一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统

1.本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统。


背景技术：

2.通过海水淡化的方式获得淡水，是目前被人们认为解决水资源短缺的有效方案之一。目前海水淡化主要分为蒸馏法与膜法，蒸馏法以成本低廉、结构简单著称，但是淡化效率低。多级闪蒸系统具有不会产生污染、能耗较低、效率高、运行稳定、不易结垢等优点是目前最常见的应用于工程中的海水淡化方法。
3.与此同时，海水淡化结合太阳能供能是目前愈发常见的手段，但是太阳能供能受时间的约束影响大，为了解决太阳能在时间工作跨度大的问题，搭配储热系统是很好的解决方案。当前现有的太阳能聚光集热电站配备有储热系统，它可以在能量利用的峰值时期将过剩的能量进行储存，在能量低估时期将储存的能量进行释放。当前的储热方式主要有显热、潜热和热化学储热三种，其中热化学储热的能量密度约是显热和潜热的10倍和5倍，储热密度最高可以达到3gj/m3,是一种极其具有前景的清洁储热方式。为此，本发明提出了一种太阳能联合化学储能热电池全时段多级闪蒸海水淡化系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，包括：供能机构，电性连接有控制器；加热器，与所述供能机构电性连接；海水多级闪蒸机构，与所述加热器连通；压力调节机构，设置在所述海水多级闪蒸机构上，所述压力调节机构与所述控制器电性连接；所述供能机构包括太阳能集热板与化学储能热电池，所述太阳能集热板与所述化学储能热电池之间通过若干导热管连接，所述太阳能集热板与所述化学储能热电池均通过所述导热管连接有三位两通换向阀，所述三位两通换向阀将所述太阳能集热板与所述化学储能热电池的热能传导至所述加热器。
6.优选的，所述海水多级闪蒸机构包括依次连通的一级闪蒸发生器、二级闪蒸发生器以及三级闪蒸发生器，所述一级闪蒸发生器、所述二级闪蒸发生器以及三级闪蒸发生器的结构相同；所述一级闪蒸发生器、所述二级闪蒸发生器以及所述三级闪蒸发生器上设置有热海水入口以及浓缩海水出口，所述一级闪蒸发生器的热海水入口与所述加热器连通，所述
一级闪蒸发生器的所述浓缩海水出口与所述二级闪蒸发生器的所述热海水入口通过一级泵连通，所述二级闪蒸发生器的所述浓缩海水出口与所述三级闪蒸发生器的热海水入口通过二级泵连通，所述三级闪蒸发生器的所述浓缩海水出口通过浓海水泵与海连通，所述浓海水泵、所述一级泵、所述二级泵均与所述控制器连通。
7.优选的，所述压力调节机构包括设置在所述一级闪蒸发生器上的一级压力调节阀、设置在所述二级闪蒸发生器上的二级压力调节阀以及设置在所述三级闪蒸发生器上的三级压力调节阀，所述一级压力调节阀、所述二级压力调节阀以及所述三级压力调节阀均与所述控制器电性连接。
8.优选的，所述一级闪蒸发生器、所述二级闪蒸发生器、所述三级闪蒸发生器分别包括海水淡化仓，所述一级压力调节阀、所述二级压力调节阀、所述三级压力调节阀分别设置在对应的所述海水淡化仓上，所述热海水入口以及所述浓缩海水出口均开设在所述海水淡化仓的侧壁上，所述海水淡化仓内由下至上依次设置有海水雾化喷头以及淡水收集板，所述海水雾化喷头与所述热海水入口连通。
9.优选的，所述海水淡化仓内设置有水位传感器，所述水位传感器的底端位于所述海水淡化仓的底壁上，所述水位传感器与所述控制器电性连接。
10.优选的，所述海水淡化仓内设置有冷凝预热器，所述冷凝预热器位于所述淡水收集板的上方，所述冷凝预热器的出口与入口均穿出所述海水淡化仓，所述一级闪蒸发生器、所述二级闪蒸发生器以及三级闪蒸发生器内的所述冷凝预热器依次串联，位于首端的所述冷凝预热器的入口通过海水泵与海连通，所述海水泵与所述控制器电性连接，位于末端的所述冷凝预热器的出口与所述加热器连通。
11.优选的，所述海水淡化仓的侧壁上开设有净化海水出口，所述净化海水出口的底端与所述淡水收集板的底端顶面平齐，所述净化海水出口通过淡水泵与淡水收集器连通，所述淡水泵与所述控制器电性连接。
12.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明中，通过化学储能热电池对太阳能集热板峰值过剩能量进行储存，在白天通过太阳能集热板直接对海水多级闪蒸机构进行供能，晚间由高能量密度的化学储能热电池进行供能，实现全时段供能；采用海水多级闪蒸机构进行海水淡化，通过压力调节机构对海水多级闪蒸机构进行负压处理，降低水蒸气产生的条件，海水多级闪蒸机构能进行多级预热、多级蒸发，提高海水淡化效率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：图1为本发明的流程图；图2为本发明中闪蒸发生器的结构示意图；其中，1、太阳能集热板；2、化学储能热电池；3、三位两通换向阀；4、控制器；5、加热器；6、一级闪蒸发生器；7、二级闪蒸发生器；8、三级闪蒸发生器；9、淡水收集器；10、三级压
力调节阀；11、二级压力调节阀；12、一级压力调节阀；13、海水泵；14、浓海水泵；15、淡水泵；16、一级泵；17、二级泵；18、海水淡化仓；19、冷凝预热器；20、淡水收集板；21、海水雾化喷头；22、水位传感器；23、浓缩海水出口；24、热海水入口。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
16.参照图1至图2，本发明公开了一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，包括：供能机构，电性连接有控制器4；加热器5，与供能机构电性连接；海水多级闪蒸机构，与加热器5连通；压力调节机构，设置在海水多级闪蒸机构上，压力调节机构与控制器4电性连接；供能机构包括太阳能集热板1与化学储能热电池2，太阳能集热板1与化学储能热电池2之间通过若干导热管连接，太阳能集热板1与化学储能热电池2均通过导热管连接有三位两通换向阀3，三位两通换向阀3将太阳能集热板1与化学储能热电池2的热能传导至加热器5。
17.太阳能集热板1与化学储能热电池2之间通过若干u形导热管连接。
18.太阳能集热板1与化学储能热电池2之间通过隔热胶粘接，u型导热管的两个端部均固接在太阳能集热板1上，u型导热管的底部固定在化学储能热电池2内，u型导热管的作用是在白天将太阳能集热板1的峰值过剩能量传导至化学储能热电池2内进行储存。
19.本发明中，通过化学储能热电池2对太阳能集热板1峰值过剩能量进行储存，在白天通过太阳能集热板1直接对海水多级闪蒸机构进行供能，晚间由高能量密度的化学储能热电池2对海水多级闪蒸机构进行供能，实现全时段供能；采用海水多级闪蒸机构进行海水淡化，通过压力调节机构对海水多级闪蒸机构进行负压处理，降低水蒸气产生的条件，海水多级闪蒸机构能进行多级预热、多级蒸发，提高海水淡化效率。
20.化学储能热电池2优选为热化学储热床。
21.控制器4优选为可编程控制器（plc控制器）。
22.化学储能热电池2的储热介质为co
3-xmgxo4。
23.进一步优化方案，海水多级闪蒸机构包括依次连通的一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8，一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8的结构相同；一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8上设置有热海水入口24以及浓缩海水出口23，一级闪蒸发生器6的热海水入口24与加热器5连通，一级闪蒸发生器6的浓缩海水出口23与二级闪蒸发生器7的热海水入口24通过一级泵16连通，二级闪蒸发
生器7的浓缩海水出口23与三级闪蒸发生器8的热海水入口24通过二级泵17连通，三级闪蒸发生器8的浓缩海水出口23通过浓海水泵14与海连通，浓海水泵14、一级泵16、二级泵17均与控制器4连通。
24.加热器5将海水加热后通过热海水入口24送入一级闪蒸发生器6，海水在一级闪蒸发生器6内部分蒸发冷凝，另一部分在一级泵16的作用下进入二级闪蒸发生器7，经过一次蒸发的海水部分在二级闪蒸发生器7内发生蒸发冷凝，另一部分经过二次蒸发的海水在二级泵17的作用下进入三级闪蒸发生器8，经过二次蒸发的海水部分在三级闪蒸发生器8内蒸发冷凝，剩余的浓缩海水在浓海水泵14的作用下抽入海中。
25.进一步优化方案，压力调节机构包括设置在一级闪蒸发生器6上的一级压力调节阀12、设置在二级闪蒸发生器7上的二级压力调节阀11以及设置在三级闪蒸发生器8上的三级压力调节阀10，一级压力调节阀12、二级压力调节阀11以及三级压力调节阀10均与控制器4电性连接。
26.控制器4通过控制一级压力调节阀12、二级压力调节阀11以及三级压力调节阀10，进而分别使一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8内的压力维持负压，降低水蒸气产生的条件，使海水更易蒸发。
27.进一步优化方案，一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7、三级闪蒸发生器8分别包括海水淡化仓18，一级压力调节阀12、二级压力调节阀11、三级压力调节阀10分别设置在对应的海水淡化仓18上，热海水入口24以及浓缩海水出口23均开设在海水淡化仓18的侧壁上，海水淡化仓18内由下至上依次设置有海水雾化喷头21以及淡水收集板20，海水雾化喷头21与热海水入口24连通。
28.一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8的结构完全相同，二级压力调节阀11设置在二级闪蒸发生器7的顶端，三级压力调节阀10位于三级闪蒸发生器8的顶端。海水雾化喷头21将热海水入口24进入的热海水雾化，增加海水与空气的接触面积，使海水更易蒸发；淡水收集板20形状设置为锥台型，且同轴开设有通孔，蒸发后的水分通过通孔进入淡水收集板20上方，经冷凝后落在淡水收集板20与海水淡化仓18的内壁之间形成的空间内。
29.进一步优化方案，海水淡化仓18内设置有水位传感器22，水位传感器22的底端位于海水淡化仓18的底壁上，水位传感器22与控制器4电性连接。
30.水位传感器22将海水淡化仓18内浓缩海水的水位高度传递给控制器4，控制器4控制一级泵16/二级泵17/浓海水泵14工作，从而将浓缩后的海水送往下一工序。
31.进一步优化方案，海水淡化仓18内设置有冷凝预热器19，冷凝预热器19位于淡水收集板20的上方，冷凝预热器19的出口与入口均穿出海水淡化仓18，一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8内的冷凝预热器19依次串联，位于首端的冷凝预热器19的入口通过海水泵13与海连通，海水泵13与控制器4电性连接，位于末端的冷凝预热器19的出口与加热器5连通。
32.海水泵13将海水送入冷凝预热器19内，海水依次通过一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8内的冷凝预热器19；海水淡化仓18内生成的水蒸气在冷凝预热器19的作用下冷凝生成淡水落在淡水收集板20与海水淡化仓18的内壁之间形成的空间内，同时冷凝预热器19吸收水蒸气的热量对冷凝预热器19内的海水进行预热，减少加热器5
对于热能的消耗。
33.进一步优化方案，海水淡化仓18的侧壁上开设有净化海水出口，净化海水出口的底端与淡水收集板20的底端顶面平齐，净化海水出口通过淡水泵15与淡水收集器9连通，淡水泵15与控制器4电性连接。
34.淡水泵15将淡化后的海水抽入淡水收集器9内收集起来。
35.具体工作方式：海水泵13首先将海水抽入冷凝预热器19内，海水依次通过一级闪蒸发生器6、二级闪蒸发生器7以及三级闪蒸发生器8内的冷凝预热器19后进入加热器5内，加热器5对海水进行加热后，海水经海水雾化喷头21雾化后进入一级闪蒸发生器6的海水淡化仓18，雾化后的海水部分蒸发进入淡水收集板20上方，在冷凝预热器19的作用下冷凝成淡水落在淡水收集板20与海水淡化仓18的内壁之间形成的空间内，同时水蒸气对冷凝预热器19内流通的海水进行预热，减少加热器5的能源消耗，另一部分在一级泵16的作用下进入二级闪蒸发生器7，经过一次蒸发的海水部分在二级闪蒸发生器7内发生蒸发冷凝，另一部分经过二次蒸发的海水在二级泵17的作用下进入三级闪蒸发生器8，经过二次蒸发的海水部分在三级闪蒸发生器8内蒸发冷凝，剩余的浓缩海水在浓海水泵14的作用下抽入海中，冷凝后的淡水在淡水泵15的作用下进入淡水收集器9内收集起来；通过化学储能热电池2对白天时太阳能集热板1峰值过剩能量进行储存，在白天通过太阳能集热板1直接对加热器5进行供能，晚间控制器4控制三位两通换向阀3工作，切换为通过化学储能热电池2对加热器5进行供能，实现全时段供能。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于，包括：供能机构，电性连接有控制器（4）；加热器（5），与所述供能机构电性连接；海水多级闪蒸机构，与所述加热器（5）连通；压力调节机构，设置在所述海水多级闪蒸机构上，所述压力调节机构与所述控制器（4）电性连接；所述供能机构包括太阳能集热板（1）与化学储能热电池（2），所述太阳能集热板（1）与所述化学储能热电池（2）之间通过若干导热管连接，所述太阳能集热板（1）与所述化学储能热电池（2）均通过所述导热管连接有三位两通换向阀（3），所述三位两通换向阀（3）将所述太阳能集热板（1）与所述化学储能热电池（2）的热能传导至所述加热器（5）。2.根据权利要求1所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述海水多级闪蒸机构包括依次连通的一级闪蒸发生器（6）、二级闪蒸发生器（7）以及三级闪蒸发生器（8），所述一级闪蒸发生器（6）、所述二级闪蒸发生器（7）以及三级闪蒸发生器（8）的结构相同；所述一级闪蒸发生器（6）、所述二级闪蒸发生器（7）以及所述三级闪蒸发生器（8）上设置有热海水入口（24）以及浓缩海水出口（23），所述一级闪蒸发生器（6）的热海水入口（24）与所述加热器（5）连通，所述一级闪蒸发生器（6）的所述浓缩海水出口（23）与所述二级闪蒸发生器（7）的所述热海水入口（24）通过一级泵（16）连通，所述二级闪蒸发生器（7）的所述浓缩海水出口（23）与所述三级闪蒸发生器（8）的热海水入口（24）通过二级泵（17）连通，所述三级闪蒸发生器（8）的所述浓缩海水出口（23）通过浓海水泵（14）与海连通，所述浓海水泵（14）、所述一级泵（16）、所述二级泵（17）均与所述控制器（4）连通。3.根据权利要求2所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述压力调节机构包括设置在所述一级闪蒸发生器（6）上的一级压力调节阀（12）、设置在所述二级闪蒸发生器（7）上的二级压力调节阀（11）以及设置在所述三级闪蒸发生器（8）上的三级压力调节阀（10），所述一级压力调节阀（12）、所述二级压力调节阀（11）以及所述三级压力调节阀（10）均与所述控制器（4）电性连接。4.根据权利要求3所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述一级闪蒸发生器（6）、所述二级闪蒸发生器（7）、所述三级闪蒸发生器（8）分别包括海水淡化仓（18），所述一级压力调节阀（12）、所述二级压力调节阀（11）、所述三级压力调节阀（10）分别设置在对应的所述海水淡化仓（18）上，所述热海水入口（24）以及所述浓缩海水出口（23）均开设在所述海水淡化仓（18）的侧壁上，所述海水淡化仓（18）内由下至上依次设置有海水雾化喷头（21）以及淡水收集板（20），所述海水雾化喷头（21）与所述热海水入口（24）连通。5.根据权利要求4所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化仓（18）内设置有水位传感器（22），所述水位传感器（22）的底端位于所述海水淡化仓（18）的底壁上，所述水位传感器（22）与所述控制器（4）电性连接。6.根据权利要求4所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化仓（18）内设置有冷凝预热器（19），所述冷凝预热器（19）位于所述淡水收集板（20）的上方，所述冷凝预热器（19）的出口与入口均穿出所述海水淡化仓
（18），所述一级闪蒸发生器（6）、所述二级闪蒸发生器（7）以及三级闪蒸发生器（8）内的所述冷凝预热器（19）依次串联，位于首端的所述冷凝预热器（19）的入口通过海水泵（13）与海连通，所述海水泵（13）与所述控制器（4）电性连接，位于末端的所述冷凝预热器（19）的出口与所述加热器（5）连通。7.根据权利要求4所述的一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化仓（18）的侧壁上开设有净化海水出口，所述净化海水出口的底端与所述淡水收集板（20）的底端顶面平齐，所述净化海水出口通过淡水泵（15）与淡水收集器（9）连通，所述淡水泵（15）与所述控制器（4）电性连接。

技术总结
本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种太阳能联合热化学电池全时段多级闪蒸海水淡化系统，包括：供能机构，电性连接有控制器；加热器，与供能机构电性连接；海水多级闪蒸机构，与加热器连通；压力调节机构，设置在海水多级闪蒸机构上，压力调节机构与控制器电性连接；供能机构包括太阳能集热板与化学储能热电池，太阳能集热板与化学储能热电池之间通过若干导热管连接，太阳能集热板与化学储能热电池均通过导热管连接有三位两通换向阀，三位两通换向阀将太阳能集热板与化学储能热电池的热能传导至加热器。本发明可以实现全时段功能，同时采用海水多级闪蒸机构对海水进行多级预热、多级蒸发，提高海水淡化效率。提高海水淡化效率。提高海水淡化效率。


技术研发人员：王聪 郭琳 刘志刚 唐桂华 李卓良 袁卓超 黄崇亮
受保护的技术使用者：山东省科学院能源研究所
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/9/20