無電耗太陽能壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，包括主機模塊、發(fā)電模塊、聚光加熱模塊、動力控制模塊和壓縮模塊，主機模塊包括蒸發(fā)器、電加熱器和換熱器，電加熱器與動力控制模塊電性連接，發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊，其與動力控制模塊電性連接，聚光加熱模塊采用開放式循環(huán)管道結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)器連通以交換溶液，壓縮模塊包括由動力控制模塊供電的壓縮機、蒸汽管道和收集管道，蒸發(fā)器連接后壓縮機，壓縮機依次連通蒸汽管道、換熱器和收集管道。本發(fā)明由太陽能以及風能提供運行全部能耗，使用跟蹤型聚光集熱器加熱，及壓汽蒸餾的高效制水途徑，適用于偏遠地區(qū)或者海島等電力難以到達地區(qū)或者能源貧乏地區(qū)、季節(jié)性缺水、水污染地區(qū)或者行業(yè)。
【專利說明】無電耗太陽能壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于可再生能源利用及水凈化領域，具體涉及一種太陽能壓汽沸騰蒸餾系 統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 水是世界上最普遍的物質(zhì)之一，總體積為14. 1億立方公里，其中只有2%是淡水。 淡水的87%又被封凍在兩極及高山的冰層和冰川中，難以利用。便于人類利用的淡水資源 只有21000立方公里左右。這些資源在時空上分布不均，加上人類的不合理利用，使世界上 許多地區(qū)面臨著嚴重的水資源危機。
[0003] 據(jù)有關國際組織預測，到2050年，預測生活在缺水國家中的人口將增加到10. 6億 和24. 3億之間，約占全球預測人口的13 % -20 %。
[0004] 水污染有三個主要來源，生活廢水、工業(yè)廢水和含有農(nóng)業(yè)污染物的地面徑流。中國 是世界13個缺水國家之一，全國600多個城市中目前大約一半的城市缺水，水污染尤其嚴 重，更使水短缺雪上加霜。我國江河湖泊普遍遭受污染，全國75%的湖泊出現(xiàn)了不同程度的 富營養(yǎng)化；90 %的城市水域污染嚴重，南方城市總?cè)彼康?0% -70 %是由于水污染造成 的；對我國118個大中城市的地下水調(diào)查顯示，有115個城市地下水受到污染，其中重度污 染約占40%。水污染降低了水體的使用功能，加劇了水資源短缺，對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的 實施帶來了負面影響。
[0005] 有些工業(yè)領域生產(chǎn)過程中會排出廢液，其直接排放不但嚴重污染環(huán)境，而且浪費 了其中的可回收物質(zhì)或者原料，同時國家和地方政府法規(guī)具有嚴格排放標準和懲罰措施， 如果采用常規(guī)濃縮處理其成本過高，很多企業(yè)陷入進退兩難地步。
[0006] 壓汽蒸餾是一種高效的水凈化方式，壓汽蒸餾又稱MVR，是機械蒸汽再壓縮技術 (mechanical vapor recompression)的簡稱，是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量， 從而減少對外界能源的需求的一項節(jié)能技術。早在60年代，德國和法國已成功的將該技術 用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領域。其單位電耗產(chǎn)水量大，經(jīng)濟性高， 一度電可以蒸發(fā)15_40kg水。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種采用模塊化的太陽能高溫沸騰蒸發(fā)系 統(tǒng)，采用模塊化設計，便于拆卸安裝轉(zhuǎn)移作業(yè)，具有產(chǎn)品率高、投資少、維護少的優(yōu)點。
[0008] 為達到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0009] 本發(fā)明的一種無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，包括主機模塊、發(fā)電 模塊、聚光加熱模塊、動力控制模塊和壓縮模塊，采用模塊化方式，便于拆卸安裝和運輸，可 根據(jù)時間、地域要求進行方便的轉(zhuǎn)移作業(yè)。主機模塊包括蒸發(fā)器、電加熱器和換熱器，換熱 器和電加熱器位于蒸發(fā)器內(nèi)靠近底部的側(cè)壁上，蒸發(fā)器具有位于頂部的第一排氣口、靠近 頂部側(cè)壁上的第二排氣口和位于底部的第一溶液出口，第一排氣口連接有可控制排氣的第 一閥門，電加熱器與動力控制模塊電性連接；發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊，其與動力控制模 塊電性連接；聚光加熱模塊采用開放式循環(huán)管道結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)器連通以交換溶液；壓縮模塊 包括由動力控制模塊供電的壓縮機、蒸汽管道和收集管道，蒸發(fā)器的第二排氣口連接后壓 縮機，壓縮機依次連通蒸汽管道、換熱器和收集管道。
[0010] 進一步，所述蒸餾系統(tǒng)還包括有熱回收模塊，第一溶液出口通過管道經(jīng)過熱回收 模塊，收集管道經(jīng)過熱回收模塊，待處理溶液通過管道經(jīng)過熱回收模塊后進入聚光加熱模 塊。
[0011] 進一步，所述聚光加熱模塊或者采用自循環(huán)管道結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)器連通以交換溶液。
[0012] 所述采用開放式循環(huán)管道結(jié)構(gòu)的聚光加熱模塊包括有太陽能聚光集熱器、泵和第 三閥門，太陽能聚光集熱器的入口分為兩路管道，一路管道與蒸發(fā)器具有的第二溶液出口 連通，另一路管道依次經(jīng)過第三閥門和熱回收模塊后，接入待處理溶液，太陽能聚光集熱器 的出口經(jīng)過泵后進入蒸發(fā)器的第一溶液入口。
[0013] 所述采用自循環(huán)管道結(jié)構(gòu)的聚光加熱模塊包括太陽能聚光集熱器、泵、第四閥門 和第五閥門，太陽能聚光集熱器的入口分兩路管道，一路管道依次接通熱回收模塊和第四 閥門后，接入待處理溶液，另一路接第五閥門后分為兩路后，一路接入蒸發(fā)器的第一溶液入 口，另一路通過泵后接入太陽能聚光集熱器的出口。
[0014] 所述光伏發(fā)電模塊包括太陽能聚光光伏發(fā)電器、第一傳動結(jié)構(gòu)、第一支架支撐結(jié) 構(gòu)和第一跟蹤系統(tǒng)，第一跟蹤系統(tǒng)由動力控制模塊供電，第一支架支撐結(jié)構(gòu)支撐在太陽能 聚光光伏發(fā)電器兩端，第一傳動結(jié)構(gòu)設置于太陽能聚光光伏發(fā)電器的轉(zhuǎn)動軸上。
[0015] 所述聚光集熱模塊還包括第二傳動結(jié)構(gòu)、第二支架支撐結(jié)構(gòu)和第二跟蹤系統(tǒng)，第 二跟蹤系統(tǒng)由動力控制模塊供電，第二支架支撐結(jié)構(gòu)支撐在太陽能聚光集熱器兩端，第二 傳動結(jié)構(gòu)設置于太陽能聚光集熱器的轉(zhuǎn)動軸上。
[0016] 太陽能聚光光伏發(fā)電器和太陽能聚光集熱器均是采用主動跟蹤傳動聚光方式，以 沸騰蒸發(fā)及壓氣蒸餾方式對工業(yè)廢液、污水、廢水進行凈化或者濃縮處理，實現(xiàn)環(huán)保、制取 淡水的直接目標，為人民生產(chǎn)生活服務。
[0017] 所述光伏發(fā)電模塊或者為非聚光的光伏發(fā)電器。
[0018] 所述發(fā)電模塊還包括為動力控制模塊提供電力的風力發(fā)電模塊。
[0019] 傳統(tǒng)的采用電力作為動力的MVR消耗一度電最高可以產(chǎn)凈水近15-50公斤。理想 狀態(tài)下溶液濃縮或者水凈化經(jīng)過以下幾個過程：
[0020] 0 :沸騰飽和液態(tài)；
[0021] 1 :飽和蒸汽；
[0022] 2 :絕熱等熵壓縮過熱蒸汽；
[0023] 4 :飽和液態(tài)。
[0024] 2狀態(tài)為理想狀態(tài)不能實現(xiàn)，因此以理論狀態(tài)3代替。各個狀態(tài)點的參數(shù)如表1所 不O
[0025] 則可以計算本產(chǎn)品沸騰蒸發(fā)-凝結(jié)放熱循環(huán)后的蒸汽理論熱損失為H4-H0 = 28kJ/kg ;壓縮功耗為H3-H1 = 51. lkj/kg。理論上I m2聚光集熱器每個小時可以生產(chǎn)淡水 35-65kg (規(guī)?；a(chǎn)品，電力供應充足）。
[0026] 如果設計為可移動小型化產(chǎn)品，其設計直徑為Im的圓筒，高度為0. 6m，保溫層厚 度為0. lm，導熱系數(shù)為0.04W/m. °C，環(huán)境溫度為25°C。則蒸發(fā)器理論導熱散熱速率為124W， 理論上需要10平方米光伏發(fā)電板和2平方米槽式等聚光集熱器，其理論產(chǎn)水率為每小時 70-130kg〇
[0027] 表1各個狀態(tài)點的參數(shù)
[0028]

【權利要求】
1. 一種無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于：包括主機模塊、發(fā) 電模塊、聚光加熱模塊、動力控制模塊和壓縮模塊，主機模塊包括蒸發(fā)器、電加熱器和換熱 器，換熱器和電加熱器位于蒸發(fā)器內(nèi)靠近底部的側(cè)壁上，蒸發(fā)器具有位于頂部的第一排氣 口、靠近頂部側(cè)壁上的第二排氣口和位于底部的第一溶液出口，第一排氣口連接有可控制 排氣的第一閥門，電加熱器與動力控制模塊電性連接；發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊，其與動 力控制模塊電性連接；聚光加熱模塊采用開放式循環(huán)管道結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)器連通以交換溶液； 壓縮模塊包括由動力控制模塊供電的壓縮機、蒸汽管道和收集管道，蒸發(fā)器的第二排氣口 連接后壓縮機，壓縮機依次連通蒸汽管道、換熱器和收集管道。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 還包括有熱回收模塊，第一溶液出口通過管道經(jīng)過熱回收模塊，收集管道經(jīng)過熱回收模塊， 待處理溶液通過管道經(jīng)過熱回收模塊后進入聚光加熱模塊。
3. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述聚光加熱模塊或者采用自循環(huán)管道結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)器連通以交換溶液。
4. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述采用開放式循環(huán)管道結(jié)構(gòu)的聚光加熱模塊包括有太陽能聚光集熱器、泵和第三閥門， 太陽能聚光集熱器的入口分為兩路管道，一路管道與蒸發(fā)器具有的第二溶液出口連通，另 一路管道依次經(jīng)過第三閥門和熱回收模塊后，接入待處理溶液，太陽能聚光集熱器的出口 經(jīng)過泵后進入蒸發(fā)器的第一溶液入口。
5. 根據(jù)權利要求3所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述采用自循環(huán)管道結(jié)構(gòu)的聚光加熱模塊包括太陽能聚光集熱器、泵、第四閥門和第五閥 門，太陽能聚光集熱器的入口分兩路管道，一路管道依次接通熱回收模塊和第四閥門后，接 入待處理溶液，另一路接第五閥門后分為兩路后，一路接入蒸發(fā)器具有的溶液出入口，另一 路通過泵后接入太陽能聚光集熱器的出口。
6. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述光伏發(fā)電模塊包括太陽能聚光光伏發(fā)電器、第一傳動結(jié)構(gòu)、第一支架支撐結(jié)構(gòu)和第一 跟蹤系統(tǒng)，第一跟蹤系統(tǒng)由動力控制模塊供電，第一支架支撐結(jié)構(gòu)支撐在太陽能聚光光伏 發(fā)電器兩端，第一傳動結(jié)構(gòu)設置于太陽能聚光光伏發(fā)電器的轉(zhuǎn)動軸上。
7. 根據(jù)權利要求4所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述聚光集熱模塊還包括第二傳動結(jié)構(gòu)、第二支架支撐結(jié)構(gòu)和第二跟蹤系統(tǒng)，第二跟蹤系 統(tǒng)由動力控制模塊供電，第二支架支撐結(jié)構(gòu)支撐在太陽能聚光集熱器兩端，第二傳動結(jié)構(gòu) 設置于太陽能聚光集熱器的轉(zhuǎn)動軸上。
8. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述光伏發(fā)電模塊或者為非聚光的光伏發(fā)電器。
9. 根據(jù)權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統(tǒng)，其特征在于： 所述發(fā)電模塊還包括為動力控制模塊提供電力的風力發(fā)電模塊。
【文檔編號】C02F1/14GK104478025SQ201410685328
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王顯龍, 廉永旺, 馬偉斌, 李華山, 姚遠 申請人:中國科學院廣州能源研究所