太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置的製作方法
2023-10-05 22:18:24 1
專利名稱：太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種海水淡化淡化裝置，特別是一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，屬於太陽能利用技術領域。
背景技術：
海水淡化的方法主要分為熱法、膜法和化學方法三大類。其中，熱法海水淡化技術主要有蒸餾法和結晶法，蒸餾法又稱蒸發法，是最早採用的淡化技術。傳統太陽能蒸餾器， 具有被動冷凝器的單斜面的太陽能蒸餾器，雙冷凝室太陽能蒸餾器，垂直太陽能蒸餾器，逆向吸收式太陽能蒸餾器，多級芯型太陽能蒸餾器、多級閃蒸、多效蒸餾和壓汽蒸餾等方法。 結晶法包括冷凍法和水合物法。膜法的海水淡化技術主要包含了反滲透和電滲析；化學方法主要有離子交換法。目前海水淡化的主要方法都要消耗大量燃料或電能，由於成本較高， 應用受到一定的限制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，利用太陽能提供電能和導熱油的熱量，實現了自給自足的運行方式。為了達成上述目的，本發明的解決方案是
一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，包括光伏電池板、平板集熱器、拋物面聚光器、高溫導熱油箱、低溫海水預熱箱、中溫海水預熱箱、高溫海水預熱箱、高溫海水蒸發室、 低溫導熱油箱、淡水收集器、海水輸送泵、導熱油輸送泵、真空泵和控制系統；光伏電池板與海水輸送泵、導熱油輸送泵、真空泵以及控制系統連接供電，並由控制系統控制海水輸送泵、導熱油輸送泵和真空泵的開關；低溫導熱油箱的出口經導熱油輸送泵接輸油管，輸油管經平板集熱器和拋物面聚光器，接至高溫導熱油箱的入口，高溫導熱油箱的出口接至高溫海水蒸發室中的熱油管入口，高溫海水蒸發室中的熱油管出口先接至高溫海水預熱箱的熱油管入口，高溫海水預熱箱的熱油管出口再接至低溫導熱油箱的入口，形成導熱油循環系統；低溫海水預熱箱的入口接海水進管，低溫海水預熱箱的出口經海水輸送泵接至中溫海水預熱箱的入口，中溫海水預熱箱的出口接至高溫海水預熱箱的頂部，高溫海水預熱箱疊置在高溫海水蒸發室的上方且與其相連通，高溫海水蒸發室的底部接濃海水管，濃海水管的中段盤繞在低溫海水預熱箱中而後段從低溫海水預熱箱伸出，高溫海水蒸發室的側壁接水蒸汽管，水蒸汽管的中段盤繞在中溫海水預熱箱中而後段從中溫海水預熱箱伸出並接至冷凝水管，冷凝水管的中段盤繞在低溫海水預熱箱中而後段從低溫海水預熱箱伸出並接至淡水收集器，淡水收集器上安裝真空泵。所述高溫海水蒸發室設有多級蒸發室，各級蒸發室結構相同、單獨可拆卸且呈塔式疊加、上下相連通，熱油管依次盤繞在各級蒸發室中，經各級蒸發室對高溫海水進行蒸發，獲取不同的溫度的蒸汽。所述中溫海水預熱箱對應高溫海水蒸發室的多級蒸發室設有多級相連通的預熱腔，各級蒸發室側壁的水蒸汽管中段盤繞在中溫海水預熱箱的對應級預熱腔中，而後段從 各級預熱腔伸出並匯集接至冷凝水管。所述控制系統還包括溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2、彈簧單向閥K1、溫度補償性 調速閥K2、液位傳感器Fl和開關Si，溫度傳感器Tl安裝在拋物面聚光器上，溫度傳感器T2 安裝在低溫導熱油箱的入ロ，彈簧單向閥Kl安裝在高溫導熱油箱的入ロ，溫度補償性調速 閥K2安裝在高溫導熱油箱的出ロ，液位傳感器Fl安裝在低溫導熱油箱的底部，開關Sl安 裝在導熱油輸送泵上；控制系統根據溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2和液位傳感器Fl的感 應信號控制彈簧單向閥K1、溫度補償性調速閥K2和開關Sl的開或關。所述低溫導熱油箱的出口先接過濾器再接導熱油輸送泵。採用上述方案後，本發明的優點為
一、利用太陽能提供電能和導熱油的熱量，實現了自給自足的運行方式，適合在孤島等 淡水運輸困難、電カ缺乏，陽光充足的地方使用。ニ、對海水進行充分的預熱，使進入蒸發室前的溫度可達到較高溫度；對比現有 的海水淡化裝置，本裝置除了利用了蒸汽冷凝潛熱、還利用以下三種熱量進行海水的預熱 (1)經過高溫海水蒸發室蒸發後流出來的濃海水餘熱；(2)經過冷凝後的淡水餘熱；(3)經 過高溫海水蒸發室與海水進行熱交換後的導熱油所具有的餘熱。三、蒸發室的結構設計採用塔式疊加，可以使海水和導熱油由於重力作用流下來， 耗能減少；同吋，每個蒸發室結構相同、又可單獨拆卸，便於統一生產製造和維修。四、高溫海水蒸發室中的海水溫度較高，提高了蒸發速度。五、通過理論估算，本裝置的採熱面積為8 m2吋，每天產水量為54. 2kgo本裝置每 平方米採光面積每天產水量為6. 8kg/m2. d，而現有一般太陽能海水淡化裝置每平方米採光 面積的產淡水量在3. 5 4. Okg/m2. d左右。
圖1是本發明的整體結構示意圖； 圖2是本發明高溫海水蒸發室示意圖； 圖3是本發明中溫海水預熱箱示意圖； 圖4是本發明低溫海水預熱箱示意圖； 圖5是本發明控制系統部分示意圖。標號說明
光伏電池板1平板集熱器2
拋物面聚光器3高溫導熱油箱4
低溫海水預熱箱5海水進管51
中溫海水預熱箱6—級預熱腔61
ニ級預熱腔62三級預熱腔63
四級預熱腔64高溫海水蒸發室7
熱油管71高溫海水預熱箱72
濃海水管73水蒸汽管74
一級蒸發室75ニ級蒸發室76三級蒸發室77 低溫導熱油箱8 海水輸送泵10
真空泵12
四級蒸發室78 淡水收集器9 導熱油輸送泵11 輸油管13
冷凝水管14 海水輸送管16
過濾器15 中溫海水管17
過濾器18。
具體實施例方式本發明揭示的一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置如圖1所示，包括光伏電池板1、平板集熱器2、拋物面聚光器3、高溫導熱油箱4、低溫海水預熱箱5、中溫海水預熱箱6、高溫海水蒸發室7、低溫導熱油箱8、淡水收集器9、海水輸送泵10、導熱油輸送泵11、 真空泵12和控制系統(圖中未完全示出，故不標號)。低溫導熱油箱8的出口經導熱油輸送泵11接輸油管13，輸油管13經平板集熱器 2和拋物面聚光器3，再接至高溫導熱油箱4的入口，高溫導熱油箱4的出口接至高溫海水蒸發室7中的熱油管71入口，高溫海水蒸發室7中的熱油管71出口先接至高溫海水預熱箱72的熱油管71入口，高溫海水預熱箱72的熱油管出口再接至低溫導熱油箱8的入口， 形成導熱油循環系統。為了保證管道清潔、避免汙染，低溫導熱油箱8的出口先接過濾器18 再接導熱油輸送泵11。低溫海水預熱箱5的入口接海水進管51，低溫海水預熱箱5的出口經海水輸送泵 10接至中溫海水預熱箱6的入口，中溫海水預熱箱6的出口接至高溫海水預熱箱72的頂部，高溫海水預熱箱71疊置在高溫海水蒸發室7的上方且與其相連通，高溫海水蒸發室7 的底部接濃海水管73，濃海水管73的中段盤繞在低溫海水預熱箱5中(配合圖4)而後段從低溫海水預熱箱5伸出。高溫海水蒸發室7的側壁接水蒸汽管74，水蒸汽管74的中段盤繞在中溫海水預熱箱6中而後段從中溫海水預熱箱6伸出並接至冷凝水管14，冷凝水管14的中段盤繞在低溫海水預熱箱5中(配合圖4)而後段從低溫海水預熱箱5伸出並接至淡水收集器9，淡水收集器9上安裝真空泵12。進一步，配合圖2所示，本發明將高溫海水蒸發室7分設為四級蒸發室一級蒸發室75、二級蒸發室76、三級蒸發室77、四級蒸發室78，各級蒸發室結構相同、單獨可拆卸，且由上至下呈塔式疊加、上下相連通。高溫海水預熱箱71疊置在一級蒸發室75上且上下相連通。熱油管71依次盤繞在一級蒸發室75、二級蒸發室76、三級蒸發室77、四級蒸發室78 中，經各級蒸發室對高溫海水進行蒸發，獲取不同的溫度的蒸汽。海水和導熱油熱交換蒸發是由於重力作用流下來，耗能減少，同時，各級蒸發室結構相同，又可單獨拆卸，便於統一生產製造和維修。配合圖3所示，本發明將中溫海水預熱箱6設有多級相連通的預熱腔一級預熱腔 61、二級預熱腔62、三級預熱腔63、四級預熱腔64，分別與高溫海水蒸發室7的四級蒸發室 78、三級蒸發室77、二級蒸發室76、一級蒸發室75對應，四級蒸發室78側壁的水蒸汽管74 中段盤繞在一級預熱腔61而後段從一級預熱腔61伸出，三級蒸發室77側壁的水蒸汽管74中段盤繞在二級預熱腔62而後段從二級預熱腔62伸出，二級蒸發室76側壁的水蒸汽管74 中段盤繞在三級預熱腔63而後段從三級預熱腔63伸出，一級蒸發室75側壁的水蒸汽管74 中段盤繞在四級預熱腔64而後段從四級預熱腔64伸出，所有水蒸汽管74再匯集接至冷凝水管14。光伏電池板1與海水輸送泵10、導熱油輸送泵11、真空泵12以及控制系統連接供電，並由控制系統控制海水輸送泵10、導熱油輸送泵11和真空泵12的開關。進一步，配合圖5所示，本發明控制系統還包括溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2、彈簧單向閥K1、溫度補償性調速閥K2、液位傳感器Fl和開關Si，溫度傳感器Tl安裝在拋物面聚光器3上，溫度傳感器T2安裝在低溫導熱油箱8的入口，彈簧單向閥Kl安裝在高溫導熱油箱4的入口，溫度補償性調速閥K2安裝在高溫導熱油箱4的出口，液位傳感器Fl安裝在低溫導熱油箱8的底部，開關Sl安裝在導熱油輸送泵11上。控制系統根據溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2和液位傳感器Fl的感應信號控制彈簧單向閥K1、溫度補償性調速閥K2和開關Sl的開或關。當溫度傳感器T1=120°C 時，控制系統控制開關Sl閉合，導熱油輸送泵11工作，彈簧單向閥Kl由於壓力作用被開啟，導熱油流到高溫導熱油箱4儲存；當溫度傳感器T290°C時，則控制系統調節溫度補償性調速閥K2， 使導熱油流速變慢，使導熱油與海水進行較充分的熱交換；當液位傳感器Fl顯示的液位達到一定底線(即Wl=I)時，控制系統控制開關Sl斷開，導熱油輸送泵11停止工作，不再將低溫導熱油抽至平板集熱器2加熱。本發明主要有三條主線路
(1)導熱油循環線路低溫導熱油箱8中的低溫導熱油首先經過濾器18過濾後，再通過導熱油輸送泵11被送至平板集熱器2中進行加熱至95°C左右，然後流至拋物面集熱器3 繼續加熱至120°C左右。所得的高溫導熱油由於勢能作用，再從上到下流經高溫海水蒸發室 7的四級蒸發室，與海水進行熱交換，使海水產生蒸汽，而從一級蒸發室75出來的導熱油溫度約113°C，流到二級蒸發室76 ；從二級蒸發室76出來的導熱油溫度約106°C，流到三級蒸發室77 ；從三級蒸發室77出來的導熱油溫度約99°C，流到四級蒸發室78 ；從四級蒸發室78 出來的導熱油溫度約92°C，然後再流至高溫海水預熱箱71進行海水的最末端預熱，使進入高溫海水蒸發室7前的海水達到85°C左右，最後，從高溫海水預熱箱71流出來的導熱油溫度約為86°C，86°C左右低溫導熱油被存儲到低溫導熱油箱8，以此循環。在導熱油循環中設置有溫度傳感器Tl、T2、液位傳感器Fl和彈簧單向閥K1、溫度補償型調速閥K2，用以控制導熱油輸送泵11的運行和導熱油的流速，保證系統所需溫度平衡。本裝置將不同溫度狀態下的導熱油運用於蒸發模塊和海水預熱模塊，使導熱油的熱能得到充分利用。(2)海水流動線路本裝置充分利用了水蒸氣的冷凝潛熱、導熱油經過高溫海水蒸發室7四效蒸發後所具備的92°C左右的較高溫度、四級蒸發室78所流出的約53°C的濃海水和經冷凝後的淡水所具有的約65°C的溫度進行海水的預熱。預熱效果優良，使最末端用來進行蒸發的海水達到85°C左右。
漲潮的時候，20°C左右的海水利用漲潮，經過過濾器15進行過濾後流進(濃海水+ 淡水)熱交換器即低溫海水預熱箱5進行初級預熱。首先，有四級蒸發室78排出來的約53°C 的濃海水和蒸汽冷凝後的約65°C的淡水與不凝氣體混合物，對海水進行初級預熱，使20°C 海水被預熱到約35°C。然後，預熱後約35°C的海水由海水輸送管16經海水輸送泵10被抽到中溫海水預熱箱6 (四效冷凝水熱交換器)中，同時，在高溫海水蒸發室7 (四效蒸發室) 中所產生的蒸汽由於真空度差，也被抽到中溫海水預熱箱6 (四效冷凝水熱交換器)中進行冷凝，利用蒸汽冷凝潛熱進行預熱，35°C海水從左到右經過一級預熱腔61、二級預熱腔62、 三級預熱腔63、四級預熱腔64，經過每級預熱後的的海水溫度分別約為40°C，50°C，60°C， 70°C，70°C左右的熱水再經中溫海水管17流到高溫海水預熱箱71 (導熱油末端熱交換器) 進行最後一次預熱，使海水進入高溫海水蒸發室7前的溫度達到85°C左右。最後，完成預熱的85°C海水從上到下流經高溫海水蒸發室7的四級蒸發室，進行蒸發產生蒸汽。一級蒸發後的海水約77°C，作為二級蒸發的海水來源；二級蒸發後的海水約69°C，作為三級蒸發的海水來源；三級蒸發後的海水約61°C，作為四級蒸發的海水來源；四級蒸發後的濃海水約53°C，溫度較高，故流經低溫海水預熱箱5進行海水預熱，最後經過濃海水處理後排出， 完成蒸發。(3)蒸汽冷凝成淡水線路由四級蒸發室產生的蒸汽分別經過四級預熱腔進行冷凝水熱交換，利用蒸發潛熱進行海水預熱，四效蒸發室由上到下依次為一級蒸發室75、二級蒸發室76、三級蒸發室77、四級蒸發室78，四效預熱腔從左到右依次為一級預熱腔61、二級預熱腔62、三級預熱腔63、四級預熱腔64。一級蒸發室75產生的100°C左右蒸汽流通過四級預熱腔64，二級蒸發室76產生的92°C左右蒸汽流通過三級預熱腔63，三級蒸發室77產生的84°C左右蒸汽流通過二級預熱腔62，四級蒸發室78產生的76°C左右蒸汽流通過一級預熱腔61。同時，蒸汽冷凝成為淡水和一些不凝氣體。所得淡水和不凝氣體混合物通過集流閥，匯集在一起流入冷凝水管14，約為65°C，再流入低溫海水預熱箱5進行海水的初級預熱，然後流入淡水收集器9，通過潮汐能抽真空抽除不凝氣體，同時為蒸發室提供一定的真空度。另外，由於蒸汽冷凝，體積變小，也為系統提供了一定的真空度，保證了各效蒸發室的蒸發速度。在這一冷凝系統中，安置有真空表12、液位傳感器Fl和電磁單向閥，以保證蒸發室的真空度和系統的穩定運行。另外，本裝置的泵、傳感反饋控制和閥門控制等的電力來源，都由光伏電池板1發電提供足夠的電能，不需要外部供電。本發明是基於已有的太陽能海水淡化技術進行設計完成的。根據太陽能的特點， 並基於多效蒸餾技術，提出了一種新型的太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置。該蒸餾系統的主要特點是利用太陽能為裝置提供所需電力和熱源，本裝置的泵、傳感反饋控制和閥門控制等的電力來源，都由太陽能電池板發電提供足夠的電能，不需要外部供電；本裝置利用了太陽能光熱來蒸發海水，並充分利用餘熱來預熱海水，除了利用了蒸汽冷凝潛熱，還充分利用以下三種熱量進行海水的預熱(1)經過四效蒸發室蒸發後流出來的還有一定溫度的濃海水餘熱；(2)經過冷凝後的淡水餘熱；(3)經過四效蒸發室與海水進行熱交換後的導熱油餘熱。使進入蒸發室前的海水溫度達到較高溫度。另本裝置的蒸發室結構設計採用塔式疊加，可以使海水和導熱油由於重力作用流下來，耗能減少。同時，每個蒸發室結構相同、又可單獨拆卸，便於統一生產製造和維修。因此，海水淡化的運行成本大大降低。
利用太陽能光伏和光熱進行海水淡化既可節約能源又能滿足環保要求。本發明利用太陽能提供電能和導熱油的熱量，實現了自給自足的運行方式，適合用在海島、孤島等淡水運輸困難、電力缺乏、陽光充足的地方，為長期駐守在這些地方的國防官兵，生活在該地的人民提供淡水資源保障。
權利要求
1.一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，其特徵在於包括光伏電池板、平板集熱器、拋物面聚光器、高溫導熱油箱、低溫海水預熱箱、中溫海水預熱箱、高溫海水預熱箱、 高溫海水蒸發室、低溫導熱油箱、淡水收集器、海水輸送泵、導熱油輸送泵、真空泵和控制系統；光伏電池板與海水輸送泵、導熱油輸送泵、真空泵以及控制系統連接供電，並由控制系統控制海水輸送泵、導熱油輸送泵和真空泵的開關；低溫導熱油箱的出口經導熱油輸送泵接輸油管，輸油管經平板集熱器和拋物面聚光器，接至高溫導熱油箱的入口，高溫導熱油箱的出口接至高溫海水蒸發室中的熱油管入口，高溫海水蒸發室中的熱油管出口先接至高溫海水預熱箱的熱油管入口，高溫海水預熱箱的熱油管出口再接至低溫導熱油箱的入口，形成導熱油循環系統；低溫海水預熱箱的入口接海水進管，低溫海水預熱箱的出口經海水輸送泵接至中溫海水預熱箱的入口，中溫海水預熱箱的出口接至高溫海水預熱箱的頂部，高溫海水預熱箱疊置在高溫海水蒸發室的上方且與其相連通，高溫海水蒸發室的底部接濃海水管，濃海水管的中段盤繞在低溫海水預熱箱中而後段從低溫海水預熱箱伸出，高溫海水蒸發室的側壁接水蒸汽管，水蒸汽管的中段盤繞在中溫海水預熱箱中而後段從中溫海水預熱箱伸出並接至冷凝水管，冷凝水管的中段盤繞在低溫海水預熱箱中而後段從低溫海水預熱箱伸出並接至淡水收集器，淡水收集器上安裝真空泵。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，其特徵在於高溫海水蒸發室設有多級蒸發室，各級蒸發室結構相同、單獨可拆卸且呈塔式疊加、上下相連通，熱油管依次盤繞在各級蒸發室中。
3.根據權利要求2所述的一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，其特徵在於中溫海水預熱箱對應高溫海水蒸發室的多級蒸發室設有多級相連通的預熱腔，各級蒸發室側壁的水蒸汽管中段盤繞在中溫海水預熱箱的對應級預熱腔中，而後段從各級預熱腔伸出並匯集接至冷凝水管。
4.根據權利要求1所述的一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，其特徵在於控制系統還包括溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2、彈簧單向閥K1、溫度補償性調速閥K2、液位傳感器Fl和開關Si，溫度傳感器Tl安裝在拋物面聚光器上，溫度傳感器T2安裝在低溫導熱油箱的入口，彈簧單向閥Kl安裝在高溫導熱油箱的入口，溫度補償性調速閥K2安裝在高溫導熱油箱的出口，液位傳感器Fl安裝在低溫導熱油箱的底部，開關Sl安裝在導熱油輸送泵上；控制系統根據溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2和液位傳感器Fl的感應信號控制彈簧單向閥K1、溫度補償性調速閥K2和開關Sl的開或關。
5.根據權利要求1所述的一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置，其特徵在於低溫導熱油箱的出口先接過濾器再接導熱油輸送泵。
全文摘要
本發明公開一種太陽能光伏光熱海水淡化一體式裝置。光伏電池板與海水輸送泵、導熱油輸送泵、真空泵以及控制系統連接供電，控制系統控制各泵的開關。低溫導熱油箱、導熱油輸送泵、平板集熱器、拋物面聚光器、高溫導熱油箱、高溫海水蒸發室和高溫海水預熱箱的熱油管形成導熱油循環系統；低溫海水預熱箱經海水輸送泵、中溫海水預熱箱、高溫海水預熱箱接高溫海水蒸發室，高溫海水蒸發室的底部接濃海水管、側壁接水蒸汽管，濃海水管繞經低溫海水預熱箱後伸出，水蒸汽管繞經中溫海水預熱箱後接至冷凝水管，再繞經低溫海水預熱箱後接至淡水收集器，淡水收集器上安裝真空泵。本發明利用太陽能提供電能和導熱油的熱量，實現了自給自足的運行方式。
文檔編號C02F9/10GK102381796SQ20111028591
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者任永臻, 侯達盤, 劉偉欽, 劉菊東, 楊小璠, 林忠華, 許志龍, 黃種明 申請人:集美大學