一种太阳能海水淡化方法及装置

摘要

本发明公开了一种太阳能海水淡化方法及装置。风力驱动机将海水抽吸到蓄水池中，两级太阳能集热器蒸发的海水通过真空抽吸进入冷凝器，没有汽化的浓缩海水利用自然重力进入蓄水池中的换热管，将热量传给新鲜海水后流入水力驱动机驱动真空抽吸泵，将两级汽水分离室内的蒸汽抽出，使汽水分离室处于负压状态，增加水汽蒸发速度。该装置包括风力抽水部件、蓄水池、换热管、蒸汽冷凝管、两个汽水分离室、两个太阳能集热器和水力驱动真空泵部件。本发明风力驱动机直连水泵，风力叶轮转动抽吸海水，不采用先转化成电能、通过电动机驱动水泵，可提高效率50%以上；利用水力驱动叶轮转动，传递到真空泵驱动轴，带动真空泵运转达到抽真空，大大节约电能。

权利要求

1.一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：包括风力抽水部件、蓄水池(4)、换热管(6)、蒸汽冷凝管(18)、第一汽水分离室(8)、第二汽水分离室(31)、第一太阳能集热器(7)、第二太阳能集热器(30)和水力驱动真空泵部件；风力抽水部件中的海水(21)从蓄水池(4)上部接入，蓄水池(4)内装有换热管(6)和蒸汽冷凝管(18)，换热管(6)的一端接第二汽水分离室(31)的底部，换热管(6)的另一端接浓缩海水出口(20)，蒸汽冷凝管(18)的一端经蒸汽汇总管(23)后分成两路，一路经第一蒸汽引出管(9)从第一太阳能集热器(7)的第一汽水分离室(8)的上部接入，另一路经第二蒸汽引出管(10)从第二太阳能集热器(30)的第二汽水分离室(31)的上部接入，第一汽水分离室(8)的下部经第二集热器下集管(39)从第二汽水分离室(31)的侧面接入，第一集热器下集管(15)的一端从第一汽水分离室(8)的侧面接入，第一集热器下集管(15)的另一端从蓄水池(4)下部接入，蒸汽冷凝管(18)的另一端接淡化海水引出管(13)，淡化海水引出管(13)还与水力驱动真空泵部件中的真空泵(12)连接；

所述水力驱动真空泵部件，包括真空泵(12)，水力驱动轴皮带轮(41)，两个水力驱动叶轮轴支撑(16)，水力驱动叶轮轴(17)，水力驱动叶轮(19)，真空泵轴(40)，水力驱动轴皮带轮(41)，皮带(42)和真空泵皮带轮(43)；水力驱动叶轮轴(17)支撑在两个水力驱动叶轮轴支撑(16)上，水力驱动叶轮轴(17)的一端与安装在浓缩海水出口(20)内的水力驱动叶轮(19)连接，水力驱动叶轮轴(17)的另一端装有水力驱动轴皮带轮(41)，真空泵(12)的真空泵轴(40)上装有真空泵皮带轮(43)，水力驱动轴皮带轮(41)和真空泵皮带轮(43)通过皮带(42)连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述风力抽水部件，包括海水抽吸管(1)，抽水泵(2)，风力驱动机支架(3)，风力驱动机叶轮(5)，抽水泵驱动轴安装平台(24)，抽水泵驱动轴(25)，联轴器(26)，轴承(27)，垂直传动轴(28)，垂直传动轴上轴承安装平台(29)，风力驱动机安装平台(32)，风力驱动轴(33)，风力驱动圆锥齿轮(34)，垂直传动轴上圆锥齿轮(35)，抽水泵驱动轴圆锥齿轮(36)，垂直传动轴下圆锥齿轮(37)和垂直传动轴下轴承安装平台(38)；在风力驱动机支架(3)上的垂直传动轴上轴承安装平台(29)和垂直传动轴下轴承安装平台(38)之间装有垂直传动轴(28)，垂直传动轴上轴承安装平台(29)外的风力驱动机安装平台(32)上装有风力驱动轴(33)，风力驱动轴(33)的一端装有风力驱动机叶轮(5)，风力驱动轴(33)的另一端装有风力驱动圆锥齿轮(34)，风力驱动圆锥齿轮(34)与垂直传动轴上圆锥齿轮(35)相啮合；抽水泵驱动轴安装平台(24)上装有抽水泵驱动轴(25)，抽水泵驱动轴(25)的一端装有抽水泵驱动轴圆锥齿轮(36)，抽水泵驱动轴圆锥齿轮(36)与垂直传动轴下圆锥齿轮(37)相啮合，抽水泵驱动轴(25)的另一端经联轴器(26)与抽水泵(2)连接，抽水泵(2)的入口插入海水(21)，抽水泵(2)出口的海水(21)从蓄水池(4)上部接入。

说明书

一种太阳能海水淡化方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及海水淡化方法及装置，尤其是涉及一种太阳能海水淡化方法及装置。

背景技术

[0002] 海水淡化的工艺方法有很多种，按照淡水的形成原理，主要可以分以下三大类：一类是利用膜进行反渗透获取淡水的反渗透法，一类是利用加热蒸发冷却后得到淡水的蒸馏法，再一类就是电渗析法，其中以反渗透法和多级蒸馏法为目前海水淡化的主导。海水淡化需要消耗能源，目前有以太阳能、风能、潮汐能等为能源进行海水淡化的，尤其以太阳能海水淡化占主导。太阳能可以很多形式参与海水淡化，如用于加热蒸发，热泵蒸发器淡化海水的，也有用于加热反渗透海水等等，目的是使太阳能得到最大限度的利用，淡化成本得到最大限度降低。太阳能海水淡化技术的另一个难点是解决系统的稳定性问题，因为太阳能密度白天、晚上、阴天是不一样，而海水淡化系统的运行需要稳定。

[0003] 国内外对太阳能海水淡化技术的研究较多，如中国科学院广州能源研究所李栋梁等提出的201110179785.X“一种海水淡化装置和海水淡化方法”，将风能用来提取海水，太阳能用于分解水合物的热能，海水淡化方法采用水合物固化淡水，再释放淡水的方法。如天津大学赵林等提出的201110197441.1“主动式太阳能、风能耦合海水淡化装置”，将风能、太阳能先转化成电能，然后驱动海水淡化装置，在大型化方面讲面临储能的问题。杭州电子科技大学的刘光宇等提出的201110241159.9“高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统”，将太阳能用于发电和海水淡化，利用聚光器将太阳能利用温度提高，以达到多生产蒸汽的目的。清华大学杨旭东等提出的201110243372.3“太阳能海水淡化机组”，将太阳能用来驱动风机、加热海水，用吸附法淡化海水。浙江大学的金涛等提出的201110327681.9“一种太阳能、风能互补驱动多级鼓泡蒸发海水淡化装置”，提出了利用太阳能、风能互补加热海水，用鼓泡方式对海水进行四级蒸发，多次利用冷凝潜热的海水淡化方法。上海交通大学的刘振华等提出的201210552394.2“小型高温多级回热式的真空玻璃管太阳能海水淡化装置”，提出利用多级蒸发、冷凝一体化单元进行四级海水淡化。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所任建波等提出的201310078923.4“一种基于直膨式太阳能热泵的海水淡化装置及方法”，提出采用热泵式方法利用太阳能进行海水淡化的技术。
以上技术虽然利用方法不同，但均采用了太阳能的多级利用技术，以达到最大限度地利用太阳能。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种太阳能海水淡化方法及装置，无需额外电力输入、完全依赖自然清洁能源淡化海水的技术，最大限度利用太阳能、风能淡化海水。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一、一种太阳能海水淡化方法：

[0007] 由风力驱动机直连的抽水泵将海水抽吸到蓄水池中，第一太阳能集热器将蓄水池中的海水通过热虹吸和第一太阳能集热器加热后，进入第一汽水分离室，第一汽水分离室蒸发的蒸汽通过真空泵抽吸进入蒸汽冷凝管，未蒸发的海水进入第二太阳能集热器，经过再次热虹吸和第二太阳能集热器加热后，进入第二汽水分离室，第二汽水分离室蒸发的蒸汽和第一汽水分离室蒸发的蒸汽汇流后通过真空泵抽吸进入蒸汽冷凝管后，将汽化潜热和显热通过蓄水池中的冷凝管传给蓄水池中的海水，冷凝后的淡水进入淡水管路；第二太阳能集热器没有汽化的浓缩海水利用自身重力进入蓄水池中的换热管，将热量换给蓄水池中的海水后流入水力驱动机，水力驱动机直连真空泵，该真空泵将第一汽水分离室内和第二汽水分离室内的蒸汽抽吸出，同时使两个汽水分离室处于负压状态，增加两个汽水分离室的水汽蒸发速度。

[0008] 二、一种太阳能海水淡化装置：

[0009] 本发明包括风力抽水部件、蓄水池、换热管、蒸汽冷凝管、第一汽水分离室、第二汽水分离室、第一太阳能集热器、第二太阳能集热器和水力驱动真空泵部件；风力抽水部件中的海水从蓄水池上部接入，蓄水池内装有换热管和蒸汽冷凝管，换热管的一端接第二汽水分离室的底部，换热管的另一端接浓缩海水出口，蒸汽冷凝管的一端经蒸汽汇总管后分成两路，一路经第一蒸汽引出管从第一太阳能集热器的第一汽水分离室的上部接入，另一路经第二蒸汽引出管从第二太阳能集热器的第二汽水分离室的上部接入，第一汽水分离室的下部经第二集热器下集管从第二汽水分离室的侧面接入，第一集热器下集管的一端从第一汽水分离室的侧面接入，第一集热器下集管的另一端从蓄水池下部接入，蒸汽冷凝管的另一端接淡化海水引出管，淡化海水引出管还与水力驱动真空泵部件中的真空泵连接。

[0010] 所述风力抽水部件，包括海水抽吸管，抽水泵，风力驱动机支架，风力驱动机叶轮，抽水泵驱动轴安装平台，抽水泵驱动轴，联轴器，轴承，垂直传动轴，垂直传动轴上轴承安装平台，风力驱动机安装平台，风力驱动轴，风力驱动圆锥齿轮，垂直传动轴上圆锥齿轮，抽水泵驱动轴圆锥齿轮，垂直传动轴下圆锥齿轮和垂直传动轴下轴承安装平台；在风力驱动机支架上的垂直传动轴上轴承安装平台和垂直传动轴下轴承安装平台之间装有垂直传动轴，垂直传动轴上轴承安装平台外的风力驱动机安装平台上装有风力驱动轴，风力驱动轴的一端装有风力驱动机叶轮，风力驱动轴的另一端装有风力驱动圆锥齿轮，风力驱动圆锥齿轮与垂直传动轴上圆锥齿轮相啮合；抽水泵驱动轴安装平台上装有抽水泵驱动轴，抽水泵驱动轴的一端装有抽水泵驱动轴圆锥齿轮，抽水泵驱动轴圆锥齿轮与垂直传动轴下圆锥齿轮相啮合，抽水泵驱动轴的另一端经联轴器与抽水泵连接，抽水泵的入口插入海水，抽水泵出口的海水从蓄水池上部接入。

[0011] 所述水力驱动真空泵部件，包括真空泵，驱动轮，两个水力驱动叶轮轴支撑，水力驱动叶轮轴，水力驱动叶轮，真空泵轴，水力驱动轴皮带轮，皮带和真空泵皮带轮；水力驱动叶轮轴支撑在两个水力驱动叶轮轴支撑上，水力驱动叶轮轴的一端与安装在浓缩海水出口内的水力驱动叶轮连接，水力驱动叶轮轴的另一端装有水力驱动轴皮带轮，真空泵的真空泵轴上装有真空泵皮带轮，水力驱动轴皮带轮和真空泵皮带轮通过皮带连接。

[0012] 本发明具有的有益效果是：

[0013] 风力驱动机直连水泵采用风力驱动叶轮转动，叶轮转轴通过安装于风力驱动机支架内的垂直于地面的垂直轴直接与水泵驱动轴相连，驱动水泵抽吸海水，各轴之间通过圆锥齿轮啮合传递扭矩。不像其他海水淡化技术那样先转化成电能、再通过电动机驱动水泵，这样本发明可提高效率50%以上。

[0014] 本发明中的水力驱动机利用水力驱动叶轮转动后，将该转动力通过水平轴传递到真空泵驱动轴，带动真空泵运转，达到系统抽真空的目的，二轴之间通过皮带轮传递扭矩，也可以通过齿轮传递扭矩。不像其他同类海水淡化技术那样，通过电动机驱动真空泵，这样本发明可大大节约电能。

附图说明

[0015] 图1是本发明的太阳能海水淡化装置结构示意图。

[0016] 图2是本发明的风力抽水部件结构示意图。

[0017] 图3是本发明的水力驱动真空泵部件结构示意图。

[0018] 图中：1、海水抽吸管，2、抽水泵，3、风力驱动机支架，4、蓄水池，5、风力驱动机叶轮，6、换热管，7、第一太阳能集热器，8、第一汽水分离室，9、第一蒸汽引出管，10、第二蒸汽引出管，11、太阳能集热器支架，12、真空泵，13、淡化海水引出管，14、驱动轮，15、第一集热器下集管，16、水力驱动叶轮轴支撑，17、水力驱动叶轮轴，18、蒸汽冷凝管，19、水力驱动叶轮，20、浓缩海水出口，21、海水，22、地基，23、蒸汽汇总管，24、抽水泵驱动轴安装平台，25、抽水泵驱动轴，26、联轴器，27、轴承，28、垂直传动轴，29、垂直传动轴上轴承安装平台，30、第二太阳能集热器，31、第二汽水分离室，32、风力驱动机安装平台，33、风力驱动轴，34、风力驱动圆锥齿轮，35、垂直传动轴上圆锥齿轮，36、抽水泵驱动轴圆锥齿轮，37、垂直传动轴下圆锥齿轮，38、垂直传动轴下轴承安装平台，39、第二集热器下集管，40、真空泵轴，41、水力驱动轴皮带轮，42、皮带，43、真空泵皮带轮。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

[0020] 如图1所示，本发明包括风力抽水部件、蓄水池4、换热管6、蒸汽冷凝管18、第一汽水分离室8、第二汽水分离室31、第一太阳能集热器7、第二太阳能集热器30和水力驱动真空泵部件；风力抽水部件中的海水21从蓄水池4上部接入，蓄水池4内装有换热管6和蒸汽冷凝管18，换热管6的一端接第二汽水分离室31的底部，换热管6的另一端接浓缩海水出口20，蒸汽冷凝管18的一端经蒸汽汇总管23后分成两路，一路经第一蒸汽引出管9从第一太阳能集热器7的第一汽水分离室8的上部接入，另一路经第二蒸汽引出管10从第二太阳能集热器30的第二汽水分离室31的上部接入，第一汽水分离室8的下部经第二集热器下集管39从第二汽水分离室31的侧面接入，第一集热器下集管15的一端从第一汽水分离室8的侧面接入，第一集热器下集管15的另一端从蓄水池4下部接入，蒸汽冷凝管18的另一端接淡化海水引出管13，淡化海水引出管13还与水力驱动真空泵部件中的真空泵12连接，地基22上的两个太阳能集热器支架11上分别支撑太阳能集热器。图1中采用两级太阳能集热器的结构，也可用多级太阳能集热器的结构，太阳能集热器可在市场上选购。

[0021] 如图2所示，所述风力抽水部件，包括海水抽吸管1，抽水泵2，风力驱动机支架3，风力驱动机叶轮5，抽水泵驱动轴安装平台24，抽水泵驱动轴25，联轴器26，轴承27，垂直传动轴28，垂直传动轴上轴承安装平台29，风力驱动机安装平台32，风力驱动轴33，风力驱动圆锥齿轮34，垂直传动轴上圆锥齿轮35，抽水泵驱动轴圆锥齿轮36，垂直传动轴下圆锥齿轮37和垂直传动轴下轴承安装平台38；在风力驱动机支架3上的垂直传动轴上轴承安装平台29和垂直传动轴下轴承安装平台38之间的轴承27中装有垂直传动轴28，垂直传动轴上轴承安装平台29外的风力驱动机安装平台32上通过轴承27装有风力驱动轴33，风力驱动轴33的一端装有风力驱动机叶轮5，风力驱动轴33的另一端装有风力驱动圆锥齿轮34，风力驱动圆锥齿轮34与垂直传动轴上圆锥齿轮35相啮合；抽水泵驱动轴安装平台24上通过轴承27装有抽水泵驱动轴25，抽水泵驱动轴25的一端装有抽水泵驱动轴圆锥齿轮36，抽水泵驱动轴圆锥齿轮36与垂直传动轴下圆锥齿轮37相啮合，抽水泵驱动轴25的另一端经联轴器26与抽水泵2连接，抽水泵2的入口插入海水21，抽水泵2出口的海水21从蓄水池4上部接入。

[0022] 如图3所示，所述水力驱动真空泵部件，包括真空泵12，驱动轮14，两个水力驱动叶轮轴支撑16，水力驱动叶轮轴17，水力驱动叶轮19，真空泵轴40，水力驱动轴皮带轮41，皮带42和真空泵皮带轮43；水力驱动叶轮轴17支撑在两个水力驱动叶轮轴支撑16(即两个轴承27)上，水力驱动叶轮轴17的一端与安装在浓缩海水出口20内的水力驱动叶轮19连接，水力驱动叶轮轴17的另一端装有水力驱动轴皮带轮41，真空泵12的真空泵轴40支撑在轴承27孔中，真空泵轴40上装有真空泵皮带轮43，水力驱动轴皮带轮41(即图1中的驱动轮14)和真空泵皮带轮43通过皮带42连接。水力驱动叶轮19转动后，该转动力通过水平驱动轴17传递到真空泵轴40，带动真空泵12运转，达到系统抽真空的目的，水平驱动轴17和真空泵轴40之间通过皮带轮传递扭矩，也可以通过齿轮传递扭矩。

[0023] 本发明的工作原理如下：

[0024] 由风力驱动机直连的抽水泵将海水抽吸到蓄水池中，待蓄水池水位达到蓄水池内的换热管完全覆盖后，开启所有阀门，第一太阳能集热器将蓄水池中的海水通过热虹吸和第一太阳能集热器加热后，进入第一汽水分离室，第一汽水分离室蒸发的蒸汽通过真空泵抽吸进入蒸汽冷凝管，未蒸发的海水进入第二太阳能集热器，经过再次热虹吸和第二太阳能集热器加热后，进入第二汽水分离室，第二汽水分离室蒸发的蒸汽和第一汽水分离室蒸发的蒸汽汇流后通过真空泵抽吸进入蒸汽冷凝管后，将汽化潜热和显热通过蓄水池中的冷凝管传给蓄水池中的海水，冷凝后的淡水进入淡水管路；第二太阳能集热器没有汽化的浓缩海水利用自身重力进入蓄水池中的换热管，将热量换给蓄水池中的海水后流入水力驱动机，水力驱动机直连真空泵，该真空泵将第一汽水分离室内和第二汽水分离室内的蒸汽抽吸出，同时使两个汽水分离室处于负压状态，增加两个汽水分离室的水汽蒸发速度。

[0025] 风力驱动机直连水泵采用风力驱动叶轮转动，叶轮转轴通过安装于风力驱动机支架内的垂直于地面的垂直轴直接与水泵驱动轴相连，驱动水泵抽吸海水，各轴之间通过圆锥齿轮啮合传递扭矩。不像其他海水淡化技术那样先转化成电能、再通过电动机驱动水泵，这样本发明可提高效率50%以上。

[0026] 本发明中的水力驱动机利用水力驱动叶轮转动后，将该转动力通过水平轴传递到真空泵驱动轴，带动真空泵运转，达到系统抽真空的目的，二轴之间通过皮带轮传递扭矩，也可以通过齿轮传递扭矩。不像其他同类海水淡化技术那样，通过电动机驱动真空泵，这样本发明可大大节约电能。

[0027] 本发明举例为二级太阳能集热器，实际装置可以根据各地太阳能功率密度的不同采用二级以上的多级集热器串联，以达到所需的海水淡化生产量。

[0028] 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。