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1、(10)申请公布号 CN 103771552 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103771552 A (21)申请号 201410049290.9 (22)申请日 2014.02.12 C02F 1/14(2006.01) C02F 103/08(2006.01) (71)申请人 皇明太阳能股份有限公司 地址 253090 山东省德州市湖滨中大道 909 号 (72)发明人 刘建明 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 郑华清 (54) 发明名称 一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方 法 (57) 摘要 本发明公开一种低温太阳能海水淡化。
2、装置及 海水淡化方法， 包括集热蒸发器、 自动跟踪 CPC 和 冷凝器 ； 集热蒸发器设置在自动跟踪 CPC 的焦斑 上， 冷凝器包括海水储槽和设置于海水储槽内的 冷凝管 ； 冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒， 圆筒之间通过横向圆筒贯通， 形成一首尾相接的 封闭系统， 竖直放置的圆筒上下端封闭， 下端设置 淡水出口， 上端设置有进气管 II 和出气管 II ； 进 气管 II 与集热蒸发器的出气管 I 连接， 出气管 II 与集热蒸发器的进气管 I 连接 ； 海水储槽的海水 出口与集热蒸发器的海水进料管连接。该装置的 集热蒸发器将集热器和蒸发器耦合在一起， 系统 简单， 操作温度控制在 70以。
3、下， 装置启动快， 集 热蒸发器热损小， 效率高， 不易结垢。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103771552 A CN 103771552 A 1/2 页 2 1. 一种低温太阳能海水淡化装置， 包括集热蒸发器、 自动跟踪 CPC 和冷凝器 ； 所述的 集热蒸发器设置在自动跟踪 CPC 的焦斑上， 其特征在于 ： 所述的冷凝器包括海水储槽和设 置于海水储槽内的冷凝管 ； 所述的冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒， 且圆筒之间通。
4、过 横向圆筒贯通， 形成一首尾相接的封闭系统， 所述的竖直放置的圆筒上下端封闭， 且下端设 置淡水出口， 上端设置有进气管II和出气管II ； 所述进气管II与集热蒸发器的出气管I通 过循环管路连接， 所述出气管 II 与集热蒸发器的进气管 I 依次通过风机进气管、 风机及风 机出气管连接 ； 所述海水储槽的海水出口与设置于海水下面的集热蒸发器的海水进料 管通过虹吸管连接。 2. 如权利要求 1 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述的自动跟踪 CPC 包括 CPC 聚光镜、 方位自动跟踪器、 底座、 光电组件、 支撑柱和俯仰自动跟踪器， 所述的底座 上通过支撑柱与 CPC 聚光。
5、镜相连， 所述的 CPC 聚光镜的两侧设有光电组件， 且底座上设有 方位自动跟踪器， 在支撑住与 CPC 聚光镜之间连接有俯仰自动跟踪器。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述集热蒸发器 是一种大口径的太阳真空集热管， 其包括橡胶塞、 出气管 I、 进气管 I 和海水进料管 ； 所述的 橡胶塞设于集热蒸发器的管口上， 且在进气管 I、 出气管 I 及海水进料管均贯穿于橡胶塞。 4. 如权利要求 3 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 在使用时， 所述的进 气管I和海水进料管均设在海水液面以下， 出气管I在海水液面以上， 在海水液面和出气。
6、管 I 之间设有一个除沫器， 所述的除沫器是一个上面开有若干小孔的圆盘 ； 位于海水液面和 出气管之间。 5. 如权利要求 1 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述海水储槽为一 敞口圆柱形容器， 其内加入海水， 海水通过虹吸管和海水进料管， 借助位差流入集热蒸发器 中。 6. 如权利要求 1 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述的冷凝管包括四 个竖直放置的大圆筒和三个横向放置的小圆筒， 三个小圆筒分别与四个大圆筒相互贯通， 形成一首尾相接的封闭系统 ； 所述的四个大圆筒上下端封闭， 且在海水储槽内互相对称， 所述的四个大圆筒下端均设置淡水出口 ； 首尾两个大圆筒。
7、上端分别设置进气管 II、 出气管 II。 7. 如权利要求 1 或 2 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述的方位自动 跟踪器、 俯仰自动跟踪器及风机均由光电组件产生的直流电供电。 8. 如权利要求 1 或 3 所述的低温太阳能海水淡化装置， 其特征在于 ： 所述的进气管上 开有若干个能使干空气与海水充分接触， 且形成饱和湿空气的小布气孔。 9. 一种低温太阳能海水淡化装置的海水淡化方法， 其特征在于， 如下 ： 步骤 1. 在冷凝器的海水储槽内加入海水， 海水通过虹吸管和海水进料管， 借助位差流 入集热蒸发器中 ； 且在虹吸管的作用下， 海水储槽和集热蒸发器具有相同的液位，。
8、 海水在集 热蒸发器中不断地吸收由太阳转化的热能， 变成温度较高的液体 ； 步骤 2 ： 风机将冷凝器中的低温低湿空气送入集热蒸发器中， 低温低湿空气通过进气 管 I 上的布气孔与海水充分接触， 吸热吸湿后， 从水中溢出， 变为高温高湿空气， 然后通过 出气管 I 返回至冷凝器中， 这些空气与海水储槽内的海水充分换热， 减温减湿， 又变为低温 低湿空气， 风机将这些空气再送回集热蒸发器中， 空气就这样在系统中往复循环， 不断地在 权 利 要 求 书 CN 103771552 A 2 CN 103771552 A 2/2 页 3 集热蒸发器中吸热吸湿， 又从冷凝器中减温减湿 ； 步骤 3 冷凝器。
9、中凝结的冷凝水从淡水出口放出， 得到淡水 ； 相应地， 集热蒸发器中的海 水逐渐变浓， 变为浓盐水， 能间歇地从其管口倒出排放。 权 利 要 求 书 CN 103771552 A 3 CN 103771552 A 1/4 页 4 一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方法 0001 技术领域 0002 本发明涉及一种低温太阳能海水淡化装置 , 特别涉及一种基于空气增湿减湿法 的太阳能海水淡化装置及海水淡化方法。 背景技术 0003 现在的空气增湿减湿法的太阳能海水淡化装置一般包括太阳能空气集热器、 蒸发 器和冷凝器。 一般空气集热器采用普通的真空管或平板集热器， 冷凝器采用盘管式， 在海水 进料。
10、、 海水淡化的过程中均需要消耗常规能源的风机和冷却水泵， 空气在系统中不循环使 用， 部分热能散失在环境中， 装置较复杂， 淡水制造成本较高， 很难实现商业化。 发明内容 0004 针对上述现有技术， 本发明提供了一种低温太阳能海水淡化装置及海水淡化方 法。 0005 本发明采用的技术方案如下 ： 一种低温太阳能海水淡化装置， 包括集热蒸发器、 自动跟踪 CPC 和冷凝器 ； 所述的集热 蒸发器设置在自动跟踪 CPC 的焦斑上， 所述的冷凝器包括海水储槽和设置于海水储槽内的 冷凝管 ； 所述的冷凝管包括至少两个竖直放置的圆筒， 且圆筒之间通过横向圆筒贯通， 形成 一首尾相接的封闭系统， 所述的。
11、竖直放置的圆筒上下端封闭， 且下端设置淡水出口， 上端设 置有进气管 II 和出气管 II ； 所述进气管 II 与集热蒸发器的出气管 I 通过循环管路连接， 所述出气管 II 与集热蒸发器的进气管 I 依次通过风机进气管、 风机及风机出气管连接 ； 所 述海水储槽的海水出口与设置于海水下面的集热蒸发器的海水进料管通过虹吸管连接。 0006 所述的自动跟踪 CPC 包括 CPC 聚光镜、 方位自动跟踪器、 底座、 光电组件、 支撑柱、 俯仰自动跟踪器， 所述的底座上通过支撑柱与 CPC 聚光镜相连， 所述的 CPC 聚光镜的两侧 设有光电组件， 且底座上设有方位自动跟踪器， 在支撑住与 CPC。
12、 聚光镜之间连接有俯仰自 动跟踪器。 0007 所述集热蒸发器是一种大口径的太阳真空集热管， 包括橡胶塞、 出气管 I、 进气管 I和海水进料管 ； 所述的橡胶塞设于集热蒸发器的管口上， 且进气管I、 出气管I及海水进料 管均贯穿于橡胶塞。 0008 在使用时， 所述的集热蒸发器的进气管 I 和海水进料管均设在海水液面以下， 集 热蒸发器的出气管I在海水液面以上， 在海水液面和出气管I之间设有一个除沫器， 所述的 除沫器是一个上面开有若干小孔的圆盘 ； 位于海水液面和出气管 I 之间， 仅能使湿空气通 过， 对液滴起阻碍作用， 能阻止液滴通过出气管 I 进人冷凝器污染淡水。进气管上开有若干 个。
13、小布气孔， 能使干空气与海水充分接触， 易形成饱和湿空气。 0009 所述的冷凝器包括冷凝管和海水储槽， 所述的海水储槽内设有冷凝管， 所述的冷 说 明 书 CN 103771552 A 4 CN 103771552 A 2/4 页 5 凝管设有淡水出口， 所述的海水储槽上设有海水出口。 0010 所述海水储槽为一敞口圆柱形容器， 其内加入海水， 海水从海水出口通过虹吸管 与海水进料管相连， 借助位差流入集热蒸发器中。 0011 所述的冷凝管包括四个竖直放置的大圆筒和三个横向放置的小圆筒， 三个小圆筒 分别与四个大圆筒相互贯通， 形成一首尾相接的封闭系统 ； 所述的四个大圆筒上下端封闭， 且在。
14、海水储槽内互相对称， 所述的四个大圆筒下端均设置淡水出口 ； 首尾两个大圆筒上端 分别设置进气管 II、 出气管 II。 0012 本发明中所述的大圆筒和小圆筒指的是两个直径不相等的圆筒， 直径大的为大圆 筒， 直径小的为小圆筒。 0013 冷凝管内为湿空气流动的通路及冷凝水暂存的地点， 湿空气在交错设置的圆筒内 作折流流动， 凝结下来的冷凝水位于四个大圆筒底部， 不影响湿空气的流动， 空气流动阻力 较小， 对流传热系数较大。这种结构的冷凝器设置紧凑， 占用空间较小， 海水储槽敞口便于 海水加料和冷凝器散热。 0014 所述的自动跟踪 CPC 的英文全称是 ： compound parabol。
15、ic concentrator， 中文名 称为 ： 复合抛物面聚光器。 0015 所述的低温太阳能海水淡化装置的淡化方法如下 ： 1. 在冷凝器的海水储槽内加入海水， 海水通过虹吸管和海水进料管， 借助位差流入集 热蒸发器中 ； 且在虹吸管的作用下， 海水储槽和集热蒸发器具有相同的液位， 海水在集热蒸 发器中不断地吸收由太阳转化的热能， 变成温度较高的液体 ； 2， 风机将冷凝器中的低温低湿空气送入集热蒸发器中， 低温低湿空气通过进气管上的 布气孔与海水充分接触， 吸热吸湿后， 从水中溢出， 变为高温高湿空气， 然后通过出气管返 回至冷凝器中， 这些空气与海水储槽内的海水充分换热， 减温减湿，。
16、 又变为低温低湿空气， 风机将这些空气再送回集热蒸发器中， 空气就这样在系统中往复循环， 不断地在集热蒸发 器中吸热吸湿， 又从冷凝器中减温减湿。 0016 3.冷凝器中凝结的冷凝水从淡水出口放出， 得到淡水。 相应地， 集热蒸发器中的海 水逐渐变浓， 变为浓盐水， 可间歇地从其管口倒出排放。 0017 本发明的有益效果如下 ： 该装置的集热蒸发器将集热器和蒸发器通过虹吸管、 循环管连接在一起， 系统相对简 单， 操作温度控制在 70以下， 装置启动快， 集热蒸发器热损小， 效率高， 不易结垢。冷凝器 独特的结构， 易于气水分离， 传热效果较好， 其海水储槽为敞口容器， 便于海水加料和冷凝 器。
17、散热， 无需冷却水泵， 自动跟踪器及风机由光电组件提供电力， 无需交流电。该装置运行 只使用太阳能， 不使用任何其它常规能源和水源， 淡水制造成本很低， 易于实现商业化。 附图说明 0018 图 1 为本发明专利的太阳能海水淡化装置的正视图 ； 图 2 为本发明专利的太阳能海水淡化装置的侧视图 ； 图 3 为本发明专利的集热蒸发器的正视图 ； 图 4 为本发明专利的冷凝器的正视图 ； 图 5 为本发明专利的冷凝器的俯视图。 说 明 书 CN 103771552 A 5 CN 103771552 A 3/4 页 6 0019 图中， 1、 集热蒸发器 ； 2、 CPC 聚光镜 ； 3、 方位自动。
18、跟踪器 ； 4、 底座 ； 5、 光电组件 ； 6、 支撑柱 ； 7、 俯仰自动跟踪器 ； 8 自动跟踪 CPC ； 9、 冷凝器 ； 10、 虹吸管 ； 11、 风机出气管 ； 12、 直 流风机 ； 13、 风机进气管 ； 14、 空气循环管路 ； 1a、 橡胶塞 ； 1b、 出气管 ； 1c、 除沫器 ； 1d、 进气 管 ； 1e、 布气孔 ； 1f、 海水进料管 ； 9a、 出气管 ； 9b、 冷凝管 ； 9c、 淡水出口 ； 9d、 海水出口 ； 9e、 海水储槽 ； 9f、 进气管 ； 9g、 大圆筒 ； 9h、 小圆筒。 具体实施方式 0020 下面结合附图对本发明实施例作进一。
19、步说明。 0021 参见图 1 图 5， 本发明实施例提供了一种太阳能海水淡化装置， 所述装置包括集 热蒸发器1、 自动跟踪CPC 8、 冷凝器9、 直流风机12及循环管路14。 所述的集热蒸发器1设 置在自动跟踪 CPC 8 的焦斑上， 所述集热蒸发器 1 的出气管 1b 与冷凝器 9 的进气管 9f 通 过循环管路 14 连接 ； 所述集热蒸发器 1 的进气管 1d 与冷凝器 9 的出气管 9a 通过风机进气 管 13、 直流风机 12 及风机出气管 11 连接 ； 所述集热蒸发器 1 的海水进料管 1f 与冷凝器 9 的海水出口 9d 通过虹吸管 10 连接。 0022 自动跟踪CPC 。
20、8包括CPC 聚光镜2、 方位自动跟踪器3、 底座4、 光电组件5、 支撑柱 6、 俯仰自动跟踪器 7。所述的底座 4 上通过支撑柱与 CPC 聚光镜 2 相连， 所述的 CPC 聚光 镜 2 的两侧设有光电组件 5， 且底座 4 上设有方位自动跟踪器 3， 在支撑住 6 与 CPC 聚光镜 2 之间连接有俯仰自动跟踪器 7。集热蒸发器 1 固定在自动跟踪 CPC 8 的焦斑上， 方位自动 跟踪器 3 和俯仰自动跟踪器 7 能自动跟踪太阳， 使集热蒸发器 1 可获得充足的太阳能。方 位自动跟踪器 3、 俯仰自动跟踪器 7 及直流风机 12 均由光电组件 5 产生的直流电供电。 0023 参见图。
21、 3， 所述集热蒸发器 1 是一种大口径的太阳真空集热管， 具有集热和空气增 湿两种功能， 包括橡皮塞 1a、 出气管 1b、 除沫器 1c、 进气管 1d、 海水进料管 1f ； 其中， 橡胶塞 1a塞在集热蒸发器1的管口上， 进气管1d、 出气管1b及海水进料管1f贯穿于橡胶塞1a。 进 气管 1d 和海水进料管 1f 均在海水液面以下， 出气管 1b 在液面以上， 除沫器 1c 是一个上面 开有若干小孔的圆盘， 位于液面和出气管 1b 之间， 仅能使湿空气通过， 对液滴起阻碍作用， 阻止液滴通过出气管 1b 进人冷凝器 9 污染淡水。进气管 1d 上开有若干个小布气孔 1e， 能 使干空。
22、气与海水充分接触， 形成饱和湿空气。 0024 参见图4、 图5， 所述冷凝器9包括出气管9a、 冷凝管9b、 淡水出口9c、 海水出口9d、 海水储槽 9e、 进气管 9f。所述海水储槽 9e 为一敞口圆柱形容器， 内置一冷凝管 9b， 冷凝管 9b 全部浸在海水中， 以冷却其中的湿空气。所述冷凝管 9b 由四个竖直放置的大圆筒 9g 和 三个横向交错放置的小圆筒 9h 组成， 四个大圆筒 9g 上下端封闭， 且在海水储槽内中心对 称， 三个小圆筒 9h 分别与四个大圆筒 9g 相互贯通， 形成一个首尾相接的封闭系统。四个大 圆筒 9g 下端均设置淡水出口 9c。首尾两个大圆筒 9g 上端分。
23、别设置空气进气管 9f 和出气 管 9a， 冷凝管 9b 内为湿空气流动的通路及冷凝水暂存区， 湿空气在交错设置的圆筒内作折 流流动， 凝结下来的冷凝水位于四个大圆筒 9g 底部， 不影响湿空气的流动， 空气流动阻力 较小， 对流传热系数较大。这种结构的冷凝器 9 设置紧凑， 占用空间较小， 海水储槽 9e 敞口 便于海水加料及冷凝器 9 散热。 0025 本发明实施例提供的太阳能海水淡化装置的具体实用方式如下 ： 首先在冷凝器9的海水储槽9e内加入海水， 海水通过虹吸管10和海水进料管1f， 借助 说 明 书 CN 103771552 A 6 CN 103771552 A 4/4 页 7 位。
24、差， 流入集热蒸发器 1 中， 由于虹吸作用， 海水储槽 9e 和集热蒸发器 1 具有相同的液位， 海水在集热蒸发器 1 中不断地吸收由太阳转化的热能， 变成温度较高的液体。这时， 启动直 流风机12， 风机12就把冷凝器9的冷凝管9b内的低温低湿空气送入集热蒸发器1中， 这些 空气通过进气管 1d 上的布气孔 1e 与海水充分接触， 吸热增湿后， 从水中溢出， 变为高温高 湿空气， 然后通过出气管 1b 进入冷凝管 9b 中， 这时冷凝管 9b 中的湿空气与海水储槽 9e 内 的海水充分换热， 减温减湿， 又变为低温低湿空气， 风机 12 将这些空气再送回集热蒸发器 1 中， 空气就这样在系。
25、统中往复循环， 不断地在集热蒸发器 1 中吸热增湿， 又从冷凝器 9 中减 温减湿。而冷凝管 9b 中凝结的冷凝水， 从淡水出口 9c 放出， 得到淡水。相应地， 集热蒸发 器 1 中的海水逐渐变浓， 变为浓盐水， 可间歇地从其管口倒出排放。 说 明 书 CN 103771552 A 7 CN 103771552 A 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103771552 A 8 CN 103771552 A 2/3 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103771552 A 9 CN 103771552 A 3/3 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103771552 A 10 CN 103771552 A 。