[发明专利]一种自动式太阳能膜蒸馏海水淡化装置

说明书

技术领域

本发明涉及膜蒸馏海水淡化技术领域，其特别涉及一种将太阳光能转化为热能以加热海水来提高海水的蒸汽分压、同时又以海洋环境的海水冷却淡水以降低淡水的蒸汽分压而构成直接接触式膜蒸馏海水淡化过程的推动力，同时又不需要人为提供动力和干预的自动式太阳能膜蒸馏海水淡化装置。

技术背景

随着人类活动向海洋深处的扩展，无论是远洋航运还是海岛开发，人们迫切需要摆脱依靠陆上淡水补给的束缚，而渴望经济、有效、简洁地从海洋直接获取人类生产活动、生活活动所需要的淡水；随着海洋资源开采活动国际竞争的加剧，再加上海洋、礁岛等疆土的国际争夺预演愈烈，致使海上海水淡化装备及其技术成为了各国确保未来竞争优势的重要支撑。

所谓海水淡化过程就是除去海水(咸水)中的盐分以获得淡水的过程；尽管目前海水淡化的方法有数百种，但可以归结为两大类：一类是从海水中提取淡水，其典型代表有蒸留法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法；另一类是除去海水中的盐分的方法，其典型代表有电渗拆法、离子交换法和压渗法；目前第一类方法是主流方法。早在15世纪部分船舶就曾经以简易的蒸馏装置来解决船舶在长期航行中的淡水供应问题；尽管多效闪蒸和反渗透膜法技术的应用占主导地位，尤其是其中的反渗透市场占有率超过54％；但能源日趋紧张的今天，膜蒸馏技术以其利用低品位热源、完全截留溶液中非挥发性物质以及能够直接分离出结晶产物等独特的优点而成为海水淡化绿色化发展的重要途径。

自20世纪60年代提出膜蒸馏概念以来，膜蒸馏技术已经形成了直接接触式膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏和真空式膜蒸馏等四种主要形式，为解决膜蒸馏的能源问题而分别与太阳能技术融合：如涉及膜蒸馏与太阳能的中国发明专利有六项，欧洲专利有二十多项，但均因其自身缺陷而影响了其技术的推广和应用。如公开的CN100340492C装置，不仅需要设置泵或人工持续补充海水才能保证集热板与海水容器内的海水有效接触，而且随着淡水容器中淡水的增加，漂浮装置浸没在海水中的深度也会逐渐增加，再加上直接以膜作为容器壁面同时又没有采取相应措施却还要保持其与冷却板间1mm的间隙，给实施带来困难。

尽管有许多海水淡化技术及装备已经成规模地在陆上得到很好的实际应用，但因结构复杂、体积庞大、操作繁琐而不适应于海上或岛礁上人们生产、生活所需要的结构紧凑、经济可行、操作简单等特性的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，应用直接接触式膜蒸馏原理来提供一种自动式太阳能膜蒸馏海水淡化装置，将太阳光能转化为热能以加热海水来提高疏水性微孔膜海水侧的水蒸汽分压、同时又利用海洋环境中温度较低的海水来冷却淡水以降低疏水性微孔膜淡水侧的水蒸汽分压，进而维持直接接触式膜蒸馏海水淡化过程的推动力；并且利用海洋环境中海水的波动性来为装置补充新鲜的干净海水，以维持膜蒸馏过程的持续有效进行；其结构紧凑、运行中不需要人为干预的自动式太阳能膜蒸馏海水淡化装置将给人们在海洋、岛礁上的生产、生活带来极大的方便。

为此，本发明提供一种自动式太阳能膜蒸馏海水淡化装置，该装置包括太阳能集热器、海水室、淡水室，其中所述太阳能集热器是由透光罩、吸光波纹板以及具有一定厚度的周边密封件等构成的真空太阳能集热器；所述吸光波纹板的下表面与疏水性微孔膜及其周边具有一定厚度的密封件、微孔过滤器、自动排气阀等构成淡化海水室；所述疏水性微孔膜下表面与波纹散热板及其周边具有一定厚度的密封件、自动排气阀等构成冷却淡水室；所述冷却淡水室附着有与冷却淡水室连通的柔性水袋。

所述透光罩具有向外凸的外表面轮廓。

所述吸光波纹板、疏水性微孔膜以及波纹散热板间是可拆卸密封连接。

所述吸光波纹板的波纹方向与散热波纹板的波纹方向不平行。

所述与淡化海水室相连的自动排气阀位置高于吸光波纹板的最高点位置。

所述与冷却淡水室相连的自动排气阀位置高于散热波纹板的最高点位置。

所述柔性水袋外具有一个可拆卸的防护罩。

所述与环境海水接触的边壁面上附着有平衡配重块。

本发明的有益效果在于：

(1)由透光罩、吸光波纹板以及具有一定厚度的周边密封件等构成的真空太阳能集热器可以充分地将太阳光转化为加热海水的热能，同时又防止了太阳热能向装置外空间的逸失，有效地提高了太阳光的热利用率。