专利名称：太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用太阳能和风能联合进行海水汽化和远距离、高海拔、大流量供水的技术应用系统，尤其是向我国严重干旱缺水的西北地区城市工业、农业耕地和沙漠输水。
背景技术：
目前，公知的远距离输水常采用开挖渠道，高海拔输水则采用泵站管道扬水，该两种技术均属于传统引水技术，当远距离、大流量输水时，所共同存在的问题是投资超大，工期漫长，运行费高，输送成本太大，供水面积有限，输水效果低下，移民困难，生态环境影响很大；特别是对于远距离、高海拔输水时，上述两种技术均很难实施。
发明内容为了解决远距离、高海拔、大流量供水的技术瓶颈，达到减小工程投资、缩短工期、 降低输送成本、扩大供水覆盖面和提高输水贡献率的目的，本实用新型提供了一种太阳能-风能海水汽化长距离、高海拔、大流量、大面积、高效率、低成本的引水工程技术。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在我国东部海岸的海滩建海水汽化引水站，采用高性能、低成本、耐用长寿的太阳能空气集热器和风力发电机，充分利用太阳能和风能，将海水汽化，沿相邻流域的分界山脉铺设上山输汽管道，利用升华汽体密度小自然升高的特性实现高海拔和长距离输汽，利用凝结水重力顺坡自流的特性实现输水和发电。本实用新型的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，是由海水汽化引水站、输送系统、蓄水池和供水发电系统四部分所组成。其中，海水汽化引水站是由引水池、汽化室、汽化塔、太阳能空气集热器、风力发电机、U型平板式换热器、电辅助加热器、离心风机、离心水泵、喷雾喷头、管道风机、输汽汇流管道、输汽管道和控制器共同组成； 输送系统是由输汽管道、太阳能空气集热器、风力发电机、圆柱面式换热器、电辅助加热器、 风机和控制器共同组成；供水发电系统是由管道、渠道和水力发电站所组成。海水汽化引水站建设在沿海的海滩或江岸、湖泊的滩地上，海水汽化引水站中的引水池断面为梯形，也可以是半圆形和抛物线型，梯形断面时的边坡角；引水池东侧铅垂面上设有闸门控制的进水间孔，西侧铅垂面上设有上、下两排连接短管，正中间的上、下两根连接短管分别将西侧的上、下两台水泵和池内上、下两个吸水管连接成两个独立的抽水系统，其余的连接短管是将西侧的风机、太阳能空气集热器和池内的U型平板式换热器连接成太阳能海水加热系统；引水池内所安装的U型平板式换热器中的换热板芯为压鼓式换热结构；海水汽化引水站中的汽化室断面形状为倒梯形，也可以是倒半圆形和倒抛物线型，梯形断面时的边坡角15° < θ2<30°，将汽化室扣在引水池的顶面上并密封安装固定成一体，汽化室顶平面上设有汽化塔预留安装孔；海水汽化引水站中的汽化塔为圆锥形，锥角θ3<15°，密封安装固定在汽化室顶平面的预留安装孔上，汽化塔的底孔与汽化室连通，顶口用汽化塔顶盖密封固定，汽化塔顶盖上安装风力发电机，顶盖下方的汽化塔西侧壁面上设有预留大管孔，在大管孔内密封安装输汽汇流支管，汽化塔中部的西侧壁面上一个预留小管孔，并密封安装水平连接管，该水平连接管将引水池西侧的离心水泵、铅垂压水管和汽化塔内的喷雾喷头连接成抽水喷雾系统；输汽系统中的输汽管道是按相邻流域的分界山脉上山铺设的，沿途中设有由太阳能空气集热器、风力发电机、圆柱面式换热器、辅助加热器、风机和控制器所组成的加热站，并根据实际需要在沿途中的输汽管道上设置可控制的供水出口，圆柱面式换热器采用压鼓式换热结构；在长距离输水系统中设置多个蓄水池，蓄水池建设在多流域、多山脉汇集、供水便利和供水面积较大的山顶上；从输汽管道和蓄水池引出的供水系统均采用下山铺设顺坡输水的管道或渠道，并设置水力发电站。输水工程的运行原理本实用新型的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，对于我国来说，主要有北线、中线和南线三条调水路线。以海水汽化北线工程中的总干线为例来说明，海水汽化引水站建设在山海关渤海海滩，蓄水池建设在大光顶子山山顶，在引水站和蓄水池之间沿山铺设输汽管道，这样，从引水站到蓄水池之间的引水池、汽化室、汽化塔、输汽管道所共同组成总干线管路系统，实际上就构成了一个长距离的爬山“烟囱”，在山海关渤海海平面和大光顶子山之间2037m的高程差(压力差)和温度差的作用下，输汽管道中的空气将会产生热虹吸压力下的自然流动，形成引水站汽化室内的真空，当真空度达到一定程度时，引水池内的海水将发生汽化形成蒸汽，向蓄水池方向流动，原输汽管道内的空气逐渐排出，而被流动的蒸汽所充满。受管道阻力和环境温度影响， 输汽管道内的蒸汽流动速度很小，还会出现蒸汽凝结现象，此时，需要启动风力发电机发电提供电力和太阳能空气集热器提供热量。在自然汽化和自然输汽流动的基础上，风力驱动风力发电机发电，一部分电力驱动输汽管道中的管道风机运转，汽化室和汽化塔内的蒸汽被强力抽吸并推至长距离输汽管道的下游，而使汽化塔、汽化室和引水池内的压强显著减小，形成较大真空度，引水池内的海水加速汽化，输汽管道内的蒸汽加速流动；同时，在太阳辐射下太阳能空气集热器产生较高温度的热空气，风力发电机所发出的一部分电力驱动离心风机运转，将太阳能空气集热器内所产生的高温热空气输送到引水池内的U型平板式换热器中，引水池内的上层海水温度升高，并急剧蒸发，迅速在汽化室和汽化塔内形成向上的高速热汽流，此时，风力发电机的另一部分电力驱动离心水泵，将引水池内表层的热海水提升到汽化塔上部的喷雾喷头， 雾化状态的热海水向下喷洒，与高速向上运动的热汽流发生激烈地撞击，在撞击过程中进行充分的热量交换和动量交换，雾状海水迅速汽化，形成高温、高速的蒸汽流，经输汽管道向蓄水池方向输送；向下喷洒经过蒸发后含盐量很高的剩余海水回落到引水池，将携带的热能(显热和潜热)交换给新补充来的海水而沉降到池底，集存到一定程度时，风力发电机输出的电力启动管道水泵将浓度很高的池底海水抽送到海岸工厂进行提炼加工处理。为了保证高流速、大流量的输送蒸汽和供水，在渤海湾建设有多个引水站，多条输汽管道并联汇流；而且在总干线中间设风力发电站和太阳能加热站，沿总干线的所有风力发电站形成联网供电，当局部路段风力不足时，由相邻路段的电力供应；当局部路段太阳辐射不足或夜间没有太阳辐射时，控制系统自动启动电辅助加热，确保充足的动力和热能补充，最终达到输汽管道中大流量输送的目的。本实用新型的有益效果是1、引水工程的水源取用海水，可长久稳定地获得廉价的水资源，工业化提炼海水中的矿物质，经济意义显著。2、引水工程全部采用太阳能和风能，可显著的降低输水运行成本，输水价格低。3、将海水汽化引水站建设在我国东部的沿海海滩或江河、湖泊的滩地，不占用耕地，输汽管道采用上山铺设输汽、下山自流供水的方案， 也不占用土地，工程总投资小。4、沿流域分界山脉上山铺设输汽管道，在大光顶子山山顶建造蓄水池，可实现就近向周围山地大面积供水，有利于改善生态环境，顺山脉下山供水，管道或明渠长度短，而输水距离远，覆盖面积大，受益区域广，供水和水力发电联合运行，系统供水功能多，综合效率高。5、本实用新型技术不仅适合于我国(山高、地少、沙漠多)，也适用于世界各国，因此，具有广泛的推广价值。
本实用新型的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，对于我国来说，主要有北线、中线和南线三条调水路线。下面以北线调水工程技术方案为实施例结合附图对本实用新型进一步说明。北线调水工程技术方案中，在山海关渤海海滩建设海水汽化弓I水站。图1、图2、图3和图4分别是海水汽化引水站中一个梯形断面引水池的俯视图、正视图和A-A、B-B两个剖面图；图5和图6分别是引水池断面为半圆形和抛物线型的两种剖面图。图7、图8、图9和图10分别是汽化室的俯视图和纵、横剖面图。图11、图12和图13分别是汽化塔的正视图和剖面图。图14是风力发电机产品的结构示意图。图15是太阳能空气集热器产品的结构示意图。图16、图17和图18分别是U型平板式换热器产品的俯视图和纵横两个剖面结构示意图。图19是离心风机产品的剖面结构示意图。图20是离心水泵产品的剖面结构示意图。[0020]图21是管道风机产品的剖面结构示意图。图22是管道泵产品的剖面结构示意图。图23、图M和图25分别是海水汽化引水站的整体平面布置和两个剖面结构示意图。图沈是海水汽化引水站的第二个实施技术方案的剖面构造示意图。图27是山海关海水汽化引水站(1)到大光顶子山蓄水池(1)之间输汽管道总干线的示意图。附图中，1、渤海水面，2、海岸，3、海滩，4、引水池基槽，5防浪提，6、引水池，7、引水池东侧铅垂面，8、进水闸孔，9、闸门，10、引水池西侧铅垂面，11、引水池西侧铅垂面圆孔， 12、连接短管，13、引水池顶平面，14、汽化室，15、汽化室西侧面，16、密封工作门孔口，17、密封门，18、监测仪器，19、汽化室顶平面，20、汽化塔预留安装孔，21、汽化塔，22、预留小管孔， 23、水平连接管，24、喷雾喷头，25、铅直压水管，26、预留大管孔，27、输汽汇流支管，28、汽化塔顶盖，29、风力发电机，30、输出电源线，31、太阳能空气集热器，32、集热器进口，33、集热器出口，34、U型平板式换热器，35、U型换热器进口，36、U型换热器出口，37、压鼓型换热板芯，38、离心风机，39、离心风机出口，40、离心水泵，41、离心水泵吸入口，42、离心水泵压出口，43、管道风机，44、管道风机进口，45、管道风机出口，46、管道泵，47、管道泵吸入口，48、 管道泵压出口，49、太阳能集热器矩阵单元，50、集热器安装地面，51、集热器西侧并联集管， 52、集热器西侧进风管，53、集热器东侧并联集管，54、集热器东侧出风管，55、引水池上排连接短管东侧管口，56、引水池下排连接短管东侧管口，57、引水池上排中间连接短管，58、引水池上排中间连接短管东侧管口，59、吸水管1，60、铅直压水管下管口，61、引水池上排中间连接短管西侧管口，62、吸水管11，63、吸水管II外管口，64、引水池下排中间连接短管， 65、引水池下排中间连接短管东侧管口，66、引水池下排连接短管西侧管口，67、吸水管III， 68、莲蓬头，69、引水池池底面，70、引水池下排中间连接短管西侧管口，71、管道泵连接管， 72、管道泵压力水管，73、海岸工厂，74、输汽管道连接管，75、输汽管道，76、海岸固定架，77、 海水汽化引水站(1)，78、热空气喷嘴，79、相邻流域分界山脉，80、大光顶子山，81、蓄水池 (1)，82、供水方向，83、输汽管道总干线。
具体实施方式
沿秦皇岛到锦州之间的辽西走廊，选址建设北线海水汽化调水工程的引水站，其中一个引水站(1)选址在山海关段渤海1的海岸2，将引水站建造在海滩3上。如图1、图2、图3和图4所示，在选择好的海滩3，开挖引水站址的弓|水池基槽4并使挖方堆置海面形成暂时的防浪提5，在引水池基槽中建设一个(或多个)断面为梯形的引水池6，在引水池东侧铅垂面7中间预留一圆形(或矩形)进水闸孔8，安装闸门9，引水池西侧铅垂面10上预留对称的上、下两排圆孔11，每个圆孔中水平方向安装固定两端带好丝扣的连接短管12，并确保连接短管与圆孔的可靠密封。图5和图6分别是引水池断面为半圆形、抛物线形的剖面图。如图7、图8、图9和图10所示，在引水池6的顶平面13上建造断面为倒梯形(或倒半圆形、倒抛物线型)的汽化室14，并保持汽化室与引水池的密封，汽化室西侧面15的中间部位预留一个密封工作门孔口 16，工作门口安装密封门17，以备工作和检修之用，在密封门上装配监测仪器18，在汽化室顶平面19上，每间隔一定距离设置汽化塔预留安装孔 20。如图11、图12和图13所示，在汽化室顶面预留安装孔上安装一定高度和锥度 (15°的烟囱式圆锥形汽化塔21，汽化塔中部西侧壁面上设置一个预留小管孔22，在该管孔中密封安装一个两端带丝扣的水平连接管23，该管伸入汽化塔内的管口安装一个带 90°弯头开口朝下的喷雾喷头24，并使喷头伸入到汽化塔的中心，水平连接管在塔西侧的管口依次安装开口朝下的90°弯头和铅直压水管25;汽化塔顶口下方的西侧壁面还设置一个预留大管孔沈，在该管孔上安装直径较大的输汽汇流支管27，该管直通海岸2，并接到输汽管道中，在汽化塔的顶口上封盖汽化塔顶盖观，汽化塔顶盖上再牢靠的安装风力发电机29，发电机电力输出线为30。如图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22所示，是装配在海水
汽化引水站中的风力发电机、太阳能空气集热器、U型平板式换热器、离心风机、离心水泵、 管道风机和管道泵七种产品的结构示意图，已经建设和安装好的海水汽化引水站如图23、 图24和图25所示，七种产品的具体安装方法如下[0031]1、风力发电机四安装在汽化塔21的顶盖观上，主要功能是风力发电，为整个海水汽化工程中的泵和风机提供电力，为了高效发电和耐久使用，采用磁浮风力发电机。2、多台的太阳能空气集热器31产品以串联和并联的方式组成太阳能集热器矩阵单元49，安装并固定在汽化室西侧的集热器安装地面50上，多排太阳能空气集热器西侧进口 32通过集热器西侧并联集管51汇集到一个集热器西侧进风管52，再与固定在西侧海滩地面上的离心风机38的离心风机出口 39连通，太阳能空气集热器矩阵单元的东侧各排集热器出口 33也通过集热器东侧并联集管53汇集到集热器东侧出风管M，再与引水池6的上排连接短管12管口连接。3、U型平板式换热器34经密封门17运送到引水池6内，用管件将U型平板式换热器进口 35和引水池上排的连接短管东侧管口 55连接，同时，U型平板式换热器出口 36与引水池下排的连接短管东侧管口 56也连接好。4、在引水池上排中间连接短管57东侧管口 58上，水平安装吸水管I 59，吸水管的东管口直通引水池的中心，西侧管口则与离心水泵40的吸入口 41连接，并将离心水泵的压出口 42与汽化塔顶引下来的铅直压水管25的下管口 60接通。5、在引水池下排中间连接短管64的东侧管口 65上，依次安装吸水管1162、开口朝下90°弯头、吸水管III67和莲蓬头68，使莲蓬头刚好与引水池池底面69接触；在引水池下排中间连接短管64的西侧管口 70上，依次安装管道泵连接管71、管道泵46和管道泵压力水管72，直通海岸工厂73。6、从引水站各汽化塔顶西侧面引出的输汽汇流支管27到达海岸2后，汇集成一根直径更大的输汽管道连接管74，与管道风机43的进口 44连接，最后，再将管道风机出口 45 与长距离的输汽管道75接通，并使短输汽管道、管道风机和长输汽管道的结合部分紧固在海岸固定架76上，至此，一个完整的山海关海水汽化引水站(1)77的工程建设宣告完成。如图沈所示，是海水汽化引水站(1)中太阳能加热海水的第二实施例的结构原理图，引水池中不安装U型平板式换热器，而安装一排热空气喷嘴78，这样可以避免清理水垢的麻烦。如图27所示，太阳能-风能海水汽化输水工程中所有铺设输汽管道路线的原则是“沿流域分界山上坡铺管，在多山脉、多流域交汇点山顶建池，向多山脉、多流域下坡供水”。从山海关海水汽化引水站(1)到蓄水池之间的输汽管道总干线，就是沿着辽河流域和溧河流域的分界山脉79铺设的，顺七老图山的走向，到达大光顶子山80(海拔高程2037 米)建造蓄水池(1)81 ；输汽管道和蓄水池设分支管道或短渠的供水发电系统82。总干线 83可以作为一期工程。从蓄水池(1)向西继续铺设西向干线和向东北方向调水输汽管道东北向干线，便组成了我国北线海水汽化输汽管道的总干线和干线。从总干线延伸的西向干线和东北向干线以及所有支线网，均采用与总干线相同的设计原则，即，“沿流域分界山脉上山铺管，在山脉的交汇点山顶建蓄水池，向多山脉、多流域下山供水、发电”。该设计原则同样适用于中线和南线的输水工程。实际工程的施工方案， 需要实地考察、勘定和论证后确定。
权利要求1.太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，是由海水汽化引水站、输送系统、蓄水池和供水发电系统四部分所组成，海水汽化引水站是由引水池、汽化室、汽化塔、太阳能空气集热器、风力发电机、U型平板式换热器、电辅助加热器、水泵、风机、喷雾喷头、管道风机、输汽汇流管道、输汽管道和控制器共同组成；输送系统是由输汽管道、太阳能空气集热器、风力发电机、圆柱面式换热器、电辅助加热器、风机和控制器共同组成；供水发电系统是由管道、渠道和水力发电站所组成，其特征是海水汽化引水站建设在沿海的海滩上，输送系统沿流域的分界山脉长距离上山铺设，蓄水池建设在山顶上，供水发电系统下山布置，依次连接形成一个长距离、高海拔的海水汽化输送系统。
2.根据权利要求1所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是海水汽化引水站中的引水池断面形状为梯形，可以是半圆形和抛物线型，梯形断面时的边坡角θ i彡30°。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是海水汽化引水站中的引水池东侧铅垂面上设有间门控制的进水间孔，西侧铅垂面上设有上、下两排连接短管，正中间的上、下两根连接短管分别将西侧的上、下两台水泵和池内上、下两个吸水管连接成两个独立的抽水系统，其余的连接短管是将西侧的风机、 太阳能空气集热器和池内的U型平板式换热器连接成太阳能海水加热系统。
4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是引水池内所安装的U型平板式换热器中的换热板芯为压鼓式换热结构。
5.根据权利要求1所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是海水汽化引水站中的汽化室断面形状为倒梯形，可以是倒半圆形和倒抛物线型，梯形断面的边坡角15° ( θ2<30°，汽化室扣在引水池的顶面上并密封安装固定成一体， 汽化室顶平面上设有汽化塔预留安装孔。
6.根据权利要求1所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是海水汽化引水站中的汽化塔为圆锥形，锥角θ3<15°，密封安装固定在汽化室顶平面的预留安装孔上，汽化塔的底孔与汽化室连通，顶口用汽化塔顶盖密封固定，汽化塔顶盖上安装风力发电机，顶盖下方的汽化塔西侧壁面上设有预留大管孔，在大管孔内密封安装输汽汇流支管，汽化塔中部的西侧壁面上设一个预留小管孔，并密封安装水平连接管，该水平连接管将引水池西侧的离心水泵、铅垂压水管和汽化塔内的喷雾喷头连接成抽水喷雾系统。
7.根据权利要求1所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是输汽系统中的输汽管道是按流域的分界山脉上山铺设的，沿途中设有由太阳能空气集热器、风力发电机、圆柱面式换热器、辅助加热器、风机和控制器所组成的加热站，在沿途中的输汽管道上设置可控制的供水出口。
8.根据权利要求1所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是在长距离输水系统中设置蓄水池，蓄水池建设在山脉汇集和高海拔的山顶上。
9.根据权利要求1、7或8所述的太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，其特征是从输汽管道和蓄水池引出的供水系统均采用下山铺设顺坡输水的管道或渠道，并设置水力发电站。
专利摘要本实用新型太阳能-风能海水汽化及长距离高海拔大流量供水系统，是在我国东部沿海海滩建设由引水池、汽化室、汽化塔、太阳能空气集热器、风力发电机、换热器、辅助加热器和控制器产品所构成的海水汽化引水站，同时，沿相邻流域的分界山脉走向铺设上山的输汽管道，在多流域、多山脉集中的山顶建设蓄水池，在蓄水池和输汽管道的沿路配置下山输水管道、渠道和发电站的供水发电系统，依次连接而组成海水汽化长距离高海拔供水系统，海水汽化和输送所需要的能源动力，全部利用太阳能和风能。其优点是不占耕地、总投资小、输送成本低，供水面积大，用水功能多，生态效益好，能从根本上解决我国严重干旱缺水等问题。
文档编号C02F1/14GK202152916SQ20112008820
公开日2012年2月29日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者赵贵 申请人:赵贵