[發(fā)明專利]由風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的基于開式斯特林循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711416099.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN109956509A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭彥捷;鄭宏飛;馬興龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京佑陸科技有限公司
• 主分類號(hào): C02F1/04
• 分類號(hào): C02F1/04;C02F103/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種由風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的基于開式斯特林循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)，屬于海水淡化領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要由風(fēng)車葉片、風(fēng)力傳動(dòng)輪、雙缸活塞式斯特林壓氣機(jī)、單向閥和蒸發(fā)水箱組成。在該系統(tǒng)中，利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力傳動(dòng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)雙缸活塞式斯特林壓氣機(jī)。水蒸汽作為工質(zhì)在右氣缸內(nèi)被壓縮，壓縮功轉(zhuǎn)換成熱能，蒸汽溫度升高。高溫蒸汽被送入蒸發(fā)水箱中的盤管內(nèi)，遇蒸發(fā)水箱中的冷海水冷凝成淡水，經(jīng)節(jié)流閥從淡水出口流出，從而實(shí)現(xiàn)海水淡化。蒸汽冷凝放出的熱量加熱蒸發(fā)水箱內(nèi)的海水，使其蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸汽，上升至壓氣機(jī)的左氣缸中，作為下一循環(huán)的工質(zhì)。本發(fā)明無需電能驅(qū)動(dòng)，不受晝夜制約，僅需風(fēng)能即可全天候穩(wěn)定地淡化海水。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用一種利用風(fēng)能的領(lǐng)域，具體的說是一種由風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的基于開式斯特林循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地球上絕大部分的水資源儲(chǔ)存在海水之中。海水淡化技術(shù)是解決淡水資源短缺的重要途徑之一。目前，海水淡化技術(shù)主要包括反滲透膜法和蒸餾法。反滲透膜法需要消耗大量電能，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，且對(duì)環(huán)境不友好。傳統(tǒng)的蒸餾法利用熱能來淡化海水，通常與太陽能技術(shù)相結(jié)合。然而，太陽能海水淡化技術(shù)無法晝夜運(yùn)行，并且受天氣、季節(jié)等因素影響較大，難以穩(wěn)定地淡化海水。

而風(fēng)能作為可再生的清潔能源，與太陽能一樣，具有能量總量大、分布廣、利用過程中不產(chǎn)生溫室氣體等特點(diǎn)；與太陽能相比，又可以全天候穩(wěn)定地被利用，因此風(fēng)能日益受到人們關(guān)注。海水淡化系統(tǒng)通常搭建在海邊，而在沿海地區(qū)，由于海陸風(fēng)和季風(fēng)的存在，風(fēng)能十分豐富。本發(fā)明將風(fēng)能與蒸餾法海水淡化技術(shù)相結(jié)合，彌補(bǔ)了太陽能海水淡化技術(shù)的不穩(wěn)定性，可晝夜、四季穩(wěn)定地淡化海水。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種利用風(fēng)能壓縮工質(zhì)做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，從而實(shí)現(xiàn)海水蒸發(fā)冷凝的海水淡化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠充分有效地利用風(fēng)能，可全年晝夜持續(xù)穩(wěn)定地淡化海水。并且制造、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本低，對(duì)環(huán)境友好。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明系統(tǒng)由風(fēng)力傳動(dòng)輪、傳動(dòng)軸、雙缸活塞式斯特林壓氣機(jī)、蒸發(fā)水箱、換熱盤管、節(jié)流閥和單向閥組成。當(dāng)風(fēng)吹過風(fēng)車葉片時(shí)，風(fēng)車葉片帶動(dòng)風(fēng)力傳動(dòng)輪繞軸旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。風(fēng)力傳動(dòng)輪經(jīng)傳動(dòng)軸與雙缸活塞式斯特林壓氣機(jī)的兩個(gè)活塞上的連桿相連，帶動(dòng)左、右氣缸的活塞上下交替運(yùn)動(dòng)，使得該系統(tǒng)可通過二沖程循環(huán)實(shí)現(xiàn)海水淡化過程。

當(dāng)右活塞由上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)的過程中，左活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此過程為第一沖程。由于單向閥1和節(jié)流閥的存在，右活塞在壓縮過程中，右氣缸內(nèi)的水蒸氣無法進(jìn)入左氣缸，換熱盤管內(nèi)的水蒸氣也不會(huì)從節(jié)流閥流出。此時(shí)，右氣缸內(nèi)和換熱器盤管內(nèi)的工質(zhì)可被近似被視為封閉系統(tǒng)。右氣缸和換熱盤管內(nèi)的水蒸氣被壓縮，壓力升高溫度也升高。高溫高壓水蒸氣在換熱盤管中被盤管外的海水冷卻，從而冷凝形成淡水，同時(shí)釋放潛熱，加熱管外的海水。由于右氣缸外壁包裹有隔熱層，缸內(nèi)水蒸氣因壓縮功轉(zhuǎn)換為的熱能以及蒸汽冷凝放出的熱量?jī)H能經(jīng)換熱盤管與蒸發(fā)水箱內(nèi)的海水換熱，加熱海水。因此這一沖程中，右氣缸內(nèi)可近似被看作等溫壓縮過程。而換熱盤管中冷凝出的液態(tài)水經(jīng)節(jié)流閥從淡水出口流出，供客戶使用。

在第一沖程中，在左活塞從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，左氣缸及蒸發(fā)水箱中水蒸氣所占的容積變大，因此水蒸氣的壓力降低。水蒸氣的沸點(diǎn)隨壓力的降低而降低。同時(shí)，蒸發(fā)水箱中的海水不斷地被換熱盤管加熱。因此，蒸發(fā)水箱內(nèi)海水表面的蒸發(fā)速率被大大加速。由于單向閥2的存在，水蒸氣僅能從蒸發(fā)水箱進(jìn)入左氣缸內(nèi)。因?yàn)檎舭l(fā)吸熱，左氣缸中的水蒸氣不斷從環(huán)境中吸熱，以保持左氣缸中水蒸氣溫度不變。因此這一沖程中，左氣缸內(nèi)可被近似被看作等溫膨脹過程。

在第二沖程中，左活塞由上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，同時(shí)，右活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)。在這一沖程中，左氣缸內(nèi)的水蒸氣經(jīng)管道流入右氣缸中，左氣缸內(nèi)的水蒸氣進(jìn)入下一個(gè)海水淡化的循環(huán)，這個(gè)過程被認(rèn)為是等容過程。