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基本信息

項目名稱：
太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
本系統(tǒng)采用負(fù)壓狀態(tài)蒸發(fā)海水，從而有效降低海水沸騰溫度，克服了以太陽能作為熱源熱效率低而且不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。同時，本系統(tǒng)采用復(fù)式套筒和盤式換熱器的結(jié)構(gòu)，有效利用了蒸發(fā)余熱和冷凝潛熱避免了熱量的損失。另外，本系統(tǒng)的太陽能集熱部分采用巡日追蹤機(jī)構(gòu)，最大限度地利用了太陽能。本系統(tǒng)配有風(fēng)能發(fā)電裝置，此裝置為海水淡化系統(tǒng)的電器以及控制部分提供能量，為其全天候工作提供了保障，減少了海水淡化系統(tǒng)對外部環(huán)境的依賴。
詳細(xì)介紹：
海水在集熱器內(nèi)吸取太陽能后，變成熱海水聚集在加熱器的頂部，隨后水溫最高的熱海水經(jīng)過減壓閥進(jìn)入海水蒸發(fā)室內(nèi)，噴淋在蛇形管換熱器上進(jìn)行負(fù)壓降膜蒸發(fā)。 熱水箱內(nèi)大部分熱海水在循環(huán)水泵的作用下，在橫管式換熱器的管內(nèi)循環(huán)流動，為海水蒸發(fā)供熱。未蒸發(fā)的海水在蒸發(fā)室底部，最后進(jìn)入海水補(bǔ)給器中。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣被水環(huán)式真空泵吸入，被其內(nèi)的水環(huán)冷卻使其冷凝成水，并一同被排至海水補(bǔ)給器中。淡水收集器中蛇形管里的海水因吸收了水蒸氣的凝結(jié)潛熱，溫度升高。同時，在海水補(bǔ)給器中設(shè)置熱交換器，吸收未蒸發(fā)海水的余熱從而進(jìn)一步預(yù)熱海水。海水蒸發(fā)室在水環(huán)真空泵作用下維持較高真空度，使之在較低溫度下沸騰蒸發(fā)。另外，為使?jié)恹}水（未蒸發(fā)海水）在負(fù)壓下排到常壓海水補(bǔ)給器中，采用間歇排水方式。 整個裝置需要提供能量的只有真空泵、循環(huán)水泵以及巡日機(jī)構(gòu)，能量均由太陽能電池和風(fēng)能發(fā)電裝置提供。在風(fēng)能充足時，風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能儲存在蓄電池中。 為了解決海水直接進(jìn)入太陽能海水淡化系統(tǒng)而引起的腐蝕問題和結(jié)垢問題，整個海水淡化系統(tǒng)均涂有防腐阻垢涂層（化學(xué)阻垢劑無）。

作品圖片

  • 太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)
  • 太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)
  • 太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計目的： 隨著陸地淡水資源的嚴(yán)重緊缺，淡化海水已經(jīng)成為眾多地區(qū)獲得生活用水的重要方式。目前，世界絕大多數(shù)地區(qū)均采用消耗常規(guī)能源的方法獲取淡水資源，這無疑加重了環(huán)境的污染，基于此原因，我們發(fā)明制作了高效率淡化海水的太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)。 作品基本思路： 1)為了高效率地利用太陽能，我們利用太陽能全天候跟蹤的巡日機(jī)構(gòu)。 2)海水蒸發(fā)室呈負(fù)壓狀態(tài)有效地降低了海水蒸發(fā)所需溫度。 3)在熱交換器的作用下最大限度地利用濃鹽水余熱和冷凝潛熱，達(dá)到了預(yù)熱海水的目的。 4)風(fēng)能發(fā)電裝置：將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，為泵體的工作提供能量。 5)利用80-C51單片機(jī)控制泵體的工作，實現(xiàn)了人機(jī)交互的功能。 主要技術(shù)指標(biāo) 1）在山東半島，太陽能集熱器每小時得到淡水量為4.2 kg。 2）工作機(jī)理水環(huán)式真空泵：功率500W，直流電壓12V，,循環(huán)水泵：功率60W。 作品創(chuàng)新之處： 1)利用了負(fù)壓將海水沸騰溫度降低，有效地提高了海水淡化的效率。 2)采用太陽能跟蹤系統(tǒng)極大地利用了太陽能。 3)采用了太陽能加熱海水的方式，走出了以常規(guī)能源換取淡水資源的普通模式。 4)采用盤式橫管降膜蒸發(fā)，增大了海水蒸發(fā)面積。 5)蒸發(fā)室采用復(fù)式套筒，夾層中熱海水的熱量保證了蒸發(fā)室溫度，器壁封有保溫層減少熱量散失。 6)系統(tǒng)采用回流形式，有效地利用了蒸發(fā)余熱和冷凝潛熱，提高了能量利用率。 7)海水蒸發(fā)室內(nèi)的空氣被強(qiáng)制對流，提高了熱效率。同時加以密封，避免熱量損失。

科學(xué)性、先進(jìn)性

相比于主流海水淡化的同類系統(tǒng)，該科技發(fā)明有如下特點(diǎn)： 1)目前，傳統(tǒng)海水淡化的方法都消耗大量電力和燃料，加劇了環(huán)境的惡化。本系統(tǒng)不消耗常規(guī)能源，有利于環(huán)保。 2)將海水蒸發(fā)裝置設(shè)計成復(fù)式套筒形式，有效防止加熱不均勻和熱量散失。 3)利用蒸汽回流式結(jié)構(gòu)將濃鹽水余熱和冷凝潛熱高效利用。 4)利用蛇形管換熱器增大海水蒸發(fā)面積。 5)將風(fēng)能應(yīng)用到太陽能海水淡化系統(tǒng)，克服太陽能間歇性特點(diǎn)，有效地提高了海水淡化效率，保證了海水蒸發(fā)的連續(xù)性。 6)采用淋噴系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)自然對流熱效率問題，增加對流面積，強(qiáng)化對流強(qiáng)度，提高了淡水產(chǎn)出量。 7)普通海水淡化方法單純地采用擴(kuò)大占地面積的方法來提高蒸發(fā)量。本系統(tǒng)采用負(fù)壓降膜法，克服了海水熱容量大、不易蒸發(fā)且占用大量面積的缺陷。 8)傳統(tǒng)太陽能海水淡化由于太陽能與淡化部分脫節(jié)，導(dǎo)致?lián)Q熱損失。本裝置采用由單片機(jī)控制的“達(dá)到溫度就出水”的工作方式。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

本作品曾獲得： 1)國家級專利，受理號201020624075.4（后附專利受理書）； 2)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）“挑戰(zhàn)杯”特等獎； 3)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）“大學(xué)生科學(xué)技術(shù)立項”； 4)山東省威海市唐記機(jī)電有限責(zé)任公司推薦； 5)山東省威海市港務(wù)局漁業(yè)所推薦。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

現(xiàn)場演示、圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

使用特點(diǎn)：全天候自動工作。 技術(shù)特點(diǎn)及推廣前景： 1)環(huán)境友好。采用無污染的非常規(guī)能源：太陽能與風(fēng)能。 2)節(jié)能高效。應(yīng)用太陽能跟蹤系統(tǒng)，采用負(fù)壓降膜蒸發(fā)，充分利用余熱及潛熱，大大減少熱量散失，提高海水淡化效率。 3)簡單實用。具有結(jié)構(gòu)緊湊體積小，多層過濾水質(zhì)要求低，便于拆裝維修和清洗的特點(diǎn)，且性能穩(wěn)定可靠，同時有良好的人機(jī)交互性。 市場分析： 本系統(tǒng)節(jié)能高效、簡單實用等特點(diǎn)，極大地滿足了小型島嶼居民和沿海地區(qū)小規(guī)模人群對海水淡化日益增長的需求；同時太陽能、風(fēng)能具有無污染，獲取方便的特點(diǎn)，尤其對遠(yuǎn)洋軍艦、作業(yè)漁船等用戶群體具有極大的吸引力。 產(chǎn)品投放區(qū)域主要定位為小型島嶼居民、沿海地區(qū)小規(guī)模人群以及遠(yuǎn)洋軍艦、作業(yè)漁船等。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 隨著陸地淡水資源緊缺，眾多小型島嶼居民、遠(yuǎn)洋軍艦作業(yè)漁船等分散性淡水緊缺用戶對太陽能直熱回流負(fù)壓式海水淡化系統(tǒng)的需求，以及本產(chǎn)品具有節(jié)能高效、簡單實用等優(yōu)勢，能夠滿足不同消費(fèi)群體，使得該產(chǎn)品的重要性和經(jīng)濟(jì)效益性日益凸顯。

同類課題研究水平概述

當(dāng)前世界主流海水淡化方法： 目前，國內(nèi)外海水淡化的方法主要有蒸餾法、閃蒸法、反滲透法。蒸餾法是較為傳統(tǒng)的方法，許多先進(jìn)地區(qū)已不再采用。 國外海水淡化水平： 閃蒸法的優(yōu)點(diǎn)在于將蒸汽的冷凝潛熱和熱海水的顯熱加以利用，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行成本和固定資本相對較高，因此這些系統(tǒng)對大型設(shè)備才有經(jīng)濟(jì)性可言。而在大型系統(tǒng)中它們又逐漸被大規(guī)模的反滲透系統(tǒng)所代替。然而，反滲透系統(tǒng)存在反滲透膜使用壽命短及價格過于昂貴的突出問題。瑞典學(xué)者制作的盤式太陽能蒸餾器，有效利用盤管進(jìn)行熱回收，但造價高，沒陽光時不能工作，故熱效率低的嚴(yán)重缺陷不能滿足用戶要求。日本學(xué)者研制把海水直接噴射到平板型太陽能集熱器的淡化方法，效率高，但裝置占地面積 ，此技術(shù)只適用于大型淡化裝置，而大型太陽能集熱器光熱轉(zhuǎn)化效率低，不能有效跟蹤太陽能。 國內(nèi)海水淡化水平： 在國內(nèi)多以引進(jìn)外國技術(shù)為主，河海大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)都主要以多級閃蒸、反滲透為主攻方向，且都以大型化為基礎(chǔ)，但其也只是在結(jié)構(gòu)上和潛熱回收上作了改進(jìn)，實質(zhì)上依然沒有走出常規(guī)能源為主要動力的境遇；在太陽能利用上，也沒有克服能源密度低、間歇性、時空性變化的特點(diǎn)。
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