CN107089697B - 漂浮式太阳能海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的漂浮式太阳能海水淡化装置，包括盐水箱和淡水箱；盐水箱的顶部设置有蒸发器，盐水箱的侧壁上设有盐水出口，盐水出口通过盐水管与蒸发器连接，盐水箱通过出盐水管与蒸发器连接，蒸发器通过回气管、蒸汽管与冷凝器连接；淡水箱的顶部设置有太阳能光伏发电板，淡水箱通过淡水管与冷凝器连接且在连接处设置有淡水马达，淡水箱的侧壁上设有供电及控制器，供电及控制器分别与冷凝器、淡水马达、蒸发器及太阳能光伏发电板连接。本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，用聚光板实现分散太阳光的汇聚，用蒸发板配合微量供水实现海水的快速升温蒸发，用漂浮突破海上广泛应用的瓶颈，用一定深度海水的低温实现水蒸气的快速冷凝。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化设备技术领域，具体涉及一种漂浮式太阳能海水淡化装置。
背景技术
我国海域面积辽阔，并且正处在大力发展海洋经济的过程中，其中制约海洋经济发展的一大因素便是淡水匮乏，许多岛屿和远洋平台必须定期用船进行淡水补给，以便驻守人员能正常生活和种植部分蔬菜，切实改善驻守人员的生活水平。
目前，从海水中获取淡水的技术主要有两大类：(1)渗透膜—该法是未来海水淡化的发展方向，但其技术要求高，现如今还难以广泛用于生产饮用淡水，并且用渗透膜淡化海水的成本也相对较高；(2)蒸发冷凝—该法应用最广，但海水淡化的效率比较低，一般为了加快蒸发速度，常与发电站或化工厂配合运行，以充分发挥工厂余热的功效，实现低碳环保。
我国拥有漫长的海岸线，沿海区域很适合发展盐碱产业，蒸发海水可以为企业提供初级原料，但海水蒸发是一个非常耗能和费时的过程，如何既高效又经济的提取高浓度盐水是一个急需研究的课题。另外，远离河流或湖泊的沿海区域，由于受海水渗透的影响，形成了大面积的盐碱滩涂，用淡水海水冲洗能有效降低滩涂的盐碱度，使其适宜部分植物的生长，进而改善该区域的生态环境，必将产生巨大的经济效益。所以，非常有必要研发一款高效、节能且适合广泛应用的海水淡化装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种漂浮式太阳能海水淡化装置，用聚光板实现分散太阳光的汇聚，用蒸发板配合微量供水实现海水的快速升温蒸发，用漂浮突破海上广泛应用的瓶颈，用一定深度海水的低温实现水蒸气的快速冷凝。
本发明所采用的技术方案是，海面用太阳能海水淡化器，包括有盐水箱，盐水箱的顶部设置有蒸发器，盐水箱的侧壁上设置有盐水出口，盐水出口通过盐水管与蒸发器连接，盐水箱还通过出盐水管与蒸发器连接，蒸发器分别通过回气管、蒸汽管与冷凝器连接；还包括有淡水箱，淡水箱的顶部设置有太阳能光伏发电板，淡水箱通过淡水管与冷凝器连接且在连接处设置有淡水马达，淡水箱的侧壁上设置有供电及控制器，供电及控制器通过信号线与冷凝器连接，供电及控制器通过信号电缆分别与淡水马达、蒸发器连接，供电及控制器还与太阳能光伏发电板连接。
本发明的特点还在于：
蒸发器，包括有蒸发箱，蒸发箱底部的一侧边通过连接合页A连接于盐水箱的顶部形成盐水箱的盖板，且在连接处形成转动副；蒸发箱与出盐水管连接，蒸发箱还分别连接进水管、蒸汽输出管及进气管；进水管与盐水管连接，且在进水管与盐水管的连接处设置有盐水马达；蒸汽输出管与蒸汽管连接，且在蒸汽输出管与蒸汽管的连接处设置有蒸汽马达；进气管与回气管连接；盐水马达和蒸汽马达均与信号电缆连接。
蒸发箱，包括有箱体，箱体的顶壁为聚光板，聚光板由水平设置的透明基板和连接于透明基板下表面的多个柱面凸透镜组成，且多个柱面凸透镜沿着透明基板的下表面依次连续分布；箱体的底部为蒸发板，蒸发板由水平设置的板体和设置于板体上表面的多个半圆弧蒸发槽组成，且多个半圆弧蒸发槽沿着板体的上表面依次连续分布；透明基板上的多个柱面凸透镜与板体上的多个半圆弧蒸发槽呈一一对应；箱体内靠近一侧壁处设置有蒸汽室，蒸汽室分别与蒸汽输出管、出盐水管连接，箱体内的其余空间构成蒸发室，蒸发室与进气管连接，蒸发室内设置有供水管路，供水管路与进水管连接，供水管路上设置有多个微量供水孔，且一个微量供水孔对应于一个半圆弧蒸发槽。
太阳能光伏发电板的一侧边通过连接合页B连接于淡水箱的顶部，且在连接处组成转动副。
淡水箱还连接有与外界连通的通气管。
冷凝器，包括有呈上下设置且相互连通的冷凝室和积水室，冷凝室内填充有冷凝滤网，冷凝室的侧壁上分别设置蒸汽输入口、出气口，蒸汽输入口与蒸汽管连接，出气口与回气管；积水室内的侧壁上部设置有液位传感器，液位传感器与信号线连接，积水室的侧壁上设置有淡水出口，淡水出口与淡水管连接。
冷凝室呈水平设置的圆柱状。
积水室呈竖直设置的圆柱状。
冷凝滤网采用不锈钢纤维制成的冷凝滤网。
本发明的有益效果是，
(1)本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，采用聚光加热，一般照射在海面上的阳光功率较低，直接用于加热海水，考虑到各方面因素的影响，海水的温度升高非常有限，而温度的高低却直接决定海水的蒸发速度，使用柱面凸透镜能将一块矩形区域内的太阳光汇聚成一条线，很容易将光照强度提高数倍；
(2)本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，采用蒸发板与微量供水组合，由于蒸发板表面涂有高效的吸光生热材料，加之蒸发板表面还开有弧形聚光蒸发槽，在阳光充足的条件下，光照可以将聚光蒸发槽加热至约120℃，若向槽内进行间歇微量供水，供应的微量海水会把聚光蒸发槽降温至约40℃，同时产生大量蒸气，然后进入下一个升温蒸发过程，该组合方式具有升温速度快、蒸汽产生量大的明显优势；
(3)本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，采用一定深度的海水对水蒸汽进行冷凝，目前已有许多技术能实现太阳能蒸发海水，但要将蒸发至空气中的水蒸气冷凝成淡水，却缺乏高效、节能的冷源；一般海面下10m处的水温可降至5℃以下，若将含水蒸气的空气引导至这一深度，则空气中的水蒸气会快速冷凝成为淡水，这能有效提高淡水的产出率；
(4)本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，采用漂浮方式，这类似于网箱养殖，只要选择合适的海域，便可向海中投放该装置，用于生产淡水和浓缩盐水。
附图说明
图1是本发明漂浮式太阳能海水淡化装置的结构示意图；
图2是本发明漂浮式太阳能海水淡化装置内蒸发箱的侧视图。
图3是本发明漂浮式太阳能海水淡化装置内蒸发箱的剖视图；
图中，1.蒸发器，2.冷凝器，3.淡水箱，4.盐水箱，5.太阳能光伏发电板，6.淡水马达，7.供电及控制器，8.蒸汽马达，9.盐水马达，10.蒸发箱，11.连接合页A，12.盐水管，13.回气管，14.蒸汽管，15.冷凝室，16.积水室，17.冷凝滤网，18.液位传感器，19.信号电缆，20.淡水管，21.信号线，22.通气管，23.连接合页B，24.聚光板，25.蒸发板，26.供水管路，27.蒸汽室，28.蒸汽输出管，29.进水管，30.蒸发室，31.出盐水管，32.柱面凸透镜，33.半圆弧蒸发槽，34.微量供水孔，35.箱体，36.蒸汽输入口，37.出气口，38.盐水出口，39.进气管，40.淡水出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，如图1及图2所示，包括有盐水箱4，在使用时盐水箱4漂浮在海面上，盐水箱4的顶部设置有蒸发器1，盐水箱4的侧壁上设置有盐水出口38，盐水出口38通过盐水管12与蒸发器1连接，盐水箱4还通过出盐水管31与蒸发器1连接，蒸发器1分别通过回气管13、蒸汽管14与冷凝器2连接，在使用时，冷凝器2沉入海水中；还包括有淡水箱3，在使用时，淡水箱3漂浮在海面上，淡水箱3的顶部设置有太阳能光伏发电板5，淡水箱3通过淡水管20与冷凝器2连接且在连接处设置有淡水马达6，淡水箱3的侧壁上设置有供电及控制器7，供电及控制器7通过信号线21与冷凝器2连接，供电及控制器7通过信号电缆19分别与淡水马达6、蒸发器1连接，供电及控制器7还通过电源线与太阳能光伏发电板5连接。
蒸发器1，如图1及图2所示，包括有蒸发箱10，蒸发箱10底部的一侧边通过连接合页A11连接于盐水箱4的顶部形成盐水箱4的盖板，且在连接处形成转动副；蒸发箱10与出盐水管31连接，蒸发箱10还分别连接进水管29、蒸汽输出管28及进气管39；进水管29与盐水管12连接，且在进水管29与盐水管12的连接处设置有盐水马达9；蒸汽输出管28与蒸汽管14连接，且在蒸汽输出管28与蒸汽管14的连接处设置有蒸汽马达8；进气管39与回气管13连接；盐水马达9和蒸汽马达8均与信号电缆19连接。
蒸发箱10，如图1、图2和图3所示，包括有箱体35，箱体35的顶壁为聚光板24，聚光板24由水平设置的透明基板和连接于透明基板下表面的多个柱面凸透镜32组成，且多个柱面凸透镜32沿着透明基板的下表面依次连续分布；箱体35的底部为蒸发板25，蒸发板25由水平设置的板体和设置于板体上表面的多个半圆弧蒸发槽33组成，且多个半圆弧蒸发槽33沿着板体的上表面依次连续分布；透明基板上的多个柱面凸透镜32与板体上的多个半圆弧蒸发槽33呈一一对应；箱体35内靠近一侧壁处设置有蒸汽室27，该蒸汽室27分别与蒸汽输出管28、出盐水管31连接，箱体35内的其余空间构成蒸发室30，蒸发室30与进气管39连接，蒸发室30内设置有供水管路26，该供水管路26与进水管29连接，供水管路26上设置有多个微量供水孔34，且一个微量供水孔34对应于一个半圆弧蒸发槽33。
透明基板要透光性好，这样能使均匀照射在透明基板上的阳光经多个平行的柱面凸透镜32汇聚成一组离散的平行光线；蒸发板25要求具有低反射率和高光热转化率；半圆弧蒸发槽33的截面为半圆弧，既能反射聚光又能增大蒸发面积。
太阳能光伏发电板5的一侧边通过连接合页B23连接于淡水箱3的顶部，且在连接处组成转动副。
淡水箱3还连接有与外界连通的通气管22。
冷凝器2，如图1所示，包括有呈上下设置且相互连通的冷凝室15和积水室16，冷凝室15内填充有冷凝滤网17，冷凝室15的侧壁上分别设置蒸汽输入口36、出气口37，蒸汽输入口36与蒸汽管14连接，出气口37与回气管13；积水室16内的侧壁上部设置有液位传感器18，液位传感器18与信号线21连接，积水室16的侧壁上设置有淡水出口40，淡水出口40与淡水管20连接。
冷凝室15呈水平设置的圆柱状，积水室16呈竖直设置的圆柱状。
冷凝滤网17采用不锈钢纤维制成的冷凝滤网。
本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，其主要的工作过程分别如下：
(1)盐水浓缩循环—盐水箱4中的盐水在盐水马达9的作用下经盐水管12送入蒸发器1内，经蒸发器1的蒸发后，浓缩盐水经蒸发器1上连接的出盐水管31返回到盐水箱4中，形成循环；
(2)水蒸汽循环—蒸发器1产生的水蒸汽在蒸汽马达8的作用下经蒸汽管14输送，经冷凝室15侧壁上的蒸汽输入口36进入到冷凝室15内，经冷却处理之后再经冷凝室15侧壁上的出气口37送出，最后依次经回气管13、进气管39返回到蒸发器1内，形成循环；
(3)淡水储存—由于冷凝器2要沉入海水中，而冷凝器2内的积水室16的容积是有限的，当积水室16内液位升至液位传感器18处时，在淡水马达6的作用下，积水室16内的水依次经淡水出口40送入淡水管20中，再由淡水管20送入淡水箱3中进行储存。
本发明漂浮式太阳能海水淡化装置启动运行时，盐水箱4内充满海水(要求能漂浮)，淡水箱3内空置；本发明漂浮式太阳能海水淡化装置停止运行时，盐水箱4内充满浓缩盐水，淡水箱3内有可饮用的淡水。
本发明漂浮式太阳能海水淡化装置内主要部分功能或原理的说明如下：
(1)淡水箱3内各部分功能的说明分别如下：
太阳能光伏发电板5相当于淡水箱3的盖板，用于发电并将产生的电能储存在供电及控制器7中；
淡水马达6用于定期将冷凝器2生产的淡水送入淡水箱3内；
通气管22用于导出淡水箱3内的空气。
(2)冷凝器2的工作原理如下：
含水蒸气的空气从冷凝室15侧壁上的蒸汽输入口36进入冷凝室15中，由冷凝室15内的冷凝滤网17将水蒸气冷凝生成淡水，淡水流入积水室16内，剩余的空气从出气口37排出冷凝室15，并经回气管13输送到蒸发器1内，当积水室16中的淡水蓄积至液位传感器18，启动淡水马达6，将积水室16中的淡水从出淡水出口40输出，再经淡水管20送入淡水箱3内。
(3)蒸发器1的工作原理如下：
低浓度盐水在盐水马达9的作用下进入到蒸发器1中，产生的水蒸气在蒸汽马达8的作用下送出，而浓缩的高浓度盐水从蒸发箱10上的出盐水管31流入到盐水箱4中；
蒸发箱10中：低浓度盐水从供水管路26进入蒸发箱10，含水蒸气的空气从蒸发箱10的蒸汽输出管28送出，高浓度盐水从蒸发箱10的出盐水管31输出；
蒸发箱10的工作原理：聚光板24上的柱面凸透镜32将阳光聚焦至蒸发板25上的半圆弧蒸发槽33表面，半圆弧蒸发槽33表面快速升温，当微量供水孔34送出的盐水流过半圆弧蒸发槽33表面时，盐水会产生水蒸气被浓缩，浓缩盐水从半圆弧蒸发槽33流出进入蒸汽室27内，并从出盐水管31流出蒸发箱10，产生的水蒸气会向蒸汽室27汇聚，并从蒸汽输出管28送出。
本发明漂浮式太阳能海水淡化装置，用聚光板实现分散太阳光的汇聚，用蒸发板配合微量供水实现海水的快速升温蒸发，用漂浮突破海上广泛应用的瓶颈，用一定深度海水的低温实现水蒸气的快速冷凝。
Claims (7)
1.漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，包括有盐水箱(4)，所述盐水箱(4)的顶部设置有蒸发器(1)，所述盐水箱(4)的侧壁上设置有盐水出口(38)，所述盐水出口(38)通过盐水管(12)与蒸发器(1)连接，所述盐水箱(4)还通过出盐水管(31)与蒸发器(1)连接，所述蒸发器(1)分别通过回气管(13)、蒸汽管(14)与冷凝器(2)连接；还包括有淡水箱(3)，所述淡水箱(3)的顶部设置有太阳能光伏发电板(5)，所述淡水箱(3)通过淡水管(20)与冷凝器(2)连接且在连接处设置有淡水马达(6)，所述淡水箱(3)的侧壁上设置有供电及控制器(7)，所述供电及控制器(7)通过信号线(21)与冷凝器(2)连接，所述供电及控制器(7)通过信号电缆(19)分别与淡水马达(6)、蒸发器(1)连接，所述供电及控制器(7)还与太阳能光伏发电板(5)连接；
蒸发器(1)，包括有蒸发箱(10)，所述蒸发箱(10)底部的一侧边通过连接合页A(11)连接于盐水箱(4)的顶部形成盐水箱(4)的盖板，且在连接处形成转动副；
所述蒸发箱(10)与出盐水管(31)连接，所述蒸发箱(10)还分别连接进水管(29)、蒸汽输出管(28)及进气管(39)；所述进水管(29)与盐水管(12)连接，且在进水管(29)与盐水管(12)的连接处设置有盐水马达(9)；所述蒸汽输出管(28)与蒸汽管(14)连接，且在蒸汽输出管(28)与蒸汽管(14)的连接处设置有蒸汽马达(8)；所述进气管(39)与回气管(13)连接；所述盐水马达(9)和蒸汽马达(8)均与信号电缆(19)连接；
蒸发箱(10)，包括有箱体(35)，所述箱体(35)的顶壁为聚光板(24)，聚光板(24)由水平设置的透明基板和连接于透明基板下表面的多个柱面凸透镜(32)组成，且多个柱面凸透镜(32)沿着透明基板的下表面依次连续分布；所述箱体(35)的底部为蒸发板(25)，所述蒸发板(25)由水平设置的板体和设置于板体上表面的多个半圆弧蒸发槽(33)组成，且多个半圆弧蒸发槽(33)沿着板体的上表面依次连续分布；所述透明基板上的多个柱面凸透镜(32)与板体上的多个半圆弧蒸发槽(33)呈一一对应；
所述箱体(35)内靠近一侧壁处设置有蒸汽室(27)，所述蒸汽室(27)分别与蒸汽输出管(28)、出盐水管(31)连接，所述箱体(35)内的其余空间构成蒸发室(30)，所述蒸发室(30)与进气管(39)连接，所述蒸发室(30)内设置有供水管路(26)，所述供水管路(26)与进水管(29)连接，所述供水管路(26)上设置有多个微量供水孔(34)，且一个微量供水孔(34)对应于一个半圆弧蒸发槽(33)。
2.根据权利要求1所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能光伏发电板(5)的一侧边通过连接合页B(23)连接于淡水箱(3)的顶部，且在连接处组成转动副。
3.根据权利要求1或2所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述淡水箱(3)还连接有与外界连通的通气管(22)。
4.根据权利要求1所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝器(2)，包括有呈上下设置且相互连通的冷凝室(15)和积水室(16)；
所述冷凝室(15)内填充有冷凝滤网(17)，所述冷凝室(15)的侧壁上分别设置蒸汽输入口(36)、出气口(37)，所述蒸汽输入口(36)与蒸汽管(14)连接，出气口(37)与回气管(13)连接；所述积水室(16)内的侧壁上部设置有液位传感器(18)，所述液位传感器(18)与信号线(21)连接，所述积水室(16)的侧壁上设置有淡水出口(40)，所述淡水出口(40)与淡水管(20)连接。
5.根据权利要求4所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝室(15)呈水平设置的圆柱状。
6.根据权利要求4所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述积水室(16)呈竖直设置的圆柱状。
7.根据权利要求4所述的漂浮式太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝滤网(17)采用不锈钢纤维制成的冷凝滤网。
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