CN112850833A - 海水淡化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海水淡化设备，属于海水淡化技术领域。通过设计自冷凝蒸发***对水蒸气进行快速降温，便于收集淡水；同时，不需要额外单独设置冷凝器，大大降低设备成本。并且，水蒸气冷凝过程中的排放的热量会被蒸发装置中的海水吸收进行蒸发淡化，进而大大提高海水淡化效率。与现有技术相比，本发明提供的海水淡化设备具有较高的资源利用率和海水淡化效率；同时，结构简单，成本较低，便于推广。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，尤其是一种海水淡化设备。
背景技术
我国海岸线长，一些岛屿和沿海盐碱地区以及内陆苦咸水地区均属缺乏淡水。严重影响当地群众身体健康和制约当地的经济发展。
针对上述问题，现阶段的通常做法是采用跨区域引水或者通过海水淡化的方式来解决。跨区域引水工程量巨大。海水淡化主要有蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等。其中，最常见的海水淡化方法为蒸馏法。
在蒸馏法进行海水淡化的过程中，海水中的水分高温蒸发然后通过冷凝形成淡水。由于水蒸气不易收集存储，因此需要对其进行快速降温使其冷凝成水滴收集。现有技术中，为了便于快速收集淡水，通常额外增设冷凝器对高温水蒸气进行冷凝。这种方式不仅增加设备投入成本，同时高温水蒸气冷凝过程中会排放大量的热量，这部分热量全部损失，造成能源浪费。
发明内容
本发明提供了一种太阳能集热式海水淡化设备，通过设计自冷凝蒸发***对水蒸气进行快速降温，便于收集淡水；同时，不需要额外单独设置冷凝器，大大降低设备成本。并且，水蒸气冷凝过程中的排放的热量会被蒸发装置中的海水吸收进行蒸发淡化，进而大大提高海水淡化效率。
为实现上述目的，提供以下方案：
一种海水淡化设备，包括：存储装置、蒸发装置、冷凝装置以及收集装置；
其中，所述存储装置的顶部开口，用于存储海水；
所述蒸发装置与存储装置连通，用于海水蒸发的蒸发装置；
所述冷凝装置包括冷凝管，所述冷凝管的一端与蒸发装置连通，对蒸发的水蒸气进行引流和冷凝；
所述收集装置包括与冷凝管的另一端连通的淡水收集部，所述淡水收集部用于收集淡化后的淡水；
该海水淡化设备还包括自冷凝蒸发***，该自冷凝蒸发***包括：
延展于所述存储装置内的至少部分所述冷凝管以及罩于所述存储装置的冷凝机构，所述冷凝机构与所述淡水收集部连通。
在一个可能的实施例中，本申请提供的海水淡化设备采用太阳能进行海水蒸发，以节约能源。具体的，所述蒸发装置包括：
蒸发器，与所述存储装置连通，用于海水蒸发；
集热器，用于反射太阳光对蒸发器进行加热，所述集热器至少具有水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度；
调节组件，与所述集热器连接，用于调节集热器转动。
优选地，所述集热器的内壁面为双曲面或抛物面。
优选地，所述调节组件包括：
水平转动机构，用于调节集热器在水平面内360°转动；
仰角转动机构，设于水平转动机构上，用于调节集热器在竖直平面内进行仰角调整。
优选地，所述冷凝机构包括尖顶状结构或者倒V形结构的顶部。
优选地，所述冷凝机构包括锥形结构的底部。
优选地，所述淡水收集部位于冷凝机构的下方并与所述冷凝机构的底部连通。
优选地，所述冷凝管延展于所述存储装置内部的部分包括至少一处弯曲或弯折段。
优选地，所述冷凝管的弯折段为螺旋形结构、Z形弯折转向结构或蛇形结构。
在进一步的实施例中，上述实施例中的海水淡化设备，还包括：
集盐装置，用于收集海水蒸发后剩余的盐分，所述集盐装置包括：
第一集盐器，与蒸发器的底部连通；
第二集盐器，与存储装置的底部连通。
有益效果：本发明提供的海水淡化设备能够提高海水淡化效率；同时，能够提高能源利用效率，降低能源损耗，继而促进经济效益与社会效益的提升。
附图说明
图1是本发明的实施例一的海水淡化设备的结构示意图。
图2是本发明的实施例二的海水淡化设备的结构示意图。
图3是本发明的集热器与调节组件的结构示意图。
图4是本发明的集热器与仰角转动机构的结构示意图。
图5是本发明的集热器的结构示意图。
图1至图5中的各标注为：存储装置10、蒸发装置20、蒸发器21、集热器22、反射镜面221、调节组件23、水平转动机构231、调节转盘2311、调节转轴2312、调节电机2313、调节减速机2314、仰角转动机构232、调节支架2321、调节气缸2322、冷凝装置30、收集装置40、淡水收集部41、冷凝机构50、第一集盐器61、第二集盐器62、光伏发电板70。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
经研究发现，目前海水淡化主要有蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等。其中，最常见的海水淡化方法为蒸馏法。在蒸馏法进行海水淡化的过程中，海水中的水分高温蒸发然后通过冷凝形成淡水。由于水蒸气不易收集存储，因此需要对其进行快速降温使其冷凝成水滴收集。现有技术中，为了便于快速收集淡水，通常额外增设冷凝器对高温水蒸气进行冷凝。这种方式不仅增加设备投入成本，同时高温水蒸气冷凝过程中会排放大量的热量，这部分热量全部损失，造成能源浪费。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种海水淡化设备来解决现有技术中存在的问题。具体的，该海水淡化设备包括存储装置10、蒸发装置20、冷凝装置30、收集装置40以及自冷凝蒸发***。
存储装置10的顶部开口。本实施例中，存储装置10为顶部开口的海水储罐，海水储罐内存储有大量的海水。
蒸发装置20与存储装置10连通，蒸发装置20利用热量将存储装置10供给的海水加热蒸发产生水蒸气；同时，随着蒸发装置20中海水的减少，存储装置10持续向蒸发装置20中供应海水。蒸发装置20至少包括蒸发器21。该蒸发器21与海水储罐连通以获得用于蒸发的海水。同时，为了实现海水蒸发，需要有稳定的热源供应。现有技术中这种方式有很多，包括但不限于锅炉加热、电加热以及太阳能加热。其中，太阳能为可再生清洁能源，因此被较为广泛的应用。本实施例中，蒸发装置20还包括集热器22，通过集热器22收集反射太阳光对蒸发器21进行加热，从而使蒸发器21中的海水受热蒸发。
冷凝装置30包括冷凝管。该冷凝管的一端与蒸发装置20连通，对蒸发的水蒸气进行引流。水蒸气在冷凝管中逐渐冷却，继而冷凝成水滴。
收集装置40包括淡水收集部41。淡水收集部41与冷凝管远离蒸发装置20的一端连通，以收集冷凝管中冷凝的水滴，形成淡水。
自冷凝蒸发***包括延展于存储装置10的至少部分冷凝管以及罩于存储装置10的冷凝机构50。延展于存储装置10的冷凝管中的高温水蒸气通过热交换与存储装置10中的海水进行热交换，使得冷凝管中的水蒸气快速降温冷凝并流入淡水收集部41中，提高海水淡化效率。同时，存储装置10中的海水升温，使得存储装置10中的部分海水蒸发并在冷凝机构50上冷凝，然后流入淡水收集部41中；在该过程中，冷凝管中的高温水蒸气的热量被收集利用进行海水蒸发淡化，既能提高海水淡化效率，又提高能源利用率。与现有技术相比，本申请的技术方案不需要设置单独的冷凝器，也能在一定程度上降低设备成本；同时，结构简单，易于推广使用。
而为了提高冷凝管中的水蒸气与存储装置10中的热交换程度，本实施例中采用增加冷凝管延展于所述存储装置10内部的部分的长度的方式，来增加水蒸气的流动路径，从而提高水蒸气的冷凝时间，进而实现较为彻底的热交换。而这种增加冷凝管延展于所述存储装置10内部的部分的长度的方式可以为在冷凝管延展于所述存储装置10内部的部分设置至少一处弯曲或弯折段。具体的，这种弯曲或者弯折段可以是螺旋形结构、Z形弯折转向结构或蛇形结构。
海水储罐中海水蒸发遇到冷凝机构50后在冷凝机构50的顶部冷凝成水滴，如果不及时将这些水滴进行引流，水滴越积越大,进而会再次滴落至海水储罐中。而为了防止这种情况，在进一步的实施例中，冷凝机构50的顶部设计成倒V形结构或者尖顶形结构，则当水蒸气在冷凝机构50的顶部冷凝后形成的水滴在自身重力作用下，沿冷凝机构50倾斜的顶部向两侧流动至冷凝机构50的侧壁，从而避免冷凝机构50顶部冷凝的水滴重新滴落至海水储罐中。同时，为了快速收集冷凝的水滴，将冷凝机构50的底部设计成锥形结构，从而使水滴快速向冷凝机构50的底部中心集聚。而淡水收集部41位于冷凝机构50的下方；并且，该淡水收集部41与冷凝机构50的底部连通，从而使得向冷凝机构50底部中心集聚的水滴快速流入淡水收集部41。
海水蒸发后，会导致剩余的海水的浓度增加，而当浓度达到一定的临界点是，则会有部分盐分结晶析出。因此，海水淡化设备包括集盐装置。该集盐装置包括第一集盐器61和第二集盐器62。其中，第一集盐器61与蒸发装置20的底部连通。第二集盐器62与存储装置10的底部连通。在海水蒸发过程中，第一集盐器61与蒸发装置20之间以及第二集盐器62与存储装置10通过关闭的阀体（图中未画出）断开二者的联系，当蒸发装置20和存储装置10中的海水达到一定的浓度时，打开阀体将高浓度的海水收集到第一集盐器61和第二集盐器62中。这样做的好处是避免盐分在蒸发装置20和存储装置10中结晶凝结，降低清理的难度。而存储装置10中的海水补入可以通过单独设置输送管路（图中未画出）向存储装置10中供应海水来实现。该输送管路需要贯穿冷凝机构50。而输送管路的动力输入可以通过水泵予以实现。
实施例二
实施例一采用太阳能的方式对蒸发装置20进行加热，具体的采用集热器22反射太阳光对蒸发器21进行加热。而随着太阳的东升西落以及季节变化，太阳在竖直方向的照射的角度发生变化。因此如何使集热器22能够最大化的反射太阳光，从而实现太阳能收集利用的效率成为亟需解决的问题。
实施例二提供的技术方案是在实施例一的基础上进行改进。如图2所示，实施例二也提供一种海水淡化设备，包括存储装置10、蒸发装置20、冷凝装置30、收集装置40以及自冷凝蒸发***。其中，存储装置10、冷凝装置30、收集装置40以及自冷凝蒸发***与实施例一的技术方案相同。唯一的区别为蒸发装置20的具体结构存在差异。
具体的，蒸发装置20包括蒸发器21、集热器22以及调节组件23。其中，蒸发器21与存储装置10连通，用于吸收热量对海水进行加热，加快海水蒸发速率。集热器22用于反射太阳光对蒸发器21进行加热。调节组件23与集热器22连接，用于调节集热器22转动，从而使集热器22至少具有水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度。
结合图3和图4，调节组件23包括水平转动机构231和仰角转动机构232。其中，水平转动机构231用于调节集热器22在水平面内360°转动。仰角转动机构232设于水平转动机构231上，用于调节集热器22在竖直平面进行仰角调整。通过调节组件23使集热器22跟随太阳一起转动，当太阳的照射角度发生变化时，调节组件23能够驱动集热器22调整太阳照射集热器22的角度，从而使集热器22能够最大化收集太阳光，并将太阳光反射至蒸发器21，以对蒸发器21进行加热，使蒸发器21中的海水蒸发。通过调节集热器22的角度，可以根据光线的角度调整收集面的角度，提高能量利用率。
水平转动机构231包括调节转盘2311、调节转轴2312、调节电机2313以及调节减速机2314。调节转轴2312的顶端与调节转盘2311的底部中心固定连接，调节转轴2312的底端与调节减速机2314的输出端固定连接。调节电机2313与调节减速机2314连接，当调节电机2313运行时，通过调节减速机2314带动调节转轴2312转动，调节转轴2312进而带动调节转盘2311转动。
仰角转动机构232包括调节支架2321以及调节气缸2322。调节支架2321的底端与调节转盘2311的顶面靠近边缘的位置固定连接，调节支架2321的顶端与集热器22的侧壁转动连接。调节气缸2322的伸缩杆的端部与调节支架2321的侧边靠近底部的一端铰接，调节气缸2322的缸体一端与集热器22的侧壁转动连接；另外，调节气缸2322的缸体与调节支架2321的顶端在水平方向具有一定的距离。
随着太阳的东升西落以及季节变化，太阳在竖直方向的照射的角度发生变化。利用调节气缸2322的伸缩带动集热器22转动调整集热器22的仰角，使集热器22能够最大化的反射太阳光，从而实现太阳能收集利用的效率。而在太阳东升西落过程汇总，太阳与集热器22在水平方向夹角也在不断改变。通过水平转动机构231能够带动集热器22周向转动，从而使集热器22与太阳在水平方向的夹角保持固定，从而进一步提升集热器22收集太阳能的效率。通过提高对太阳能的收集利用效率，能够使蒸发器21保持较高的温度，从而提高蒸发器21中海水的蒸发效率，提升海水淡化设备的海水淡化效率。
在进一步的实施例中，太阳能集热式海水淡化设备还包括光伏发电板70，光伏发电板70设于冷凝罩的顶部。当太阳照射光伏发电板70时，光伏发电板70能够将光能转变为电能，而产生电能可以用于供应太阳能集热式海水淡化设备中调节电机2313以及调节气缸2322，从而能够进一步提升清洁能源的利用率。
结合图5，集热器22为筒形结构，集热器22的一端向内凹陷形成弧形结构的反射镜面221。当阳光正向照射集热器22的反射镜面221时，集热器22的反射镜面221将照射的阳光向其反射镜面221的焦点集中。因此，如果要最大化蒸发器21的加热效率，则尽量将蒸发器21置于集热器22的反射镜面221的焦点位置，从而利用集中的阳光为蒸发器21提供热源，使蒸发器21保持较高的温度，以加快蒸发器21中的海水蒸发速率，从而提高海水淡化的速率。
在进一步的实施例中，集热器22的内壁面为双曲面、抛物面，至少部分区域为双曲面或抛物面，提高集热器22的聚热性能，增强能量的利用率。
工作原理：首先，调节组件23带动集热器22转动使集热器22将太阳照射的光发射至蒸发器21对蒸发器21进行加热，蒸发器21内的海水受热蒸发汽化并进入冷凝管。其次，蒸汽沿冷凝管流通，存储装置10中海水通过热交换使冷凝管的水蒸气降温冷凝形成冷凝水，冷凝管中的冷凝水从冷凝管的端部流出至淡水收集部41。然后，存储装置10中的海水受热温度升高蒸发汽化，蒸汽上升遇到冷凝机构50并在冷凝机构50的顶部内壁冷凝成液滴。最后，冷凝机构50顶部冷凝的液滴在自身重力作用下沿冷凝机构50内壁向下流动并从冷凝机构50的底部流入淡水收集部41。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种海水淡化设备，包括：
存储装置，顶部开口，用于存储海水；
蒸发装置，与存储装置连通，用于海水蒸发；
冷凝装置，包括冷凝管，所述冷凝管的一端与蒸发装置连通，对蒸发的水蒸气进行引流和冷凝；
收集装置，包括与冷凝管的另一端连通的淡水收集部，所述淡水收集部用于收集淡化后的淡水；
其特征在于，
自冷凝蒸发***，所述自冷凝蒸发***包括：
延展于所述存储装置内的至少部分所述冷凝管；
冷凝机构，罩于所述存储装置，所述冷凝机构与所述淡水收集部连通。
2.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，所述蒸发装置包括：
蒸发器，与所述存储装置连通，用于海水蒸发；
集热器，用于反射太阳光对蒸发器进行加热，所述集热器至少具有水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度；
调节组件，与所述集热器连接，用于调节集热器转动。
3.根据权利要求2所述的海水淡化设备，其特征在于，所述集热器的内壁面为双曲面或抛物面。
4.根据权利要求2所述的海水淡化设备，其特征在于，所述调节组件包括：
水平转动机构，用于调节集热器在水平面内360°转动；
仰角转动机构，设于水平转动机构上，用于调节集热器在竖直平面内进行仰角调整。
5.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，所述冷凝机构包括尖顶状结构或者倒V形结构的顶部。
6.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，所述冷凝机构包括锥形结构的底部。
7.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，所述淡水收集部位于冷凝机构的下方并与所述冷凝机构的底部连通。
8.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，所述冷凝管延展于所述存储装置内部的部分包括至少一处弯曲或弯折段。
9.根据权利要求8所述的海水淡化设备，其特征在于，所述冷凝管的弯折段为螺旋形结构、Z形弯折转向结构或蛇形结构。
10.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征在于，还包括：
集盐装置，用于收集海水蒸发后剩余的盐分，所述集盐装置包括：
第一集盐器，与蒸发器的底部连通；
第二集盐器，与存储装置的底部连通。
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