一种植入风电杆塔的海水淡化装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种植入风电杆塔的海水淡化装置，属于海水淡化技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着社会的高速发展和城市化水平的不断提高，当今整个世界都面临严重的淡水 资源短缺的局面。水资源问题已成为全球问题。
[0003] 传统的热法海水淡化，包括闪蒸法和蒸馏法，其浓缩比一般约为2,即产生IKg淡 水同时需排放IKg盐水。此类方法中，海水在蒸发器中受热沸腾产生蒸汽，而浓盐水以近蒸 汽温度排放掉，浓盐水的排放带走了大量的显热。在70°c沸腾温度时，盐水排放温度也在 70°C，单是盐水排放带走的显热损失已占到需求热量的16 %。尽管实际处理中，可通过热交 换器回收盐水排放的显热损失，但终宄显热损失已存在，通过回收盐水显热的方法治标不 治本。另外传统热法技术中，利用真空泵建立蒸发腔室内真空度，并且海水的补给和盐水排 放都是通过水泵输运，消耗大量的电力资源。这些是传统热法海水淡化耗能大、成本高的主 要原因。
[0004] 海水淡化与新能源技术相结合，利用清洁可持续能源进行海水淡化具有重要战略 意义。太阳能蒸馏法又是该领域研宄的亮点。典型的太阳能蒸馏法，就是直接利用太阳辐射 加热蒸发腔中海水至沸点。这种方法，需要将整个蒸发腔中海水同时加热至沸点，整个容器 中海水显热巨大，而一天的太阳能是有限的，导致这种方法产水量极低。伊朗俾路支斯坦大 学的Farshad等设计了一套级联太阳能蒸馏器，海水进入蒸馏器后依次沿着阶梯往下流， 每一级阶梯水平和竖直壁上涂有吸收性材料吸收太阳辐照，由于在每级阶梯上总是一层相 对较薄的海水，减小了海水的热容量，促进了海水的蒸发，但浓盐水的排放仍然携带了较大 的显热，并且在海水补给上需要输入泵功。希腊清洁能源研宄中心的K. Voropoulos等通过 在蒸发腔室中铺设沙子，在太阳能辐射下让海水在沙子表面蒸发沸腾，增强了淡水产量，但 在盐水排放上却没有解决办法。
[0005] 在酒精灯中，酒精不断燃烧消耗，而瓶中的酒精却持续不断地向燃烧处迀移，且酒 精的补给速度始终等于燃烧掉的酒精，不论火焰的强弱。此过程中灯芯提供了"智能泵"的 作用，能自动调节酒精的补给速率，其实质是一种多孔介质。利用该原理进行海水淡化，太 阳辐射热只需加热多孔介质表面上的薄层海水，避开了传统技术中需要加热整个腔室中海 水造成效率低的弊端，使用低导热系数的多孔介质，减少热量从多孔介质蒸发表面向蒸发 腔中海水的导热，进而减少盐水排放带走的显热。
[0006] 中国专利申请号201410178303. 2公开了一种毛细蒸发海水淡化膜，充入气体使 整个装置浮在海面，但其产生的淡水吸附在多孔材料中，需要二次做功才能取出淡水。同时 中国专利申请号200410020624. 6公开了一种利用太阳能的毛细蒸发海水淡化器，该专利 通过布置冲洗补水管定期喷淋淡水来解决此盐水排放问题，一方面消耗了宝贵的淡水，另 外需要泵来抽吸水源实现喷淋。且这些专利都是直接利用太阳能辐射到毛细多孔介质表 面，蒸发腔中压力为大气压强，沸点到100°C，易结垢，且运行温度高对环境散热损失大，其 热效率很低。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现低温蒸发、高产淡水的海水淡化装 置。使用该装置，不依靠外部动力和电力的输入便可实现长时间稳定的低温蒸发，自适应太 阳光强变化达到"日出而作、日落而息"的运作方式，并始终为海水蒸发提供稳定气液界面 的海水淡化系统。
[0008] 本系统的特点是依附在海上的风电杆塔、信号灯塔等建筑物，利用海水管路、盐水 管路和淡水管路悬挂的水柱高度在蒸发器和冷凝罐中建立真空，进而降低海水在蒸发器中 的沸点以实现低温蒸发，提高产水量的功能。多孔隔板将蒸发器分隔为上下两层，上层空间 为蒸汽腔，下层为海水腔。多孔隔板下侧直接与海水腔中海水接触，利用毛细作用抽吸海水 到多孔隔板上侧，多孔隔板上侧涂有吸热性良好的涂层。太阳辐射光透过蒸汽腔外壳直接 照射到多孔隔板上侧，加热多孔隔板上表面中的薄层海水，直接避免了加热较多海水造成 的显热损失，促进海水蒸发。蒸汽沿管路到空冷式冷凝器中冷凝成淡水。其中，盐水排放利 用海洋波浪能活塞式抽水机。选取的多孔隔板导热性很差，只有小部分热量通过多孔板加 热了海水腔中海水，大量太阳辐射的能量都能用于海水的蒸发，由于多孔隔板的热屏障作 用使得盐水排放带走的显热可以忽略。
[0009] 本发明采用的技术方案如下：
[0010] 一种植入风电杆塔的海水淡化装置，包括蒸发器，多孔隔板将蒸发器分隔成上部 的蒸汽腔和下部的海水腔，蒸汽腔外壳为透光材料制成，海水腔外壳为保温材料制成，所 述多孔隔板是亲水性隔热多孔介质，其内部孔径为微米孔，且多孔隔板上侧涂有吸热涂 层；
[0011] 蒸汽腔依次与冷凝器、冷凝罐和淡水罐通过管路相连，海水腔一端与海水管线相 连进水，另一端与盐水管线相连出水，海水管线和盐水管线经过热交换器换热，盐水管线出 口连接活塞式抽水机抽出盐水；
[0012] 所述蒸发器、冷凝器、冷凝罐、热交换器和淡水罐都依附在海上风电杆塔上，其中 多孔隔板和冷凝罐中心距离海平面高度为10米。
[0013] 所述蒸发腔外壳采用透光性好的材料，可以让太阳能尽可能多的透过蒸发器壳体 加热多孔介质表面海水，其材料可以是玻璃，有机玻璃，ABS、PS塑料等；
[0014] 所述海水腔外壳导热性较差，减少腔室与环境间的对流热损失，其材料可以是PE， POM，或使用钢板做成的夹层壳体。
[0015] 所述在多孔隔板上表面涂有吸热性较好的涂层，其涂层材料可以是黑铬、黑镍或 黑钴等，可以使用磁控溅射、化学气相沉积等方法。
[0016] 所述活塞式抽水机固定在风电杆塔海水平面高度，与活塞式抽水机相连的浮子， 漂浮在海平面上，浮子在波浪能作用做往复运动带动抽水机抽取盐水。
[0017] 多孔隔板是一种亲水性多孔介质，具体可以是多孔陶瓷、塑料多孔体等。其内部孔 径为微米孔，一般可取1-100微米。针对本发明专利，推荐多孔介质使用导热系数小于2W/ (m 2 · K)的材料，能起到热屏障的作用，减少通过多孔材料导热给海水腔而造成的热泄露。
[0018] 多孔隔板与蒸发器外壳接触处密封。由于太阳光是辐射到多孔隔板表面，其表面 对平整度要求低，这也大大降低了多孔隔板的制造难度，利于大面积的生产。
[0019] 所述冷凝罐用于存储冷凝器中冷凝形成的淡水，淡水在冷凝罐中形成较稳定的气 液界面，设置冷凝罐可以缓冲冷凝过程中两相流不稳定造成的压力波动和调节冷凝器出口 压力，利于系统稳定运行。
[0020] 其中，蒸发腔、冷凝器、冷凝罐、淡水箱、热交换器和活塞式抽水机都固定在风电杆 塔上。利用海水管线、盐水管线和淡水管线中水柱高度在蒸发器、冷凝器和冷凝罐中建立了 真空环境，海水可以在30°C -40°c在多孔隔板上表面发生沸腾产生淡水，而不必像传统海 水淡化技术中使用真空泵建立真空。借助海水中蕴藏着巨大的波浪能，在盐水管路出口设 立浮子式活塞式抽水机，利用波浪能将蒸发器中盐水抽离系统。海水在多孔隔板上表面形 成稳定的气液界面，太阳光辐射到多孔隔板上表面，加热表层海水就可产生淡水蒸汽，避免 了传统太阳能海淡技术中需加热整个蒸发腔室中海水至沸点而造成的热损失。运行过程 中，蒸发器多孔隔板上表面形成的气液界面和冷凝罐中淡水汇聚形成的气液界面距离海平 面大约为10米。
[0021] 本发明由于特有的毛细结构，可自适应一天中日照变化，为蒸发器中海水蒸发提 供了稳定的气液界面。避开了传统太阳能海水淡化技术直接照射，海水蒸发温度高；或抽真 空后运行，需消耗机械能；抑或利用水柱高度实现真空，但对于太阳能等不稳定的热源无法 形成稳定气液界面，几乎不能运行。
[0022] 相比于传统技术，本系统的优越性在与：
[0023] (1)基于减小海水热容量，促进海水蒸发的思想，利用多孔隔板特有的毛细现象将 海水抽吸到多孔隔板表层，而此时只需加热表层海水至沸点，不必加热整个海水腔中海水， 减少了显热损失，缩短了淡水产生的响应时间。
[0024] (2)传统海淡技术中，盐水排放温度一般约等于海水蒸发温度，盐水的排放带走了 大量的显热。本系统使用导热系数差的多孔材料，阻挡蒸发侧热量通过多孔隔板加热海水 腔中海水，多孔隔板起到热屏障功能，提高淡水产量。
[0025] (3)利用海洋本身优势，包括海上的风电杆塔、海水波浪能等。海水淡化系统依附 在海上自有的风电杆塔、信号灯等建筑物，不必花费巨额投资用于搭建