無電耗太陽能壓汽沸騰蒸餾系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，包括主機模塊、發電模塊、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，發電模塊包括光伏發電模塊，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管道結構與蒸發器連通以交換溶液，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，適用于偏遠地區或者海島等電力難以到達地區或者能源貧乏地區、季節性缺水、水污染地區或者行業。
【專利說明】無電耗太陽能壓汽沸騰蒸餾系統
【技術領域】
[0001] 本發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。
【背景技術】
[0002] 水是世界上最普遍的物質之一，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 許多地區面臨著嚴重的水資源危機。
[0003] 據有關國際組織預測，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、工業廢水和含有農業污染物的地面徑流。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%的湖泊出現了不同程度的 富營養化；90 %的城市水域污染嚴重，南方城市總缺水量的60% -70 %是由于水污染造成 的；對我國118個大中城市的地下水調查顯示，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，對我國可持續發展戰略的 實施帶來了負面影響。
[0005] 有些工業領域生產過程中會排出廢液，其直接排放不但嚴重污染環境，而且浪費 了其中的可回收物質或者原料，同時國家和地方政府法規具有嚴格排放標準和懲罰措施， 如果采用常規濃縮處理其成本過高，很多企業陷入進退兩難地步。
[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、醫藥、海水淡化及污水處理等領域。其單位電耗產水量大，經濟性高， 一度電可以蒸發15_40kg水。
【發明內容】
[0007] 本發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系 統，采用模塊化設計，便于拆卸安裝轉移作業，具有產品率高、投資少、維護少的優點。
[0008] 為達到上述發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：
[0009] 本發明的一種無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，包括主機模塊、發電 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 根據時間、地域要求進行方便的轉移作業。主機模塊包括蒸發器、電加熱器和換熱器，換熱 器和電加熱器位于蒸發器內靠近底部的側壁上，蒸發器具有位于頂部的第一排氣口、靠近 頂部側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；發電模塊包括光伏發電模塊，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管道結構與蒸發器連通以交換溶液；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，所述蒸餾系統還包括有熱回收模塊，第一溶液出口通過管道經過熱回收 模塊，收集管道經過熱回收模塊，待處理溶液通過管道經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管道結構與蒸發器連通以交換溶液。
[0012] 所述采用開放式循環管道結構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，一路管道與蒸發器具有的第二溶液出口 連通，另一路管道依次經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 的出口經過泵后進入蒸發器的第一溶液入口。
[0013] 所述采用自循環管道結構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] 所述光伏發電模塊包括太陽能聚光光伏發電器、第一傳動結構、第一支架支撐結 構和第一跟蹤系統，第一跟蹤系統由動力控制模塊供電，第一支架支撐結構支撐在太陽能 聚光光伏發電器兩端，第一傳動結構設置于太陽能聚光光伏發電器的轉動軸上。
[0015] 所述聚光集熱模塊還包括第二傳動結構、第二支架支撐結構和第二跟蹤系統，第 二跟蹤系統由動力控制模塊供電，第二支架支撐結構支撐在太陽能聚光集熱器兩端，第二 傳動結構設置于太陽能聚光集熱器的轉動軸上。
[0016] 太陽能聚光光伏發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 沸騰蒸發及壓氣蒸餾方式對工業廢液、污水、廢水進行凈化或者濃縮處理，實現環保、制取 淡水的直接目標，為人民生產生活服務。
[0017] 所述光伏發電模塊或者為非聚光的光伏發電器。
[0018] 所述發電模塊還包括為動力控制模塊提供電力的風力發電模塊。
[0019] 傳統的采用電力作為動力的MVR消耗一度電最高可以產凈水近15-50公斤。理想 狀態下溶液濃縮或者水凈化經過以下幾個過程：
[0020] 0 :沸騰飽和液態；
[0021] 1 :飽和蒸汽；
[0022] 2 :絕熱等熵壓縮過熱蒸汽；
[0023] 4 :飽和液態。
[0024] 2狀態為理想狀態不能實現，因此以理論狀態3代替。各個狀態點的參數如表1所 不O
[0025] 則可以計算本產品沸騰蒸發-凝結放熱循環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淡水 35-65kg (規模化產品，電力供應充足）。
[0026] 如果設計為可移動小型化產品，其設計直徑為Im的圓筒，高度為0. 6m，保溫層厚 度為0. lm，導熱系數為0.04W/m. °C，環境溫度為25°C。則蒸發器理論導熱散熱速率為124W， 理論上需要10平方米光伏發電板和2平方米槽式等聚光集熱器，其理論產水率為每小時 70-130kg〇
[0027] 表1各個狀態點的參數
[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，其特征在于：包括主機模塊、發 電模塊、聚光加熱模塊、動力控制模塊和壓縮模塊，主機模塊包括蒸發器、電加熱器和換熱 器，換熱器和電加熱器位于蒸發器內靠近底部的側壁上，蒸發器具有位于頂部的第一排氣 口、靠近頂部側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；發電模塊包括光伏發電模塊，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管道結構與蒸發器連通以交換溶液； 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，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過熱回收模塊，收集管道經過熱回收模塊， 待處理溶液通過管道經過熱回收模塊后進入聚光加熱模塊。
3. 根據權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述聚光加熱模塊或者采用自循環管道結構與蒸發器連通以交換溶液。
4. 根據權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述采用開放式循環管道結構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，一路管道與蒸發器具有的第二溶液出口連通，另 一路管道依次經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 經過泵后進入蒸發器的第一溶液入口。
5. 根據權利要求3所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述采用自循環管道結構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，其特征在于： 所述光伏發電模塊包括太陽能聚光光伏發電器、第一傳動結構、第一支架支撐結構和第一 跟蹤系統，第一跟蹤系統由動力控制模塊供電，第一支架支撐結構支撐在太陽能聚光光伏 發電器兩端，第一傳動結構設置于太陽能聚光光伏發電器的轉動軸上。
7. 根據權利要求4所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述聚光集熱模塊還包括第二傳動結構、第二支架支撐結構和第二跟蹤系統，第二跟蹤系 統由動力控制模塊供電，第二支架支撐結構支撐在太陽能聚光集熱器兩端，第二傳動結構 設置于太陽能聚光集熱器的轉動軸上。
8. 根據權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述光伏發電模塊或者為非聚光的光伏發電器。
9. 根據權利要求1所述的無電耗聚光太陽能中高溫壓汽沸騰蒸餾系統，其特征在于： 所述發電模塊還包括為動力控制模塊提供電力的風力發電模塊。
【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 優先權日:2014年11月24日
【發明者】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