CN108178221A - 一种海水加速蒸发设备 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种海水加速蒸发设备，是基于三维铝纳米颗粒等离激元黑体材料的海水高效蒸发材料(简称等离激元黑体材料)，其主要包括：海水池1、蒸发室3、光伏电池板4、风能发电机5、阳光采集器6、光分配和电器控制室10、以及淡水储罐2组成，水泵8将海水输送到蒸发室3内，其中一部分海水进入蒸发床，蒸发床内的高效蒸发材料吸收阳光采集器6收集的全波段光谱能量，或吸收由光伏电池板4、风能发电机5发出的电能转换的全波段光谱能量，并将全波段光谱能量转换为热能蒸发海水；而另一部分海水进入冷凝器用于冷却水蒸气，在风机作用下，海水蒸发后的水蒸气经过冷凝器形成凝聚态淡水，并在蒸发室3形成负压，加速海水蒸发。

Description

一种海水加速蒸发设备

技术领域

本发明属于节能、环境保护领域。通过纳米铝颗粒等离激元黑体海水高效蒸发材料吸收全波段光谱，将90％以上的光能转换为热能。另一方面，加速海水蒸发技术开辟一个有效获取淡水资源的途径，可以减少对地下水和其他水源的依赖，起到保护环境的作用。

背景技术

随着全球水资源日趋紧张，包括含盐地下水在内的海水淡化作为一种获取淡水的有效方法，受到广泛关注。然而，传统的海水淡化装置存在体积庞大、耗能高、碳排放量大、淡化效率低等问题。利用太阳能蒸馏的海水淡化技术虽低碳环保，但受限于光热转换效率较低，无法大规模应用。为了解决此问题，南京大学科研人员发明了三维铝纳米颗粒等离激元黑体材料，该材料吸收全波段光谱，并将90％以上的光能转换为热能，确保了海水蒸发过程中太阳能的高效利用，开辟了一条人工获得淡水的有效途径。

三维铝纳米颗粒等离激元黑体材料的发明，只是在很大程度上提高了海水蒸发效率，而如何将太阳光源充分聚焦在等离激元黑体材料上，将光伏电池和风力发电与海水蒸发结合起来实现海水蒸发过程不随阳光的改变和昼夜交替持续不停的工作，就需要开发海水高效蒸发设备。为此，我们发明了基于等离激元黑体材料和光聚焦技术结合的一种海水加速蒸发设备。

发明内容

本发明结合三维铝纳米颗粒等离激元黑体材料(简称等离激元黑体材料)和光聚焦技术，实现海水加速蒸发。将等离激元黑体材料块浸泡在蒸发床的海水中，在蒸发床的上方，对应每一个等离激元黑体材料块，安装了发光头；在每个发光头内部有两个发光源，一个光导发光球，另一个是电发光球。随着太阳的起落和日夜的交替，光导发光球发出的光强度会随之发生改变，而电发光球将风能发电机和光伏板发出的电能转换为光能，作为光导发光球的互补，使室内光线强度达到恒定，保证海水加速蒸发过程的持续性和有效性。

其发明内容包括：

水泵将海水池中的海水经过稳压阀，分别输送到海水蒸发床和冷凝热交换器；在海水蒸发床底部有一个进水口和一个出水口，海水从进水口进入，经过蒸发后浓度增大，然后从出水口排除，通过排水管直接排到海洋；而输送到冷凝热交换器的海水通常温度低于摄氏20℃，将蒸发形成的水蒸汽冷却形成凝聚态淡水，然后升温后的海水从冷凝热交换器的另一个出口排除。冷凝热交换器排除出的海水通过回水管回到海水池。

在海水蒸发床的上部，对应每个等离激元黑体材料块，安装一个发光头；发光头内有一个光导发光球和一个是电发光球，钻石晶体形式的透明玻璃灯罩将两个发光球罩在发光头内；而两个发光球发出的光线通过透明玻璃灯罩均匀分布在等离激元黑体材料块，实现等离激元黑体材料块对光线的充分吸收，并将光能转换为蒸发海水的热能。

在海水蒸发室的附近，安装有阳光聚焦器；阳光聚焦器收集来自各方向的阳光，然后通过光导管将光线传递到阳光分配器上，阳光分配器又将阳光分配到光导导线上，分配后阳光被传递到发光头内的光导发光球，光导发光球发出的光线透过玻璃灯罩均匀分布在等离激元黑体材料块，使光线充分被吸收。

在海水蒸发室的附近，同时安装风力发电机组和光伏电池板组，风力发电机组发出的交流电经过变压整流后存储在电池组中；光伏电池板组在白天将阳光能转换为电能，通过变压后存储在电池组中；电池组为所有发光头内的电发光球提供电能，电发光球发出的光线透过玻璃灯罩均匀分布在等离激元黑体材料块，为光导发光球提供补充，实现海水蒸发室内光强度的稳定和持续。

在风机的作用下，海水蒸发后形成的蒸汽形成气流，并经过海水蒸发室前端的冷凝热交换器，在海水冷却下形成凝聚态水，滴入下面的淡水槽内；汇集在水槽内的淡水经过水泵输送到储水罐中。

在海水蒸发室的后墙板上安装有空气滤清和减压阀门，空气经过空气滤清和减压阀门为海水蒸发室补充空气。同时，在风机的作用下，封闭的海水蒸发室内气压低于室外的大气压，加速了海水蒸发。

由于模块化设计，此海水加速蒸发设备拥有一个以上的多个海水蒸发室，可以根据客户对淡水的需求量，提供相应数量的海水蒸发室。

附图说明

本发明设计了详细的图形，其主要总体特征、关键部件特征和工作原理被列入说明书附图当中，以此对本发明做进一步详述。其中：

图1为海水加速蒸发设备前端三维总体特征图；

图2为海水加速蒸发设备后端三维总体特征图；

图3为海水蒸发室外部和海水供水系统三维特征图；

图4为海水蒸发室内部和照明局部放大三维特征图；

图5为海水蒸发室内部和前端冷凝热交换器局部放大三维特征图；

图6为海水蒸发床上下三维特征图和爆炸图；

图7为发光头三维局部剖视三维特征图；

图8为阳光采集与分配、风电与光伏供电系统图；

图9为海水供水系统原理图；

图10为海水蒸发室内部墙壁绝热三维特征图和局部放大剖面图。

在上述10个图中，序号对应的零部件名称和内容依次为：1.海水池、2.淡水储罐、3.海水加速蒸发系统、4.光伏电池板组、5.风力发电机组、6.阳光收集器、7.海水进水管、8.海水泵、9.淡水泵、10.光电分配与系统控制室、11.海水加速蒸发室模块、12.边门、13.侧门、14.顶板、15.冷凝海水流量控制阀、16.风机、17.风机导流罩、18.蒸发床排水管、19.冷凝海水回水管、20.蒸发床流量控制阀、21.蒸发室前板导流罩、22.门闩把手、23.空气滤节流阀、24.蒸发床、25.发光头、26.光电缆导管、27.蒸发室后板、28.蒸发室中隔板、29.蒸发室中导流罩、30.冷凝热交换器、31.端盖、32.蒸发床进水管、33.蒸发床水槽、34.蒸发床笼屉、35.蒸发床出水管、36.等离激元黑体材料块、37.玻璃灯罩、38.光导发光球、39.电发光球、40.灯盖、41.电导线、42.光导体、43.冷凝热交换器进水管、44.淡水槽内、45.淡水输送管、46.冷凝热交换器出水管、47.风电和光伏电缆、48.变压整流器、49.电池组充电电缆、50.电池组、51.电池组输出电缆、52.发光头光缆、53.光分配器、54.光导管、55.海水供水稳压阀、56.蒸发室绝热层。

具体实施方式

本项发明是一种海水加速蒸发设备，浸泡在海水中等离激元黑体材料块，吸收全波段光谱，将光能转换为热能；海水中的水分子在此热能的作用下加速蒸发，并在冷凝热交换器作用下，形成凝聚态淡水。结合说明书附图，对本发明具体实施方式做详细说明如下：

本项发明主要由海水蒸发冷却系统(如图9所示)，发电和光聚焦系统(如图10所示)组成。

在海水蒸发冷却系统中，海水加速蒸发设备包含一个以上海水加速蒸发室模块11，该模块主要包括：风机16、风机导流罩17、蒸发室前板导流罩21、冷凝热交换器30、蒸发室中导流罩29、蒸发床24、发光头25和空气滤节流阀23等部件。在其中一个蒸发室模块11内(如图4、5所示)，蒸发床24在蒸发室模块11内的底部，发光头25在蒸发床24的上部。发光头25将阳光收集器6收集的阳光，以及光伏电池板组4、风力发电机组5发出的电能在电发光球39产生的光线，透过玻璃灯罩37均匀照射在每一个浸泡在海水中等离激元黑体材料块36，光能被等离激元黑体材料块36充分吸收，并转换成热能持续蒸发海水。

发光头25内部包含两个发光体(如图7所示)，一个是光导发光球38，另一个是电发光球39。两个发光体发出的光线强度之和保持一个恒定值，从而保证海水蒸发持续性和蒸发效率。

在蒸发室模块11前部，安装有风机16，通过风机导流罩17、蒸发室前板导流罩21、冷凝热交换器30和蒸发室中导流罩29与海水加速蒸发床空间相连，形成海水蒸汽流通道。在风机作用下，蒸发室模块11内蒸发的海水蒸汽，源源不断地排出蒸发床空间。由于蒸发室模块11由周围隔板和上下隔板构成密闭空间，风机作用使其产生低于一个大气压的室内压力；而在蒸发室后板27上安装有空气滤节流阀23，使室内负压力大小保持恒定。

当海水蒸汽经过冷凝热交换器30时，低于摄氏20℃的海水通过管路7和冷凝热交换器进水管46进入冷凝热交换器30，将海水蒸汽冷却为凝聚态淡水，并从冷凝热交换器出水管43排除，经过冷凝海水回水管19回到海水池1中。

在冷凝热交换器30下端设计有淡水槽44(如图5局部放大视图)，海水蒸汽冷却后形成的凝聚态淡水滴入淡水槽44，水泵9通过淡水输送管45将淡水注入淡水储罐2。

蒸发床24的底部设计有蒸发床进水管32和蒸发床出水管35(如图6所示)，海水不断地从进水管32进入，从出水管35流出，使蒸发床24内的海水保持流动状态和高于饱和溶液状态。此时，既保证海水不断蒸发，又没有盐分析出，蒸发床底部和等离激元黑体材料块36表面始终处于清洁状态；从蒸发床24流出的高浓度海水经过蒸发床排水管18回到海洋。

蒸发床24内放置蒸发床笼屉34，而等离激元黑体材料块36整齐摆放在蒸发床笼屉34上，使等离激元黑体材料块36底部浸入海水，而上部超出水面，充分吸收光能源。

蒸发室模块11的周围隔板，上下隔板内表面粘贴绝热保温发泡材料，将等离激元黑体材料块吸收光能后转换成的热能包裹在蒸发室模块11，保正能源的充分利用。

阳光收集器6是为等离激元黑体材料块36提供光能的重要部件(如图8所示)，在阳光收集器6顶端安装透明求顶，将太阳光线聚焦在一起，通过光导管54将光线传递到光分配器53；而光分配器53又将光线平均分配到每个光导体42上，光导体42的数量与发光头25相同，多个光导体42组合在一起，构成发光头光缆52；发光头光缆52把分配后的光线输送到每一个发光头25，实现光照功能。

光伏电池板组4和风力发电机组5为海水加速蒸发设备提供充分的电能(如图8所示)，该电能一部分用于设备控制系统用电；另一部分用于海水蒸发发光头25的光能补充。光伏电池板组4和风力发电机组5产生的电能通过变压整流器48存储在电池组50当中。当阳光照射的光线不足时和夜晚来领时，设备控制系统启动电照明程序，将存储在电池组50的电能释放出来，通过电池组输出电缆(51)供给每个电发光球39，电发光球39发出的光线为发光头25提供光能补充；多个电导线(41)组合在一起构成电池组输出电缆(51)，电导线(41)与电发光球39连接。

上述实施方式仅为本发明的具体实例，并不用以限制发明的实施和权利范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效修改，均应包括在本发明申请专利范围内。

Claims (12)

1.一种海水加速蒸发设备，其特征在于包括：海水加速蒸发系统(3)、阳光收集器(6)系统、风力发电机组(5)和光伏电池板组(4)组合系统、海水供水系统。

2.根据权利要求1所述的海水加速蒸发设备，其特征在于，海水供水系统将海水池(1)内的海水输送到海水加速蒸发系统中，提供海水蒸发床(24)用水和冷凝热交换器(30)用水；阳光收集器(6)系统将阳光聚焦后通过光缆(52、54)和光分配器(53)输送到发光头(25)，为等离激元黑体材料块(36)提供全光谱光能源；风力发电机组(5)和光伏电池板组(4)组合系统将风能和光能转化为电能存储在电池组(50)中，为设备控制系统提供电力和为发光头(25)提供补充光能源。

3.根据权利要求1所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：海水加速蒸发系统(3)包括一个以上海水加速蒸发室模块(11)。

4.根据权利要求1所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：每一个海水加速蒸发室模块(11)包括风机(16)、风机导流罩(17)、蒸发室前板导流罩(21)、冷凝热交换器(30)、蒸发室中导流罩(29)、蒸发床(24)、发光头(25)和空气滤节流阀(23)；蒸发床(24)位于蒸发室模块(11)的底部，发光头(25)在蒸发床(24)的上部；每一个发光头(25)对应一个等离激元黑体材料块(36)，发光头(25)发出的光线照射在等离激元黑体材料块(36)表面。

5.根据权利要求1、3和4所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：在海水加速蒸发室模块(11)中，风机(16)通过风机导流罩(17)、蒸发室前板导流罩(21)、冷凝热交换器(30)和蒸发室中导流罩(29)与海水加速蒸发床(24)空间相连，形成海水蒸汽流通道；在风机作用下，海水加速蒸发室模块(11)内蒸发的海水蒸汽，不断地排出蒸发床空间，经过冷凝热交换器(30)形成凝聚态淡水。

6.根据权利要求要求1、3、4和5所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：海水加速蒸发室模块(11)由侧门(13)、顶板(14)、蒸发室中隔板(28)、蒸发室后板(27)和底板构成密闭空间；在前端的风机(16)作用下，海水加速蒸发室模块(11)内产生低于一个大气压的室内压力；而在蒸发室后板(27)上安装有空气滤节流阀(23)，使室内负压力大小保持恒定。

7.根据权利要求1、3、4、5和6所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：海水加速蒸发室模块(11)由侧门(13)、顶板(14)、蒸发室中隔板(28)、蒸发室后板(27)和底板构成密闭空间，而侧门(13)、顶板(14)、蒸发室中隔板(28)、蒸发室后板(27)和底板内表面均粘贴发泡绝热材料，构成蒸发室绝热层(56)。

8.根据权利要求1、2和4所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：蒸发床(24)包括蒸发床进水管(32)、蒸发床出水管(35)、蒸发床笼屉(34)、等离激元黑体材料块(36)和蒸发床水槽(33)，海水蒸发床进水管(32)进入，从蒸发床出水管(35)流出；等离激元黑体材料块(36)摆放在蒸发床笼屉(34)上，其底部浸入海水，而上部超出蒸发床水槽(33)水面，接收发光头(25)发出的光能。

9.根据权利要求1所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：阳光收集器(6)系统包括阳光收集器(6)、光导管(54)、光分配器(53)、光导体(42)、发光头光缆(52)和发光头(25)；阳光收集器(6)通过光导管(54)与光分配器(53)相连；多个光导体(42)组合在一起，构成发光头光缆(52)；光分配器(53)通过发光头光缆(52)与发光头(25)内的光导发光球(38)相连。

10.根据权利要求1所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：风力发电机组(5)和光伏电池板组(4)组合系统包括风力发电机组(5)、光伏电池板组(4)、光伏电缆(47)、变压整流器(48)、电池组(50)电池组输出电缆(51)、电导线(41)和发光头(25)；光伏电池板组(4)和风力发电机组(5)通过风电和光伏电缆(47)与变压整流器(48)相连，变压整流器(48)通过电池组充电电缆(49)与电池组(50)相连，电池组(50)再通过电池组输出电缆(51)与发光头(25)相连；多根电导线(41)组成电池组输出电缆(51)，其中的每一根相连一个电发光球(39)。

11.根据权利要求1所述的所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：海水供水系统包括海水池(1)、海水泵(8)、海水供水稳压阀(55)、海水进水管(7)、冷凝海水流量控制阀(15)、蒸发床流量控制阀(20)、蒸发床(24)、冷凝热交换器(30)和海水排水管(56)；海水泵(8)的吸管插入海水池(1)中，而出口端与海水供水稳压阀(55)相连接，在通过海水进水管(7)和蒸发床流量控制阀(20)与蒸发床(24)连接，实现给蒸发床(24)；海水泵(8)在给蒸发床(24)供水的同时，通过海水进水管(7)和冷凝海水流量控制阀(15)与冷凝热交换器(30)连接，为冷凝热交换器(30)提供用水。

12.根据权利要求1、7和9所述的海水加速蒸发设备，其特征在于：发光头(25)内部包含两个发光体，一个是光导发光球(38)，另一个是电发光球(39)；光导发光球(38)与光导体(42)连接，电发光球(39)与电导线(41)连接。