多效太阳能海水浓缩和淡化装置

摘要

本发明提供一种太阳能海水浓缩和淡化装置，该浓缩和淡化装置包括有浮球液位控制箱液位控制单元；初级太阳能真空集热管和闪蒸罐组成的初级蒸汽产生单元；闪蒸蒸发罐、倒U型液封管、次级太阳能真空集热管组成的蒸汽产生和冷凝单元；以及包括有浮球液位控制箱中的冷凝传热管组成的末级蒸汽冷凝单元。本发明的效果是该装置三效蒸发每小时每平方米集热面积产淡水4.56kg，淡化过程正压操作，无需真空泵，无需一般多效蒸发的效间循环泵，节省电耗。淡水产生效率比常规蒸发高3倍以上，浓水浓缩倍数高，是一种方便的无需制造真空的太阳能海水浓缩和淡化装置。

权利要求

1.一种多效太阳能海水浓缩和淡化装置，其特征是：该浓缩和淡化装置包括有浮球液位控制箱(1)的液位控制单元，初级太阳能真空集热管(2)和闪蒸罐(7)的初级蒸汽产生单元，闪蒸蒸发罐(12)、第一倒U型液封管(9)、次级太阳能真空集热管(3)的次级蒸汽产生和冷凝单元、次级太阳能真空集热管(3)、闪蒸蒸发罐(12)和第二倒U型液封管(10)组成的中间蒸汽蒸发冷凝单元以及包括有浮球液位控制箱(1)中的冷凝传热管(16)的末级蒸汽冷凝单元；所述中间蒸汽蒸发冷凝单元是至少一组按照同一高度安置的蒸汽蒸发冷凝单元；

所述浮球液位控制箱(1)的一侧通过管路连接有海水水箱(17)，另一侧通过管路分别与初级太阳能真空集热管(2)、次级太阳能真空集热管(3)、末级太阳能真空集热管(15)由下至上放置依次相连；闪蒸罐(7)蒸汽出口依次与闪蒸蒸发罐(12)、末级闪蒸蒸发罐(14)相连，闪蒸罐(7)与闪蒸蒸发罐(12)、末级闪蒸蒸发罐(14)分别与浓水水箱(5)连接，初级太阳能真空集热管(2)、次级太阳能真空集热管(3)、末级太阳能真空集热管(15)分别与闪蒸罐(7)、闪蒸蒸发罐(12)、末级闪蒸蒸发罐(14)相连；在浮球液位控制箱(1)中设有冷凝传热管(16)，冷凝传热管(16)一端连接有淡水水箱(8)，另一端与末级闪蒸蒸发罐(14)相连，末级闪蒸蒸发罐(14)通过第一倒U型液封管(9)与淡水水箱(8)相连，闪蒸蒸发罐(12)通过第二倒U型液封管(10)与淡水水箱(8)相连。

2.按照权利要求1所述的多效太阳能海水浓缩和淡化装置，其特征是：所述初级太阳能真空集热管(2)中设置有温度传感器(4)，并控制设在初级太阳能真空集热管(2)与闪蒸罐(7)之间温控电磁阀(6)的开闭。

3.按照权利要求1所述的多效太阳能海水浓缩和淡化装置，其特征是：所述闪蒸罐(7)通过管道连接闪蒸蒸发罐(12)进行蒸汽冷凝，闪蒸蒸发罐(12)内设置有蒸发冷凝管(11)。

说明书

多效太阳能海水浓缩和淡化装置

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能海水淡化技术领域，特别是涉及一种利用太阳能提供热量和蒸发器蒸发温度差实现的多效太阳能海水浓缩和淡化装置。

背景技术

[0002] 海水作为一种非常规水源，其含淡水量在96％以上，其中也有Na+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-、Br-等丰富的元素资源。在海水分离过程中得到淡水的同时，也提高了无机物元素浓度，为进一步提取有关物质提供方便。在现有主流海水淡化技术中，热法和反渗透膜法占主要比例，热法中，多效蒸馏蒸汽的产生依靠效间的饱和蒸汽温度差完成上一效蒸汽的冷凝和本效的蒸汽蒸发；多级闪蒸依靠大循环量的海水的显热贡献来完成蒸汽产生；机械压气蒸馏主要依靠完成饱和蒸汽的绝热压缩来实现蒸汽的反复冷凝和蒸发。并且，无论多效蒸馏、多级闪蒸一般都要真空系统维持多效或多级参数。反渗透膜法主要依靠高的操作压力，使溶剂成分水分子通过膜而形成淡水，其主要消耗动力为电能。能耗问题一直是海水淡化的主要突破技术。

[0003] 在偏远地区或无电力供应的区域，常规海水淡化方法的利用受到限制，同时在沿海救灾或应急的情况下，开发高效率的的移动的海水淡化装置非常必要。只要有日照，就能快速提供高品质淡水，同时，可以产生高浓度浓水。

发明内容

[0004] 为解决公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种多效太阳能海水浓缩和淡化装置，主要利用太阳能完成海水的淡化和浓缩。利用位差关系控制闪蒸温度，通过温度传感器控制电动磁阀实现淡化和浓缩。

[0005] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是提供一种多效太阳能海水浓缩和淡化装置，其中：最低端的闪蒸罐由于与有浮球液位控制箱的液位差最大，罐内压力最大，闪蒸罐只完成初级蒸汽的产生，闪蒸蒸发罐则在完成闪蒸同时，完成蒸汽的冷凝。通过倒U型液封管控制闪蒸罐的闪蒸压力，与同样由另外倒U型液封管控制的相邻次级蒸发冷凝罐，高温蒸汽冷凝同时产生温度较低的蒸汽，实现高品位蒸汽的重复多次利用。末级蒸发不配备倒U型液封管，且末级闪蒸蒸发罐与有浮球液位控制箱的液位差最小，其蒸发压力最低。各闪蒸蒸发罐中产生的蒸汽进入下级闪蒸蒸发罐，蒸汽冷凝成淡水汇集在淡水罐，从闪蒸罐出来的浓海水进入浓水罐。

[0006] 本发明的效果是：依靠位差和倒U型管高度控制各级蒸发温度，保证各级蒸发温度差，实现淡水倍数增大。在辐照强度950W/m2，太阳能集热效率为50％时，普通蒸发每小时每平方米集热面积产淡水0.76kg淡水，而本发明三效蒸发每小时每平方米集热面积产淡水4.56kg，淡化过程正压操作，无需真空泵，无需一般多效蒸发的效间循环泵，节省电耗。淡水产生效率比常规蒸发高3倍以上，浓水浓缩倍数高，是一种方便的无需制造真空的太阳能海水浓缩和淡化装置。

附图说明

[0007] 图1是本发明太阳能海水浓缩和淡化装置示意图。

[0008] 图中：

[0009] 1、浮球液位控制箱 2、初级太阳能真空集热管 3、次级太阳能真空集热管[0010] 4、温度传感器 5、浓水水箱 6、温控电磁阀 7、闪蒸罐 8、淡水水箱[0011] 9、第一倒U型液封管 10、第二倒U型液封管 11、蒸发冷凝管

[0012] 12、闪蒸蒸发罐 13、蒸发冷凝管 14、闪蒸蒸发罐

[0013] 15、末级太阳能真空集热管 16、冷凝管 17、海水水箱

具体实施方式

[0014] 结合附图对本发明的多效太阳能海水浓缩和浓缩装置详细加以说明。

[0015] 本发明的多效太阳能海水浓缩和淡化装置原理:水溶液和水蒸气的平衡取决于温度和压力，除去沸点升高的影响，闪蒸压力大时，闪蒸蒸发出的饱和蒸汽温度高；闪蒸压力低时，闪蒸蒸发出的饱和蒸汽温度低。温度较高的饱和蒸汽在温度较低的闪蒸蒸发时冷凝时，将潜热全部转化，几乎相同量的温度较低的蒸汽产生；同时，由于每级闪蒸蒸发罐都配有太阳能真空集热管，集热管中加热的热海水在本级闪蒸蒸发罐中以显热换潜热，总起来的二次蒸汽产生量就会循环放大。利用位差和倒U型液封管控制产生蒸汽所需压差，实现后级蒸发器利用前级蒸发器产生的蒸汽的全部潜热。依靠温度传感器和温控电磁阀实现系统自动运行。

[0016] 利用上述多效太阳能海水浓缩和淡化装置的淡化和浓缩过程是：设在高处的原海水水箱，通过有浮球液位控制箱液将海水从上向下依次送入各层次太阳能真空集热管，每个层次太阳能真空集热管中设置有温度传感器，电磁阀通过给定设置温度完成打开和闭合。闪蒸罐或闪蒸蒸发罐闪蒸压力由位差和倒U型液封管高度决定，闪蒸罐用于初级蒸汽产生，闪蒸蒸发罐产生的蒸汽量由两部分组成，一部分是前一级的蒸汽冷凝时由于温差所蒸发的潜热换潜热的二次蒸汽，另一部分是本级太阳能真空管热海水以显热换取潜热产生的蒸汽。如果太阳能真空管和蒸汽产生系统构成的级数为N级，理论淡水总量为N(N+1)/2，实现淡水倍数增大，同时，海水得到浓缩。

[0017] 如图1所示，本发明的多效太阳能海水浓缩和淡化装置，该浓缩和淡化装置包括有浮球液位控制箱1的液位控制单元，初级太阳能真空集热管2和闪蒸罐7的初级蒸汽产生单元，闪蒸蒸发罐12、第一倒U型液封管9、次级太阳能真空集热管3的次级蒸汽产生和冷凝单元以及包括有浮球液位控制箱1中的冷凝传热管16的末级蒸汽冷凝单元；所述浮球液位控制箱1的一侧通过管路连接有海水水箱1，另一侧通过管路分别与初级太阳能真空集热管2、次级太阳能真空集热管3、末级太阳能真空集热管15相连；闪蒸罐7蒸汽出口依次与闪蒸蒸发罐12、末级闪蒸蒸发罐14相连，闪蒸罐7与闪蒸蒸发罐12、末级闪蒸蒸发罐14分别与浓水水箱5连接，初级太阳能真空集热管2、次级太阳能真空集热管3、末级太阳能真空集热管15分别与闪蒸罐7、闪蒸蒸发罐12、末级闪蒸蒸发罐14相连；在浮球液位控制箱1中设有冷凝传热管16，冷凝传热管16一端连接有淡水水箱8，另一端与末级闪蒸蒸发罐14相连，末级闪蒸蒸发罐14通过第一倒U型液封管9与淡水水箱8相连，闪蒸蒸发罐12通过第二倒U型液封管10与淡水水箱8相连；所述初级太阳能真空集热管2中设置有温度传感器4，并控制设在初级太阳能真空集热管2与闪蒸罐7之间温控电磁阀6的开闭；所述闪蒸罐7通过管道连接闪蒸蒸发罐12进行蒸汽冷凝，闪蒸蒸发罐12内设置有蒸发冷凝管11；所述末级闪蒸蒸发罐14中置有蒸发冷凝管13；所述次级太阳能真空集热管3、初级太阳能真空集热管2和末级太阳能真空集热管15依次由下至上放置；所述次级太阳能真空集热管3、闪蒸蒸发罐12和第二倒U型液封管10组成的中间蒸汽蒸发冷凝单元，是至少一组的按照同一高度安置的蒸汽蒸发冷凝单元。

[0018] 利用上述多效太阳能海水浓缩和淡化装置的运行过程是：海水水箱17中的海水通过浮球液位控制箱1与各级太阳能真空集热管2、3、15相连，且保持液位差，在太阳光照辐照下，温度达到海水大气压沸腾温度时，各级温控电磁阀打开，加上有第一倒U型液封管9、第二倒U型液封管10控制闪蒸蒸发罐闪蒸压力，从下至上产生的蒸汽逐级降低。闪蒸罐7产生的蒸汽进入下一级闪蒸蒸发罐12完成蒸汽冷凝，然后进入淡水水箱8，闪蒸蒸发罐12产生的蒸汽进入闪蒸蒸发罐14冷凝成淡水进入淡水水箱8，闪蒸蒸发罐14产生的蒸汽总量是，闪蒸蒸发罐12产生的蒸汽在闪蒸蒸发罐14中冷凝时，会产生相近数量的蒸汽，加上末级太阳能真空集热管15加热的海水由显热换潜热同样产生蒸汽；这就是闪蒸蒸发罐14产生的蒸汽总量，其余各级依次类推。闪蒸蒸发罐14产生的蒸汽通过设有冷凝管16的浮球液位控制箱1中冷凝，同时可以预热海水，提高系统淡水产率和增加浓缩效果。

[0019] 实施例1

[0020] 本发明的多效太阳能海水浓缩和浓缩装置：各级聚光太阳能集热器开口1200mm、焦距27.5mm的抛物线聚光集热系统，集热管内经100mm,在辐照850W/m2，环境温度21℃，原海水温度18℃，三级集热管的中心间距为2000mm,底部集热管中海水温度达到112℃时，第二级的海水温度达到106℃,顶端集热管中海水温度101℃时，温控电磁阀打开，系统开始运行。三个小时内，3m2日照面积产淡水10L，浓盐水20L。

[0021] 实施例2

[0022] 本发明的多效太阳能海水浓缩和浓缩装置：采用四级Φ100mm 316L内套不锈钢，不锈钢外层有吸热镀层，外壳为玻璃，中间抽真空，在辐照900W/m2，环境温度23℃，原海水温度20℃，三级集热管的中心间距为1000mm,底部集热管中海水温度达到112℃时，第二级的海水温度达到108℃,第二级的海水温度达到104℃,顶端集热管中海水温度101℃时，温控电磁阀打开，系统开始运行。两个小时内，4m2日照面积产淡水12L，浓盐水20L。