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波浪能驱动的 海 水 淡化系统

阅读：850发布：2023-02-21

专利汇可以提供波浪能驱动的海水淡化系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种波浪能驱动的海水淡化系统，包括蒸发器、冷凝器、降压装置、压缩泵和波浪能驱动装置，蒸发器为下方敞口的中空壳体，其内置有毛细蒸发板和蒸发管，毛细蒸发板设置在蒸发器的底部，蒸发管埋设在毛细蒸发板内，蒸发管一端通过管道与压缩泵的出口连通，蒸发管另一端通过管道与降压装置的高压端连通；毛细蒸发板上方为蒸汽腔，蒸汽腔通过蒸汽管与冷凝器连通。利用波浪能驱动装置，将波浪能转换为压缩泵的机械能，不仅降低海水淡化的成本，而且有效解决能源紧缺与水资源短缺的难题，通过回路管道内的制冷工质先将蒸汽的冷凝热回收，用作海水蒸发的热源，实现海水淡化的蒸发和冷凝，进而提高海水淡化的效率，降低淡水的生产成本。，下面是波浪能驱动的海水淡化系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种波浪能驱动的海水淡化系统，包括蒸发器(3)、冷凝器(6)、降压装置(9)、压缩泵(12)和波浪能驱动装置，其特征在于：蒸发器(3)为下方敞口的中空壳体，其内置有毛细蒸发板和蒸发管(4)，毛细蒸发板设置在蒸发器(3)的底部，蒸发管(4)埋设在毛细蒸发板内，蒸发管(4)一端通过管道穿过蒸发器(3)的壳体与压缩泵(12)的出口连通，蒸发管(4)另一端通过管道穿过蒸发器(3)的壳体与降压装置(9)的高压端连通；毛细蒸发板与蒸发器(3)壳体之间的密闭腔室为蒸汽腔(2)，蒸汽腔(2)通过蒸汽管(5)与冷凝器(6)连通；
所述冷凝器(6)为中空的密闭箱体，冷凝器(6)内设置有冷凝管(10)，冷凝管(10)一端通过管道穿过冷凝器(6)的箱体与降压装置(9)的低压端连通，冷凝管(10)另一端通过管道穿过冷凝器(6)的箱体与压缩泵(12)的入口连通；冷凝器(6)的下部设置有淡水管(11)；
所述压缩泵(12)、蒸发管(4)、降压装置(9)和冷凝管(10)通过管道依次连通，形成循环回路，回路管道内填充有制冷工质；降压装置(9)用于将液态的制冷工质进行节流降压变成气态，波浪能驱动装置的输出轴与压缩泵(12)的旋转轴传动连接，用于将波浪能转化为机械能，为压缩泵(12)提供动力；
所述毛细蒸发板包括从下到上依次设置的过滤层(8)、隔热层(7)和蒸发层(1)，过滤层(8)的厚度一般为微米级，隔热层(7)采用亲水低导热系数的多孔材料制成，隔热层(7)内设置有多个毛细蒸发芯；蒸发层(1)为海水蒸发提供稳定的蒸发界面。
2.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述蒸发器(3)顶部的壳体采用透明的材料制成。
3.如权利要求2所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述蒸发层(1)采用黑色多孔的金属或陶瓷材料制成。
4.如权利要求2所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述蒸发层(1)的上表层设置有多壁碳纳米管的涂层。
5.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述过滤层(8)采用氧化石墨烯薄膜制成。
6.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述隔热层(7)采用导热系数低于1W/(m·K)、孔径为1-100微米的多孔钛材料制成。
7.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述蒸发管(4)的外径比蒸发层(1)的厚度小1-2mm，且蒸发管(4)埋设在蒸发层(1)的上表层。
8.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述降压装置(9)为节流阀或毛细管。
9.如权利要求1所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述制冷工质在蒸发管(4)内的设计温度为30-80℃，制冷工质在冷凝管(10)内的设计温度为0-20℃。
10.如权利要求1-9任一项所述的波浪能驱动的海水淡化系统，其特征在于：所述制冷工质为R22、R12或R134a。

说明书全文

波浪能驱动的 海 水 淡化系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种波浪能驱动的海水淡化系统。

背景技术

[0002] 全球正面临能源和水资源紧缺的双重挑战，在全球能源日益紧缺的情况下，寻求利用可再生清洁能源一直是各国科研人员努力的方向。海洋中的波浪能分布广泛、能流密度大，是一种清洁的可再生能源，目前一般将采集的波浪能多级转化变为电能来加以利用。

[0003] 随着人类社会的发展，人口的急剧增长，地球上的淡水资源越来越短缺，淡水资源成为制约各国经济与社会发展的重要因素。海水淡化是一种将海水中盐和水进行分离，进而获取淡水的方法，可以提供稳定的淡水资源补充，已成为解决淡水短缺问题的重要途径。目前，海水淡化方法主要包括蒸馏法、反渗透和冷冻法，但这些方法在产业化过程中存在着一些问题：

[0004] 1)蒸馏法中大型机组需要消耗巨大的热能，导致海水淡化的成本较高；2)反渗透需要消耗大量的电能，难以延伸到电力资源紧缺且缺水量较大的地区，应用范围受到限制。

[0005] 有鉴于此，海水淡化中突出的问题是如何协调能源紧缺与水资源短缺的双重问题，也是海水淡化产业发展的关键问题。发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型解决的技术问题是提供一种波浪能驱动的海水淡化系统，解决能源紧缺与水资源短缺的难题，降低海水淡化的成本。

[0007] 为达到以上目的，本实用新型提供的一种波浪能驱动的海水淡化系统，包括蒸发器、冷凝器、降压装置、压缩泵和波浪能驱动装置，蒸发器为下方敞口的中空壳体，其内置有毛细蒸发板和蒸发管，毛细蒸发板设置在蒸发器的底部，蒸发管埋设在毛细蒸发板内，蒸发管一端通过管道穿过蒸发器的壳体与压缩泵的出口连通，蒸发管另一端通过管道穿过蒸发器的壳体与降压装置的高压端连通；毛细蒸发板与蒸发器壳体之间的密闭腔室为蒸汽腔，蒸汽腔通过蒸汽管与冷凝器连通；

[0008] 所述冷凝器为中空的密闭箱体，冷凝器内设置有冷凝管，冷凝管一端通过管道穿过冷凝器的箱体与降压装置的低压端连通，冷凝管另一端通过管道穿过冷凝器的箱体与压缩泵的入口连通；冷凝器的下部设置有淡水管；

[0009] 所述压缩泵、蒸发管、降压装置和冷凝管通过管道依次连通，形成循环回路，回路管道内填充有制冷工质；降压装置用于将液态的制冷工质进行节流降压变成气态，波浪能驱动装置的输出轴与压缩泵的旋转轴传动连接，用于将波浪能转化为机械能，为压缩泵提供动力；

[0010] 所述毛细蒸发板包括从下到上依次设置的过滤层、隔热层和蒸发层，过滤层的厚度一般为微米级，隔热层采用亲水低导热系数的多孔材料制成，隔热层内设置有多个毛细蒸发芯；蒸发层为海水蒸发提供稳定的蒸发界面。

[0011] 在上述技术方案的基础上，所述蒸发器顶部的壳体采用透明的材料制成。

[0012] 在上述技术方案的基础上，所述蒸发层采用黑色多孔的金属或陶瓷材料制成。

[0013] 在上述技术方案的基础上，所述蒸发层的上表层设置有多壁碳纳米管的涂层。

[0014] 在上述技术方案的基础上，所述过滤层采用氧化石墨烯薄膜制成。

[0015] 在上述技术方案的基础上，所述隔热层采用导热系数低于1W/(m·K)、孔径为1-100微米的多孔钛材料制成。

[0016] 在上述技术方案的基础上，所述蒸发管的外径比蒸发层的厚度小1-2mm，且蒸发管埋设在蒸发层的上表层。

[0017] 在上述技术方案的基础上，所述降压装置为节流阀或毛细管。

[0018] 在上述技术方案的基础上，所述制冷工质在蒸发管内的设计温度为30-80℃，制冷工质在冷凝管内的设计温度为0-20℃。

[0019] 在上述技术方案的基础上，所述制冷工质为R22、R12或R134a。

[0020] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

[0021] 1)独特设计的三层结构毛细蒸发板，不仅使得蒸发器和冷凝器统漂浮在海面上，直接利用毛细力进行海水补液，不需设置单独的海水补给和盐水出口管路，简化了海水淡化系统的结构；而且毛细蒸发板能自适应间歇性波动的波浪能，对不稳定的能量输入自动匹配蒸汽的发生量；

[0022] 2)利用成熟的波浪能驱动装置，直接将波浪能转换为压缩泵的机械能，实现能源上的自给自足，不仅降低海水淡化的成本，而且有效解决能源紧缺与水资源短缺的难题，通过回路管道内的制冷工质先将蒸汽的冷凝热回收，再经压缩泵加压液化升温后，用作海水蒸发的热源，实现海水淡化的蒸发和冷凝，进而提高海水淡化的效率，降低淡水的生产成本；

[0023] 3)利用太阳能加热蒸发层中海水产生蒸汽，将太阳能作为海水淡化系统的能源，可弥补波浪能间歇性波动的不足，实现太阳能-波浪能的耦合利用，确保海水淡化系统的稳定运行，提高海水淡化的效率，完全实现能源上的自给自足。附图说明

[0024] 图1为本实用新型的结构示意图。

[0025] 图中：1-蒸发层，2-蒸汽腔，3-蒸发器，4-蒸发管，5-蒸汽管，6-冷凝器，7-隔热层，8-过滤层，9-降压装置，10-冷凝管，11-淡水管，12-压缩泵。

具体实施方式

[0026] 本发明中“波浪能驱动装置”为现有技术，以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

[0027] 实施例1：如图1所示，一种波浪能驱动的海水淡化系统，包括蒸发器3、冷凝器6、降压装置9、压缩泵12和波浪能驱动装置，蒸发器3为下方敞口的中空壳体，其内置有毛细蒸发板和蒸发管4，毛细蒸发板设置在蒸发器3的底部，与海水直接接触，用于为蒸发器3提供浮力和水源。

[0028] 蒸发管4埋设在毛细蒸发板内，蒸发管4一端通过管道穿过蒸发器3的壳体与压缩泵12的出口连通，蒸发管4另一端通过管道穿过蒸发器3的壳体与降压装置9的高压端连通。毛细蒸发板与蒸发器3壳体之间的密闭腔室为蒸汽腔2，用于收集海水通过毛细蒸发板产生的蒸汽，蒸汽腔2通过蒸汽管5与冷凝器6连通。

[0029] 冷凝器6为中空的密闭箱体，冷凝器6内设置有冷凝管10，冷凝管10一端通过管道穿过冷凝器6的箱体与降压装置9的低压端连通，冷凝管10另一端通过管道穿过冷凝器6的箱体与压缩泵12的入口连通。冷凝器6的下部设置有淡水管11，用于输出冷凝器6内生成的淡水。

[0030] 压缩泵12、蒸发管4、降压装置9和冷凝管10通过管道依次连通，形成循环回路，回路管道内填充有制冷工质。压缩泵12用于将制冷工质由低温低压的气态压缩为高温高压的气态工质(机械能转换为内能)。降压装置9用于将液态的制冷工质进行节流降压变成气态。波浪能驱动装置的输出轴与压缩泵12的旋转轴传动连接，波浪能驱动装置用于将波浪能转化为机械能，为压缩泵12提供动力。

[0031] 所述毛细蒸发板包括从下到上依次设置的过滤层8、隔热层7和蒸发层1，过滤层8的厚度一般为微米级，用于过滤海水和防止海生物附着的功能。隔热层7采用亲水低导热系数的多孔材料制成，为一方面产生浮力使蒸发器3漂浮在海面，另一方面减少蒸汽腔2中蒸汽的热量散失；隔热层7内设置有多个竖直的毛细蒸发芯，提供海水通过过滤层8的动力，用于将过滤后的海水流入蒸发层1，为蒸发层1补给海水。蒸发层1是将海水蒸发的基地，为海水蒸发提供稳定的蒸发界面。

[0032] 在本实用新型实施例中，独特设计的三层结构毛细蒸发板，一方面使得蒸发器3和冷凝器6统漂浮在海面上，直接利用毛细力进行海水补液，不需设置单独的海水补给和盐水出口管路，简化了海水淡化系统的结构；另一方面毛细蒸发板能自适应间歇性波动的波浪能，对不稳定的能量输入自动匹配蒸汽的发生量。利用现有的波浪能驱动装置，直接将波浪能转换为压缩泵12的机械能，通过回路管道内的制冷工质先将蒸汽的冷凝热回收，再经压缩泵12加压液化升温后，用作海水蒸发的热源，实现海水淡化的蒸发和冷凝，进而提高海水淡化的效率，降低淡水的生产成本。

[0033] 本实用新型利用波浪能来驱动海水的淡化，采用清洁能源作为淡化装置所需的能源，实现能源上的自给自足，不仅降低海水淡化的成本，而且有效解决能源紧缺与水资源短缺的难题，不需要额外燃烧化石燃料就能稳定运行，不产生温室气，节能环保。

[0034] 实施例2：在实施例1的基础上，所述蒸发器3顶部的壳体采用透明的材料制成，优选为钢化玻璃或透光性强的亚克力板便于太阳光线穿透蒸发器3顶部，照射在毛细蒸发板的蒸发层1，利用太阳能加热蒸发层1中海水产生蒸汽，进而提升海水淡化的效率。

[0035] 在本实用新型实施例中，将太阳能作为海水淡化系统的能源，可弥补波浪能间歇性波动的不足，实现太阳能-波浪能的耦合利用，确保海水淡化系统的稳定运行，提高海水淡化的效率，完全实现能源上的自给自足。

[0036] 实施例3：在实施例2的基础上，所述蒸发层1采用黑色多孔的金属或陶瓷材料制成，以提高蒸发层1对太阳光线的吸收率。

[0037] 实施例4：在实施例2的基础上，所述蒸发层1的上表层设置有多壁碳纳米管的涂层，用于吸收照射在其上的光线、并转化为热量，对太阳光的吸收率超过99％。

[0038] 实施例5：在实施例1的基础上，所述过滤层8采用氧化石墨烯薄膜制成，用于过滤海水中的钙离子、镁离子、碳酸根或硫酸根等离子。在海水蒸发过程中，浓度升高会生成碳酸钙、碳酸镁或硫酸镁，氧化石墨烯薄膜能有效防止蒸发层1因盐分结晶导致堵塞。

[0039] 实施例6：在实施例1的基础上，所述隔热层7采用导热系数低于1W/(m·K)、孔径为1-100微米的多孔钛材料制成，不仅能减少蒸汽腔2的热量向海水传递，而且还耐海水腐蚀。

[0040] 实施例7：在实施例1的基础上，如图1所示，所述蒸发管4的外径比蒸发层1的厚度小1-2mm，且蒸发管4埋设在蒸发层1的上表层。蒸发管4埋设在蒸发层1的上表层，在毛细蒸发板的上表层形成局部高温，不仅有利于蒸发层1中海水的快速蒸发，而且可减少蒸汽腔2的热量向海水传递。

[0041] 实施例8：在实施例1的基础上，所述降压装置9为节流阀或毛细管，用于对制冷工质进行节流降压后，制冷工质在冷凝管10中自发由液态变成气态，吸收冷凝器6内蒸汽的热量生成的淡水，而气态的制冷工质通过管道进入压缩泵12内再次循环。

[0042] 实施例9：在实施例1的基础上，所述制冷工质在蒸发管4内的设计温度为30-80℃，制冷工质在冷凝管10内的设计温度为0-20℃，不仅使得海水淡化的效率最高，并且有利于系统的长时间稳定运行。

[0043] 实施例10：在实施例1-9任一实施例的基础上，所述制冷工质为R22、R12或R134a。R22、R12和R134a均为商品化的制冷剂，原料易得、价格低，有利于降低海水淡化系统的成本。

[0044] 本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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