风光互补耦合的海水淡化装置以及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风光互补耦合的海水淡化装置以及系统，能够适应波动的太阳能风能变负荷运行，并且显著提高海水淡化效率。本发明专利技术所提供的海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能毛细驱动蒸发器，包括：壳体、位于壳体内的太阳能毛细蒸发芯以及换热管，太阳能毛细蒸发芯设置在壳体的中部，换热管埋设在太阳能毛细蒸发芯中，壳体被太阳能毛细蒸发芯分为上下两个腔体，下部腔体作为海水补偿室存储补入的待蒸发海水，并且通过盐水排出管道将蒸发后的浓盐水排出，上部腔体作为蒸汽室一次蒸汽；压气机，通过连杆与风力机相连，并且通过一次蒸汽管道与蒸汽室相连，排气口通过二次蒸汽管道与换热管的进气端相连；淡水收集器，与换热管的排水口相连。

Device and system for desalination of wind and water coupling

The invention provides a wind and water complementation device and a system, which can adapt to fluctuating solar energy and wind energy load operation, and remarkably improve the desalination efficiency of the sea water. The invention provides a sea water desalination device, which is characterized in that: solar driven capillary evaporator, which comprises a shell, a solar evaporation capillary core arranged in the shell and tube heat exchanger, solar evaporation capillary core is arranged in the middle part of the shell, heat pipe is embedded in the solar core shell by capillary evaporation, solar capillary evaporation the core is divided into two cavity, the lower cavity as the compensation chamber to be fed into the storage evaporation seawater, and the water discharging pipeline will Brine Evaporation after discharge, the upper cavity as a steam steam chamber; compressor connected through the connecting rod and the wind turbine, and a steam pipe and the steam chamber is connected by two, the exhaust port through the steam pipe and the heat exchange tube is connected with the end of the air inlet; fresh water collector drainage and heat exchanger tube mouth.

【技术实现步骤摘要】
风光互补耦合的海水淡化装置以及系统
本专利技术属于海水淡化及清洁能源利用领域，具体涉及一种基于风能与太阳能互补耦合的海水淡化装置以及系统。
技术介绍
我国领土比邻太平洋，海岸线长达18000多千米，所辖海域分布着近万个岛屿。受自然、气候和交通等因素的限制，导致这些海岛的开发利用率非常低。这其中，海岛面积小，蒸发量低，大多数因缺少淡水而无法居住和开发。部分开发的岛屿也只能通过大陆管线引水、船送饮水等方式进行淡水补给。充分利用海水淡化进行淡水补给是解决这些海岛淡水补给的有效途径之一。然而，由于海岛距离大陆较远，往往也是电力不足的地区。传统的海水淡化如反渗透技术和热法技术，需要消耗大量的高品位电能，无法在孤立海岛实现应用。但这些地区具有丰富的风能和太阳能，利用这些清洁能源进行海水淡化可以为我国开发利用海岛资源提供基础性资源保障。目前，太阳能风能海水淡化技术主要是利用太阳能的热效应进行蒸馏淡化，或是利用太阳能的光电效应发电进行淡化，亦或是利用风能驱动风机发电进行淡化。然而这些技术存在的主要问题是效率低下；此外，由于风力和太阳能的本身的间歇性和不稳定性，造成这些系统过于庞大，投资成本高。针对效率低下的问题，专利CN204803032U公开了一种风光互补双效低温压汽蒸馏海水淡化装置，首先利用太阳能光电效应和风力发电技术产生电能进行储存，然后加热海水和驱动压气机进行海水淡化，使用压气机主要是为了利用二次蒸汽加热海水蒸发提高效率。然而，这种方法为了避开风能和太阳能得不稳定，采用风能太阳能-电能-热能的转换方式，这其中太阳能-电能的转换效率普遍低于20%，仍然限制了其整体效率的提高。此外，专利CN106145489A和CN104058473A等也公开了类似的风光互补海水淡化装置。为了克服太阳能和风能的波动性和间歇性，都采用光伏发电、风力发电和储电蓄电的风光-电-热的能量转换形式。这种互补的方式只是将太阳能和风能简单组合利用，并没有实现“1+1>2”的互补耦合效果。这些系统及其庞大复杂，其投资成本极高，限制其推广应用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种风光互补耦合的海水淡化装置以及系统，能够适应波动的太阳能风能变负荷运行，并且显著提高新能源海水淡化技术效率。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案。<装置>本专利技术提供一种风光互补耦合的海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能毛细驱动蒸发器，包括：壳体、位于壳体内的太阳能毛细蒸发芯以及换热管，太阳能毛细蒸发芯设置在壳体的中部，换热管埋设在太阳能毛细蒸发芯中，壳体被太阳能毛细蒸发芯分为上下两个腔体，位于下部的腔体作为海水补偿室通过海水进水管道引入待蒸发的海水，并且通过盐水排出管道将蒸发后的浓盐水排出，位于上部的腔体作为蒸汽室用于收集海水蒸发后形成的一次蒸汽；压气机，压缩端通过连杆与风力机相连，压气腔通过一次蒸汽管道与蒸汽室相连，引入一次蒸汽，排气口通过二次蒸汽管道与换热管的进气端相连，将压缩后形成的二次蒸汽排出；淡水收集器，通过淡水管道与换热管的排水口相连，收集二次蒸汽冷凝成的淡水，其中，太阳能毛细蒸发芯包括多孔材料层和沉积在该多孔材料层上表面的太阳能吸收涂层，换热管埋设在多孔材料层的表层。本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置，还可以具有这样的特征：多孔材料层的厚度：太阳能吸收涂层的厚度>103:1。本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置，还可以具有这样的特征：多孔材料层采用亲水性低导热系数材料制成。本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置，还可以具有这样的特征：多孔材料层的厚度为50mm以上。本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置，还可以具有这样的特征：太阳能吸收涂层采用碳基材料、黑色金属材料、金属纳米复合陶瓷材料中的任意一种材料制成。本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置，还可以具有这样的特征：蒸汽室的上部采用低导热透明材料制成，海水补偿室的下部采用低导热耐海水腐蚀材料制成。<系统>本专利技术还提供一种风光互补耦合的海水淡化系统，其特征在于，包括：海水淡化装置，为上述<装置>中所描述的风光互补耦合的海水淡化装置；风力机，与海水淡化装置中的压气机压缩端相连；预处理部，对海水进行预处理；储液池，存储预处理后的海水，通过海水进水管道与海水淡化装置中的海水补偿室相连。专利技术的作用与效果本专利技术的风光互补耦合的海水淡化装置以及系统，创造性地将太阳能蒸发和风力压气相结合，利用太阳能毛细蒸发芯中的太阳能吸收涂层将太阳能聚焦在表层产生高温，同时利用多孔材料层的毛细驱动作用，将海水自动从外部抽取到高处进入多孔材料表层进行蒸发产生一次蒸汽；然后利用风力对太阳能蒸发器中产生的一次蒸汽进行压缩，使其升温升压形成二次蒸汽，再将二次蒸汽压排入蒸发器中的换热管，加热海水再次产生蒸汽，再进入压气机压缩。如此循环，实现风能和太阳能的耦合利用，对一份太阳能多次利用，可显著提高太阳能海水淡化技术的产水量。无需额外的电能和机械能输入就能运行，且可以自适应间歇波动的风能太阳能运行，可在海岛海岸线附近等太阳能和风能丰富的地区应用。并且，由于采用特殊的太阳能毛细蒸发芯，蒸发面毛细孔弯液面能自适应不同太阳能辐照强度下的能量输入，持续蒸发。采用风力机直接驱动压气机的结构，能在不同风力强度下进行压气。本专利技术的海水淡化装置以及系统的能量转换形式采用直接的光-热转换或是风能-机械能-热能转换，与其他风光耦合的风光能-电能-热能完全不同，在提高效率的基础上降低系统的复杂性，简单有效，降低成本。附图说明图1是本专利技术涉及的风光互补耦合的海水淡化装置的结构示意图。上述图中，各部件标号如下：10.风光互补耦合的海水淡化系统：20.海水淡化装置、30.风力机、40.预处理部、50.储液池；21.太阳能毛细驱动蒸发器：211.壳体、211a.海水补偿室、211b.蒸汽室、212.太阳能毛细蒸发芯、212a.多孔材料层、212b.太阳能吸收涂层、213.换热管、214.海水进水管道、215.盐水排出管道；22.压气机：221.压缩端、222.一次蒸汽管道、223.二次蒸汽管道；23.淡水收集器：231.淡水管道。具体实施方式以下参照附图对本专利技术所涉及的风光互补耦合的海水淡化装置以及系统作详细阐述。<实施例>如图1所示，风光互补耦合的海水淡化系统10包括海水淡化装置20、风力机30、预处理部40、以及储液池50。海水淡化装置20包括太阳能毛细驱动蒸发器21、压气机22、淡水收集器23。太阳能毛细驱动蒸发器21包括壳体211、太阳能毛细蒸发芯212以及换热管213。本实施例中，壳体211、太阳能毛细蒸发芯212以及换热管213均为环形结构。太阳能毛细蒸发芯212设置在壳体211的中部，将壳体211分为上下两个腔体，位于下部的腔体作为海水补偿室211a通过海水进水管道214引入待蒸发的海水，并且通过盐水排出管道215将蒸发后的浓盐水排出至深井中，位于上部的腔体作为蒸汽室211b用于收集海水蒸发后形成的一次蒸汽。海水补偿室211a的下部采用低导热耐海水腐蚀材料制成，可选择POM塑料。蒸汽室211b的上部采用低导热透明材料制成，可选择有机玻璃。本实施例中，太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风光互补耦合的海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能毛细驱动蒸发器，包括：壳体、位于所述壳体内的太阳能毛细蒸发芯以及换热管，所述太阳能毛细蒸发芯设置在所述壳体的中部，所述换热管埋设在所述太阳能毛细蒸发芯中，所述壳体被所述太阳能毛细蒸发芯分为上下两个腔体，位于下部的腔体作为海水补偿室通过海水进水管道引入待蒸发的海水，并且通过盐水排出管道将蒸发后的浓盐水排出，位于上部的腔体作为蒸汽室用于收集海水蒸发后形成的一次蒸汽；压气机，压缩端通过连杆与风力机相连，压气腔通过一次蒸汽管道与所述蒸汽室相连，引入所述一次蒸汽，排气口通过二次蒸汽管道与所述换热管的进气端相连，将压缩后形成的二次蒸汽排出；淡水收集器，通过淡水管道与所述换热管的排水口相连，收集所述二次蒸汽冷凝成的淡水，其中，所述太阳能毛细蒸发芯包括多孔材料层和沉积在该多孔材料层上表面的太阳能吸收涂层，所述换热管埋设在多孔材料层的表层。

【技术特征摘要】
1.一种风光互补耦合的海水淡化装置，其特征在于，包括：太阳能毛细驱动蒸发器，包括：壳体、位于所述壳体内的太阳能毛细蒸发芯以及换热管，所述太阳能毛细蒸发芯设置在所述壳体的中部，所述换热管埋设在所述太阳能毛细蒸发芯中，所述壳体被所述太阳能毛细蒸发芯分为上下两个腔体，位于下部的腔体作为海水补偿室通过海水进水管道引入待蒸发的海水，并且通过盐水排出管道将蒸发后的浓盐水排出，位于上部的腔体作为蒸汽室用于收集海水蒸发后形成的一次蒸汽；压气机，压缩端通过连杆与风力机相连，压气腔通过一次蒸汽管道与所述蒸汽室相连，引入所述一次蒸汽，排气口通过二次蒸汽管道与所述换热管的进气端相连，将压缩后形成的二次蒸汽排出；淡水收集器，通过淡水管道与所述换热管的排水口相连，收集所述二次蒸汽冷凝成的淡水，其中，所述太阳能毛细蒸发芯包括多孔材料层和沉积在该多孔材料层上表面的太阳能吸收涂层，所述换热管埋设在多孔材料层的表层。2.根据权利要求1所述的风光互补耦合的海水淡化装置，其特征在于：其中，所述多孔材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，刘辉东，章先涛，石兆麒，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42