[發(fā)明專利]一種太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)及使用其的海水淡化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910648761.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110282804B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮義鈞;劉國(guó)華;姚貫升;徐進(jìn)良;單悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F9/10
• 分類號(hào): C02F9/10;C02F103/08
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，主要包括納米流體蒸發(fā)裝置，納米顆粒，換熱器，待處理海水，儲(chǔ)水罐，調(diào)節(jié)閥，空氣循環(huán)泵，納米粒子過(guò)濾網(wǎng)，光熱膜滲透裝置，光熱膜，基膜。在所述納米流體蒸發(fā)裝置中，利用動(dòng)態(tài)氣泡對(duì)太陽(yáng)光的散射和反射，生成太陽(yáng)能蒸汽，該蒸汽進(jìn)入換熱器，通過(guò)與進(jìn)入光熱膜滲透系統(tǒng)中的待處理海水進(jìn)行換熱后冷凝為水，該冷凝水進(jìn)入光熱膜滲透裝置的淡水一側(cè)，將跨膜滲透的蒸汽冷凝為水帶走加以利用；納米流體蒸發(fā)裝置產(chǎn)生的蒸汽冷凝后，析出的氣體在空氣循環(huán)泵作用下再次輸入納米流體蒸發(fā)裝置底部用以持續(xù)產(chǎn)生所需的氣泡流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可再生能源領(lǐng)域，具體涉及一種基于氣泡床蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合熱滲透膜技術(shù)的太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)及使用其的海水淡化方法。

背景技術(shù)

淡水資源與人類日常生活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)。隨著人口的快速增長(zhǎng)、工業(yè)的迅猛發(fā)展帶來(lái)環(huán)境污染等系列問(wèn)題，導(dǎo)致淡水資源短缺日益嚴(yán)重。海洋占地球表面積71％，其水資源對(duì)人類而言基本上是用之不竭的，因而海水淡化技術(shù)成為獲取淡水資源的重要途徑之一。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)主要有反滲透膜技術(shù)、多級(jí)閃蒸技術(shù)等，這些技術(shù)發(fā)展較為成熟，實(shí)際應(yīng)用效果較好，但也存在成本較高、耗能嚴(yán)重等問(wèn)題。

作為最大的可再生能源，太陽(yáng)能可以廣泛應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，然而，由于水的光吸收能力差，熱損失大，天然光熱蒸汽轉(zhuǎn)換效率低，無(wú)法滿足生產(chǎn)、生活的用水需求。從而，急需尋找高效光熱轉(zhuǎn)換材料及其相關(guān)的集成系統(tǒng)，來(lái)提高太陽(yáng)能的光熱蒸汽轉(zhuǎn)換效率。目前，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)海水淡化技術(shù)主要有納米流體蒸發(fā)技術(shù)、光熱膜滲透技術(shù)等。納米流體蒸發(fā)技術(shù)是在海水中加入具有寬光譜吸收范圍的光熱轉(zhuǎn)化納米顆粒，這些納米顆粒在陽(yáng)光照射下，表面溫度可以迅速升溫到水的沸點(diǎn)以上，從而蒸汽膜在納米顆粒表面持續(xù)生成，最后浮力作用下脫離并到達(dá)水面釋放出水汽。該技術(shù)需要使用高濃度納米流體才可實(shí)現(xiàn)高蒸發(fā)效率，但高濃度納米流體成本較高，且對(duì)底部納米顆粒的光吸收存在遮擋效應(yīng)。在光熱膜滲透技術(shù)中，待處理海水跟冷卻淡水分別在膜兩側(cè)流動(dòng)，海水一側(cè)的光熱膜通過(guò)光熱效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為熱能加熱周圍水體，在膜表面附近加熱海水產(chǎn)生蒸汽，在溫差驅(qū)動(dòng)的跨膜蒸汽壓作用下，生成的水蒸氣透過(guò)膜滲透到冷卻水一側(cè)，冷凝后被冷卻水帶走。該技術(shù)利用光熱溫差誘導(dǎo)的跨膜蒸汽壓替代了普通膜滲透技術(shù)的壓差，降低了能耗，節(jié)約了成本，綠色無(wú)污染，但受海水升溫的限制，海水淡化效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步提高光能利用，實(shí)現(xiàn)高效海水淡化，本發(fā)明提供了一種納米流體氣泡床蒸發(fā)耦合光熱膜滲透技術(shù)的太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)。技術(shù)原理主要包括兩點(diǎn)：1.利用動(dòng)態(tài)氣泡作為光能散射與傳遞中心，延長(zhǎng)了入射光路徑并倍增了光通量；同時(shí)提供了極大的氣液界面完成氣泡吸濕，以及破水而出的炸裂擾動(dòng)加速了蒸汽擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能蒸汽生成。2.納米流體蒸發(fā)技術(shù)產(chǎn)生的蒸汽與進(jìn)入光熱膜滲透系統(tǒng)中的待處理海水進(jìn)行換熱，提高輸入的海水初始溫度，由此提高了光熱膜滲透技術(shù)的光熱轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)冷凝換熱產(chǎn)生的水作為冷卻水進(jìn)入光熱膜滲透系統(tǒng)淡水一側(cè)將跨膜滲透過(guò)來(lái)的蒸汽冷凝為水帶走加以利用；而光熱膜滲透系統(tǒng)海水一側(cè)輸出的熱海水輸送至納米流體蒸發(fā)系統(tǒng)中，提高了待蒸發(fā)海水的溫度，從而提高了納米流體蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。

本發(fā)明提供了一種基于氣泡床蒸發(fā)結(jié)合熱滲透膜技術(shù)的太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，包括納米流體蒸發(fā)裝置，納米顆粒，換熱器，待處理海水，儲(chǔ)水罐，調(diào)節(jié)閥，空氣循環(huán)泵，納米粒子過(guò)濾網(wǎng)，光熱膜滲透裝置，光熱膜，基膜，所述納米流體蒸發(fā)裝置中包含納米顆粒和氣泡，海水可在納米流體蒸發(fā)裝置中被蒸發(fā)；納米流體蒸發(fā)裝置通過(guò)管道連通至換熱器，待處理海水流入換熱器，換熱器的一端連接至儲(chǔ)水罐，該儲(chǔ)水罐用于儲(chǔ)存冷凝水，該冷凝水在儲(chǔ)水罐中進(jìn)一步冷卻后得到冷卻淡水；納米流體蒸發(fā)裝置和儲(chǔ)水罐均設(shè)置為連接有調(diào)節(jié)閥；待處理海水可經(jīng)過(guò)換熱器而被輸送至光熱膜滲透裝置；光熱膜滲透裝置中設(shè)有由光熱膜和基膜組成的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，該復(fù)合膜結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別為海水和淡水，基膜為疏水性的，保證復(fù)合膜結(jié)構(gòu)兩側(cè)的海水和淡水不能相互滲透；光熱膜滲透裝置可輸出熱海水進(jìn)入納米流體蒸發(fā)裝置補(bǔ)充其蒸發(fā)損失。

優(yōu)選地，所述納米顆粒包括金屬等離子體納米顆粒、碳基納米顆粒以及半導(dǎo)體納米顆粒。