太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统及其淡化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统，包括位于集热棚上方的太阳能烟囱，集热棚为由双层透明材质形成的夹层结构，其外围设置有源水池和淡水池，其下方铺设有储热材料；太阳能烟囱的正下方设置有浓盐水池，烟囱外壁包裹有绝热材料，太阳能烟囱的顶部设置有间接式冷凝器和风车，风车的回转轴上设置一发电机；源水池与间接式冷凝器的入口之间连接有源水上水管道，源水上水管道中设置有输水泵，发电机通过电线与输水泵连接；太阳能烟囱内设置有对源水进行雾化的喷嘴，间接式冷凝器的出口与喷嘴之间连接有源水下水管道；间接式冷凝器的下方设有淡水收集槽，淡水收集槽和淡水池之间连接有管道。本发明专利技术采用风能与太阳能的优势互补。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能利用装置，特别涉及一种将太阳能烟囱和风车综合利用的海水 及苦咸水淡化的新型系统。
技术介绍
淡水是人类社会赖以生存和发展的物质基础之一。随着我国国民经济和工农业生产的 迅速发展，各地用水量和需水量还再不断增加，水资源供求矛盾将日益尖锐。除此之外， 我国淡水资源的分布又极不平均，在西部内陆地区存在大量荒漠和半荒漠地区，这些地区 雨量稀少，严重缺水，不少水源含盐量较高，不能直接饮用，也不能供工农业利用。而在 我国东部沿海， 一些岛屿和沿海盐碱地区也均属淡水缺乏地区。这些地区淡水供应则主要 依靠自然降雨的收集或船只从外地装运，不仅成本高，而且淡水补给十分有限，远远不能 满足当地居民的生活以及国防、科研观测考察以及旅游开发等方面需求。因此，水资源短 缺问题在我国可持续发展战略、西部及沿海岛屿的开发与利用、维护海上领土主权等方面 将日益突出。为了增加淡水的供应，缓解用水紧张的局面， 一条重要的解决途径就是对海 水或苦咸水实施淡化，但由于淡化要消耗大量的能源，同时还会造成大量温室气体的排放， 因此利用可再生能源驱动淡化将会越来越受到人们的青睐。在太阳能蒸馏系统中，提高其产水率和经济性将具有长远的现实意义。传统的被动式 太阳能蒸馏器由于产水量过低，因此大大限制了其应用范围。尽管在后来的主动式太阳能 蒸馏系统中，配备了太阳能集热器，如平板集热器、槽形抛物面或真空管等，提高了其单 位采光面积的产水量，但另一方面也使得单位产量的设备投资也再相应增加。太阳能烟囱技术是在1978年由德国斯图加特大学J. Schlaich教授首先提出的，随后 由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助，在1982年西班牙Manzanres建成了世界上 第一座太阳能烟囱发电站。这座试验性电站的烟囱高度为195m，烟囱直径为10.13m，集 热棚覆盖区域的直径约为242m，集热棚的面积约为46000m2。试验证明该系统运行安全 可靠，其在白天的最高输出功率可为100kW，在夜间的输出功率也可达到40kW左右。 自德国首个太阳能烟囱电站建成之后，许多国家对这种简洁而且环保的发电方式表现出了 浓厚的兴趣，相继开展了一系列相关的技术研究。然而，由于该系统所形成的热风能量品 位较低，同时受到风力透平工作效率的限制，因此太阳能烟囱发电的实际能量转化效率很低， 一般只有1%左右。例如，公开号是CN101358578，其公开日是2009年2月4日的中国专利技术专利申请公 开了一种利用太阳能进行烟囱发电及海水淡化的装置，包括太阳能烟囱、透明集热棚、太 阳能蒸馏池、涡轮发电机组，透明集热棚覆盖在支撑组上，位于太阳能烟囟与透明集热棚 连接处的太阳能烟囱内设置涡轮发电机组；位于透明集热棚的下方设置太阳能蒸馏池和岩 石蓄热层，太阳能蒸馏池的上端斜向设置透明盖板，太阳能蒸馏池的下端分别连接海水输 入管、盐水输出管、淡水输出管。利用该结构太阳能烟囱进行海水淡化存在的不足之处是 此装置依然是通过受热面来加热蒸发海水，由于海水的受热面积有限且热容量较大，因此 蒸馏池内海水的蒸发温度没有明显提升；在太阳能蒸馏池内，水蒸气也仍是依靠自然对流 的换热模式，因此水蒸气的冷凝速率也受到了较大的限制，装置的实际能量转化效率低， 淡水产量有限。而就我国而言，在西部内陆和东部沿海岛屿地区蕴藏着丰富的太阳能和风能资源。因 此，目前急需开发一种能够充分利用当地丰富的可再生能源服务于海水或苦咸水淡化的系 统。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供了一种太阳能翻囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统， 其目的是利用风车为淡化提供输水动力并使源水雾化，利用太阳能烟囱所形成的热风来蒸 发雾化后的源水。通过将风车与太阳能烟囱集成建造，实现了两者结构与功能的一体化， 以及风能与太阳能之间的优势互补。与传统的可再生能源淡化设备相比，本专利技术具有更高 的能源使用效率和系统可靠性。为了解决上述技术问题，本专利技术太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统予以实现 的技术方案是包括位于集热棚上方的太阳能烟囱，所述集热棚为由双层透明材质形成的 夹层结构，所述集热棚的外围设置有源水池和淡水池，所述集热棚的下方铺设有储热材料； 所述太阳能烟囱的正下方设置有浓盐水池，所述太阳能烟囱的外壁包裹有绝热材料，所述 太阳能烟囱的顶部设置有间接式冷凝器和风车，所述风车的回转轴上设置一发电机；所述 源水池与间接式冷凝器的入口之间连接有源水上水管道，所述源水上水管道中设置有输水 泵，所述发电机通过电线与输水泵连接;所述太阳能烟囱内设置有对源水进行雾化的喷嘴， 所述间接式冷凝器的出口与喷嘴之间连接有源水下水管道；所述间接式冷凝器的下方设有 淡水收集槽，所述淡水收集槽和淡水池之间连接有淡水下水管道。利用上述太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统进行海水淡化的过程是风车将 风能转化为机械能，再通过发电机转化为电能提供给输水泵，输水泵将源水从集热棚外围 的源水池经源水上水管道泵入至太阳能烟囱上方的间接式冷凝器；源水在间接式冷凝器中与上升至太阳能烟肉顶部的水蒸汽进行逆向换热，水蒸汽经过冷凝后形成液态淡水，并在重力作用下汇聚到位于间接式冷凝器下方的淡水收集槽中，不凝气则从太阳能烟囱顶部排出，淡水收集槽中的淡水在高度压差的作用下，从淡水收集槽经淡水下水管道流至淡水池；与此同时，利用水蒸汽的凝结潜热来对源水进行预热，经过预热后的源水从间接式冷凝器经源水下水管道流至位于太阳能烟囱内部的喷嘴，源水以雾滴的形式从喷嘴喷出，雾滴在下落的过程中与上升的热气流直接接触换热，蒸发所形成的水蒸汽上升至间接式冷凝器，最终被相对低温的源水冷凝成为淡水；收集后的淡水从淡水收集槽沿淡水下水管道流至淡水池；蒸发后的雾滴在重力作用下坠落在浓盐水池中形成高浓度的盐水。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是由于本专利技术系统中的集热棚采用了双层透明材质，具有更好的保温绝热效果。在集热内铺设有储热材料，可将白天过多的太阳辐射能储存起来，而在晚上再将这部分热量释放出来用以加热集热棚内的空气，保证了淡化系统连续运行的能力。将太阳能烟囱作为风车的塔架，风车将太阳能烟囱上方的风能转化为电能，并将此电能用于驱动输水泵来为淡化系统提供源水。在太阳能烟囱抽拔力的作用下，使集热棚内产生的热空气被吸入太阳能烟囱内并形成一股强大的上升热气流。在由太阳能烟囱高度所自然形成的水压差驱动下，源水经喷嘴在烟道内形成雾滴并与热空气直接接触，雾滴在空气的高温与风速的共同作用下实现强化蒸发，从而还省去了高压泵等辅助设施。水蒸汽在间接式冷凝器处被冷凝成为淡水，源水经过预热后温度升高，增强了源水雾化后的蒸发效果，同时也使水蒸汽的潜热得到了回收利用。在浓盐水池中所收集的浓盐水可用于制盐、化工以及盐水生物养殖等有益用途。另外，风车和太阳能烟囱还具有旅游观光的潜在价值。基于上述特点，本专利技术太阳能烟囪与风车综合利用的蒸馏淡化系统具有良好的综合经济效益，符合我国节能减排和可再生能源的发展政策。附图说明附图是本专利技术太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统的结构示意图。本专利技术说明书附图中主要零部件及细节说明1、源水池，2、源水上水管道，3、输水泵，4、输电线，5、风车，6、发电机，7、间接式冷凝器，8、淡水收集槽，9、源水下水管道，10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统，包括位于集热棚（１４）上方的太阳能烟囱（１１），其特征是：　　所述集热棚（１４）为由双层透明材质形成的夹层结构，所述集热棚（１４）的外围设置有源水池（１）和淡水池（１６），所述集热棚（１４）的下方铺设有储热材料（１５）；所述太阳能烟囱（１１）的正下方设置有浓盐水池（１７），所述太阳能烟囱１１的外壁包裹有绝热材料（１３），所述太阳能烟囱（１１）的顶部设置有间接式冷凝器（７）和风车（５），所述风车（５）的回转轴上设置一发电机（６）；所述源水池（１）与间接式冷凝器（７）的入口之间连接有源水上水管道（２），所述源水上水管道（２）中设置有输水泵（３），所述发电机（６）通过电线（４）与输水泵（３）连接；　　所述太阳能烟囱（１１）内设置有对源水进行雾化的喷嘴（１２），所述间接式冷凝器（７）的出口与喷嘴（１２）之间连接有源水下水管道（６）；所述间接式冷凝器（７）的下方设有淡水收集槽（８），所述淡水收集槽（８）和淡水池（１６）之间连接有淡水下水管道（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯厚军，谢春刚，赵河立，吕庆春，张令品，齐春华，谢峰，
申请(专利权)人：国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]