专利名称：一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能蒸馏苦咸水淡化技术，属于水处理设备技术领域。
背景技术：
我国西北内陆地区降水稀少，蒸发强烈，水资源天然匮乏，当地人民以地下水作 为主要饮用水源。但该地区的地下水普遍含盐、含氟量高，部分地区水源的含盐量可达 5000mg/L以上，远超出《生活饮用水卫生标准》中规定的溶解性总固体的限值(1000mg/L)。 人类长期饮用此类高矿化度的苦咸水会引发多种疾病，严重损害身体健康；苦咸水中所含 各类可溶性无机盐的化学性质均较活跃，限制了那些以水为重要生产原料的化工、食品、电 子等产业的发展；苦咸水用于农业灌溉，会导致土壤板结，破坏其透气、保水性能，使农作物 不能正常生长。因此，淡水资源的缺乏已成为制约我国西部村镇发展的最重要因素之一。目前，苦咸水淡化的方法主要有蒸馏法、膜法以及二者的集成技术，其中蒸馏法包 括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和压气蒸馏(VC)等；膜法主要有反渗透(RO)、电渗析 (ED)等；另外，还有冷冻结冰法、露点蒸发淡化技术等其它方法。用于大规模苦咸水淡化的 方法主要有R0、MSF和MED，膜法和蒸馏法在全球产量比分别为49%和50%。RO法耗能相 对较低，但膜易受污染和结垢的影响，对预处理的要求较高；MSF具有工艺成熟，运行可靠， 对原水预处理要求低和出水品质好等优点；其缺点是耗电量大，成本高。上世纪80年代开 发成功的低温多效蒸发(LT-MED)，对苦咸水预处理的要求不高、过程循环动力消耗小、产水 水质好(盐度<5mg/L)。然而，蒸馏法海水淡化的关键就是如何降低能耗，走出以能源换 水源-加重能源负荷和环境污染(水质污染)_加速水源匮乏的怪圈。太阳能为可再生资 源，洁净无污染，较容易实现热能能级的合理匹配。对于边远村镇地区、海岛、渔村等淡水资 源不足却普遍缺乏电力的地区，利用太阳能进行苦咸水(海水)淡化具有十分重要的意义。 而我国西部地区，日照时间长，太阳能资源丰富，采用太阳能蒸馏淡化系统对苦咸水进行淡 化可以节约能源，降低投资和运行费用，具有广阔的应用前景。
发明内容
针对上述以苦咸水作为生活、生产用水的地区，本发明提供一种经济有效、能耗低 的负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏系统。其特征是苦咸水通过进水泵(10)打入冷凝储水 装置(5)，随着水位升高，苦咸水从出水口(11)进入太阳能集热器(7)进行加热，当水温升 高至60°C以上，打开进水阀(2)，使升温后的苦咸水进入到多级蒸馏迭盘(1)中，同时打开 真空泵(4)进行负压抽吸，抽出的蒸汽进入冷凝铜管(8)，通过冷凝储水装置(5)中循环流 动的苦咸水冷却，同时蒸汽也对进水起到预加热作用；冷凝储水装置(5)中苦咸水自然蒸 发后在倒锥体顶盖上冷凝，沿着锥体尖顶流入下方正对的中心收集管(9)中，和冷凝铜管 (8)中经冷却后的淡水一起进入液封收集装置(6)，从而获得淡化净水并与用户端连接，供 给用户使用。多级蒸馏迭盘(1)可设2-5级，迭盘级数、面积、尺寸可根据需水量进行设定，每级盘间距一般采取8-15cm，迭盘可由铁板或铝板制作而成，为防止腐蚀和增加吸热量，在其表 面涂以黑色防腐漆；迭盘顶盖由透光率较大的玻璃或有机玻璃制作，各盘之间加橡胶垫密 封，迭盘外部辅以保温层，防止热量散失。需在每级迭盘开孔，分别设浓缩盐水的排水孔 (13)、真空泵抽吸孔(14)和苦咸水进水孔(15)，其中浓缩盐水的排水孔(13)用以排出蒸 馏浓缩液；真空泵抽吸孔(14)可使真空泵将蒸汽抽吸至冷凝储水装置(5)的冷凝铜管(8) 中；苦咸水进水孔(15)通过管线与太阳能集热器(7)相连。每一级迭盘上方由于负压抽吸 都会产生大量的蒸汽，在遇到上级迭盘的底部时，有部分凝结潜热可用于加热上级迭盘的 进水；被真空泵抽吸出的蒸汽，在进入冷凝铜管与管外循环流动苦咸水进行换热时，凝结潜 热也被用来对苦咸水进行预热。冷凝储水装置(5)由有机玻璃或碳钢制成，用于储存原苦咸水，随着蒸馏过程的 进行，原苦咸水又对铜管(8)中的蒸汽起到冷凝的作用。冷凝管由铜管盘曲而成，中心收集 管(9)为有机玻璃或铜质管。整个装置置于太阳光下时，冷凝器顶部受到太阳照射，温度 较高，顶部设计成倒圆锥体，锥体的顶点正对冷凝储水器中心收集管(9)，使得冷凝储水装 置(5)中自然蒸发在顶盖上冷凝的淡水可顺着中心收集管(9)到集水装置中，这一过程对 散射的太阳能也起到了收集利用作用。在冷凝储水装置(5)的底部和上部分别设有进水口 (11)和出水口(12)。液封收集装置(6)为可测量淡水产量的密闭罐体。本发明的有益效果1、蒸发和凝结潜热可多次重复利用，降低了系统的能耗，节约了成本。2、传质传热效率高，产水水质优良，含盐量低。3、利用廉价的太阳能作为能源，大大降低了制水成本。4、系统设计运行简单易行，容易推广。
图1为负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统示意图。图中标号说明1、多级蒸馏迭盘；2、进水阀；3、太阳光；4、真空泵；5、冷凝储水装 置；6、液封收集装置；7、太阳能集热器；8、冷凝铜管；9、中心收集管；10、进水泵；11、进水 口 ；12、出水口 ；13、浓缩盐水的排水孔；14、真空泵抽吸孔；15、苦咸水进水孔
具体实施例方式结合附图1介绍整个系统的具体运行过程和运行参数苦咸水通过进水泵打入冷凝储水装置，随着水位升高，苦咸水从出水口(12)进入 太阳能集热器(7)进行加热，当水温升高至60°C左右，打开进水阀(2)，使苦咸水进入到多 级蒸馏迭盘(1)中，同时打开真空泵(4)进行负压抽吸，使得苦咸水在低于沸点温度下迅速 大量汽化，抽出的蒸汽进入冷凝铜管，与冷凝铜管(8)外部的苦咸水进行换热，被冷凝储水 装置(5)中铜管外的的苦咸水冷却，同时对进水起到预热的作用，冷凝后由液封收集装置 (6)收集淡水。冷凝储水装置(5)中苦咸水存在自然蒸发现象，蒸发出的蒸汽在倒锥体顶盖 上冷凝后，沿着锥体尖顶流入正对下方的中心收集管(9)中，和冷凝铜管(8)中的淡水一起 汇入液封收集装置(6)。
实例一不同温度下，单级迭盘系统的产水量测试。蒸馏迭盘采用单级形式，均依次通入水温为45°C、50°C、55°C、60°C、65°C的恒温盐 水(含盐量为10g/L)进行动态产水量测试，实验抽吸压力均为0.045Mpa，测得在60°C以 上，每天运行20h，产水量均可达到241L/d，出水的电导率为85μ s/cm。实例二 不同温度下，二级迭盘系统的产水量测试。蒸馏迭盘采用上、下两层迭盘的二级形式，均依次通入水温为45°C、50°C、 55°C、60°C、65°C的恒温盐水(含盐量为10g/L)进行动态产水量测试，实验抽吸压力均 为0. 045Mpa，测得在60°C以上，每天运行20h，产水量均可达到368L/d，出水的电导率为 72 μ s/cm。
权利要求
一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，由多级蒸馏迭盘(1)、进水阀(2)、真空泵(4)、冷凝储水装置(5)、液封收集装置(6)、太阳能集热器(7)、冷凝铜管(8)、中心收集管(9)、进水泵(10)、进水口(11)和出水口(12)组成；其特征是苦咸水通过太阳能集热器(7)进行加热，当水温升高至60℃以上，苦咸水进入到多级蒸馏迭盘(1)中进行负压蒸馏，在冷凝储水装置(5)的铜管(8)中冷却，与倒锥体顶盖上的冷凝液共同进入液封收集装置(6)，从而获得淡化净水。
2.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是 多级蒸馏迭盘(1)可设2-5级，迭盘级数、面积、尺寸可根据需水量进行设定，每级盘间距可 取8-15cm，迭盘可由铁板或铝板制作而成，为防止腐蚀和增加吸热量，在其表面涂以黑色防 腐漆；迭盘顶盖由透光率较大的玻璃或有机玻璃制作，各盘之间加橡胶垫密封；迭盘外部 辅以保温层。
3.根据权利要求2所述的多级蒸馏迭盘，其特征是需在每级迭盘开孔，分别设浓缩 盐水的排水孔(13)、真空泵抽吸孔(14)和苦咸水进水孔(15)，其中浓缩盐水的排水孔(13) 用以排出蒸馏浓缩液；真空泵抽吸孔(14)可使真空泵将蒸汽抽吸至冷凝储水装置(5)的冷 凝铜管⑶中；苦咸水进水孔(15)通过管线与太阳能集热器(7)相连。
4.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是 冷凝储水装置(5)由有机玻璃或碳钢制成，冷凝管由铜管盘曲而成，中心收集管(9)为有机 玻璃或铜质管，顶盖制成倒锥体，锥顶与中心收集管(9)的轴心相对，在冷凝储水装置(5) 的底部和上部分别设有进水口(U)和出水口(12)。
5.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是 液封收集装置(6)为可测量淡水产量的密闭罐体。
全文摘要
本发明提供一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，利用太阳能为热源，对迭盘中的苦咸水进行加热，在真空泵的负压抽吸作用下，实现了多级迭盘间冷凝热与汽化热的多级循环利用，提高了传热效率，能以较少的能耗获得纯净的蒸馏水。该系统结构紧凑、占地面积小、制水成本低，适宜西部村镇苦咸水源的淡化处理。
文档编号C02F1/14GK101880069SQ20101000228
公开日2010年11月10日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者居玉坤, 王鹤立, 申亮 申请人:王鹤立