气压为0.04－0.06Pa；所述换热工质为酒精。

7.如权利要求1所述的海水淡化***，其特征在于，所述波浪能收集单元的壳体呈鸭蛋形，所述壳体包括固定外壳、转动外壳，所述固定外壳安装在所述中心轴上。

8.如权利要求1所述的海水淡化***，其特征在于，所述首效蒸馏器的蒸汽出口与所述二效蒸馏器的蒸汽入口、所述二效蒸馏器的蒸汽出口与所述三效蒸馏器的蒸汽入口均通过蒸汽输送管连通。

9.如权利要求8所述的海水淡化***，其特征在于，所述蒸汽输送管内安装有空气压力阀。