專利名稱：一種太陽能海水淡化裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能海水淡化裝置及其操作方法，屬于海水淡化及空調(diào)制冷的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水對(duì)于人類的生存與發(fā)展具有重要意義，而能被人類利用的淡水資源僅占全球水總儲(chǔ)量的0. 77%。海洋水占全球水總儲(chǔ)量的96. 5%，而人類有近七成居住在距大海不到120 公里的地方。由于陸地淡水資源的緊缺，海水淡化已經(jīng)越來越為世界各沿海國(guó)家所重視。常用的海水淡化方法如蒸餾法，離子交換法，電滲析法，反滲透膜法等，要消耗大量的電力和燃料。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。目前常見的太陽能海水淡化系統(tǒng)以蒸餾法為主，也存在一定問題， 如一般采用自然對(duì)流，熱效率不高；水蒸氣未被充分利用，造成能量損失等。近年來，由于太陽能集熱器技術(shù)的發(fā)展，集熱器與常規(guī)海水淡化裝置的聯(lián)合運(yùn)行逐漸成為研究的熱點(diǎn)。太陽能吸附式海水淡化系統(tǒng)利用真空管式、熱管真空管式或槽式拋物面集熱器，可取得較好的性能，且具有裝置簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件、壽命長(zhǎng)以及無需防震消除噪聲等優(yōu)點(diǎn)。吸附式空氣取水裝置被認(rèn)為是目前取水效率高、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的空氣取水方法之一，其主要優(yōu)點(diǎn)是完全可以利用太陽能驅(qū)動(dòng)，無需其他輔助能源，特別適合在偏遠(yuǎn)缺電的地區(qū)使用。然而吸附劑的特性限制了進(jìn)一步提高該取水裝置的性能吸附劑一般在低溫下吸附，高溫下脫附，吸附時(shí)，空氣溫度越低，吸附劑的吸附性能越好，但同時(shí)空氣溫度降低，空氣的含濕量也下降，抑制了單位空氣質(zhì)量流量的淡水產(chǎn)量。飽和濕空氣的含濕量隨空氣溫度的變化而顯著變化，飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置就是利用空氣的這個(gè)性質(zhì)而設(shè)計(jì)的，它通過空氣在海水淡化裝置中的增濕與減濕過程，從而實(shí)現(xiàn)從海水中獲取淡水。然而在空氣的增濕過程和減濕過程中，空氣相對(duì)濕度始終是接近飽和的，未能充分利用空氣中的含濕量。從以上的分析可知，吸附式空氣取水裝置和飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置具有較好的互補(bǔ)性，當(dāng)循環(huán)空氣經(jīng)過飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置增濕和減濕過程后，被處理后的低溫飽和濕空氣可進(jìn)一步被吸附式空氣取水裝置進(jìn)行吸附處理，從而最大限度地提取空氣中的水分，提高單位空氣質(zhì)量流量的產(chǎn)水率，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的海水淡化率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，利用吸附式空氣取水裝置和飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置兩者之間的互補(bǔ)性，提供一種太陽能海水淡化裝置，能夠最大限度地利用空氣的含濕量，提高單位空氣流量的產(chǎn)水率。本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供使用該裝置的操作方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明裝置采用的技術(shù)方案是一種太陽能海水淡化裝置，由空氣循環(huán)系統(tǒng)、海水處理系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)和淡水收集系統(tǒng)組成
所述空氣循環(huán)系統(tǒng)由吸附器、海水蒸發(fā)箱、風(fēng)機(jī)、海水冷凝箱和風(fēng)管等依次聯(lián)結(jié)組成， 其中，吸附器包括前勻風(fēng)板、冷卻器、抽屜式吸附床和后勻風(fēng)板；海水蒸發(fā)箱包括前擋水板、 蒸發(fā)盤管、循環(huán)海水泵、噴淋器以及后擋水板；海水冷凝器包括冷凝器和凝水盤；
所述海水處理系統(tǒng)包括三個(gè)截至閥、所述海水冷凝器的冷凝器、所述海水蒸發(fā)箱的蒸發(fā)盤管、再生器、海水泵、熱回收器、所述海水蒸發(fā)箱的循環(huán)海水泵和噴淋器，其中，再生器包括加熱盤管、抽屜式脫附床、表冷器以及凝水盤；
所述太陽能加熱系統(tǒng)由太陽能集熱器、所述再生器的加熱盤管、所述海水蒸發(fā)箱的蒸發(fā)盤管和循環(huán)水泵等依次聯(lián)結(jié)組成；
所述淡水收集系統(tǒng)包括所述再生器的凝水盤、所述海水冷凝器的凝水盤、淡水桶以及連接在凝水盤與淡水桶之間的兩個(gè)截至閥。本發(fā)明使用上述裝置的操作方法采用的技術(shù)方案是
所述裝置在增濕減濕與吸附脫附聯(lián)合運(yùn)行模式下的操作為將截至閥全部開啟，從太陽能集熱器出口端排出的高溫介質(zhì)先通過再生器的加熱盤管對(duì)抽屜式脫附床放熱，然后再通過海水蒸發(fā)箱中的蒸發(fā)盤管與從噴淋器中噴出的海水、從前擋水板進(jìn)入的空氣流分別進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過循環(huán)水泵進(jìn)入太陽能集熱器中再循環(huán)，而海水蒸發(fā)器中的海水受熱后部分汽化成水蒸氣，與被加熱后的空氣流混合后，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的吸入端；與此同時(shí)，冷海水入口分為二路，一路經(jīng)過截止閥后進(jìn)入海水冷凝器的冷凝器中與冷凝器外表面的高溫空氣流換熱，高溫空氣流被冷卻，冷凝出的水滴被收集在海水冷凝器的凝水盤中；另一路經(jīng)過截止閥進(jìn)入吸附器的冷卻器中，吸收抽屜式吸附床的熱量后，進(jìn)入再生器的表冷器，進(jìn)一步吸收表冷器外表面水蒸氣的熱量，水蒸氣放熱后，冷凝出的水滴被收集在再生器的凝水盤中。本發(fā)明基于吸附式空氣取水裝置和飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置，通過熱海水加濕空氣，再通過冷海水減濕空氣，實(shí)現(xiàn)飽和空氣在大溫差范圍內(nèi)產(chǎn)生淡水，同時(shí)通過吸附、脫附過程，實(shí)現(xiàn)空氣在小溫差范圍內(nèi)產(chǎn)生淡水。有益效果有1)最大限度地提取空氣的水分，實(shí)現(xiàn)了濕空氣在全溫差范圍、全濕度范圍內(nèi)的淡水生產(chǎn)，有效提高了單位空氣流量的產(chǎn)水率，從而降低風(fēng)機(jī)的耗能，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能系數(shù)；2)太陽能集熱器中高溫介質(zhì)先進(jìn)入再生器中的加熱盤管內(nèi)放熱，然后進(jìn)入海水蒸發(fā)箱中的蒸發(fā)盤管內(nèi)進(jìn)一步放熱降溫，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。


圖1是本發(fā)明一種太陽能海水淡化裝置的循環(huán)流程示意圖。1太陽能集熱器，2再生器，3吸附器，4海水蒸發(fā)箱，5風(fēng)機(jī)，6海水冷凝箱，7風(fēng)管，8加熱盤管，9抽屜式脫附床，10 蒸發(fā)盤管，11循環(huán)水泵，12截至閥，13冷卻器，14抽屜式吸附床，15表冷器，16海水泵，17熱回收器，18循環(huán)海水泵，19噴淋器，20截至閥，21截至閥，22冷凝器，23前勻風(fēng)板，24后勻風(fēng)板，25前擋水板，26后擋水板，27凝水盤，28截至閥，四凝水盤，30截至閥，31淡水桶。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
如圖1所示，本發(fā)明的太陽能海水淡化裝置由空氣循環(huán)系統(tǒng)、海水處理系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)和淡水收集系統(tǒng)組成?？諝庋h(huán)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)5出口端與海水冷凝箱6 —端相連，海水冷凝箱6另一端與風(fēng)管7 —端相連，風(fēng)管7另一端與吸附器3 —端相連，吸附器3另一端與海水蒸發(fā)箱4 一端相連，海水蒸發(fā)箱4另一端與風(fēng)機(jī)5入口端相連。從海水冷凝箱6中送出的低溫飽和空氣經(jīng)過風(fēng)管7后，通過前勻風(fēng)板23被送入到吸附器3中進(jìn)一步除濕，飽和濕空氣成為干空氣，干空氣再通過后勻風(fēng)板M和前擋水板25進(jìn)入海水蒸發(fā)箱4中，被熱海水加熱、加濕后，干空氣成為了高溫飽和濕空氣，高溫飽和濕空氣經(jīng)過后擋水板沈被風(fēng)機(jī)5吸入，最后被風(fēng)機(jī)5 送入海水冷凝箱6中冷卻、冷凝，完成一個(gè)空氣處理的循環(huán)。海水處理系統(tǒng)冷海水入口處分為兩路，一路與截至閥21 —端相連，截至閥21另一端與冷凝器22—端相連，另一路與截至閥12—端相連，截至閥12另一端與冷卻器13 — 端相連，冷卻器13另一端與表冷器15 —端相連，表冷器15另一端與冷凝器22另一端合并成一路，與海水泵16 —端相連，海水泵16另一端與熱回收器17 —端相連，熱回收器17另一端與海水蒸發(fā)箱4左側(cè)底部相連；海水蒸發(fā)箱4右側(cè)底部與熱回收器17 —端相連，熱回收器17另一端與截至閥20 —端相連，截至閥20另一端與濃海水出口端相連。冷海水入口處分為兩路，一路經(jīng)過截至閥21，進(jìn)入海水冷凝箱6中的冷凝器22，另一路經(jīng)過截至閥12， 進(jìn)入吸附器3中的冷卻器13后，經(jīng)過再生器2中的表冷器15后，與第一路從冷凝器22出來的海水合并成一路，然后依次經(jīng)過海水泵16、熱回收器17后送入海水蒸發(fā)箱4中，經(jīng)過噴淋蒸發(fā)加熱后，熱海水經(jīng)過熱回收器17、截至閥20后排出。太陽能加熱系統(tǒng)太陽能集熱器1出口端與加熱盤管8—端相連，加熱盤管8另一端與蒸發(fā)盤管10 —端相連，蒸發(fā)盤管10另一端與循環(huán)水泵11 一端相連，循環(huán)水泵11另一端與太陽能集熱器1入口端相連。太陽能集熱器1可采用真空管式或拋物面式集熱器，傳熱介質(zhì)可選用水、乙二淳等。從太陽能集熱器1中出來的高溫介質(zhì)被送入到再生器2中的加熱盤管8內(nèi)，對(duì)抽屜式脫附床9中的吸附劑放熱后，進(jìn)入海水蒸發(fā)箱4中的蒸發(fā)盤管10 內(nèi)，加熱自噴淋器19中噴出的冷海水后，再通過循環(huán)水泵11送入太陽能集熱器1中，依次完成一個(gè)加熱循環(huán)。淡水收集系統(tǒng)凝水盤27底部與截至閥28 一端相連，凝水盤四底部與截至閥30 一端相連，截至閥觀另一端與截至閥30另一端合并成一路，與淡水桶31入口端相連。再生器2中的脫附床9和吸附器3中的吸附床14均采用抽屜式，當(dāng)吸附器3中的吸附劑趨勢(shì)飽和，可分配抽出插入到再生器2中的脫附床上；當(dāng)再生器2中的吸附劑脫附完畢，可分配抽出插入到吸附器3中的吸附床上；本發(fā)明裝置中的再生器和吸附器可以同時(shí)運(yùn)行。本發(fā)明裝置可以作以下二種模式運(yùn)行 1、增濕減濕模式
截至閥12和截至閥28關(guān)閉，截至閥20、截至閥21和截至閥30開啟，此時(shí)再生器2和吸附器3處于空閑狀態(tài)，從太陽能集熱器1出口端排出的高溫介質(zhì)通過蒸發(fā)盤管10與從噴淋器19中噴出的海水、從海水蒸發(fā)器4的前擋水板25進(jìn)入的空氣流分別進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過循環(huán)水泵11進(jìn)入太陽能集熱器1中再循環(huán)，而海水蒸發(fā)器4中的海水受熱后部分汽化，與被加熱后的空氣流混合后，進(jìn)入風(fēng)機(jī)5的吸入端。
2、增濕減濕與吸附脫附聯(lián)合運(yùn)行模式
截至閥12、截至閥觀、截至閥20、截至閥21和截至閥30全部開啟，從太陽能集熱器1 出口端排出的高溫介質(zhì)先通過加熱盤管8對(duì)抽屜式脫附床9放熱，然后再通過蒸發(fā)盤管10 與從噴淋器19中噴出的海水、從海水蒸發(fā)器4的擋水板25進(jìn)入的空氣流分別進(jìn)行熱交換， 然后經(jīng)過循環(huán)水泵11進(jìn)入太陽能集熱器1中再循環(huán)，而海水蒸發(fā)器4中的海水受熱后部分汽化成水蒸氣，與被加熱后的空氣流混合后，進(jìn)入風(fēng)機(jī)5的吸入端。與此同時(shí)，冷海水入口分為二路，一路經(jīng)過截止閥21后進(jìn)入冷凝器22中與冷凝器22外表面的高溫空氣流換熱， 高溫空氣流被冷卻，冷凝出的水滴被收集在凝水盤四中；另一路經(jīng)過截止閥12進(jìn)入冷卻器 13中，吸收抽屜式吸附床14的熱量后，進(jìn)入表冷器15，進(jìn)一步吸收表冷器15外表面水蒸氣的熱量，水蒸氣放熱后，冷凝出的水滴被收集在凝水盤27中。在此運(yùn)行模式下，水蒸氣釋放出的熱量被充分利用，有效提高了整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)水率，同時(shí)太陽能集熱器1中傳熱介質(zhì)先對(duì)加熱盤管8放熱，然后再對(duì)蒸發(fā)盤管10進(jìn)一步放熱，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，可提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.一種太陽能海水淡化裝置，其特征在于，所述裝置由空氣循環(huán)系統(tǒng)、海水處理系統(tǒng)、 太陽能加熱系統(tǒng)和淡水收集系統(tǒng)組成所述空氣循環(huán)系統(tǒng)由吸附器(3)、海水蒸發(fā)箱(4)、風(fēng)機(jī)(5)、海水冷凝箱(6)和風(fēng)管(7) 等依次聯(lián)結(jié)組成，其中，吸附器(3)包括前勻風(fēng)板(23)、冷卻器(13)、抽屜式吸附床(14)和后勻風(fēng)板(24)；海水蒸發(fā)箱(4)包括前擋水板(25)、蒸發(fā)盤管(10)、循環(huán)海水泵(18)、噴淋器(19)以及后擋水板(26)；海水冷凝器(6)包括冷凝器(22)和凝水盤(29)；所述海水處理系統(tǒng)包括三個(gè)截至閥(12、20、21)、所述冷凝器(22)、所述蒸發(fā)盤管 (10)、再生器(2)、海水泵(16)、熱回收器(17)、所述循環(huán)海水泵(18)和所述噴淋器(19)，其中，再生器(2)包括加熱盤管(8)、抽屜式脫附床(9)、表冷器(15)以及凝水盤(27)；所述太陽能加熱系統(tǒng)由太陽能集熱器(1)、所述再生器的加熱盤管(8)、所述海水蒸發(fā)箱的蒸發(fā)盤管(10)和循環(huán)水泵(11)等依次聯(lián)結(jié)組成；所述淡水收集系統(tǒng)包括所述再生器的凝水盤(27)、所述海水冷凝器的凝水盤(29)、淡水桶(31)以及連接在凝水盤與淡水桶之間的兩個(gè)截至閥(28、30)。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的操作方法，其特征在于，所述裝置在增濕減濕與吸附脫附聯(lián)合運(yùn)行模式下的操作為將截至閥(12、觀、20、21、30)全部開啟，從太陽能集熱器(1)出口端排出的高溫介質(zhì)先通過再生器(2 )的加熱盤管(8 )對(duì)抽屜式脫附床(9 )放熱， 然后再通過海水蒸發(fā)箱(4)中的蒸發(fā)盤管(10)與從噴淋器(19)中噴出的海水、從前擋水板 (25)進(jìn)入的空氣流分別進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過循環(huán)水泵(11)進(jìn)入太陽能集熱器(1)中再循環(huán)，而海水蒸發(fā)器(4)中的海水受熱后部分汽化成水蒸氣，與被加熱后的空氣流混合后，進(jìn)入風(fēng)機(jī)(5)的吸入端；與此同時(shí)，冷海水入口分為二路，一路經(jīng)過截止閥(21)后進(jìn)入海水冷凝器(6)的冷凝器(22)中與冷凝器(22)外表面的高溫空氣流換熱，高溫空氣流被冷卻，冷凝出的水滴被收集在海水冷凝器(6)的凝水盤(29)中；另一路經(jīng)過截止閥(12)進(jìn)入吸附器 (3)的冷卻器(13)中，吸收抽屜式吸附床(14)的熱量后，進(jìn)入再生器(2)的表冷器(15)，進(jìn)一步吸收表冷器(15)外表面水蒸氣的熱量，水蒸氣放熱后，冷凝出的水滴被收集在再生器 (2)的凝水盤(27)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能海水淡化裝置及其操作方法，屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域。該裝置主要由空氣循環(huán)系統(tǒng)、海水處理系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)和淡水收集系統(tǒng)等組成。本發(fā)明裝置基于吸附式空氣取水裝置和飽和空氣增濕減濕式太陽能蒸餾裝置，通過熱海水加濕空氣，再通過冷海水減濕空氣，實(shí)現(xiàn)飽和空氣在大溫差范圍內(nèi)產(chǎn)生淡水，同時(shí)通過吸附、脫附過程，實(shí)現(xiàn)冷空氣在小溫差范圍內(nèi)產(chǎn)生淡水，從而最大限度地利用了空氣的含濕量，實(shí)現(xiàn)了空氣在全溫差范圍、全濕度范圍內(nèi)的淡水生產(chǎn)，有效提高了單位空氣流量的產(chǎn)水率，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能系數(shù)。
文檔編號(hào)C02F1/14GK102328965SQ20111017249
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者吳薇, 李應(yīng)林, 牛寶聯(lián), 薛乾寶, 趙孝保 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)