申请日2005.05.08
公开(公告)日2006.08.02
IPC分类号C02F1/04; F03G7/00
摘要
本发明公开了一种利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净化并同时发电的方法及装置。属海水淡化(污水净化)及新能源开发利用技术领域。本发明提出了利用冬季储冰，待气温较高(空气中含有无穷无尽的能量)时，利用海水(污水)与冰或雪或冷空气或经冷空气降温后的水的温差能，进行海水淡化，污水净化及发电的方法及装置，工作过程如下：先将经过滤后的海水(污水)输入加热系统，经加热后，海水(污水)被输入闪蒸系统，在闪蒸器内的真空作用下，一部分海水(污水)迅速被汽化，变成蒸汽，蒸汽推动汽轮机，带动发电机发电，之后，蒸汽被送入冷凝系统，被冷凝成淡水，送入淡水回收系统内，被回收利用。
权利要求书
1.一种利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净化并同时发电的方 法及装置;其方法及装置主要有：加热系统(35)(太阳能热水器或太阳池热水系统或太阳 能箱组或空气能加热系统或其任意叠加);闪蒸系统(由真空泵与闪蒸器组成，闪蒸器内被 抽成真空)(34);发电系统(36)(由汽轮机带动发电机组成);冷凝系统(37)(冰或雪或 冷空气或经冷空气降温后的水);淡水回收系统(38);冷海水回收系统(39);本发明的工 作过程如下：先将经过滤后的海水(污水 )输入加热系统(35)，经加热后，海水(污水) 被输入闪蒸系统(34)，在闪蒸器内的真空作用下，一部分海水(污水)迅速被汽化，变成 蒸汽，蒸汽进入(发电系统(36))汽轮机内，推动汽轮机，带动发电机发电，之后，蒸汽 被送入冷凝系统(37)内，被冷凝成淡水，送入淡水回收系统(38)内，被回收利用;被输 入闪蒸系统的另一部分海水(污水)，温度降低，送入冷海水(污水)回收系统(39)回收 利用或排入大海;其特征是：可由冰或雪或冷空气或经冷空气降温后的水做冷凝系统分别与 空气能加热系统或太阳能加热系统(太阳能箱组或太阳能热水器)或太阳池加热系统相结合， 一一对应，分别组成相应的海水淡化(污水净化)及发电的方法及装置。
2.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：可直接用冰或雪或冷空气或经冷空气降温后的水做 冷凝系统(温度低于浅表层海水或污水)与浅表层海水(污水)(20℃-27℃)结合，组成 海水淡化(污水净化)与发电的方法及装置。
3.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：可在寒冷地区制冰，运至温热带缺淡水地区，组成 海水淡化(污水净化)及发电的方法及装置，既可解决能源问题，又可解决缺淡水问题。
4.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：可以不用发电系统，直接由冰或雪或冷空气或经冷 空气降温后的水做冷凝系统分别与空气能加热系统或太阳能加热系统(太阳能箱组或太阳能 热水器)或太阳池加热系统相结合，一一对应，分别组成相应的海水淡化(污水净化)的方 法及装置。
5.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：可以不用发电系统，直接由冰或雪或冷空气或经冷 空气降温后的水做冷凝系统分别与温海水(污水)组成相应的海水淡化(污水净化)的方法 及装置。
6.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：储冰库系统由制冰池(20)，由防渗水防冻材料制 成;其上部带一入水阀(18)，底部有一出水阀(19)，储冰库(17)，由保温，防冻材料制 成;其上部带一通气阀(12)，底部有一出水阀(14)，内有一热交换室安放冷凝器(11); 组成，其可与空气能加热系统或太阳能箱组或太阳能热水器或太阳能加热系统或太阳池加热 系统相结合，一一对应，分别组成相应的海水淡化(污水净化)及发电的方法及装置。
7.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：空气能加热系统由空气能蒸发器(21)，由金属散 热材料构成;连通管道(22)，(29)，(22)的上部有一抽气阀(25)，(25)连接一真空泵(26)， (22)连接冷凝器(28)，(28)由金属散热材料构成，储水箱(27)，(27)的上部有一入水 阀(23)，底部有一出水阀(24)构成。
8.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：太阳能箱组(1)为一组箱体由保温材料制成，内 表面由黑色吸光材料(黑色塑料等)制成，顶部由双层真空玻璃(或高透光多层内充气塑料 薄膜)密封而成，倾角由所在地区纬度不同而定，以太阳光垂直射入安放为佳，其优点为热 效率高且可有效防止不同水质的结垢且成本低廉;太阳能箱组(1)单独使用，可作为太阳 能热水器使用。
9.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：本发明也可以由空气能加热系统或太阳能加热系统 (太阳能箱组或太阳能热水器)或太阳池加热系统加热海水(污水)，直接由过滤后的普通 海水(污水)做冷凝系统，组成相应的海水淡化(污水净化)及发电的方法及装置。
10.根据权利要求1所述的利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，海水淡化，污水净 化并同时发电的方法及装置;其特征是：本发明也可以不用发电系统，由空气能加热系统或 太阳能加热系统(太阳能箱组或太阳能热水器)或太阳池加热系统加热海水(污水)，直接 由过滤后的普通海水(污水)做冷凝系统，组成相应的海水淡化(污水净化)的方法及装置。
说明书
海水淡化，污水净化并同时发电的方法及装置
技术领域
本发明属海水淡化，污水净化及新能源开发利用技术领域。
背景技术
与本发明临近的技术是：“低温(24℃-27℃)能源激发器，低温(24℃-27℃)蒸馏 器”，(专利申请号85106310)它是利用表层海水(24℃-27℃)与深层海水(1000米深，4℃) 之间的温差能来进行海水淡化及发电的，由于其冷凝的方式是用深层的低温海水，因此，其 不足之处是冷海水取水管道非常长，向上抽水的动力系统需消耗很大的一部分电力，且冷海 水在沿管道进入冷凝器的过程中温度显著提高，减小了可以利用的海水温差，且其设备制造 难度很大。
与本发明临近的技术还有：“太阳池热发电系统”(引自《新能源发电技术》中国电力 出版社)。太阳池实质上是一个含盐量具有一定浓度的盐水池。池上部保有一层较轻的新鲜 水，底部为较重的盐水，使在沿太阳池的竖直方向维持一定的盐度梯度。太阳光的可见光和 紫外线部分可以透过几米深的清净水，这部分辐射能量将被池的深色底部吸收。由于净水体 是一个很好的有效绝热体，因此，良好设计的太阳池的最底层的水，由于不断吸热而可能沸 腾。必须尽量避免这种沸腾，这是因为池底水一旦沸腾，将毁坏池内稳定的密度梯度。所以， 在设计用于各种太阳热利用和热发电的太阳池时，必须做到既能有效的进行大量有用热的转 移，而又可切实避免池底水沸腾。
太阳池面积通常有1ha大小，不能采用不同工质的热交换管网进行换热。热力学原理指 出，流体层可以从池底缓慢移走而不扰乱水体主体。这样就可以用泵从池底抽出被加热的盐 水，通过热交换器换热后，再送回池底。由于回流的流体比抽出的流体温度低，因此能够做 到将加热的盐水从池底抽出，同时维持池内所需要的密度梯度而不致扰动太阳池正常工作。
应用太阳池的上述特性，将天然盐水湖建成太阳池，就是一个巨大的平板太阳集热器。 利用它吸收太阳能，再通过热交换器加热低沸点工质产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电， 这就是太阳池热发电的原理。
以色列奥尔马特汽轮机公司在美国加州冬圣伯纳第诺地区一个干涸湖泊上建筑了世界 上最大的太阳池发电站，其总净发电功率为48MW，第一组12MW机组与1985年投入运行， 整座电站于1987年12月投入运行。
这座电站有四个盐水湖，每个面积48*1000平方米，池深3.6-4.8米，可供1-2组汽 轮发电机组发电。池底的浓盐水被太阳光加热后，温度可达93.3度。用泵将浓盐水抽出， 通过热交换器加热氟里昂，使之汽化，产生过热蒸汽，驱动低沸点工质汽轮发电机组发电。 汽轮机排出的蒸汽经凝汽器凝结后，返回热交换器再进行加热。系统运行温度可达82.2度。 该电站由奥尔马特公司设计，建造和经营，产生的电能卖给加州爱迪生电网。
目前此技术属于开发示范应用阶段。由于建造太阳池需要一定的地域限制，只能在沿海 或盐水湖地区建造，且技术难度较高，适宜大容量并网发电。且其技术方案只能用于发电， 不能用于海水淡化。
发明内容
本发明的目的是创造一种可应用广泛存在于空气中的无穷无尽能源的空气能及太阳能 进行海水淡化及发电的方法及装置。淡水资源严重缺乏，已成为全球性的一个问题。联合国 有关机构指出“水将成为世界最严重的资源问题”，缺水问题将严重制约21世纪经济和社会 发展。在我国，全国有300多个城市缺水，尤其是北方城市，几乎所有城市都严重缺水。本 发明即是为了解决这一国际性难题，造福人类。
本发明提出了利用冬季储冰，待气温较高(空气中含有无穷无尽的能量)时，利用海水 (污水)与冰或雪或冷空气或经冷空气降温后的水的温差能，进行海水淡化(污水净化)及 发电的方法及装置，开创了一种新的能源利用方式(暂且定义为冰冷能)，属国际首创。
众所周知，当水凝结成冰时，需要放出热量，而当冰熔化为水时，需要吸收热量，而冰 与水在温度升高或降低时，都伴随着能量的转移。而冰是一种广泛存在且易于储存的物质。 因此，储存了冰就相当于储存了能量。由热力学第二定律我们知道：(从单一热源吸收热量 而全部转化为有用功的机械称为第二类永动机)。第二类永动机是不可能造成的。因此，若 想有效的利用空气中的热能作功，就必须有与之相对应的低温物质来配合。我们在这里做一 简单计算：由物理学可知，1千克冰熔化为水所需热量为335KJ，而1千克-20℃的冰温度升 高至0℃，所需热量为42KJ，而1千克水由0℃升至20℃所需热量为84KJ。假设我们取工 作区间为-20℃冰至20℃水，则：若使1千克-20℃冰升温变成20℃的水，所需热量约为： 335KJ+42KJ+84KJ=461KJ。对比一下，燃烧1千克标准煤所放出的热量为：29000KJ。用 29000KJ除以461KJ，可得出：29000/461=62.9，也即：用62.9千克冰吸收的热量，相当于 1千克煤燃烧时放出的热量，也即：储存62.9千克的冰所得的冷能相当于得到1千克的煤的 能量价值。若建造一个10000米*10000米*50米的储冰库，则相当于得到了一个储量为： 79491255吨的煤矿。同理，若建造一个100000米*10000米*50米的储冰库，则相当于得到 了一座储量将近8亿吨的大型煤矿。而我国东北地区幅员辽阔，寒冷季节漫长，可以得到无 穷无尽的冷能量。若在沿海地区，则可引海水制冰储存，即可得到能量，也可在发电的同时， 将冰熔化为淡水。(海水冷冻后，结冰部分为淡水，而所剩海水部分浓度变大。)从而解决海 水淡化的问题。
本发明中的方法及装置主要有：图4中;加热系统35(太阳能热水器或太阳池热水系 统或太阳能箱组或空气能加热系统或其任意叠加);闪蒸系统(由真空泵与闪蒸器组成，闪 蒸器内被抽成真空)34;发电系统36(由汽轮机带动发电机组成);冷凝系统37(冰或雪或 冷空气或经冷空气降温后的水);淡水回收系统38：冷海水回收系统39;本发明的工作过程 如下：先将经过滤后的海水(污水)输入加热系统35，经加热后，海水(污水)被输入闪 蒸系统34，在闪蒸器内的真空作用下，一部分海水(污水)迅速被汽化，变成蒸汽，蒸汽 进入(发电系统36)汽轮机内，推动汽轮机，带动发电机发电，之后，蒸汽被送入冷凝系 统37内，被冷凝成淡水，送入淡水回收系统38内，被回收利用。被输入闪蒸系统的另一部 分海水(污水)，温度降低，送入冷海水(污水)回收系统39回收利用或排入大海。
本发明的有益效果：
本发明采用了太阳能箱组或太阳池热水系统或太阳能热水器或空气能加热系统或其任 意叠加作为加热系统，可分别与冰或雪或冷空气或经冷空气降温后的水作为冷凝系统，组成 不同的海水(污水)淡化(净化)及发电的方法及装置，大大的提高了各种自然能的利用效 果，使海水淡化(污水净化)及发电的成本降为很低。开发利用了一种自然界中无穷无尽的 能量。解决了淡水这一困扰世界的国际性难题。
