CN104556278A - 一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，包括固定式太阳能集热装置、风能制热装置、被动真空装置、抽吸蒸馏海水淡化装置和浓盐水热回收器，其中，所述固定式太阳能集热装置与风能制热装置一同连接一个集热水箱，集热水箱连接浓盐水热回收器，浓盐水热回收器连接被动真空装置，被动真空装置与浓盐水热回收器一同连接抽吸蒸馏海水淡化装置。本发明解决太阳能及风能不稳定性问题，装置白天和晚上都能工作运行，产生淡水；采用超导热管真空管集热，集热升温快，解决管子结垢问题，集热系统的性能稳定。

Description

一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置。

背景技术

太阳能是一种理想的、无污染的可再生资源，现有的太阳能热利用是由支架，集热管和水箱组成。依靠集热管集热并加热水箱中的水，但是其缺点是在日光不足和夜晚使用效果不理想。为了解决这些问题，众多专家学者和技术人员想出了很多办法。

中国实用新型专利“风能太阳能热水器”(申请号：96232395.0；公告号CN2280248Y)设计了一种太阳能风能热水装置，其装置包括风力发电装置、集热管，有一个冷、热双腔集热水箱，集热管与集水箱的热水箱相连接，低压电加热器置于集水箱的热水箱内，低压电加热器通过导向与风力发电装置的电源相连接。其优点是充分利用了两种自然源，使得水持续加热，既节能又方便使用。冷、热双腔集水箱，由于压力相同，给调节水温带来方便，是一种理想的节能、安全热水器。

中国实用新型专利“风能太阳能组合式热水器”(申请号：200520095792.1；公告号CN2795744Y)设计了一种太阳能风能热水装置，其装置包括支架、支架上设有水箱，水箱和太阳能集热管连接，支架设有风力发电机，太阳能集热管下端设有加热管，集热管内设有加热元件和温度控制开关，温度控制开关和蓄电池通过导线和风力发电机连接。该装置在普通的太阳能热水器上装了风力发电机，通过风力发电机产生的电力对加热管的水进行加热，使太阳能在阳光不足的情况下不需要常规电力加热，节省了能源。

中国实用新型专利“风能太阳能热水器”(申请号：02273686.7；公告号CN2599272Y)设计了一种太阳能风能热水器，其装置有一个支架，在支架上分别安装集热管和水箱，在其水箱有一个安装孔，在支架上与水箱上安装孔对应位置安装有风车支架，风车支架中部安装有轴承，在水箱上所述对应安装孔处插装并紧固侧壁上有若干个内叶片的圆筒形制热器，所说的制热器侧壁上还开有水孔，在风车支架上对应轴承部位装有风车转轴，风车转轴顶部装有风叶，所说的风车转轴下部插入制热器内，且风车转轴插入制热器部位与内叶片交错位置有转轴叶片，在风车转轴与制热器插口之间装有密封环。

中国实用新型专利“太阳能、风能联产热水器”(申请号：200720184922.8；公告号CN201104034Y)设计了一种太阳能风能热水器，其装置包括支架，与支架相接有内腔互相连通的水箱和太阳能集热管，在水箱内侧设有支撑壳，在支撑壳内设有摩擦定轮与摩擦件相接触，摩擦件装在主轴上，支撑在支撑壳内的主轴上端伸出支撑壳外并与风叶相接，支撑壳内腔充有介质，在支撑壳上设有介质的进口与出口，在支撑壳外侧并连同介质的进口与出口的散热管位于水箱的内腔内，与散热管相连通有介质循环泵。该装置即利用了风能，又利用了太阳能，加速了水温的升高，进一步利用了自然界的能量。

中国实用新型专利“被动式闪蒸太阳能海水淡化装置”(申请号：201020199084；)该装置在工作之前先排除闪蒸室和冷凝器内的不凝性气体，并在工作过程中通过对控制阀门的间歇性开闭不断排除海水淡化工程中产生的不凝性气体；闪蒸室和冷凝器分别通过管道与地面的海水箱和淡水箱相连，管内海水的压力差使闪蒸室处于低压状态，从而使闪蒸室内海水的沸点降低，发生闪蒸；海水在换热器内加热后，依靠虹吸作用进入闪蒸室，被动闪蒸，且闪蒸室内的低压不需要真空泵的维持。充分利用了可再生的、环保的太阳能，效率高，成本低、操作方便。

上述装置和方法虽然从一定程度上利用太阳热能和风能加速了水温的升高，但是由于存在水箱没有保温，或没有组合利用于海水淡化，因此没有一种装置或方法能够利用太阳热能风能组合实现持续低温下真空闪蒸式海水淡化的目的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，采用被动真空闪蒸式海水淡化技术，利用冷凝器的冷凝潜热对海水一次预热、浓盐水热量回收，对进入海水二次预热；该装置制作简单、造价低廉，避免了对设备的腐蚀问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，包括固定式太阳能集热装置、风能制热装置、被动真空装置、抽吸蒸馏海水淡化装置和浓盐水热回收器，其中，所述固定式太阳能集热装置与风能制热装置一同连接一个集热水箱，集热水箱连接浓盐水热回收器，浓盐水热回收器连接被动真空装置，被动真空装置与浓盐水热回收器一同连接抽吸蒸馏海水淡化装置。

所述固定式太阳能集热装置，包括支架、若干个真空管和若干个超导热管，其中，每个真空管内部套装有一个超导热管，真空管均匀并排平行分布于支架上，超导热管的顶端固定于集热水箱内部。

所述风能制热装置，包括风叶、转轴、叶轮、滚动钢球、基座和密封环，其中，风叶有三片，三片风叶呈圆周均匀固定于转轴上，转轴底端连接叶轮，叶轮通过滚动钢球连接在基座上，转轴、叶轮、滚动钢球和基座固定于集热水箱内，转轴与集热水箱的连接处通过密封环密封。

所述被动真空装置，包括蒸发室、冷凝室和两根细直管，其中，蒸发室通过管道连接冷凝室，冷凝室下端连接两根细直管，两根细直管的另一端分别连接浓盐水水箱和淡水箱。

所述抽吸蒸馏海水淡化装置，包括风机抽吸装置、浓盐水水箱和循环水泵，其中，风机抽吸装置固定于蒸发室的上端，浓盐水水箱通过管道连接到浓盐水热回收器，浓盐水热回收器连接蒸发室，循环水泵连接在连接冷凝室和淡水箱的细直管上。

所述集热水箱通过管道连接有喷嘴，喷嘴安装于蒸发室内部。

所述细直管和管道上均设有单向阀门。

所述单向阀门与控制系统通信。

所述浓盐水水箱和淡水箱上设有溢流口，且两个溢流口的高度一致。

本发明的有益效果为：

1、解决太阳能及风能不稳定性问题，装置白天和晚上都能工作运行，产生淡水；

2、太阳能集热系统采用超导热管真空管集热，集热升温快，管子里没有海水使管子结垢问题解决，集热系统的性能稳定；

3、由于采用被动真空式结构，保证装置低温环境正常蒸发冷凝，整个系统运行时间长，产水量高；

4、风能直接加热，制热机里面采用导热油作为工作介质，对叶轮润滑及转化为热效率高，腐蚀问题得到解决；

5、采用风机抽吸二次产生真空度加快蒸发室海水蒸发，提高了蒸发率及产水率；

6、冷凝器内水蒸气凝结潜热和浓盐水余热都通过换热器回收，节约制造成本，系统性能参数高，能耗低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的固定式太阳能集热装置和风能制热装置示意图。

其中，1、蒸发室，2、冷凝室，3、喷嘴，4、浓盐水热回收器，5、集热水箱，6、太阳能超导热管集热器，7、风机制热装置，8、浓盐水水箱，9、淡水水箱，10、循环水泵，11、单向阀门I，12、单向阀门II，13、单向阀门III，14、单向阀门IV，15单向阀门V，16、控制器，17、风机抽吸装置，18、风叶，19、转轴，20、叶轮，21、基座，22、密封环，23、真空管，24、超导热管，25、滚动钢球，26、支架。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，包括固定式太阳能集热装置、风能制热装置、被动真空装置、抽吸蒸馏海水淡化装置和浓盐水热回收器，其中，所述固定式太阳能集热装置与风能制热装置一同连接一个集热水箱5，集热水箱5连接浓盐水热回收器4，浓盐水热回收器4连接被动真空装置，被动真空装置与浓盐水热回收器4一同连接抽吸蒸馏海水淡化装置。

如图2所示，固定式太阳能集热装置，包括支架26、若干个真空管23和若干个超导热管24，其中，每个真空管23内部套装有一个超导热管24，真空管23均匀并排平行分布于支架26上，超导热管24的顶端固定于集热水箱5内部。

风能制热装置，包括风叶18、转轴19、叶轮20、滚动钢球25、基座21和密封环22，其中，风叶18有三片，三片风叶18呈圆周均匀固定于转轴19上，转轴19底端连接叶轮20，叶轮20通过滚动钢球25连接在基座21上，转轴19、叶轮20、滚动钢球25和基座21固定于集热水箱5内，转轴19与集热水箱5的连接处通过密封环22密封。

被动真空装置，包括蒸发室1、冷凝室2和两根细直管，其中，蒸发室1通过管道连接冷凝室2，冷凝室2下端连接两根细直管，两根细直管的另一端分别连接浓盐水水箱8和淡水箱9。

抽吸蒸馏海水淡化装置，包括风机抽吸装置17、浓盐水水箱8和循环水泵10，其中，风机抽吸装置17固定于蒸发室1的上端，浓盐水水箱8通过管道连接到浓盐水热回收器4，浓盐水热回收器4连接蒸发室1，循环水泵10连接在连接冷凝室2和淡水箱9的细直管上。

集热水箱5通过管道连接喷嘴3，喷嘴3安装于蒸发室1内部。

细直管和管道上均设有单向阀门。

单向阀门与控制器16通信。

浓盐水水箱8和淡水箱9上设有溢流口，且两个溢流口的高度一致。

在与浓盐水水箱8连接的细直管上接有单向阀门I 11、III 13，与淡水箱9连接的细直管上设有单向阀门II 12，海水进口有阀门IV 14，蒸发室1上端装有阀门V 15，所有单向阀门均为控制阀，都采用电磁阀并接入控制器16。蒸发室1安装喷嘴3及风机抽吸装置17，水蒸气进入冷凝室2冷凝成淡水；在蒸发室1下面装有浓盐水热回收器4。

真空产生：单向阀门III 13、单向阀门V 15开，单向阀门I 11、单向阀门II 12、单向阀门I V 14关闭，海水由循环水泵10打入蒸发室1和冷凝室2，通过单向阀门V 15的最高端排出里面空气；注满后关闭单向阀门III 13、单向阀门V 15，打开单向阀门I 11、单向阀门II 12，海水由于重力由细直管流入浓盐水水箱8和淡水箱9，细直管中水柱产生约10m的水柱高度，平衡于外界大气压；使蒸发室1和冷凝室2形成真空。

工作流程：单向阀门III 13，打开单向阀门I V 14，海水由循环水泵10进入冷凝器2，冷凝水蒸气，海水得到预热，流入浓盐水热回收器4，回收浓盐水热量。然后进入集热水箱5，吸收固定式太阳能集热装置、风能制热装置的热量，海水得到升温，最后通过喷嘴3喷淋成水雾，在蒸发室1真空下快速蒸发，然后由风机抽吸装置17快速引入冷凝器2冷却成淡水，通过淡水细管流入淡水箱9，最后由溢流口排出收集。未蒸发热的浓盐水先排入浓盐水热回收器4，然后由细管排入浓盐水水箱8，溢流口排出收集浓盐水。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，其特征是：包括固定式太阳能集热装置、风能制热装置、被动真空装置、抽吸蒸馏海水淡化装置和浓盐水热回收器，其中，所述固定式太阳能集热装置与风能制热装置一同连接一个集热水箱，集热水箱连接浓盐水热回收器，浓盐水热回收器连接被动真空装置，被动真空装置与浓盐水热回收器一同连接抽吸蒸馏海水淡化装置；所述被动真空装置，包括蒸发室、冷凝室和两根细直管，其中，蒸发室通过管道连接冷凝室，冷凝室下端连接两根细直管，两根细直管的另一端分别连接浓盐水水箱和淡水箱；所述细直管和管道上均设有单向阀门；所述单向阀门与控制系统通信；所述浓盐水水箱和淡水箱上设有溢流口，且两个溢流口的高度一致。

2.如权利要求1所述的一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，其特征是：所述固定式太阳能集热装置，包括支架、若干个真空管和若干个超导热管，其中，每个真空管内部套装有一个超导热管，真空管均匀并排平行分布于支架上，超导热管的顶端固定于集热水箱内部。

3.如权利要求1所述的一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，其特征是：所述风能制热装置，包括风叶、转轴、叶轮、滚动钢球、基座和密封环，其中，风叶有三片，三片风叶呈圆周均匀固定于转轴上，转轴底端连接叶轮，叶轮通过滚动钢球连接在基座上，转轴、叶轮、滚动钢球和基座固定于集热水箱内，转轴与集热水箱的连接处通过密封环密封。

4.如权利要求1所述的一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，其特征是：所述抽吸蒸馏海水淡化装置，包括风机抽吸装置、浓盐水水箱和循环水泵，其中，风机抽吸装置固定于蒸发室的上端，浓盐水水箱通过管道连接到浓盐水热回收器，浓盐水热回收器连接蒸发室，循环水泵连接在连接冷凝室和淡水箱的细直管上。

5.如权利要求2所述的一种太阳能和风能组合被动真空式海水淡化装置，其特征是：所述集热水箱通过管道连接有喷嘴，喷嘴安装于蒸发室内部。