无电耗太阳能压汽沸腾蒸馏系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，包括主机模块、发电模块、聚光加热模块、动力控制模块和压缩模块，主机模块包括蒸发器、电加热器和换热器，电加热器与动力控制模块电性连接，发电模块包括光伏发电模块，其与动力控制模块电性连接，聚光加热模块采用开放式循环管道结构与蒸发器连通以交换溶液，压缩模块包括由动力控制模块供电的压缩机、蒸汽管道和收集管道，蒸发器连接后压缩机，压缩机依次连通蒸汽管道、换热器和收集管道。本发明由太阳能以及风能提供运行全部能耗，使用跟踪型聚光集热器加热，及压汽蒸馏的高效制水途径，适用于偏远地区或者海岛等电力难以到达地区或者能源贫乏地区、季节性缺水、水污染地区或者行业。
【专利说明】无电耗太阳能压汽沸腾蒸馏系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于可再生能源利用及水净化领域，具体涉及一种太阳能压汽沸腾蒸馏系 统。
【背景技术】
[0002] 水是世界上最普遍的物质之一，总体积为14. 1亿立方公里，其中只有2%是淡水。 淡水的87%又被封冻在两极及高山的冰层和冰川中，难以利用。便于人类利用的淡水资源 只有21000立方公里左右。这些资源在时空上分布不均，加上人类的不合理利用，使世界上 许多地区面临着严重的水资源危机。
[0003] 据有关国际组织预测，到2050年，预测生活在缺水国家中的人口将增加到10. 6亿 和24. 3亿之间，约占全球预测人口的13 % -20 %。
[0004] 水污染有三个主要来源，生活废水、工业废水和含有农业污染物的地面径流。中国 是世界13个缺水国家之一，全国600多个城市中目前大约一半的城市缺水，水污染尤其严 重，更使水短缺雪上加霜。我国江河湖泊普遍遭受污染，全国75%的湖泊出现了不同程度的 富营养化；90 %的城市水域污染严重，南方城市总缺水量的60% -70 %是由于水污染造成 的；对我国118个大中城市的地下水调查显示，有115个城市地下水受到污染，其中重度污 染约占40%。水污染降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺，对我国可持续发展战略的 实施带来了负面影响。
[0005] 有些工业领域生产过程中会排出废液，其直接排放不但严重污染环境，而且浪费 了其中的可回收物质或者原料，同时国家和地方政府法规具有严格排放标准和惩罚措施， 如果采用常规浓缩处理其成本过高，很多企业陷入进退两难地步。
[0006] 压汽蒸馏是一种高效的水净化方式，压汽蒸馏又称MVR，是机械蒸汽再压缩技术 (mechanical vapor recompression)的简称，是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量， 从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。早在60年代，德国和法国已成功的将该技术 用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。其单位电耗产水量大，经济性高， 一度电可以蒸发15_40kg水。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种采用模块化的太阳能高温沸腾蒸发系 统，采用模块化设计，便于拆卸安装转移作业，具有产品率高、投资少、维护少的优点。
[0008] 为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0009] 本发明的一种无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，包括主机模块、发电 模块、聚光加热模块、动力控制模块和压缩模块，采用模块化方式，便于拆卸安装和运输，可 根据时间、地域要求进行方便的转移作业。主机模块包括蒸发器、电加热器和换热器，换热 器和电加热器位于蒸发器内靠近底部的侧壁上，蒸发器具有位于顶部的第一排气口、靠近 顶部侧壁上的第二排气口和位于底部的第一溶液出口，第一排气口连接有可控制排气的第 一阀门，电加热器与动力控制模块电性连接；发电模块包括光伏发电模块，其与动力控制模 块电性连接；聚光加热模块采用开放式循环管道结构与蒸发器连通以交换溶液；压缩模块 包括由动力控制模块供电的压缩机、蒸汽管道和收集管道，蒸发器的第二排气口连接后压 缩机，压缩机依次连通蒸汽管道、换热器和收集管道。
[0010] 进一步，所述蒸馏系统还包括有热回收模块，第一溶液出口通过管道经过热回收 模块，收集管道经过热回收模块，待处理溶液通过管道经过热回收模块后进入聚光加热模 块。
[0011] 进一步，所述聚光加热模块或者采用自循环管道结构与蒸发器连通以交换溶液。
[0012] 所述采用开放式循环管道结构的聚光加热模块包括有太阳能聚光集热器、泵和第 三阀门，太阳能聚光集热器的入口分为两路管道，一路管道与蒸发器具有的第二溶液出口 连通，另一路管道依次经过第三阀门和热回收模块后，接入待处理溶液，太阳能聚光集热器 的出口经过泵后进入蒸发器的第一溶液入口。
[0013] 所述采用自循环管道结构的聚光加热模块包括太阳能聚光集热器、泵、第四阀门 和第五阀门，太阳能聚光集热器的入口分两路管道，一路管道依次接通热回收模块和第四 阀门后，接入待处理溶液，另一路接第五阀门后分为两路后，一路接入蒸发器的第一溶液入 口，另一路通过泵后接入太阳能聚光集热器的出口。
[0014] 所述光伏发电模块包括太阳能聚光光伏发电器、第一传动结构、第一支架支撑结 构和第一跟踪系统，第一跟踪系统由动力控制模块供电，第一支架支撑结构支撑在太阳能 聚光光伏发电器两端，第一传动结构设置于太阳能聚光光伏发电器的转动轴上。
[0015] 所述聚光集热模块还包括第二传动结构、第二支架支撑结构和第二跟踪系统，第 二跟踪系统由动力控制模块供电，第二支架支撑结构支撑在太阳能聚光集热器两端，第二 传动结构设置于太阳能聚光集热器的转动轴上。
[0016] 太阳能聚光光伏发电器和太阳能聚光集热器均是采用主动跟踪传动聚光方式，以 沸腾蒸发及压气蒸馏方式对工业废液、污水、废水进行净化或者浓缩处理，实现环保、制取 淡水的直接目标，为人民生产生活服务。
[0017] 所述光伏发电模块或者为非聚光的光伏发电器。
[0018] 所述发电模块还包括为动力控制模块提供电力的风力发电模块。
[0019] 传统的采用电力作为动力的MVR消耗一度电最高可以产净水近15-50公斤。理想 状态下溶液浓缩或者水净化经过以下几个过程：
[0020] 0 :沸腾饱和液态；
[0021] 1 :饱和蒸汽；
[0022] 2 :绝热等熵压缩过热蒸汽；
[0023] 4 :饱和液态。
[0024] 2状态为理想状态不能实现，因此以理论状态3代替。各个状态点的参数如表1所 不O
[0025] 则可以计算本产品沸腾蒸发-凝结放热循环后的蒸汽理论热损失为H4-H0 = 28kJ/kg ;压缩功耗为H3-H1 = 51. lkj/kg。理论上I m2聚光集热器每个小时可以生产淡水 35-65kg (规模化产品，电力供应充足）。
[0026] 如果设计为可移动小型化产品，其设计直径为Im的圆筒，高度为0. 6m，保温层厚 度为0. lm，导热系数为0.04W/m. °C，环境温度为25°C。则蒸发器理论导热散热速率为124W， 理论上需要10平方米光伏发电板和2平方米槽式等聚光集热器，其理论产水率为每小时 70-130kg〇
[0027] 表1各个状态点的参数
[0028]
【权利要求】
1. 一种无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于：包括主机模块、发 电模块、聚光加热模块、动力控制模块和压缩模块，主机模块包括蒸发器、电加热器和换热 器，换热器和电加热器位于蒸发器内靠近底部的侧壁上，蒸发器具有位于顶部的第一排气 口、靠近顶部侧壁上的第二排气口和位于底部的第一溶液出口，第一排气口连接有可控制 排气的第一阀门，电加热器与动力控制模块电性连接；发电模块包括光伏发电模块，其与动 力控制模块电性连接；聚光加热模块采用开放式循环管道结构与蒸发器连通以交换溶液； 压缩模块包括由动力控制模块供电的压缩机、蒸汽管道和收集管道，蒸发器的第二排气口 连接后压缩机，压缩机依次连通蒸汽管道、换热器和收集管道。
2. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 还包括有热回收模块，第一溶液出口通过管道经过热回收模块，收集管道经过热回收模块， 待处理溶液通过管道经过热回收模块后进入聚光加热模块。
3. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述聚光加热模块或者采用自循环管道结构与蒸发器连通以交换溶液。
4. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述采用开放式循环管道结构的聚光加热模块包括有太阳能聚光集热器、泵和第三阀门， 太阳能聚光集热器的入口分为两路管道，一路管道与蒸发器具有的第二溶液出口连通，另 一路管道依次经过第三阀门和热回收模块后，接入待处理溶液，太阳能聚光集热器的出口 经过泵后进入蒸发器的第一溶液入口。
5. 根据权利要求3所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述采用自循环管道结构的聚光加热模块包括太阳能聚光集热器、泵、第四阀门和第五阀 门，太阳能聚光集热器的入口分两路管道，一路管道依次接通热回收模块和第四阀门后，接 入待处理溶液，另一路接第五阀门后分为两路后，一路接入蒸发器具有的溶液出入口，另一 路通过泵后接入太阳能聚光集热器的出口。
6. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述光伏发电模块包括太阳能聚光光伏发电器、第一传动结构、第一支架支撑结构和第一 跟踪系统，第一跟踪系统由动力控制模块供电，第一支架支撑结构支撑在太阳能聚光光伏 发电器两端，第一传动结构设置于太阳能聚光光伏发电器的转动轴上。
7. 根据权利要求4所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述聚光集热模块还包括第二传动结构、第二支架支撑结构和第二跟踪系统，第二跟踪系 统由动力控制模块供电，第二支架支撑结构支撑在太阳能聚光集热器两端，第二传动结构 设置于太阳能聚光集热器的转动轴上。
8. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述光伏发电模块或者为非聚光的光伏发电器。
9. 根据权利要求1所述的无电耗聚光太阳能中高温压汽沸腾蒸馏系统，其特征在于： 所述发电模块还包括为动力控制模块提供电力的风力发电模块。
【文档编号】C02F1/14GK104478025SQ201410685328
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王显龙, 廉永旺, 马伟斌, 李华山, 姚远 申请人:中国科学院广州能源研究所