[發明專利]一種可連續運行的自然真空太陽能海水淡化裝置及方法

有效

• 申請號: 202010698137.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111943299B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王璐;鄭宏飛;馬興龍;金日輝
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/16;F24S10/95;F24S80/30;C02F103/08
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開了一種可連續運行的自然真空太陽能海水淡化裝置，屬于太陽能利用和水處理技術領域。主要裝置包括太陽能集熱器、蒸發器、冷凝器、水泵、淡水收集槽、保溫水箱、防濺蓋。首先利用自然真空的原理使蒸發器內形成低壓空間，然后由水泵輸送的冷海水先流經冷凝器，回收水蒸氣凝結潛熱的同時對水蒸氣進行冷凝，繼續流經太陽能集熱器被加熱后進入第二個保溫水箱內。當第一個保溫水箱水流盡時內部形成真空，通過吸氣管道可吸取蒸發器內的不凝性氣體，接著換成第二個保溫水箱向蒸發器供水。這樣讓兩個水箱交替的進行充水和吸氣，同時采用海水循環淡化的工作方式，可降低不凝性氣體對海水蒸發的不利影響，保證了系統可連續高效的產出淡水。

所屬技術領域

本發明公開了一種可連續運行的自然真空太陽能海水淡化裝置及方法，屬于太陽能利用和水處理技術領域。

背景技術

傳統的海水淡化技術如反滲透，熱蒸餾，電滲析或它們的組合都會消耗大量的不可再生能源，這會對環境造成不利影響。因此，利用太陽能進行海水淡化正日益成為一個有吸引力的選擇。除此之外，在適當的真空條件下的低溫蒸發可以提高蒸發器的效率，因為蒸發溫度會隨著壓力的降低而降低，對熱源溫度要求也較低，可以減少水垢的形成。然而使用真空泵制造真空成本較高，而且容易使泵體內潤滑油混入液態水，降低潤滑油的散熱能力甚至使真空泵受到損害。自然真空利用一個大氣壓可托起10m高水柱的原理，可在水柱上方形成真空環境。因此，將自然真空海水淡化技術與太陽能相結合是一種低成本、易于控制和產水穩定的方法。但由于海水在蒸發過程中，氧氣、氬氣和二氧化碳等不凝性氣體會和水蒸氣一起溢出，這會使蒸發器內的壓力升高，進而使海水的飽和溫度升高，導致使用自然真空的淡化系統不能連續運行，引起產水速率的降低。

為了解決這些矛盾，本發明提出了了一種連續運行的多級自然真空海水淡化裝置及方法，可用于解決孤島或者沿海地區居民的淡水需求問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可連續運行的自然真空太陽能海水淡化裝置。該裝置結構簡單緊湊，可降低產水成本；對熱源要求較低，可使用太陽能或者工業廢熱作給進料鹽水加熱；不僅充分利用水蒸氣的凝結潛熱，還實現了高溫鹽水熱量的梯級利用，提高了太陽能的利用效率；蒸發器內部可一直維持一個較低的壓力，降低了蒸發溫度，提高了淡水產量。

一種可連續運行的自然真空太陽能海水裝置，主要裝置包括：太陽能集熱器、蒸發器、冷凝器、淡水收集槽、水泵、閥門、支撐板、防濺蓋、流量控制器。

連接關系：蒸發器底部離地高度為10米，內部海水入口端裝有防濺板，防止高溫海水進入低溫蒸發器后發生閃蒸而飛濺到淡水收集槽上污染水質；海水出口端有排水管道與海平面相連通。在蒸發器上方安裝有兩個保溫水箱，水箱與蒸發器之間連有供水管道和吸氣管道，水箱頂部還裝有排氣管道。冷凝器安裝在蒸發器內部，冷凝器進口安裝有流量控制器和電動調節閥，出口與太陽能集熱器相連接。冷凝器下方裝有淡水收集槽，淡水收集槽有傾斜角，方便收集凝結的淡水使其通過淡水管道流向淡水水箱。

本發明所采用的技術方案如下：首先使用水泵給蒸發器和第一個保溫水箱內注滿海水，然后打開閥門將蒸發器內水放凈使其內部形成真空條件。接下來使水箱內的熱海水在重力作用下流入蒸發器內，同時打開水泵開關開始供水，進料海水流經冷凝器冷卻水蒸氣，吸收水蒸氣的凝結潛熱，然后經過太陽能集熱器加熱后流進第二個水箱中。由于蒸發器處于真空狀態，對應的海水飽和溫度降低，熱海水進入蒸發器后會立刻蒸發，產生的水蒸氣被冷凝器冷凝產生淡水，滴落在淡水收集槽上，淡水在重力的作用下經過管道進入到淡水儲蓄箱中。