基本信息
- 项目名称：
- 太阳能直热回流负压式海水淡化系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本系统采用负压状态蒸发海水，从而有效降低海水沸腾温度，克服了以太阳能作为热源热效率低而且不稳定的缺点。同时，本系统采用复式套筒和盘式换热器的结构，有效利用了蒸发余热和冷凝潜热避免了热量的损失。另外，本系统的太阳能集热部分采用巡日追踪机构，最大限度地利用了太阳能。本系统配有风能发电装置，此装置为海水淡化系统的电器以及控制部分提供能量，为其全天候工作提供了保障，减少了海水淡化系统对外部环境的依赖。
- 详细介绍：
- 海水在集热器内吸取太阳能后，变成热海水聚集在加热器的顶部，随后水温最高的热海水经过减压阀进入海水蒸发室内，喷淋在蛇形管换热器上进行负压降膜蒸发。 热水箱内大部分热海水在循环水泵的作用下，在横管式换热器的管内循环流动，为海水蒸发供热。未蒸发的海水在蒸发室底部，最后进入海水补给器中。蒸发产生的水蒸气被水环式真空泵吸入，被其内的水环冷却使其冷凝成水，并一同被排至海水补给器中。淡水收集器中蛇形管里的海水因吸收了水蒸气的凝结潜热，温度升高。同时，在海水补给器中设置热交换器，吸收未蒸发海水的余热从而进一步预热海水。海水蒸发室在水环真空泵作用下维持较高真空度，使之在较低温度下沸腾蒸发。另外，为使浓盐水（未蒸发海水）在负压下排到常压海水补给器中，采用间歇排水方式。 整个装置需要提供能量的只有真空泵、循环水泵以及巡日机构，能量均由太阳能电池和风能发电装置提供。在风能充足时，风能转换成电能储存在蓄电池中。 为了解决海水直接进入太阳能海水淡化系统而引起的腐蚀问题和结垢问题，整个海水淡化系统均涂有防腐阻垢涂层（化学阻垢剂无）。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计目的： 随着陆地淡水资源的严重紧缺，淡化海水已经成为众多地区获得生活用水的重要方式。目前，世界绝大多数地区均采用消耗常规能源的方法获取淡水资源，这无疑加重了环境的污染，基于此原因，我们发明制作了高效率淡化海水的太阳能直热回流负压式海水淡化系统。 作品基本思路： 1)为了高效率地利用太阳能，我们利用太阳能全天候跟踪的巡日机构。 2)海水蒸发室呈负压状态有效地降低了海水蒸发所需温度。 3)在热交换器的作用下最大限度地利用浓盐水余热和冷凝潜热，达到了预热海水的目的。 4)风能发电装置：将风能转化成电能，为泵体的工作提供能量。 5)利用80-C51单片机控制泵体的工作，实现了人机交互的功能。 主要技术指标 1）在山东半岛，太阳能集热器每小时得到淡水量为4.2 kg。 2）工作机理水环式真空泵：功率500W，直流电压12V，,循环水泵：功率60W。 作品创新之处： 1)利用了负压将海水沸腾温度降低，有效地提高了海水淡化的效率。 2)采用太阳能跟踪系统极大地利用了太阳能。 3)采用了太阳能加热海水的方式，走出了以常规能源换取淡水资源的普通模式。 4)采用盘式横管降膜蒸发，增大了海水蒸发面积。 5)蒸发室采用复式套筒，夹层中热海水的热量保证了蒸发室温度，器壁封有保温层减少热量散失。 6)系统采用回流形式，有效地利用了蒸发余热和冷凝潜热，提高了能量利用率。 7)海水蒸发室内的空气被强制对流，提高了热效率。同时加以密封，避免热量损失。
科学性、先进性
- 相比于主流海水淡化的同类系统，该科技发明有如下特点： 1)目前，传统海水淡化的方法都消耗大量电力和燃料，加剧了环境的恶化。本系统不消耗常规能源，有利于环保。 2)将海水蒸发装置设计成复式套筒形式，有效防止加热不均匀和热量散失。 3)利用蒸汽回流式结构将浓盐水余热和冷凝潜热高效利用。 4)利用蛇形管换热器增大海水蒸发面积。 5)将风能应用到太阳能海水淡化系统，克服太阳能间歇性特点，有效地提高了海水淡化效率，保证了海水蒸发的连续性。 6)采用淋喷系统，解决传统自然对流热效率问题，增加对流面积，强化对流强度，提高了淡水产出量。 7)普通海水淡化方法单纯地采用扩大占地面积的方法来提高蒸发量。本系统采用负压降膜法，克服了海水热容量大、不易蒸发且占用大量面积的缺陷。 8)传统太阳能海水淡化由于太阳能与淡化部分脱节，导致换热损失。本装置采用由单片机控制的“达到温度就出水”的工作方式。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品曾获得： 1)国家级专利，受理号201020624075.4（后附专利受理书）； 2)哈尔滨工业大学（威海）“挑战杯”特等奖； 3)哈尔滨工业大学（威海）“大学生科学技术立项”； 4)山东省威海市唐记机电有限责任公司推荐； 5)山东省威海市港务局渔业所推荐。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用特点：全天候自动工作。 技术特点及推广前景： 1)环境友好。采用无污染的非常规能源：太阳能与风能。 2)节能高效。应用太阳能跟踪系统，采用负压降膜蒸发，充分利用余热及潜热，大大减少热量散失，提高海水淡化效率。 3)简单实用。具有结构紧凑体积小，多层过滤水质要求低，便于拆装维修和清洗的特点，且性能稳定可靠，同时有良好的人机交互性。 市场分析： 本系统节能高效、简单实用等特点，极大地满足了小型岛屿居民和沿海地区小规模人群对海水淡化日益增长的需求；同时太阳能、风能具有无污染，获取方便的特点，尤其对远洋军舰、作业渔船等用户群体具有极大的吸引力。 产品投放区域主要定位为小型岛屿居民、沿海地区小规模人群以及远洋军舰、作业渔船等。 经济效益预测： 随着陆地淡水资源紧缺，众多小型岛屿居民、远洋军舰作业渔船等分散性淡水紧缺用户对太阳能直热回流负压式海水淡化系统的需求，以及本产品具有节能高效、简单实用等优势，能够满足不同消费群体，使得该产品的重要性和经济效益性日益凸显。
同类课题研究水平概述
- 当前世界主流海水淡化方法： 目前，国内外海水淡化的方法主要有蒸馏法、闪蒸法、反渗透法。蒸馏法是较为传统的方法，许多先进地区已不再采用。 国外海水淡化水平： 闪蒸法的优点在于将蒸汽的冷凝潜热和热海水的显热加以利用，但结构复杂，运行成本和固定资本相对较高，因此这些系统对大型设备才有经济性可言。而在大型系统中它们又逐渐被大规模的反渗透系统所代替。然而，反渗透系统存在反渗透膜使用寿命短及价格过于昂贵的突出问题。瑞典学者制作的盘式太阳能蒸馏器，有效利用盘管进行热回收，但造价高，没阳光时不能工作，故热效率低的严重缺陷不能满足用户要求。日本学者研制把海水直接喷射到平板型太阳能集热器的淡化方法，效率高，但装置占地面积 ，此技术只适用于大型淡化装置，而大型太阳能集热器光热转化效率低，不能有效跟踪太阳能。 国内海水淡化水平： 在国内多以引进外国技术为主，河海大学、天津工业大学及相关科研机构都主要以多级闪蒸、反渗透为主攻方向，且都以大型化为基础，但其也只是在结构上和潜热回收上作了改进，实质上依然没有走出常规能源为主要动力的境遇；在太阳能利用上，也没有克服能源密度低、间歇性、时空性变化的特点。
