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CN110272080A - 一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统 - Google Patents

一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统 Download PDF

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CN110272080A CN201910568662.1A CN201910568662A CN110272080A CN 110272080 A CN110272080 A CN 110272080A CN 201910568662 A CN201910568662 A CN 201910568662A CN 110272080 A CN110272080 A CN 110272080A
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胡学志
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韩景成
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李柏林
李雪
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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，包括太阳能发电系统、风力发电系统、蓄电池组以及咸水蒸馏系统；所述太阳能发电系统和所述风力发电系统分别与所述蓄电池组相连并对其充电；所述蓄电池组供给所述咸水蒸馏系统电能。本发明利用太阳能及风力发电，并可将太阳能的辐射能转换成热能，可独立运转，不需要输入热能和电能。本发明的体积小易于安装，便于在小型船舶、小岛等脱离陆地资源的地方使用。

Description

一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统
技术领域
本发明涉及一种咸水脱盐系统，特别涉及一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统。
背景技术
咸水脱盐有两种不同的方法，一种是蒸馏法，另一种是反渗透法。在热能充足又需要海水淡化的场合一般采用蒸馏法。脱盐速度快，对脱盐后的淡水品质要求不高的场合下一般采用反渗透法，反渗透法需要电能。这两种咸水脱盐需要电能或热能，一般采用燃煤、燃气或燃油等方式提供热能，电能一般采用由燃煤、燃气或燃油等方式生产的电能。目前，在一些海岛及一些无人区，需要淡水和盐的供应，但供电系统网络一般难以覆盖到这些地区，并且燃煤、燃气或燃油等物料由于运输成本太高，而很少使用；所以这些地区既缺少燃煤、燃气或燃油也缺少电能，现有咸水脱盐系统能耗较高，需要依赖已有的电能以及燃煤、燃气或燃油等产生的热能，无法自行实现咸水脱盐，需要从其他地区运输淡水和盐，而运输淡水和盐成本也很高。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种节能环保、低成本的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，包括太阳能发电系统、风力发电系统、蓄电池组以及咸水蒸馏系统；所述太阳能发电系统和所述风力发电系统分别与所述蓄电池组相连并对其充电；所述蓄电池组供给所述咸水蒸馏系统电能。
进一步地，所述咸水蒸馏系统包括太阳能集热器、蒸发室、冷凝室以及第一水泵；所述太阳能集热器吸收太阳的辐射能并转换为热能输出至所述蒸发室；所述蒸发室，其包括咸水输入口和咸水输出口，其吸收来自所述太阳能集热器的热能来加热咸水，其输出水蒸汽至所述冷凝室；所述冷凝室将水蒸汽冷却成液态淡水并收集；所述第一水泵的出水口输出咸水至所述蒸发室的咸水输入口；所述蒸发室的咸水输出口输出未被蒸发的咸水。
进一步地，所述第一水泵的出水口与所述冷凝室的冷却工质输入口连通。
进一步地，所述咸水蒸馏系统还包括电加热器；所述第一水泵的出水口通过阀门与所述电加热器的进液口连通，所述电加热器的出液口与所述蒸发室的咸水输入口连通。
进一步地，所述第一水泵的出水口与所述冷凝室的冷却工质输入口连通；所述电加热器的进液口通过阀门与所述冷凝室的冷却工质输出口连通。
进一步地，所述咸水蒸馏系统还包括喷射泵；所述喷射泵包括高压口、吸入口和排出口；所述喷射泵的高压口通过阀门与所述第一水泵的出水口连通；所述喷射泵的吸入口分别与所述冷凝室的水蒸气容腔及所述蒸发室的咸水输出口连通。
进一步地，所述喷射泵的吸入口通过真空破坏阀与所述冷凝室内腔连通。
进一步地，所述咸水蒸馏系统还包括第二水泵；所述第二水泵的进水口与所述冷凝室的淡水出液口连通。
进一步地，还包括控制系统；所述控制系统分别与所述太阳能发电系统、所述风力发电系统、所述蓄电池组以及所述咸水蒸馏系统相连。
进一步地，还包括检测系统，所述检测系统包括温度传感器、风速传感器以及光照度传感器，所述温度传感器检测所述咸水蒸馏系统内的咸水温度；所述风速传感器检测外部环境风速；所述光照度传感器检测所述太阳光光照强度；所述控制系统输入来自所述检测系统的信号，输出信号控制所述太阳能发电系统、所述风力发电系统以及所述咸水蒸馏系统的工作。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明利用太阳能及风力发电，并可将太阳能的辐射能转换成热能，可独立运转，不需要输入热能和电能。
现有咸水蒸馏脱盐系统大型化较多，小型化比较少；本发明的体积小易于安装，便于在小型船舶、小岛等脱离陆地资源的地方使用。
现有咸水脱盐系统需要更换滤膜，维护成本高；本发明易损件较少，只需定期清洗即可，维护成本低。
现有小型反渗透脱盐系统含盐浓度偏高，本发明为蒸馏法脱盐，含盐浓度偏低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、风力发电系统；2、太阳能发电系统；3、控制系统；4、蓄电池组；5、第二阀门；6、冷凝室；7、真空破坏阀；8、第二水泵电机；9、第二水泵；10、第三阀门；11、喷射泵的排出口；12、喷射泵；13、电加热器；14、温度计；15、蒸发室；16、第一阀门；17、第一水泵电机；18、第一水泵；19、过滤器；20、过滤器的输入口。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，包括太阳能发电系统2、风力发电系统1、蓄电池组4以及咸水蒸馏系统；所述太阳能发电系统2和所述风力发电系统1分别与所述蓄电池组4相连并对其充电；所述蓄电池组4供给所述咸水蒸馏系统电能。图中实线表示连接管路，虚线代表电气连接线路。
太阳能发电系统2用于将太阳辐射能转变成电能，风力发电系统1用于将风能转变成电能。咸水蒸馏系统用于将咸水通过蒸馏法生成淡水；蓄电池组4用于储存电能，并向咸水蒸馏系统等输出电能。
风力发电系统1可采用现有技术中的风力发电机系统；太阳能发电系统2可采用现有技术中的太阳能发电系统2。
优选地，所述咸水蒸馏系统可包括太阳能集热器、蒸发室15、冷凝室6以及第一水泵18；所述太阳能集热器可吸收太阳的辐射能并转换为热能输出至所述蒸发室15；所述蒸发室15，其可包括咸水输入口和咸水输出口，其可吸收来自所述太阳能集热器的热能来加热咸水，其可输出水蒸汽至所述冷凝室6；所述冷凝室6可将水蒸汽冷却成液态淡水并收集；所述第一水泵18的出水口可输出咸水至所述蒸发室15的咸水输入口；所述蒸发室15的咸水输出口可输出未被蒸发的咸水。第一水泵18输入口前连接过滤器，咸水进入过滤器输入口20，经过过滤器19滤除杂质，过滤后输入至第一水泵18进水口，由第一水泵18增压咸水。
蓄电池组4输出电压至所述第一水泵电机17，第一水泵电机17运转带动第一水泵18工作，将咸水从蓄水池等咸水储存处增压输送，比如输送至蒸发室15的咸水输入口，咸水在蒸发室15内被太阳能集热器产生的热能加热生成水蒸气。水蒸气输出至冷凝室6，在冷凝室6内被冷却后，成为液体水，在冷凝室6汇集到冷凝室6的淡水收集槽内，然后输出。未被蒸发的咸水则从所述蒸发室15的咸水输出口排出。
优选地，所述第一水泵18的出水口可与所述冷凝室6的冷却工质输入口连通。这样第一水泵18既可以输送蒸馏用的咸水原料，还可以向冷凝室6提供冷却液，使系统精简，减少冷凝室6的冷却工质泵的设置。
优选地，所述咸水蒸馏系统还可包括电加热器13；所述第一水泵18的出水口可通过阀门与所述电加热器13的进液口连通，所述电加热器13的出液口可与所述蒸发室15的咸水输入口连通。所述第一水泵18的出水口可连接第一阀门16，第一阀门16的输出可分为两路，其中一路与所述冷凝室6的冷却工质输入口连通；另一路可通过阀门与所述电加热器13的进液口连通；用于控制进入所述蒸发室15的咸水量。第一阀门16可为截止阀、流量调节阀或流量分配阀；第一阀门16的型式可为手动阀或电动阀，第一阀门16采用流量分配阀可用于调节及分配两路输出流量。
采用电加热器13，是当太阳光光照不足时，利用蓄电池组4内储存的电能，对蒸馏用的咸水原料进行预热。扩大了系统的功能及应用场合，方便使用。所述第一水泵18的出水口可与所述冷凝室6的冷却工质输入口连通；所述电加热器13的进液口可通过阀门与所述冷凝室6的冷却工质输出口连通。所述第一水泵18输出的温度较低的咸水，在冷凝室6与水蒸气换热，换热后从冷凝室6输出温度较高的咸水，温度较高的咸水通过电加热器13进入蒸发室15的咸水输入口，这样可吸收水蒸气液化释放的热能；减少电能的使用，节能环保。
优选地，所述咸水蒸馏系统还可包括喷射泵12；所述喷射泵12可包括高压口、吸入口和排出口；所述喷射泵12的高压口可通过阀门与所述第一水泵18的出水口连通；所述喷射泵12的吸入口可分别与所述冷凝室6的水蒸气容腔及所述蒸发室15的咸水输出口连通。所述喷射泵的排出口11排出未被蒸发的咸水废液，可排出到外部蓄水池等。喷射泵12可借助第一水泵18输出的流体的能量做动力源，用来抽吸蒸发室15内的未被蒸发的咸水废液，以及所述冷凝室6和蒸发室15内的空气。其利用通过喷嘴的高速射流来抽除容器中的气体以获得真空，以降低蒸馏温度并提高分离效率，提高咸水的蒸发速度。
第一阀门16的输出可分为两路，其中一路与所述冷凝室6的冷却工质输入口连通；另一路与第二阀门5的输入口连通；第二阀门5的输出可分为两路，其中一路与所述喷射泵12的高压口连通；另一路与第三阀门10的输入口连通，第三阀门10的输出口可与所述电加热器13的进液口连通；其中。第二阀门5可为截止阀、流量调节阀或流量分配阀，第二阀门5的型式可为手动阀或电动阀；第二阀门5采用流量分配阀可用于调节及分配两路输出流量。第三阀门10可为截止阀或流量调节阀，第三阀门10的型式可为手动阀或电动阀；第三阀门10用于控制进入所述蒸发室15的咸水量。
手动阀的驱动方式为手动驱动阀门的执行机构；电动阀的驱动方式为电磁线圈驱动执行机构。
优选地，所述喷射泵12的吸入口可通过真空破坏阀7与所述冷凝室6内腔连通。真空破坏阀7可以起到保护系统安全的作用。
优选地，所述咸水蒸馏系统还可包括第二水泵9；所述第二水泵9的进水口可与所述冷凝室6的淡水出液口连通。为避免冷凝室6内液体存留过多影响水蒸气液化效率，通过第二水泵9将冷凝室6内收集的液体淡水输出。蓄电池组4输出电压至第二水泵电机8，第二水泵电机8运转带动第二水泵9工作，将淡水从冷凝室6内收集的液体淡水输出至外部储水容器中。
优选地，本发明还可包括控制系统3；所述控制系统3可分别与所述太阳能发电系统2、所述风力发电系统1、所述蓄电池组4以及所述咸水蒸馏系统相连。所述控制系统3输出信号控制所述太阳能发电系统2、所述风力发电系统1、所述蓄电池组4以及所述咸水蒸馏系统的工作。所述控制系统3可包括控制器、接触器、热继电器、断路器等，控制器可为PLC可编程控制器、工控机等，PLC可编程控制器、工控机、接触器、热继电器、断路器等可选用现有技术中产品。
进一步地，本发明还可包括检测系统，检测系统用于检测咸水蒸馏系统内的咸水温度、外部环境风速、太阳光光照强度以及蓄电池组4的电能等；所述检测系统可包括温度传感器、风速传感器以及光照度传感器，所述温度传感器可检测所述咸水蒸馏系统内的咸水温度；所述风速传感器可检测外部环境风速；所述光照度传感器可检测太阳光光照强度；所述控制系统3输入来自所述检测系统的信号，输出信号控制所述太阳能发电系统2、所述风力发电系统1以及所述咸水蒸馏系统的工作。
比如，检测系统的温度传感器可检测蒸发室15内咸水温度，控制系统3输入来自温度传感器的信号；如果温度低于设定值，则控制系统3输出信号使电加热器13工作；检测系统的风速传感器可检测可检测外部环境风速，控制系统3输入来自风速传感器的信号；如果风速低于或高于风力发电系统1的工作范围，则控制系统3输出信号使风力发电系统1停止工作；检测系统可检测蓄电池组4的电能；如果蓄电池组4的电能充满，而且所述咸水蒸馏系统不工作的情况下，则控制系统3输出信号使所述太阳能发电系统2及所述风力发电系统1停止工作；如果蓄电池组4的电能不足，低于设定值，则控制系统3输出信号使所述太阳能发电系统2及所述风力发电系统1工作发电；检测系统的光照度传感器可检测太阳光光照强度，控制系统3输入来自光照度传感器的信号；如果太阳光光照强度低于设定值，且蓄电池组4的输出电压低于咸水蒸馏系统的工作电压，则控制系统3输出信号使所述咸水蒸馏系统停止工作。
温度传感器、风速传感器以及光照度传感器等传感器可选用现有技术中产品。
通过使用现有技术中的PLC可编程控制器、工控机、接触器、热继电器、断路器、温度传感器、风速传感器、光照度传感器、电机、电磁阀线圈等电气元件及相应的常规控制电路，实现太阳能发电系统2、所述风力发电系统1以及所述咸水蒸馏系统的工作。具体的电路连接和控制方法可根据产品说明书，采用常规技术手段的电路连接及常规控制方法即可。
下面根据本发明的一个优选实施例说明本发明的工作流程及工作原理：
一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，包括太阳能发电系统2、风力发电系统1、蓄电池组4、控制系统3、检测系统以及咸水蒸馏系统；咸水蒸馏系统包括第一水泵18、太阳能集热器、蒸发室15、冷凝室6、电加热器13、喷射泵12、第二水泵9、真空破坏阀7、温度计14以及用于过滤咸水杂质的过滤器19等元器件。控制系统3分别与所述太阳能发电系统2、所述风力发电系统1、所述蓄电池组4以及所述咸水蒸馏系统相连，用于控制所述太阳能发电系统2、所述风力发电系统1、所述蓄电池组4以及所述咸水蒸馏系统的工作。检测系统可包括温度传感器、风速传感器以及光照度传感器，用于检测咸水蒸馏系统内的咸水温度、外部环境风速、太阳光光照强度以及蓄电池组4的电能。
太阳能发电系统2和风力发电系统1用于发电产生电能，太阳能发电系统2将太阳辐射能转变成电能，风力发电系统1将风能转变成电能。可将太阳能发电系统2和风力发电系统1产生的电能对蓄电池组4充电并将电能储存在蓄电池组4内，以备在不具备发电的条件下使用，控制系统3接收来自检测系统的信号，检测系统检测蓄电池组4的电压达到规定值并且光照度符合要求时，控制系统3输出信号使太阳能发电系统2、风力发电系统1以及咸水蒸馏系统工作。控制系统3输出信号控制第一水泵电机17、第二水泵电机8、电加热器13等电气设备的运行与停止。
咸水经过过滤器19滤除杂质，过滤后输入至第一水泵18进水口，由第一水泵18增压咸水，并在出水口分成两路，一路以一定的速度经过喷射泵12，抽取冷凝室6及蒸发室15内的空气，使其真空度达85％以上，一路进入冷凝室6的冷却工质管路，具体咸水的分配量靠第一阀门16进行调节。开始时还没有蒸汽需要冷凝，在有蒸汽的情况下与蒸汽换热，蒸汽被冷凝成淡水，咸水温度被升高，这时电加热器13启动为咸水提前预热，加热的温度以蒸发室15出口咸水温度为基准进行调整，然后进入蒸发室15，这时蒸发室15的咸水吸收太阳的辐射转变的热能，逐步升温，在真空状态下开始蒸发，蒸汽进入到冷凝室6与冷却工质换热，被作为冷却工质的温度较低的咸水冷却，从而液化成淡水被第二水泵9排出。蒸发室15内没有被蒸发的咸水被喷射泵12排出，整个脱盐的过程完成。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，包括太阳能发电系统、风力发电系统、蓄电池组以及咸水蒸馏系统；所述太阳能发电系统和所述风力发电系统分别与所述蓄电池组相连并对其充电；所述蓄电池组供给所述咸水蒸馏系统电能。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述咸水蒸馏系统包括太阳能集热器、蒸发室、冷凝室以及第一水泵；所述太阳能集热器吸收太阳的辐射能并转换为热能输出至所述蒸发室；所述蒸发室，其包括咸水输入口和咸水输出口，其吸收来自所述太阳能集热器的热能来加热咸水，其输出水蒸汽至所述冷凝室；所述冷凝室将水蒸汽冷却成液态淡水并收集；所述第一水泵的出水口输出咸水至所述蒸发室的咸水输入口；所述蒸发室的咸水输出口输出未被蒸发的咸水。
3.根据权利要求2所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述第一水泵的出水口与所述冷凝室的冷却工质输入口连通。
4.根据权利要求2所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述咸水蒸馏系统还包括电加热器；所述第一水泵的出水口通过阀门与所述电加热器的进液口连通，所述电加热器的出液口与所述蒸发室的咸水输入口连通。
5.根据权利要求4所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述第一水泵的出水口与所述冷凝室的冷却工质输入口连通；所述电加热器的进液口通过阀门与所述冷凝室的冷却工质输出口连通。
6.根据权利要求2所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述咸水蒸馏系统还包括喷射泵；所述喷射泵包括高压口、吸入口和排出口；所述喷射泵的高压口通过阀门与所述第一水泵的出水口连通；所述喷射泵的吸入口分别与所述冷凝室的水蒸气容腔及所述蒸发室的咸水输出口连通。
7.根据权利要求6所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述喷射泵的吸入口通过真空破坏阀与所述冷凝室内腔连通。
8.根据权利要求2所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，所述咸水蒸馏系统还包括第二水泵；所述第二水泵的进水口与所述冷凝室的淡水出液口连通。
9.根据权利要求1至8任一所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，还包括控制系统；所述控制系统分别与所述太阳能发电系统、所述风力发电系统、所述蓄电池组以及所述咸水蒸馏系统相连。
10.根据权利要求9任一所述的利用太阳能及风能的咸水脱盐系统，其特征在于，还包括检测系统，所述检测系统包括温度传感器、风速传感器以及光照度传感器，所述温度传感器检测所述咸水蒸馏系统内的咸水温度；所述风速传感器检测外部环境风速；所述光照度传感器检测所述太阳光光照强度；所述控制系统输入来自所述检测系统的信号，输出信号控制所述太阳能发电系统、所述风力发电系统以及所述咸水蒸馏系统的工作。
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