專利名稱：一種太陽能海水淡化及產鹽裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化的裝置，特別是一種利用太陽能為能源進行海水淡化， 并可同時生產鹽的裝置。在本發明的裝置中設置有太陽能集熱器、蒸發器、換 熱器、鹽沉降槽，以及連接各部分的管路、閥門和泵。
背景技術：
隨著社會經濟的持續快速發展和人民生活水平的提高，水資源短缺和水污 染問題日益突出，尋找新的水源和節約用水成為當今社會的一個重要課題。對 海水進行淡化處理以獲取淡水是一個古老課題，同時又是當今時代重點研究的 一個熱點。
傳統的海水淡化是采用多級蒸發器組進行蒸餾處理，需要消耗大量的蒸汽， 而末端蒸汽往往不能直接利用，將部分熱量白白浪費，為處理冷卻它還要額外 消耗一定的能量，熱效率利用不高。由于用電設備數目龐大，配套動力所消耗 電力也非常巨大，造成系統占地面積大、投資成本高。同時，海水中的有用資 源——海鹽也得不到有效利用。
中國發明專利申請200610111779.X公開一種溫差式海水淡化器，它是利用 不同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓的不同，首先將海水加溫，提高飽和水蒸汽的 分壓，然后在冷凝室降低溫度，隨著飽和水蒸汽分壓的降低，析出純水，根據 該原理設計了一套淡化裝置，它包括海水箱、加熱器、高壓水泵、霧化室、冷 凝室、淡水箱和風機；海水箱通過管道與加熱器連接，經過加熱器的海水進入 高壓水泵，高壓水泵與霧化室連接，霧化室通過管道與冷凝室連接，冷凝室與 淡水箱連接，風機通過霧化室進風口與霧化室連接。該專利申請中特別提到其 加熱方式可以采用電加熱的方式，也可采用太陽能加熱或利用發動機散熱器放 出的熱能加熱，利用太陽能實現海水淡化。但這方法的淡化效率不會太高。
中國發明專利申請01127319.4公開太陽能一效海水淡化裝置和方法。用水 泵將濾水井內的海水送入太陽能加熱池升溫，再經濾管二次過濾后送入蒸餾塔 進行低壓蒸餾，同時憑借羅茨風機使其在低壓下蒸發，被抽出加壓的水蒸汽經 管道再返回加熱池左端的冷卻板進行冷卻，并沿加熱池的曲線冷卻管逆海水進 入方向從淡水出水口流出，其間以一端在加熱池內，另一端在蒸餾塔底部的多 根熱管的加熱裝置補充蒸發所需熱量，并在蒸餾塔的下部設有絞龍出鹽裝置， 綜合利用使淡化水成本極低。
中國發明專利申請200810071554.5公開一種太陽能膜法海水淡化方法及成 套設備，它由太陽能光伏電池系統、海水預處理系統和反滲透淡化系統三部分構成。太陽能光伏電池系統包括太陽能電池面板、框架、設置于太陽能電池面 板背面的背面構件和貯存電能的蓄電池及電流轉換器組成。由太陽能光伏電池 系統給海水預處理系統和反滲透淡化系統提供能源。將海水經過海水預處理系 統處理除去海藻、浮游生物、懸浮物、膠體、細菌，然后泵入反滲透，經過反 滲透脫鹽得淡水和鹵水(濃縮水)。但現階段太陽能光電池的效率較低，而采用反 滲析法進行水的淡化不僅效率不高，而且其水消耗量也很大，因此所需要的能 耗較高，使僅利用太陽能作為該專利申請技術方案的能源近乎成為不可能。
中國實用新型專利200820054546.5公開的內循環多效蒸發冷凝的太陽能海 水淡化裝置包括太陽能集熱器，蒸發塔和冷凝塔，所述的蒸發塔與冷凝塔置于 一個一體化殼體內，而兩者上腔通過一個風機連通，下腔通過一個通氣口連通； 有一個高位熱水儲箱，所述的太陽能集熱器的進出口分別與高位熱水儲箱的上 下腔連通； 一個鹽水泵進口連通蒸發塔的下腔，而出口分別通過閥和高位熱水 儲箱上腔，接通太陽能集熱器進口。但這種裝置仍存在效率低下，能源較高的 不足。
從中國專利中已公開的技術來看，現有技術中還普遍存在一個共同的不足， 即在實現海水淡化并將淡水從系統或裝置中排出的同時也將一部分能量帶走， 使能量不能充分被利用。
發明內容
本發明提供一種可克服現有技術共同不足的，能有較高能量利用效率，可 以基本上實現僅靠太陽的能量進行海水淡化的裝置，而且本發明的裝置還能在 淡化海水的同時生產出海鹽。
本發明的太陽能海水淡化裝置，包括太陽能集熱器、蒸發器、換熱器、鹽 沉降槽，以及連接各部分的管路、閥門和泵。其中換熱器的冷海水入口與海水 自吸泵連接，換熱器的溫海水出液口與蒸發器的進液口連接，蒸發器的二次蒸 汽出口與蒸汽壓縮機的入口連接，蒸汽壓縮機的輸出口與蒸發器的蒸汽入口連 接，顯然本發明中的蒸發器為一個蒸汽壓縮再循環蒸發器，蒸發器的淡化冷凝 水出口通過淡化冷凝水罐與換熱器的淡化冷凝熱水口連接，換熱器的淡化冷凝 溫水出口與淡化冷凝水收集管相連，蒸發器的循環液出口與蒸發器循環液泵的 輸入口連接，循環泵的輸出口與蒸發器的循環液入口連接，蒸發器的過飽和鹽 水出口與飽和鹽水出液泵的輸入口連接，飽和鹽水出液泵的輸出口庫接海水超 濃液罐，飽和鹽水罐連接帶有飽和鹽水出口和粗鹽收集槽的鹽沉降槽。太陽能 集熱器加熱熱管，由熱管將熱量傳遞至其內循環水達到沸點，在蒸汽罐產生的 蒸汽驅動汽輪機發電，所發出的電力用于驅動裝置內的泵及壓縮機做功，蒸汽 罐上還有管道連通蒸發器，在該管道上設置有控制閥門。本發明工作中是通過海水自吸泵將海水經換熱器的冷海水入口引入換熱器 內加熱，加熱后的海水被送入蒸汽壓縮再循環蒸發器中再次加熱，并通過蒸發 器循環泵將海水打循環，進行循環加熱，而蒸發器中產生的二次蒸汽被送入蒸 汽壓縮機中被壓縮，蒸汽通過蒸汽壓縮機(熱泵)機械做功，利用逆向卡諾循 環方式工作，從周圍低溫環境中吸熱，熱量由低溫物體傳遞到高溫介質(蒸汽)， 形成具有獲得較高壓力、溫度和焓值的蒸汽，這些蒸汽被再次送入蒸發器作為 加熱熱源，加熱蒸發器內的海水，而被冷凝后形成的淡水則通過淡化冷凝水出 液泵送入換熱器中作為換熱器的加熱熱源，經換熱器內的熱交換后被進一歩冷 卻，冷卻后的淡化冷凝水通過淡水收集管排出本發明的裝置，蒸發器的下部設 置有鹽飽和度檢測裝置，當檢測出蒸發器內的海水成為過飽和鹽水時即將過飽 和鹽水送入海水超濃液罐內，在海水超濃縮罐內加入適量的鹽種晶即可使過飽 和鹽水在其誘導下迅速結晶析出海鹽，形成粗大結晶。把含有結晶的超濃液送 入鹽沉降槽內，在攪動耙的作用下，從底流可獲得副產品——粗鹽，而頂流得 到飽和含鹽海水可經進一步脫水后得到粗鹽。本發明裝置中的太陽能集熱器中 設置有熱管，太陽能集熱器所獲得的熱量通過熱管傳遞蒸汽罐中產生用于驅動 發電機工作的汽輪機，由發電機發出的電力用于驅動裝置內的泵及壓縮機做功。 同時蒸汽罐產生的蒸汽還可送入蒸發器，作為裝置初始工作時蒸發器的熱源。
本發明的優選實施例中，在蒸發器17的淡化冷凝水出口 36與換熱器8的 淡化冷凝熱水口 31間連接有淡化冷凝水罐6和淡化冷凝水出液泵7，在蒸汽壓 縮機3的輸出口與蒸發器17的蒸汽入口 37之間設置有蒸汽穩壓罐18，蒸汽罐 13的蒸汽輸出管通過三通管24分別與汽輪機11的蒸汽輸入管連接和蒸發器17 的蒸汽入口 37連接，三通管24與蒸汽入口 37的連接管間設置有閥門40。由于 本發明的優選實施例中在蒸發器17的淡化冷凝水出口 36與換熱器8的淡化冷 凝熱水口 31間連接有淡化冷凝水罐6，可以使整個裝置有比較穩定的冷凝水輸 出量，同時可將自閃蒸的蒸汽用作補充熱源加以利用，進一歩提高系統的熱效 率；而設于冷凝水罐6前的泵7可克服高差揚程及裝置內的阻力和增加換熱器 內的液體流速，提高換熱效率，也便于長距離輸送至收集系統內。設置的蒸汽 穩壓罐可以使裝置有比較穩定的蒸汽輸出量被送入蒸發罐內，使裝置工作更為 穩定和高效；通過一個三通以及設置于相應管道上的閥門可以很方便地將由太 陽能集熱器加熱蒸發的蒸汽分別送往汽輪機和蒸發器，既可減少管道的用量， 也給裝置自動化控制提供了方便。
本發明的實施例中在海水自吸泵9與換熱器8的冷海水入口 29間串接有至 少一級過濾器，而在本發明的優選實施例中采用了一級CD粗過濾器與相互串聯 的一級CD精過濾器，通過兩級過濾可將海水中的浮游生物、藻類及其它固態雜質完全過濾保證了裝置正常運轉。本發明特別采用了造紙行業使用的CD過濾
器。CD過濾器的優點是過濾圓盤按一定間隔布置，可以安裝的數量較多，在有 效容積內能實現較大面枳的過濾，設備結構緊湊，場地占用小，投資成本低； 水及可溶性的物質由于壓力作用透過濾布進入到空心軸而排出，其它泥沙、藻 類等被過濾吸附在CD盤上，表面吸附雜物由設備內部刮刀清除，刮落后被收集 到污泥槽，由排污閥排出，能實現連續工作過程；由于圓盤隨中間管軸作圓周 運動，可以起到自清洗的作用，能有效延長設備清洗周期和使用壽命；同時， 每件圓盤均由獨立工作、 一定數目的濾布組成，設備維修成本低，拆卸更換方 便。
本發明的實施例中，在過飽和鹽水出口35可設置檢測鹽濃度的檢測點，或 者安裝鹽濃度自動檢測裝置。采用這一技術措施后可向裝置提供開啟飽和鹽水 出液泵的信息。
在本發明的最佳實施例是將蒸汽罐與一個蒸汽鍋爐連通，形成可由太陽能 與蒸汽鍋爐分別向蒸汽罐供熱的系統。按本實施例構成的裝置采用了蒸汽鍋爐 作為太陽能的補充能源，既能各自單獨工作，又能運用混合動力產生蒸汽進行 發電，特別是在夜晚或陰雨天時可對現有資源充分應用，利用蒸汽鍋爐產生蒸 汽，以滿足不間斷長時間連續工作過程，實現系統能量在時間和空間上的合理 匹配。
附圖1為本發明的一個實施例的裝置示意圖。 附圖2為CD過濾器結構示意圖。 附圖3為CD過濾器中濾布示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細解說本發明的裝置組成及工作原理
附圖1給出的本發明的實施例中，太陽能通過太陽能集熱器12收集并加熱
設于集熱器12內的熱管，進而將流經集熱器12內的循環水加熱至沸點，達到 沸點的循環水從太陽能集熱器12經入口 21到蒸汽罐13內，使罐13內產生蒸 汽，補充的部分循環水和未蒸發的循環水經22返回到集熱器13，形成自循環過 程。蒸發罐13內的水被加熱轉變為蒸汽后經三通24可分別被送至發電汽輪機 11和蒸發器17。送入蒸發器17的蒸汽量可通過閥門40控制。在本發明裝置正 常工作中，發電汽輪機11發出電力經輸電裝置14送入本發明相關的用電裝置， 也可并入電網。本發明裝置中的海水吸入泵19將海水吸入，經二級CD過濾器 10和16過濾后經冷海水入口 29送入換熱器8中進行加熱蒸發，被加熱后的熱 海水經熱海水出液口 32輸出并經進液口 41送入蒸發器17內進行蒸發。蒸發器17蒸發的二次蒸汽經出口 44送入蒸汽壓縮機3的入口 ，經壓縮機3的壓縮形成 具有獲得較高壓力、溫度和焓值的蒸汽，再經壓縮機3的輸出口經過蒸汽穩壓 罐18后再經蒸汽入口 37被回輸到蒸發器17內作為蒸發器17的加熱熱源對17 內的熱海水進行再次加熱，蒸汽穩壓罐18可以使裝置有穩定的蒸汽輸出量被送 入蒸發罐內，使裝置工作更為穩定和高效。在蒸發器17內產生的蒸汽被冷凝為 淡水后，經蒸發器17的淡化冷凝水出口 36和淡化冷凝水罐6以及淡化冷凝熱 水口 31送入換熱器8內，冷凝的淡水在換熱器8內作為加熱熱源對進入其內的 冷海水進行加熱，同時使冷凝淡水進一歩冷卻，并經換熱器8內所設的淡化冷 凝溫水出口 30和與其相連的淡化冷凝水收集管15排出系統。而設于冷凝水罐6 前的泵7可克服換熱器8的高差揚程及裝置內的阻力，可以提高換熱器內的液 體流速，提高換熱效率，也便于長距離輸送至收集系統內。蒸發器17的被加熱 但未汽化的海水通過循環液出口 38進入蒸發器循環液泵4內，并在循環泵4的 作用下通過循環液入口 39被再次送回蒸發器17內進行循環加熱。在這一過程 中，海水被逐漸濃縮，當設置于過飽和鹽水出口35的檢測點的檢測裝置檢測到 蒸發器17內的海水鹽濃度人于預定值成為過飽和鹽水時，飽和鹽水出液泵5即 被開啟，將過飽和鹽水送入海水超濃液罐19內，在海水超濃縮罐19內加入適 量的鹽種晶即可使過飽和鹽水在其誘導下迅速結晶析出海鹽，形成粗大結晶。 把含有結晶鹽的超濃液送入鹽沉降槽20內，在攪動耙的作用下，從底流獲得副 產品——粗鹽進入粗鹽收集槽2內,而頂流得到飽和含鹽海水可經鹽水飽和液出 口1流出，經進一歩脫水后得到粗鹽。從圖l中還可見，蒸汽罐13用還與一個 蒸汽鍋爐45連通，通過閥門46控制蒸汽鍋爐45所產生的蒸汽進入蒸汽罐13 內。本發明中的鍋爐45最好采用秸稈稻殼蒸汽鍋爐，這樣加大了對現有資源充 分利用，而且采用秸稈稻殼蒸汽鍋爐作為太陽能的補充能源，既能單獨工作， 又能運用混合動力產牛蒸汽進行發電。這一系統在陽光充裕時，充分收集太陽 能，利用太陽能集熱器產生蒸汽驅動汽輪機發電供給系統能源，進行海水淡化 及產鹽，當在夜晚或陰雨天時則對現有資源充分應用，利用秸稈稻殼蒸汽鍋爐 產生蒸汽，以滿足不間斷長時間連續工作過程，實現系統能量在時間和空間上 的匹配。
圖2和圖3是CD過濾器結構示意圖，其中47為排污閥，48為污泥槽，49 為過濾器殼體，50為空心回轉軸，51為濾液入口， 52為CD過濾盤，53為濾液
出口。其工作原理是在過濾期內保持一定的壓力，濾液進入到過濾器型腔后，
水及可溶性的物質由于壓力作用透過濾布進入到空心軸而排出。其它泥沙、藻 類等被過濾吸附在CD盤上，刮落后被收集到污泥槽，由排污閥排出。根據過濾
需要而選定濾布規格目數，并分為粗、精過濾。
權利要求
1、一種太陽能海水淡化裝置，包括太陽能集熱器、蒸發器、換熱器、鹽沉降槽，以及連接各部分的管路、閥門和泵，其特征是裝置中換熱器8的冷海水入口29與海水自吸泵9連接，換熱器8的熱海水出液口32與蒸發器17的進液口41連接，蒸發器17的二次蒸汽出口44與蒸汽壓縮機3的入口連接，蒸汽壓縮機3的輸出口與蒸發器17的蒸汽入口37連接，蒸發器17的淡化冷凝水出口36通過淡化冷凝水罐6與換熱器8的淡化冷凝熱水口31連接，換熱器8的淡化冷凝溫水出口30與淡化冷凝水收集管15相連，蒸發器17的循環液出口38與蒸發器循環液泵4的輸入口連接，循環泵4的輸出口與蒸發器的循環液入口39連接，蒸發器17的過飽和鹽水出口35與飽和鹽水出液泵5的輸入口連接，飽和鹽水出液泵5的輸出口連接海水超濃液罐19，飽和鹽水罐19連接帶有飽和鹽水出口1和粗鹽收集槽2的鹽沉降槽20，太陽能集熱器12加熱熱管，由熱管將熱量傳遞至其內循環水達到沸點，在蒸汽罐13產生的蒸汽驅動汽輪機11發電，所發出的電力用于驅動裝置內的泵及壓縮機做功，蒸汽罐13還有管道連通蒸發器17，該管道上設置有控制閥門。
2、 根據權利要求1所述的一種太陽能海水淡化裝置，其特征是在蒸發器17 的淡化冷凝水出口 36與換熱器8的淡化冷凝熱水口 31間連接有淡化冷凝水罐6 和淡化冷凝水出液泵7，在蒸汽壓縮機3的輸出口與蒸發器17的蒸汽入口 37之 間設置有蒸汽穩壓罐18，蒸汽罐13的蒸汽輸出管通過三通管24分別與汽輪機 11的蒸汽輸入管連接和蒸發器17的蒸汽入口 37連接，三通管24與蒸汽入口 37的連接管間設置有閥門40。
3、 根據權利要求2所述的一種太陽能海水淡化裝置，其特征是海水自吸泵 9與換熱器8的冷海水入口 29間串接有至少一級CD過濾器。
4、 根據權利要求3所述的一種太陽能海水淡化裝置，其特征是在過飽和鹽 水出口 35設置檢測鹽濃度的檢測點。
5、 根據權利要求1或2或3或4所述的太陽能海水淡化裝置，其特征是蒸 汽罐13還與一個蒸汽鍋爐45連通。
全文摘要
本發明公開一種利用太陽能為能源進行海水淡化，并可同時生產鹽的裝置。本發明的裝置由太陽能集熱器向蒸發器提供熱源，同時提供蒸汽驅動汽輪機發電，吸入的冷海水在換熱器中加熱后送入蒸發器，蒸發器產生二次蒸汽被送入蒸汽壓縮機進行壓縮加熱，然后再循環進入蒸發器中，在蒸發器中產生淡化冷凝水被送入換熱器中用作冷海水加熱，由蒸發器產生的過飽和鹽水經飽和鹽水罐送入粗鹽收集槽的鹽沉降槽。本發明中還設有蒸汽鍋爐。
文檔編號C02F103/08GK101544411SQ200910138238
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者舒 張, 張培洲, 琿 邵 申請人:張培洲