CN103771552B - 一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方法，包括集热蒸发器、自动跟踪CPC和冷凝器；集热蒸发器设置在自动跟踪CPC的焦斑上，冷凝器包括海水储槽和设置于海水储槽内的冷凝管；冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒，圆筒之间通过横向圆筒贯通，形成一首尾相接的封闭系统，竖直放置的圆筒上下端封闭，下端设置淡水出口，上端设置有进气管II和出气管II；进气管II与集热蒸发器的出气管I连接，出气管II与集热蒸发器的进气管I连接；海水储槽的海水出口与集热蒸发器的海水进料管连接。该装置的集热蒸发器将集热器和蒸发器耦合在一起，系统简单，操作温度控制在70℃以下，装置启动快，集热蒸发器热损小，效率高，不易结垢。

Description

一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方法

技术领域

本发明涉及一种低温太阳能海水淡化装置,特别涉及一种基于空气增湿减湿法的太阳能海水淡化装置及海水淡化方法。

背景技术

现在的空气增湿减湿法的太阳能海水淡化装置一般包括太阳能空气集热器、蒸发器和冷凝器。一般空气集热器采用普通的真空管或平板集热器，冷凝器采用盘管式，在海水进料、海水淡化的过程中均需要消耗常规能源的风机和冷却水泵，空气在系统中不循环使用，部分热能散失在环境中，装置较复杂，淡水制造成本较高，很难实现商业化。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种低温太阳能海水淡化装置，包括集热蒸发器、自动跟踪CPC和冷凝器；所述的集热蒸发器设置在自动跟踪CPC的焦斑上，所述的冷凝器包括海水储槽和设置于海水储槽内的冷凝管；所述的冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒，且圆筒之间通过横向圆筒贯通，形成一首尾相接的封闭系统，所述的竖直放置的圆筒上下端封闭，且下端设置淡水出口，上端设置有进气管II和出气管II；所述进气管II与集热蒸发器的出气管I通过循环管路连接，所述出气管II与集热蒸发器的进气管I依次通过风机进气管、风机及风机出气管连接；所述海水储槽的海水出口与设置于海水下面的集热蒸发器的海水进料管通过虹吸管连接。 

所述的自动跟踪CPC包括CPC 聚光镜、方位自动跟踪器、底座、光电组件、支撑柱、俯仰自动跟踪器，所述的底座上通过支撑柱与CPC 聚光镜相连，所述的CPC 聚光镜的两侧设有光电组件，且底座上设有方位自动跟踪器，在支撑住与CPC 聚光镜之间连接有俯仰自动跟踪器。

所述集热蒸发器是一种大口径的太阳真空集热管，包括橡胶塞、出气管I、进气管I和海水进料管；所述的橡胶塞设于集热蒸发器的管口上，且进气管I、出气管I及海水进料管均贯穿于橡胶塞。

在使用时，所述的集热蒸发器的进气管I和海水进料管均设在海水液面以下，集热蒸发器的出气管I在海水液面以上，在海水液面和出气管I之间设有一个除沫器，所述的除沫器是一个上面开有若干小孔的圆盘；位于海水液面和出气管I之间，仅能使湿空气通过，对液滴起阻碍作用，能阻止液滴通过出气管I进人冷凝器污染淡水。进气管上开有若干个小布气孔，能使干空气与海水充分接触，易形成饱和湿空气。

所述的冷凝器包括冷凝管和海水储槽，所述的海水储槽内设有冷凝管，所述的冷凝管设有淡水出口，所述的海水储槽上设有海水出口。

所述海水储槽为一敞口圆柱形容器，其内加入海水，海水从海水出口通过虹吸管与海水进料管相连，借助位差流入集热蒸发器中。

所述的冷凝管包括四个竖直放置的大圆筒和三个横向放置的小圆筒，三个小圆筒分别与四个大圆筒相互贯通，形成一首尾相接的封闭系统；所述的四个大圆筒上下端封闭，且在海水储槽内互相对称，所述的四个大圆筒下端均设置淡水出口；首尾两个大圆筒上端分别设置进气管II、出气管II。

本发明中所述的大圆筒和小圆筒指的是两个直径不相等的圆筒，直径大的为大圆筒，直径小的为小圆筒。

冷凝管内为湿空气流动的通路及冷凝水暂存的地点，湿空气在交错设置的圆筒内作折流流动，凝结下来的冷凝水位于四个大圆筒底部，不影响湿空气的流动，空气流动阻力较小，对流传热系数较大。这种结构的冷凝器设置紧凑，占用空间较小，海水储槽敞口便于海水加料和冷凝器散热。

所述的自动跟踪CPC的英文全称是：compound parabolic concentrator，中文名称为：复合抛物面聚光器。

所述的低温太阳能海水淡化装置的淡化方法如下：

1. 在冷凝器的海水储槽内加入海水，海水通过虹吸管和海水进料管，借助位差流入集热蒸发器中；且在虹吸管的作用下，海水储槽和集热蒸发器具有相同的液位，海水在集热蒸发器中不断地吸收由太阳转化的热能，变成温度较高的液体；

2，风机将冷凝器中的低温低湿空气送入集热蒸发器中，低温低湿空气通过进气管上的布气孔与海水充分接触，吸热吸湿后，从水中溢出，变为高温高湿空气，然后通过出气管返回至冷凝器中，这些空气与海水储槽内的海水充分换热，减温减湿，又变为低温低湿空气，风机将这些空气再送回集热蒸发器中，空气就这样在系统中往复循环，不断地在集热蒸发器中吸热吸湿，又从冷凝器中减温减湿。

3.冷凝器中凝结的冷凝水从淡水出口放出，得到淡水。相应地，集热蒸发器中的海水逐渐变浓，变为浓盐水，可间歇地从其管口倒出排放。

本发明的有益效果如下：

该装置的集热蒸发器将集热器和蒸发器通过虹吸管、循环管连接在一起，系统相对简单，操作温度控制在70℃以下，装置启动快，集热蒸发器热损小，效率高，不易结垢。冷凝器独特的结构，易于气水分离，传热效果较好，其海水储槽为敞口容器，便于海水加料和冷凝器散热，无需冷却水泵，自动跟踪器及风机由光电组件提供电力，无需交流电。该装置运行只使用太阳能，不使用任何其它常规能源和水源，淡水制造成本很低，易于实现商业化。

附图说明

图1为本发明专利的太阳能海水淡化装置的正视图；

图2为本发明专利的太阳能海水淡化装置的侧视图；

图3为本发明专利的集热蒸发器的正视图；

图4为本发明专利的冷凝器的正视图；

图5为本发明专利的冷凝器的俯视图。

图中，1、集热蒸发器；2、CPC聚光镜；3、方位自动跟踪器；4、底座；5、光电组件；6、支撑柱；7、俯仰自动跟踪器；8自动跟踪CPC；9、冷凝器；10、虹吸管；11、风机出气管；12、直流风机；13、风机进气管；14、空气循环管路；1a、橡胶塞；1b、出气管；1c、除沫器；1d、进气管；1e、布气孔；1f、海水进料管；9a、出气管；9b、冷凝管；9c、淡水出口；9d、海水出口；9e、海水储槽；9f、进气管；9g、大圆筒；9h、小圆筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。

参见图1～图5，本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化装置，所述装置包括集热蒸发器1、自动跟踪CPC 8、冷凝器9、直流风机12及循环管路14。所述的集热蒸发器1设置在自动跟踪CPC 8的焦斑上，所述集热蒸发器1的出气管1b与冷凝器9的进气管9f通过循环管路14连接；所述集热蒸发器1的进气管1d与冷凝器9的出气管9a通过风机进气管13、直流风机12及风机出气管11连接；所述集热蒸发器1的海水进料管1f与冷凝器9的海水出口9d通过虹吸管10连接。

自动跟踪CPC 8包括CPC 聚光镜2、方位自动跟踪器3、底座4、光电组件5、支撑柱6、俯仰自动跟踪器7。所述的底座4上通过支撑柱与CPC 聚光镜2相连，所述的CPC 聚光镜2的两侧设有光电组件5，且底座4上设有方位自动跟踪器3，在支撑住6与CPC 聚光镜2之间连接有俯仰自动跟踪器7。集热蒸发器1固定在自动跟踪CPC 8的焦斑上，方位自动跟踪器3和俯仰自动跟踪器7能自动跟踪太阳，使集热蒸发器1可获得充足的太阳能。方位自动跟踪器3、俯仰自动跟踪器7及直流风机12均由光电组件5产生的直流电供电。

参见图3，所述集热蒸发器1是一种大口径的太阳真空集热管，具有集热和空气增湿两种功能，包括橡皮塞1a、出气管1b、除沫器1c、进气管1d、海水进料管1f；其中，橡胶塞1a塞在集热蒸发器1的管口上，进气管1d、出气管1b及海水进料管1f贯穿于橡胶塞1a。进气管1d和海水进料管1f均在海水液面以下，出气管1b在液面以上，除沫器1c是一个上面开有若干小孔的圆盘，位于液面和出气管1b之间，仅能使湿空气通过，对液滴起阻碍作用，阻止液滴通过出气管1b进人冷凝器9污染淡水。进气管1d上开有若干个小布气孔1e，能使干空气与海水充分接触，形成饱和湿空气。

参见图4、图5，所述冷凝器9包括出气管9a、冷凝管9b、淡水出口9c、海水出口9d、海水储槽9e、进气管9f。所述海水储槽9e为一敞口圆柱形容器，内置一冷凝管9b，冷凝管9b全部浸在海水中，以冷却其中的湿空气。所述冷凝管9b由四个竖直放置的大圆筒9g和三个横向交错放置的小圆筒9h组成，四个大圆筒9g上下端封闭，且在海水储槽内中心对称，三个小圆筒9h分别与四个大圆筒9g相互贯通，形成一个首尾相接的封闭系统。四个大圆筒9g下端均设置淡水出口9c。首尾两个大圆筒9g上端分别设置空气进气管9f和出气管9a，冷凝管9b内为湿空气流动的通路及冷凝水暂存区，湿空气在交错设置的圆筒内作折流流动，凝结下来的冷凝水位于四个大圆筒9g底部，不影响湿空气的流动，空气流动阻力较小，对流传热系数较大。这种结构的冷凝器9设置紧凑，占用空间较小，海水储槽9e敞口便于海水加料及冷凝器9散热。

本发明实施例提供的太阳能海水淡化装置的具体实用方式如下：

首先在冷凝器9的海水储槽9e内加入海水，海水通过虹吸管10和海水进料管1f，借助位差，流入集热蒸发器1中，由于虹吸作用，海水储槽9e和集热蒸发器1具有相同的液位，海水在集热蒸发器1中不断地吸收由太阳转化的热能，变成温度较高的液体。这时，启动直流风机12，风机12就把冷凝器9的冷凝管9b内的低温低湿空气送入集热蒸发器1中，这些空气通过进气管1d上的布气孔1e与海水充分接触，吸热增湿后，从水中溢出，变为高温高湿空气，然后通过出气管1b进入冷凝管9b中，这时冷凝管9b中的湿空气与海水储槽9e内的海水充分换热，减温减湿，又变为低温低湿空气，风机12将这些空气再送回集热蒸发器1中，空气就这样在系统中往复循环，不断地在集热蒸发器1中吸热增湿，又从冷凝器9中减温减湿。而冷凝管9b中凝结的冷凝水，从淡水出口9c放出，得到淡水。相应地，集热蒸发器1中的海水逐渐变浓，变为浓盐水，可间歇地从其管口倒出排放。

Claims (9)

1. 一种低温太阳能海水淡化装置，包括集热蒸发器、自动跟踪CPC和冷凝器；所述的集热蒸发器设置在自动跟踪CPC的焦斑上，其特征在于：所述的冷凝器包括海水储槽和设置于海水储槽内的冷凝管；所述的冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒，且圆筒之间通过横向圆筒贯通，形成一首尾相接的封闭系统，所述的竖直放置的圆筒上下端封闭，且下端设置淡水出口，上端设置有进气管II和出气管II；所述进气管II与集热蒸发器的出气管I通过循环管路连接，所述出气管II与集热蒸发器的进气管I依次通过风机进气管、风机及风机出气管连接；  所述海水储槽的海水出口与设置于海水下面的集热蒸发器的海水进料管通过虹吸管连接。

2. 如权利要求1所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述的自动跟踪CPC包括CPC 聚光镜、方位自动跟踪器、底座、光电组件、支撑柱和俯仰自动跟踪器，所述的底座上通过支撑柱与CPC 聚光镜相连，所述的CPC 聚光镜的两侧设有光电组件，且底座上设有方位自动跟踪器，在支撑柱与CPC 聚光镜之间连接有俯仰自动跟踪器。

3. 如权利要求1或2所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述集热蒸发器是一种大口径的太阳真空集热管，其包括橡胶塞、出气管I、进气管I和海水进料管；所述的橡胶塞设于集热蒸发器的管口上，且在进气管I、出气管I及海水进料管均贯穿于橡胶塞。

4. 如权利要求3所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：在使用时，所述的进气管I和海水进料管均设在海水液面以下，出气管I在海水液面以上，在海水液面和出气管I之间设有一个除沫器，所述的除沫器是一个上面开有若干小孔的圆盘；位于海水液面和出气管之间。

5. 如权利要求1所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海水储槽为一敞口圆柱形容器，其内加入海水，海水通过虹吸管和海水进料管，借助位差流入集热蒸发器中。

6. 如权利要求1所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述的冷凝管包括四个竖直放置的大圆筒和三个横向放置的小圆筒，三个小圆筒分别与四个大圆筒相互贯通，形成一首尾相接的封闭系统；所述的四个大圆筒上下端封闭，且在海水储槽内互相对称，所述的四个大圆筒下端均设置淡水出口；首尾两个大圆筒上端分别设置进气管II、出气管II。

7. 如权利要求1或2所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述的方位自动跟踪器、俯仰自动跟踪器及风机均由光电组件产生的直流电供电。

8. 如权利要求1所述的低温太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述的集热蒸发器的进气管I上开有若干个能使干空气与海水充分接触，且形成饱和湿空气的小布气孔。

9. 一种低温太阳能海水淡化装置的海水淡化方法，其特征在于，如下：

步骤1. 在冷凝器的海水储槽内加入海水，海水通过虹吸管和海水进料管，借助位差流入集热蒸发器中；且在虹吸管的作用下，海水储槽和集热蒸发器具有相同的液位，海水在集热蒸发器中不断地吸收由太阳转化的热能，变成温度较高的液体；

步骤2：风机将冷凝器中的低温低湿空气送入集热蒸发器中，低温低湿空气通过进气管I上的布气孔与海水充分接触，吸热吸湿后，从水中溢出，变为高温高湿空气，然后通过出气管I返回至冷凝器中，这些空气与海水储槽内的海水充分换热，减温减湿，又变为低温低湿空气，风机将这些空气再送回集热蒸发器中，空气就这样在系统中往复循环，不断地在集热蒸发器中吸热吸湿，又从冷凝器中减温减湿；

步骤3冷凝器中凝结的冷凝水从淡水出口放出，得到淡水；相应地，集热蒸发器中的海水逐渐变浓，变为浓盐水，能间歇地从其管口倒出排放。