專利名稱：主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水淡化技術(shù)，具體的說，是涉及一種利用太陽能和風(fēng)能進(jìn)行海水淡化的裝置。
背景技術(shù)：
我國是水資源缺乏的國家，人均占有水量只居世界的第108位，相當(dāng)于世界人均水平的1/4，缺水城市占全國城市的2/3，因此水資源成為影響我國可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。在地下取水和跨區(qū)域調(diào)水受到越來越多條件限制的情況下，采用海水淡化獲得新水源是解決我國淡水緊缺的重要戰(zhàn)略途徑。海水淡化是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)和過程，大規(guī)模海水淡化的成熟技術(shù)主要有蒸餾法、電滲析法和反滲透法。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)以石油、煤炭等化石燃料作為能源，不僅消耗大量不可再生的化石燃料，而且會(huì)釋放大量溫室氣體。太陽能、風(fēng)能海水淡化技術(shù)可以克服以上缺點(diǎn)，同時(shí)淡水生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性好。太陽能、風(fēng)能海水淡化技術(shù)分為直接海水淡化和間接海水淡化直接太陽能海水淡化是利用太陽能產(chǎn)生的熱能驅(qū)動(dòng)蒸餾過程，直接風(fēng)能海水淡化是將風(fēng)力的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)脫鹽單元(電滲析單元、反滲透單元等)進(jìn)行海水淡化；間接太陽能、風(fēng)能海水淡化利用太陽能和風(fēng)力產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)后續(xù)的脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。太陽能蒸餾系統(tǒng)又可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類被動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)沒有以外部方式加熱，結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，但工作溫度低、產(chǎn)水量低；主動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)以外部方式(如集熱板)將外部熱能加入到系統(tǒng)來提高蒸餾器的蒸發(fā)作用，運(yùn)行溫度高、產(chǎn)水量高。公開號(hào)為CN101244849A的中國專利披露了一種由太陽能集熱管、蒸發(fā)器、冷凝器等構(gòu)成的主動(dòng)式太陽能海水淡化裝置，可用于海水淡化和苦咸水的濃縮分離，但該裝置未充分利用濃海水和蒸汽的余熱。公開號(hào)為CNM70343Y的中國專利披露了一種太陽能和風(fēng)能海水淡化裝置，通過風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)水泵和傳感器工作，由太陽能加熱管、換熱器和冷凝器構(gòu)成海水淡化主單元，該裝置僅利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，不適用于風(fēng)能資源不豐富的地區(qū)，具有局限性。Al-Garni等人發(fā)明的風(fēng)能-太陽能海水淡化系統(tǒng)可用于發(fā)電和生產(chǎn)淡水，系統(tǒng)包括熱交換器、海水淡化單元等，并利用太陽能-風(fēng)能驅(qū)動(dòng)電扇冷卻提高生產(chǎn)淡水效率，在氣溫較高時(shí)通過電扇來冷卻效率較低(Ahmed Al-Garni, Farooq Saeed, Ayman Kassem. Wind-solar desalination farm and park system. US patent :7771568.)。Ambadar 等人用太陽能集熱器加熱海水產(chǎn)生蒸汽，并通過進(jìn)水海水來冷卻，從而獲得淡水，但該裝置也未充分禾丨J用風(fēng)會(huì)巨(Husein Ambadar, Zantar Ambadar, Zeky Ambadar. Seawater solar desalination system. US patent :5672250.)0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)式太陽能海水淡化裝置或未充分利用風(fēng)能，或者對(duì)風(fēng)能的利用效率不高的技術(shù)問題，提供一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的裝置通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，包括太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和原海水進(jìn)水管路，所述太陽能電池板和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過充電控制器與蓄電池連接，所述太陽能電池板、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及所述蓄電池的額定電壓相等；所述原海水進(jìn)水管路依次通過第一換熱器和第二換熱器連接于太陽能集熱器的底部，所述太陽能集熱器下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器，所述海水蒸發(fā)器由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于所述太陽能集熱器，所述海水蒸發(fā)器在所述斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽，所述淡水收集槽底部設(shè)置有淡水出水口，所述淡水出水口連接有通過所述第二換熱器的淡水出水管路，所述海水蒸發(fā)器頂部設(shè)置有連接于所述太陽能集熱器的原海水進(jìn)水口，底部設(shè)置有濃海水出水口，所述濃海水出水口連接有通過所述第一換熱器的濃海水出水管路；所述蓄電池分別與第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵連接，所述第一真空泵、 第二真空泵和第三真空泵的工作電壓與所述蓄電池的額定電壓一致，所述第一真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的淡水抽入到所述淡水出水管路，所述第二真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的濃海水抽入到所述濃海水出水管路，所述第三真空泵用于將原海水進(jìn)水管路中的原海水經(jīng)過所述太陽能集熱器抽到到所述海水蒸發(fā)器。所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵均為水、汽兩用泵。所述海水蒸發(fā)器的底面外壁和側(cè)面外壁設(shè)置有保溫層。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明充分利用了太陽能和風(fēng)能兩種能源，將太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的電能一并收集到蓄電池內(nèi)，可延長真空泵在無風(fēng)陰天天氣的工作時(shí)間。本發(fā)明將含有較大熱焓的濃海水和水蒸氣、淡水混合物分別經(jīng)過換熱器將自身含有的熱量傳遞給原海水，充分利用了余熱，達(dá)到了能量的合理利用。另外，海水蒸發(fā)器上的保溫材料可防止熱量散失。


圖1是本發(fā)明主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是海水蒸發(fā)器的主視圖；圖3是海水蒸發(fā)器的左視圖；圖4是海水蒸發(fā)器的俯視圖。圖中1 蓄電池，2 充電控制器，3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，4 太陽能電池板，5 第三真空泵，6 原海水進(jìn)水口，7 海水蒸發(fā)器，8 太陽能集熱器，9 淡水收集槽，10 淡水出水口，11 濃海水出水口，12 第二真空泵，13 第一真空泵，14 第二換熱器，15 第一換熱器，16 濃海水出水管路，17 原海水進(jìn)水管路，18 淡水出水管路。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例披露了一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)3、太陽能電池板4、充電控制器2、蓄電池1、太陽能集熱器8、海水蒸發(fā)器7、兩個(gè)換熱器和三個(gè)真空泵構(gòu)成。
其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽能電池板4作為發(fā)電裝置，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的額定功率 100w，額定直流電壓12V，額定風(fēng)速和啟動(dòng)風(fēng)速分別為12m/s和3m/s，葉輪直徑920mm，采用電磁制動(dòng)、偏尾剎車方式進(jìn)行過風(fēng)保護(hù)，風(fēng)能利用率為0. 41。太陽能電池板4采用單晶硅太陽能電池板，額定電壓為12V，額定功率50W，工作溫度范圍為_40°C +90°C，保證在夏季和冬季均可正常工作。風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽能電池板4所產(chǎn)生的電能共同通過充電控制器 2調(diào)節(jié)并儲(chǔ)存于蓄電池1內(nèi)，蓄電池1的額定電壓同樣為12V。充電控制器2的系統(tǒng)額定電壓為12V，工作溫度為-25°C +55°C，啟動(dòng)電壓為12. 3V士 1 %，最大輸入功率60W。充電控制器2具有蓄電池反接保護(hù)、太陽能電池反接保護(hù)、負(fù)載過流及短路保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、過充保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和防雷擊保護(hù)功能。蓄電池1所存儲(chǔ)的電能用于驅(qū)動(dòng)真空泵工作，真空泵為水、汽兩用泵，額定電壓為 12V，可以作真空泵，也可作水泵。作真空泵時(shí)，功率< 2. 88w，流量為1.5L/min，真空度為 75KPa ；作水泵時(shí)，功率< 4. 8w，流量為1. 3L/min,吸程3m，最大揚(yáng)程5m。原海水由原海水進(jìn)水管路17通入，原海水進(jìn)水管路17通過第一換熱器15和第二換熱器14，然后連接于太陽能集熱器8的底部。利用第三真空泵5的作用使原海水依次經(jīng)過第一換熱器15和第二換熱器14，接著從太陽能集熱器8底部進(jìn)入，經(jīng)太陽能集熱器8頂部出來并進(jìn)入到海水蒸發(fā)器7中。第三真空泵5既能提升海水至所需的工作高度，又能降低整個(gè)裝置的氣壓，促進(jìn)海水在海水蒸發(fā)器7內(nèi)的蒸發(fā)。太陽能集熱器8的板芯結(jié)構(gòu)為陽極氧化鍍鉻，玻璃蓋板為5mm浮法透明玻璃，保溫層為50mm玻璃棉，采光面積1. 86m2，最大工作溫度90°C，承壓650kPa，光學(xué)性能91 % -97%。第一換熱器15和第二換熱器14均為不銹鋼材質(zhì)，圓筒直徑17cm，高76cm，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下?lián)Q熱量> 45°C，Δ T = 64. 5°C時(shí)的散熱量為 330wo太陽能集熱器8下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器7，海水蒸發(fā)器7由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于太陽能集熱器7并與其平行。海水蒸發(fā)器7的規(guī)格為寬600mm、 縱截面直角梯形上底5mm、下底700mm、高500mm，材質(zhì)為3mm厚的不銹鋼，蒸發(fā)面積0. 42m2， 冷凝面積為0. 525m2。海水蒸發(fā)器7頂部設(shè)置有兩個(gè)原海水進(jìn)水口 6，海水蒸發(fā)器7底部設(shè)置有一個(gè)濃海水出水口 11。海水蒸發(fā)器7在斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽9，淡水收集槽9可通過設(shè)置隔板而形成，其底部設(shè)置有淡水出水口 10。海水蒸發(fā)器7的淡水出水口 10連接有淡水出水管路18，淡水出水管路18通過第二換熱器14，濃海水出水口 11連接有濃海水出水管路16，濃海水出水管路16通過第一換熱器15。海水蒸發(fā)器7的材質(zhì)要求能夠承受大小為0. 25個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的真空度，并且能夠耐海水腐蝕，可選用具有耐海水腐蝕的316L不銹鋼鋼板或其他材料。海水蒸發(fā)器7的底面外壁和側(cè)面外壁粘貼有保溫材料作為保溫層，保溫層可有效防止海水熱量的散失；保溫材料可選用以橡塑為基材、涂布丙烯酸壓敏膠黏劑的IOmm帶膠橡塑板，保溫材料的承受溫度應(yīng)高于系統(tǒng)的最高工作溫度。在海水蒸發(fā)器7中海水蒸發(fā)，水蒸氣在其斜蓋板上冷凝，并且順著斜蓋板流入到淡水收集槽9中。淡水和未冷凝的水蒸氣被第一真空泵13抽入到淡水出水管路18，然后在第二換熱器14與進(jìn)入其中的原海水進(jìn)行一次換熱后入淡收集裝置。蒸發(fā)后的濃海水被第二真空泵12抽出到濃海水出水管路16，然后在第一換熱器15中與剛進(jìn)入其中的原海水進(jìn)行一次換熱后排到濃海水收集裝置中。
本次實(shí)施中，第一真空泵13是抽氣打氣泵，第一真空泵13右邊的淡水出水管路18 中是負(fù)壓，而左邊的淡水出水管路18中由于打氣作用和閥門的調(diào)節(jié)作用，氣壓大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。因此，從第一真空泵13進(jìn)入到第二換熱器14的水蒸氣是過熱水蒸氣，過熱水蒸氣在第二換熱器14中迅速冷凝液化，把熱量傳遞給與其進(jìn)行熱交換的原海水。本發(fā)明中風(fēng)力發(fā)電機(jī)3和太陽能電池板4通過充電控制器2連接額定電壓為12V 的蓄電池1，蓄電池1型號(hào)為NP17-12，形成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。為增加蓄電池1蓄電量，可以將兩個(gè)額定電壓為12V的蓄電池1并聯(lián)使用。充電控制器2完成系統(tǒng)各個(gè)部分的連接、 組合以及蓄電池1的充電、放電自動(dòng)控制。本裝置根據(jù)日照強(qiáng)弱、風(fēng)力的大小以及負(fù)載的情況，不斷調(diào)節(jié)蓄電池1的充電、放電狀態(tài)一方面，將風(fēng)機(jī)和太陽能電池發(fā)的電送往負(fù)載電路；另一方面，把多余的電能送往蓄電池1組存儲(chǔ)。當(dāng)發(fā)電量不能滿足負(fù)載要求的時(shí)候，充電控制器2把蓄電池1的電能輸送給負(fù)載電路，使其在充電、放電和浮充電等多種狀態(tài)下交替運(yùn)行，保證了風(fēng)光系統(tǒng)的持續(xù)性與穩(wěn)定性。本裝置在室外樓頂試驗(yàn)運(yùn)行10天后，日產(chǎn)水量為^OOmL,水循環(huán)速率為1. 5L/ min，單位淡水產(chǎn)出的實(shí)際太陽能功耗為0. 89X 104MJ/m3，單位采光面積的淡水日產(chǎn)量為 1505mL/m2。盡管上面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，包括太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和原海水進(jìn)水管路，其特征在于，所述太陽能電池板和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過充電控制器與蓄電池連接，所述太陽能電池板、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及所述蓄電池的額定電壓相等；所述原海水進(jìn)水管路依次通過第一換熱器和第二換熱器連接于太陽能集熱器的底部， 所述太陽能集熱器下方設(shè)置有海水蒸發(fā)器，所述海水蒸發(fā)器由縱截面為直角梯形的柱體制成，其斜蓋板面向于所述太陽能集熱器，所述海水蒸發(fā)器在所述斜蓋板底端下方設(shè)置有淡水收集槽，所述淡水收集槽底部設(shè)置有淡水出水口，所述淡水出水口連接有通過所述第二換熱器的淡水出水管路，所述海水蒸發(fā)器頂部設(shè)置有連接于所述太陽能集熱器的原海水進(jìn)水口，底部設(shè)置有濃海水出水口，所述濃海水出水口連接有通過所述第一換熱器的濃海水出水管路；所述蓄電池分別與第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵連接，所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的工作電壓與所述蓄電池的額定電壓一致，所述第一真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的淡水抽入到所述淡水出水管路，所述第二真空泵用于將所述海水蒸發(fā)器中的濃海水抽入到所述濃海水出水管路，所述第三真空泵用于將原海水進(jìn)水管路中的原海水經(jīng)過所述太陽能集熱器抽到到所述海水蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，其特征在于，所述第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵均為水、汽兩用泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，其特征在于，所述海水蒸發(fā)器的底面外壁和側(cè)面外壁設(shè)置有保溫層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動(dòng)式太陽能、風(fēng)能耦合海水淡化裝置，太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過充電控制器與蓄電池連接，蓄電池驅(qū)動(dòng)真空泵工作，原海水進(jìn)水管路通過換熱器連接于太陽能集熱器，然后進(jìn)入海水蒸發(fā)器，海水蒸發(fā)器設(shè)置有淡水出水口和濃海水出水口；淡水出水口連接有通過換熱器的淡水出水管路，濃海水出水口連接有通過換熱器的濃海水出水管路。本發(fā)明將太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的電能一并收集到蓄電池內(nèi)，可延長真空泵在無風(fēng)陰天天氣的工作時(shí)間，同時(shí)將含有較大熱焓的濃海水和水蒸氣、淡水混合物分別經(jīng)過換熱器將自身含有的熱量傳遞給原海水，充分利用了余熱，達(dá)到了能量的合理利用。
文檔編號(hào)C02F1/14GK102351263SQ20111019744
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者李東哲, 毛國柱, 趙林, 郭江泓, 郭鑫 申請(qǐng)人:天津大學(xué)