CN112624240B - 一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法 - Google Patents

一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法 Download PDF

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Abstract

一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，将积极式脱盐装置置于海水上进行蒸汽生成；积极式脱盐装置包括光热织物和支撑架；支撑架包括固定机构、滑动机构和夹持装置；固定机构由支撑结构和位于支撑结构上的两列相互平行的固定导轨阵列构成；滑动机构上两道平行的滑动轨道，滑动轨道呈正弦曲线；夹持器的两端分别穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内；蒸汽生成时，两道平行的滑动轨道深入海水中振幅的1/15～1/10，且牵引机构驱动两道平行的滑动轨道往复运动，往复运动的单程长度为L，往复运动的频率为3～5次/12h；在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.35～1.47kg/(m2·h)，且避免晶体盐析出。

Description

一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法。
背景技术
淡水的缺乏一直以来都吸引着众多科研人员的关注，利用光热技术进行水蒸气生成的方法取得了长足的进步，但是距离产业化大规模应用仍然需要解决一些关键问题，其中使用过程中结盐的问题便是需要重点解决的内容。现阶段，防止结盐的工作众多，但是大多集中在被动脱盐的研究上，主要手段是利用低浓度海水不断稀释高浓度海水来实现，或者是利用海水洗刷已经析出的固体盐。低浓度海水不断稀释高浓度海水的途径无可避免的会出现光热体温度无法升高的问题，不断输入的低浓度海水会带走更多的热量，此种方法的重点在于平衡输水量和蒸发量的平衡，此平衡点的考量常处于不稳定情况，既会因为太阳光的强度不同而出现平衡转移问题；利用海水洗刷已经析出的固体盐的手段无法避免已经析出的固体盐降低太阳光吸收效率的问题。
因此，设计一种能够主动脱盐的装置可以有效的解决以上问题，为光热技术生成蒸汽提供新的策略。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，将积极式脱盐装置置于海水上进行蒸汽生成；积极式脱盐装置包括光热织物和支撑架；
支撑架包括固定机构、滑动机构和夹持装置；
固定机构由支撑结构和位于支撑结构上的两列相互平行的固定导轨阵列构成，每列固定导轨阵列包括n个固定导轨，固定导轨上设有竖直方向的通道；
滑动机构上两道平行的滑动轨道，滑动轨道呈正弦曲线，正弦曲线的振幅≤固定导轨上通道的高度；两道平行的滑动轨道同时与牵引机构连接；
夹持装置包括n个平行设置的夹持器，夹持器的两端分别穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内；滑动轨道用于夹持器在滑动轨道中运动，固定导轨上的通道用于限制夹持器在滑动轨道中运动时不偏移；
光热织物连续穿过n个平行设置的夹持器，被夹持器夹持；光热织物的芯吸速度为80～130mm/10min；
蒸汽生成时，积极式脱盐装置中的两道平行的滑动轨道深入海水中一定高度，且牵引机构驱动两道平行的滑动轨道沿着轨道的长度方向往复运动，往复运动的单程长度为L，M≤L≤3*M，往复运动的频率为3～5次/12h(每次往复运动是指从起始位置运动到终点位置，再回到起始位置的运动)，M为正弦曲线的相邻波峰连线长度的一半。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，正弦曲线的振幅为1～2m，角频率为π/3～π。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，竖直方向的通道是在呈长方体I的固定块上设沿高度方向的条形通道形成，条形通道用于夹持器在其中上下往复运动。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，夹持器由长方体II和两侧的杆组成，长方体II上设沿长度方向的长条形缝隙，杆为圆柱状，杆的直径为2～4cm，杆穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内并可上下往复运动。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，滑动轨道由两根呈正弦曲线的杆平行放置，且两端固定连接形成；牵引机构包括往复导杆，往复导杆与两道滑动轨道的一端固定连接，用于两道滑动轨道沿着轨道的长度方向做往复运动；往复导杆由滚株丝杆模组、直线电机或凸轮机构驱动。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，每列固定导轨阵列中的相邻固定导轨的间距为0.3～0.8m。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，夹持器对光热织物的夹持压力为20～40N。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，光热织物为碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积有碳纳米管或者石墨烯的织物，克重为200～400g/m2。
如上所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，一定高度为正弦曲线的振幅的1/15～1/10，在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.35～1.47kg/(m2·h)，且使用过程中无固体盐出现。
本发明的原理是：
本发明中采用牵引机构控制滑动机构做往复运动，在固定机构的约束下，达到控制夹持器做上下运动，从而带动光热织物有规律的沉降(即上下往复运动)，以实现在水蒸气蒸发过程中不出现固体盐的效果。首先，将若干个夹持器握持住光热织物，并将夹持器两端的圆柱轴依次穿过滑动机构的滑动轨道和固定导轨上的通道，滑动机构的一端固定有往复导杆，往复导杆连接有直线往复运动结构；随后，通过控制外接直线往复运动结构实现滑动机构做水平往复运动，滑动机构运动过程中，可控制夹持器在其滑动轨道的接触面内滑动，又因固定机构的约束作用，所有夹持器都会做沿固定机构上下的运动。
装置运行过程中，控制滑动机构做前后往复运动，每次往复运动的最远移动距离不小于为相邻波峰连线长度的一半，当曲线导轨移动至最远移动距离后，进行反方向移动，移动至原始位置后，依次循环。夹持器也在同时进行上下运动，不断将浸没在海水中的织物拉出水面，同时将正参与太阳光吸收的光热织物区域浸没至海水中。此过程中，未浸没至海水中的光热织物不断吸收太阳光升温，并将其表面的水分蒸发，其表面的海水的盐分的浓度亦不断升高，因光热织物的上下移动，光热织物的所有区域会经历光热蒸汽生成阶段和浸没至海水阶段，刚刚被拉出海面的织物区域的的织物中海水的浓度与大海中的海水浓度一致，随后经历光热蒸汽生成阶段，海水中盐分的浓度不断增减直至临近至饱和，此时，临近至饱和区域的光热织物会被浸没至海水中，使其表面不会出现固体盐。在此过程中，曲线导轨的往复移动速度适中，既避免了光热织物表面的海水的盐分远未达到饱和时被浸没至海水中，也避免了因移动速度过慢而出现局部区域海水浓度达到饱和而析出盐分的情况，可以水蒸气蒸发量的高效率和持续性。
有益效果
本发明的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，通过控制曲线导轨的往复移动速度适中，既避免了光热织物表面的海水的盐分远未达到饱和时被浸没至海水中，也避免了因移动速度过慢而出现局部区域海水浓度达到饱和而析出盐分的情况，可以水蒸气蒸发量的高效率和持续性。
附图说明
图1为本发明的积极式脱盐装置的结构示意图；
图2为本发明的积极式脱盐装置的局部结构示意图；
其中，1-光热织物，2-夹持器，3-正弦曲线的杆，4-固定导轨，5-往复导杆，6-杆，7-滑动轨道，8- 条形通道。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，将积极式脱盐装置置于海水上进行蒸汽生成；积极式脱盐装置包括光热织物和支撑架；
支撑架包括固定机构、滑动机构和夹持装置；
固定机构由支撑结构和位于支撑结构上的两列相互平行的固定导轨阵列构成，每列固定导轨阵列包括n个固定导轨，固定导轨上设有竖直方向的通道；
滑动机构上两道平行的滑动轨道，滑动轨道呈正弦曲线，正弦曲线的振幅≤固定导轨上通道的高度；两道平行的滑动轨道同时与牵引机构连接；
夹持装置包括n个平行设置的夹持器，夹持器的两端分别穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内；滑动轨道用于夹持器在滑动轨道中运动，固定导轨上的通道用于限制夹持器在滑动轨道中运动时不偏移；
光热织物连续穿过n个平行设置的夹持器，被夹持器夹持；光热织物的芯吸速度为80～130mm/10min；
蒸汽生成时，积极式脱盐装置中的两道平行的滑动轨道深入海水中一定高度，且牵引机构驱动两道平行的滑动轨道沿着轨道的长度方向往复运动，往复运动的单程长度为L，M≤L≤3*M，往复运动的频率为3～5次/12h(每次往复运动是指从起始位置运动到终点位置，再回到起始位置的运动)，M为正弦曲线的相邻波峰连线长度的一半。
正弦曲线的振幅为1～2m，角频率为π/3～π。
竖直方向的通道是在呈长方体I的固定块上设沿高度方向的条形通道形成，条形通道用于夹持器在其中上下往复运动。
夹持器由长方体II和两侧的杆组成，长方体II上设沿长度方向的长条形缝隙，杆为圆柱状，杆的直径为2～4cm，杆穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内并可上下往复运动。
滑动轨道由两根呈正弦曲线的杆平行放置，且两端固定连接形成；牵引机构包括往复导杆，往复导杆与两道滑动轨道的一端固定连接，用于两道滑动轨道沿着轨道的长度方向做往复运动；往复导杆由滚株丝杆模组、直线电机或凸轮机构驱动。
每列固定导轨阵列中的相邻固定导轨的间距为0.3～0.8m。
夹持器对光热织物的夹持压力为20～40N。
光热织物为碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积有碳纳米管或者石墨烯的织物，克重为 200～400g/m2。
一定高度为正弦曲线的振幅的1/15～1/10，在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为 1.35～1.47kg/(m2·h)，且使用过程中无固体盐出现。
实施例1
一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其过程如下：
(1)制造支撑架：如图1所示，支撑架包括固定机构、滑动机构和夹持装置；
固定机构由支撑结构和位于支撑结构上的两列相互平行的固定导轨阵列构成，每列固定导轨阵列包括n个固定导轨，每列固定导轨阵列中的相邻固定导轨的间距为0.4m；固定导轨上设有竖直方向的通道；竖直方向的通道是在呈长方体I的固定块上设沿高度方向的条形通道8形成，条形通道用于夹持器在其中上下往复运动；
滑动机构上由两根呈正弦曲线的杆3平行放置，且两端固定连接形成两道平行的滑动轨道7，滑动轨道呈正弦曲线，正弦曲线的振幅为1.2m，角频率为π/3,正弦曲线的振幅等于固定导轨上通道的高度；两道平行的滑动轨道同时与牵引机构的往复导杆5固定连接，用于两道滑动轨道沿着轨道的长度方向做往复运动；往复导杆由直线电机驱动；
夹持装置包括n个平行设置的夹持器，夹持器由长方体II和两侧的杆6组成，长方体II上设沿长度方向的长条形缝隙，杆为圆柱状，杆的直径为2.5cm，杆穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内并可上下往复运动；
(2)组装积极式脱盐装置：芯吸速度为95mm/10min的光热织物1连续穿过n个平行设置的夹持器2，被夹持器夹持，夹持器对光热织物的夹持压力为30N，得到积极式脱盐装置；光热织物为碳纤维织成的克重为238g/m2的织物；
将积极式脱盐装置置于海水上进行蒸汽生成，蒸汽生成时，积极式脱盐装置中的两道平行的滑动轨道3深入海水中一定高度(正弦曲线的振幅的1/12)，且牵引机构驱动两道平行的滑动轨道沿着轨道的长度方向往复运动，往复运动的单程长度为L，L等于正弦曲线的相邻波峰连线长度的一半，往复运动的频率为4次/12h；在两道平行的滑动轨道沿着轨道的长度方向往复运动时，夹持器的圆柱形杆会紧贴滑动轨道移动，并同时在固定导轨4的约束下做上下运动，因光热织物在夹持器的压力作用下，其会随着夹持器做沉降运动，此时浸没至海水中的部分织物会拉出海面，正在进行光热蒸汽生成的部分织物会浸没至海水中；
蒸汽生成的效率为：在一个标准模拟太阳光下(1kw/m2)，水蒸气蒸发量为1.43kg/(m2·h)，且使用过程中无固体盐出现。

Claims (9)

1.一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征是：将积极式脱盐装置置于海水上进行蒸汽生成；积极式脱盐装置包括光热织物和支撑架；
支撑架包括固定机构、滑动机构和夹持装置；
固定机构由支撑结构和位于支撑结构上的两列相互平行的固定导轨阵列构成，每列固定导轨阵列包括n个固定导轨，固定导轨上设有竖直方向的通道；
滑动机构上设两道平行的滑动轨道，滑动轨道呈正弦曲线，正弦曲线的振幅≤固定导轨上通道的高度；两道平行的滑动轨道同时与牵引机构连接；
夹持装置包括n个平行设置的夹持器，夹持器的两端分别穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内；
滑动轨道用于夹持器在滑动轨道中运动，固定导轨上的通道用于限制夹持器在滑动轨道中运动时不偏移；
光热织物连续穿过n个平行设置的夹持器，被夹持器夹持；光热织物的芯吸速度为80~130mm/10min；
蒸汽生成时，积极式脱盐装置中的两道平行的滑动轨道深入海水中一定高度，且牵引机构驱动两道平行的滑动轨道沿着轨道的长度方向往复运动，往复运动的单程长度为L，M≤L≤3*M，往复运动的频率为3~5次/12h；其中，M为正弦曲线的相邻波峰连线长度的一半。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，正弦曲线的振幅为1~2m，角频率为π/3~π。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，竖直方向的通道是在呈长方体I的固定块上设沿高度方向的条形通道形成，条形通道用于夹持器在其中上下往复运动。
4.根据权利要求3所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，夹持器由长方体II和两侧的杆组成，长方体II上设沿长度方向的长条形缝隙，杆为圆柱状，杆的直径为2~4cm，杆穿过两道平行的滑动轨道并分别限位于相对而设的固定导轨上的通道内并可上下往复运动。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，滑动轨道由两根呈正弦曲线的杆平行放置，且两端固定连接形成；牵引机构包括往复导杆，往复导杆与两道滑动轨道的一端固定连接，用于两道滑动轨道沿着轨道的长度方向做往复运动；往复导杆由滚株丝杆模组、直线电机或凸轮机构驱动。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，每列固定导轨阵列中的相邻固定导轨的间距为0.3~0.8m。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，夹持器对光热织物的夹持压力为20~40N。
8.根据权利要求1所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，光热织物为碳纤维或者聚吡咯纱线制成的织物或者沉积有碳纳米管或者石墨烯的织物，克重为200~400g/m2。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的一种用于太阳能蒸汽生成的积极式脱盐方法，其特征在于，一定高度为正弦曲线的振幅的1/15~1/10，在一个标准模拟太阳光下（1kw/m2），水蒸气蒸发量为1.35~1.47kg/(m2·h)。
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