[發明專利]一種充水排氣式自然真空太陽能海水淡化裝置

在審

• 申請號: 201910243433.2
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109809516A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 趙云勝;鄭宏飛;趙志勇;肖建偉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種充水排氣式自然真空太陽能海水淡化裝置，屬于海水淡化技術領域。主要裝置包括冷凝器、太陽能集熱器、蒸發器、排氣閥、泵、淡水儲蓄箱。利用一個大氣壓強可以托起10米左右高水柱原理，在蒸發器和冷凝器中形成自然真空以提高海水蒸發速率。低溫海水經過冷凝器進入太陽能集熱器加熱后進入蒸發器。由于蒸發器處于真空狀態，對應的海水飽和溫度降低，蒸發器的中低溫海水將沸騰，海水蒸發速率增大。產生的水蒸汽通過單向閥進入冷凝器冷凝產生淡水后在重力的作用下經過管道進入淡水儲蓄箱。該系統僅需要泵就可以正常運行，具有結構簡單、成本低、壽命長和效率高等優點，有利于解決沿海和孤島等地區居民用水難題。

所屬技術領域

本發明為自然式真空與太陽能海水淡化技術相結合的系統。充水排氣式自然真空太陽能海水淡化系統是利用地球重力和環境大氣壓力在10m左右高的海水柱上方可以形成的自然式真空降低海水飽和溫度以及利用太陽能集熱器加熱海水來提高中低溫海水系統蒸發率并應用加濕除濕原理產生淡水；當系統產生不凝氣體時，利用管道泵向冷凝器、蒸發器充水從而排氣屬于太陽能海水淡化技術領域。

背景技術

中國是一個水資源嚴重短缺的國家，我國的人均水資源占有量僅為世界平均水平的四分之一。此外，我國的水資源分布嚴重不均勻，尤其是我國的西北、北京、天津等地屬于嚴重缺水地區。但是在這些缺水的地區，往往具有豐富的海水或者苦咸水資源以及豐富的太陽能資源。因而利用太陽能進行海水或者苦咸水淡化是解決這些地區缺水難題的有效手段。目前利用太陽能海水淡化技術往往要求將海水加熱到很高溫度才能獲得良好的產水效果。為了能夠利用中低溫海水人們提出了低溫多效與太陽能相結合的海水淡化技術。但是這種技術需要利用真空泵將整個裝置抽成真空狀態，導致整個系統消耗大量電能。此外這些系統結構也比較復雜，占地面積大，不容易操作。

由于地球上存在重力，一個大氣壓可以支撐10左右米高海水柱。如果將一個大于10m高的U型管注滿水并且翻轉，豎立于自由液面的海水面上，那么U型管內的水柱將在重力作用下下降，直到管內液面距離自由液面10m左右時，水柱保持穩定，此時U型管10m以上空間將出現‘自然真空’。而海水處于負壓狀態下，海水蒸發率將變大，飽和溫度降低。利用這種自然條件下產生的負壓與太陽能海水淡化技術相結合，本文提出了一種充水排氣式自然真空太陽能海水淡化裝置。該種海水淡化系統具有以下優勢：(1)利用‘自然真空’原理形成的真空，不需要利用真空泵抽取真空，降低系統的能量消耗，提高系統的能量效率。(2)系統利用太陽能以及真空提高中低溫海水的蒸發速率，整個系統產水率比較高并且節能環保；(3)當系統產生不凝氣體時，利用管道泵向冷凝器、蒸發器充水從而排氣，系統可以重復使用，節約成本；(4)系統主要由蒸發器和冷凝器與一些管道連接而成，結構簡單，成本低,維護成本低，壽命長等，可以解決孤島、偏遠地區等地區人民生活用水難題。

發明內容

本發明提供一種利用一個環境大氣壓力可以支撐10m左右高的海水柱原理形成自然式真空以及利用太陽能加熱海水來提高海水蒸發速率的海水淡化系統。該裝置的蒸發器距離自由海水液面至少10m以上。根據以上提到的原理，在蒸發器中可以形成自然真空。而在真空條件下，海水的蒸發速率提高，飽和溫度降低，并結合太陽能集熱器加熱海水，這樣可以進一步提高中低溫海水的蒸發速率，提高系統的淡水產量。這種自然真空式的太陽能海水淡化系統沒有真空泵，功耗小；整個系統僅由一些箱體和管道組成，結構簡單；此外，系統在中低溫下工作，降低設備腐蝕和結垢速度、成本低，運行可靠。冷凝器中以冷海水為工質，可以進一步回收蒸汽中的汽化潛熱，提高系統能量利用率。考慮系統工作一段時間后，蒸發器中處于負壓狀態的海水中不凝氣體會釋放出來，導致蒸發器和冷凝器中出現不凝氣體。此時可以將連通蒸發器和海水之間通道以及連接冷凝器和淡水儲蓄箱通道的閥門都關閉，打開蒸發器和冷凝器排氣閥，分別將海水和淡水注入到兩個設備中，將不凝氣體排出蒸發器和冷凝器，然后關閉排氣閥并打開排水閥門，使得系統再次形成真空。該種方法解決了裝置中產生的不凝氣，避免利用真空泵產生真空，使得整個系統可以連續不間斷的工作。