CN107416931A - 柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法，属于海水淡化领域。该系统主要包括海水泵、回热器、冷凝器、柔性凸形透明蓄水腔、集热器、闪蒸罐、集水罐、太阳能电池板、抽真空系统等设备。其特征在于：采用了透明材料的凸形蓄水腔盛装海水后形成凸透镜，并根据太阳光照射角度实现自适应调节液位，将太阳能始终聚焦到集热器上，提高太阳能利用率；系统安装了太阳能电池板，将太阳能转化成电能直接驱动海水泵，降低系统能耗；整个海水淡化过程添加回热器和冷凝器回收浓海水的显热以及水蒸气的潜热，实现能量高效回收利用。该系统具有耗能少、制造成本及维护成本低的优点，适用于缺电的海岛以及欠发达地区。

Description

柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法

技术领域

本发明设计了一种柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法，属于海水淡化领域。

背景技术

淡水是人类赖以生存和发展的基本物质之一，随着人口膨胀以及环境污染，水资源短缺已成为21世纪人类面临的重大问题，研究表明海水淡化已经是解决水资源短缺的根本途径。海水淡化是指将水中的多余盐分和矿物质去除，从而得到淡水的工序。目前工业上常用的海水淡化技术主要有热法和膜法。热法效率较低，初期的投资成本高，膜法耗电而且维护成本高，这两种技术都存在一定的污染，而且只有在大规模运用时才能发挥出优势。太阳能作为清洁能源，其储量丰富，取用方便，运用太阳能进行海水淡化，不受电力条件限制，无污染低能耗，是未来海水淡化发展的趋势。目前现有的技术中，太阳能加热效率低，难以商品化，而且设备大多是防腐材料，制造成本较高。

如何提高太阳能利用率，降低海水淡化过程的能量消耗，降低设备制造成本，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有太阳能海水淡化技术的不足，提出一种太阳能利用率高、能耗低、制造成本低维护方便的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法。

一种柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统，其特征在于：该系统包括海水、回热器、冷凝器、柔性凸形透明蓄水腔、集热器、闪蒸罐、集水罐、太阳能电池板、抽真空系统；所述的冷凝器包括冷侧出口、热侧入口、冷侧入口和热侧出口；回热器包括高温浓海水入口、高温浓海水出口、低温生海水的入口和低温生海水出口；闪蒸罐包括海水入口、上部水蒸气出口和下部浓海水出口；上述柔性凸形透明蓄水腔采用柔性的透明薄膜材料，通过海水重量形成凸形容器，其中盛装海水后的凸形透明蓄水腔作用如同凸透镜，将太阳光聚焦在下方的集热器处吸收太阳能；海水泵出口与回热器生海水入口相连，回热器生海水出口与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与柔性凸形透明蓄水腔入口相连，柔性凸形透明蓄水腔出口与集热器入口相连，集热器海水出口与闪蒸罐海水入口相连，闪蒸罐下部浓海水出口与回热器浓海水入口相连，闪蒸罐上部水蒸气出口与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口与集水罐入口相连，集水罐保持密封与抽真空系统相连。

所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统，其特征在于：系统还包括与海水泵电源输入端相连的太阳能电池板，直接利用太阳能，降低系统能耗。

所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统，其特征在于：柔性凸形透明蓄水腔采用柔性的透明薄膜材料，装置简单，取材便利，不仅降低了成本而且可防止海水腐蚀。

根据柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统的海水淡化方法，其特征在于，包括以下工作过程：先使集水罐保持密封，并在其进口附近与抽真空系统相连，通过抽真空系统维持闪蒸罐内部的真空度；然后使生海水通过海水泵进入回热器中，与闪蒸罐下部浓海水出口流出的高温浓海水进行换热，浓海水放出显热后从回热器高温浓海水出口直接排出，加热后的生海水从冷凝器冷侧入口流入，在冷凝器中与闪蒸罐上部水蒸气出口流出的水蒸气进行换热，回收潜热，水蒸气放热凝结后形成淡水通入到集水罐中，被加热后的高温生海水从下方通入到已经被灌满的柔性凸形透明蓄水腔中，溢出的生海水进入到集热器中；柔性凸形透明蓄水腔盛装海水后形成凸透镜，通过聚焦将太阳能集中到集热器上，对高温的生海水进一步加热；高温的生海水从集热器中流出，进入闪蒸罐，在低压环境下沸腾汽化，形成的水蒸气从上部水蒸气出口排出进入冷凝器，下部的高温浓海水从下部浓海水出口排出进入到回热器，完成整个海水淡化过程。

所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统的海水淡化方法，其特征在于：柔性凸形透明蓄水腔液位可调，根据太阳光照射角度自适应调节液位，使太阳光始终聚焦到集热器上，极大的提高了太阳能利用率。

本发明采用自适应太阳能聚焦加热的方法实现海水淡化，无需要将海水加热至沸腾状态；系统回收了浓海水的显热以及水蒸气的潜热，能量高效回收利用。系统具有耗能少、制造成本及维护成本低的优点，适用于缺电的海岛以及欠发达地区。

附图说明

图1柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法；

图中标号名称：1-海水泵；2-回热器；3-冷凝器；4-柔性凸形透明蓄水腔；5-集热器；6-闪蒸罐；7-集水罐；8-太阳能电池板；9-抽真空系统。

具体实施方法

图1是本发明提出的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统及海水淡化方法，下面参照图1说明系统的工作过程。

先使集水罐7保持密封，并在其进口附近与抽真空系统9相连，通过抽真空系统9维持闪蒸罐6内部的真空度；然后生海水通过海水泵1进入回热器2中，与闪蒸罐6下部浓海水出口流出的高温浓海水进行换热，浓海水放出显热后从回热器2高温浓海水出口直接排出，加热后的生海水从冷凝器3冷侧入口流入，在冷凝器3中与闪蒸罐6上部水蒸气出口流出的水蒸气进行换热，回收潜热，水蒸气放热凝结后形成淡水通入到集水罐7中，被加热后的高温生海水从下方通入到已经被灌满的柔性凸形透明蓄水腔4中，溢出的生海水进入到集热器5中；柔性凸形透明蓄水腔4盛装海水后形成凸透镜，通过聚焦将太阳能集中到集热器5上，对高温的生海水进一步加热；高温的生海水从集热器5中流出，从海水入口进入闪蒸罐6，在低压环境下沸腾汽化，形成的水蒸气从上部水蒸气出口排出进入冷凝器3，下部的高温浓海水从下部浓海水出口排出进入到回热器2，完成整个海水淡化过程。

Claims (4)

1.一种柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统，其特征在于：

该系统包括海水泵（1）、回热器（2）、冷凝器（3）、柔性凸形透明蓄水腔（4）、集热器（5）、闪蒸罐（6）、集水罐（7）、太阳能电池板（8）、抽真空系统（9）；

上述冷凝器（3）包括冷侧出口、热侧入口、冷侧入口和热侧出口；回热器（2）包括高温浓海水入口、高温浓海水出口、低温生海水的入口和低温生海水出口；闪蒸罐（6）包括海水入口、上部水蒸气出口和下部浓海水出口；上述柔性凸形透明蓄水腔（4）采用柔性的透明薄膜材料，通过海水重量形成凸形容器，其中盛装海水后的凸形透明蓄水腔（4）作用如同凸透镜，将太阳光聚焦在下方的集热器（5）处吸收太阳能；

海水泵（1）出口与回热器（2）生海水入口相连，回热器（2）生海水出口与冷凝器（3）冷侧入口相连，冷凝器（3）冷侧出口与柔性凸形透明蓄水腔（4）入口相连，柔性凸形透明蓄水腔（4）出口与集热器（5）入口相连，集热器（5）海水出口与闪蒸罐（6）海水入口相连，闪蒸罐（6）下部浓海水出口与回热器（2）浓海水入口相连，闪蒸罐（6）上部水蒸气出口与冷凝器（3）热侧入口相连，冷凝器（3）热侧出口与集水罐（7）入口相连，集水罐（7）保持密封与抽真空系统（9）相连。

2.根据权利要求1所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统，其特征在于：系统还包括与海水泵（1）电源输入端相连的太阳能电池板（8）。

3.根据权利要求1所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化系统的海水淡化方法，其特征在于，包括以下工作过程：

先使集水罐（7）保持密封，并在其进口附近与抽真空系统（9）相连，通过抽真空系统（9）维持闪蒸罐（6）内部的真空度；

然后使生海水通过海水泵（1）进入回热器（2）中，与闪蒸罐（6）下部浓海水出口流出的高温浓海水进行换热，浓海水放出显热后从回热器（2）高温浓海水出口直接排出，加热后的生海水从冷凝器（3）冷侧入口流入，在冷凝器（3）中与闪蒸罐（6）上部水蒸气出口流出的水蒸气进行换热，回收潜热，水蒸气放热凝结后形成淡水通入到集水罐（7）中，被加热后的高温生海水从下方通入到已经被灌满的柔性凸形透明蓄水腔（4）中，溢出的生海水进入到集热器（5）中；柔性凸形透明蓄水腔（4）盛装海水后形成凸透镜，通过聚焦将太阳能集中到集热器（5）上，对高温的生海水进一步加热；高温的生海水从集热器（5）中流出，进入闪蒸罐（6），在低压环境下沸腾汽化，形成的水蒸气从上部水蒸气出口排出进入冷凝器（3），下部的高温浓海水从下部浓海水出口排出进入到回热器（2），完成整个海水淡化过程。

4.根据权利要求3所述的柔性自适应聚焦太阳能海水淡化方法，其特征在于：

柔性凸形透明蓄水腔（4）液位可调，根据太阳光照射角度自适应调节液位，使太阳光始终聚焦到集热器（5）上。