CN101863527A - 基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备 - Google Patents

基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备 Download PDF

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王晓
李淑清
张启波
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Abstract

一种能够提高节流效率的基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备。技术方案是：由冷凝器、热交换器、节流设备、加热设备、闪蒸室、抽吸风机、太阳能集热设备、太阳能电池板发电设备和海水取水设备组成，其中，冷凝器通过管道分别与热交换器和抽吸风机连接，热交换器通过阀门与节流设备连接，节流设备通过管道与闪蒸室连接，闪蒸室底部设置有超声波起震器，闪蒸室的蒸汽出口管道与抽吸风机连接，闪蒸室出水管道通过温控阀与热交换器连接；太阳能电池板发电设备分别与太阳能集热设备的集热系统泵、海水泵、抽吸风机、冷凝器的淡水泵、超声波起震器以及闪蒸室浓海水泵连接。

Description

基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备
技术领域
本发明属于海水淡化设备领域，尤其是一种能够提高节流效率的基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备。
背景技术
对海水或苦咸水进行淡化的方法很多，但常规的方法，如蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，都要消耗大量的燃料或电力。据统计，截至1990年，全世界已安装的海水淡化设备的产水能力为1.3×107m3/d，而且每隔10年，这个数字就要增加一倍。每天生产1.3×107m3的淡化水，则每年需要消耗原油1.3×108m3，淡化水的迅速增加，会产生一系列的问题，如能源消耗、温室效应、空气污染等。因此，用丰富而清洁的太阳能进行海水淡化具有广阔的发展前景。
随着超声波技术在废水处理、造纸工业、防除结垢、医学、军事、纳米材料的制备等许多领域的成功应用，超声波作为一种特殊的能量输入方式和一种强有力的手段，必将在科学研究以及社会生产等各方面发挥更为重要的作用。超声波具有良好的方向性、反射性和穿透能力，能在气体、液体及固体媒质中传播，产生各种超声效应，其中机械效应、热效应、声空化对水雾化起主要作用。其在液体中释放的巨大能量是其它方法无法比拟的，相信超声技术在海水淡化中存在着巨大潜力。
节流机构作为制冷循环的四大部件之一，在制冷领域有着极其广泛的应用。其工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降。当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体，进而实现向外界吸热的目的。基于节流过程中产生闪发气体，节流技术在海水淡化中的应用越来越受到人们的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高节流效率的基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备。
本发明的技术方案是：基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备，其特征是由冷凝器、热交换器、节流设备、加热设备、闪蒸室、抽吸风机、太阳能集热设备、太阳能电池板发电设备和海水取水设备组成，其中，冷凝器通过管道分别与热交换器和抽吸风机连接，热交换器通过阀门与节流设备连接，节流设备通过管道与闪蒸室连接，闪蒸室底部设置有超声波起震器，闪蒸室的蒸汽出口管道与抽吸风机连接，闪蒸室出水管道通过温控阀与热交换器连接；加热设备和热交换器分别通过阀门与太阳能集热设备的储热水箱和集热系统泵连接；所述海水取水设备由海水泵、海水储水箱、海水预处理设备组成，海水泵、海水预处理设备和海水储水箱顺序连接；太阳能电池板发电设备分别与太阳能集热设备的集热系统泵、海水泵、抽吸风机、冷凝器的淡水泵、超声波起震器以及闪蒸室浓海水泵连接。
所述太阳能集热设备采用二级加热的形式，第一级采用平板集热器，第二级采用真空管热管集热器，平板集热器与真空管热管集热器串联连接，太阳能集热设备的输出端设置两套管路，其中一套管路连接储热水箱，另一套管路直接与供给热交换器和加热设备连接。
本发明的效果是：(1)太阳能集热采用二级加热的形式，第一级采用平板集热器，与真空管热管集热器串联后连接储热水箱，在阳光充足的时候，将剩余的集热量储存于水箱中，供傍晚或太阳能不足时使用，改善了系统的经济性。第二级采用真空管热管集热器，一套管路与一级加热器串联后连接到储热水箱，另一套管路在阳光微弱的时候启用，不经过储热水箱，直接供给热交换器和加热器，提高了系统的响应特性。通过热交换器对海水进行加热，同时为节流设备补充热量，提高节流效率。
(2)热交换器通过阀门与节流设备连接，经过节流设备的海水进入闪蒸室发生闪蒸，其中节流部位由来自储热水箱的热水补充热量，提高节流效率。在闪蒸室内，超声波起震器作用于未发生闪蒸的海水，使海水发生进一步的雾化，大大提高了淡水产量。由于流出闪蒸室的海水温度比较高，通过温控阀控制，当新鲜海水侧温度偏低时，开启阀门使一部分浓海水与之混合，达到热回收以及二次闪蒸的目的。
(3)抽吸风机和热交换器组成海水雾化收集设备。抽吸风机设置在闪蒸室蒸汽出口管道上，加速雾化海水的收集，降低蒸汽压力，提高雾化效率。收集到的蒸汽进入热交换器发生冷凝，将热量转移给刚进入设备的海水。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
附图中，基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备，由冷凝器1、热交换器2、节流设备3、加热设备4、闪蒸室5、抽吸风机(9)、太阳能集热设备、太阳能电池板发电设备15和海水取水设备组成，其中，冷凝器1通过管道分别与热交换器2和抽吸风机9连接，热交换器2通过阀门与节流设备3连接，节流设备3通过管道与闪蒸室5连接，闪蒸室5底部设置有超声波起震器6，闪蒸室5的蒸汽出口管道与抽吸风机9连接，闪蒸室5出水管道通过温控阀8与热交换器2连接；加热设备4和热交换器2分别通过阀门与太阳能集热设备的储热水箱13和集热系统泵14连接；所述海水取水设备由海水泵16、海水储水箱17、海水预处理设备18组成，海水泵16、海水预处理设备18和海水储水箱17顺序连接；太阳能电池板发电设备15分别与太阳能集热设备的集热系统泵14、海水泵16、抽吸风机9、冷凝器的淡水泵10、超声波起震器6以及闪蒸室浓海水泵7连接。
太阳能集热设备采用二级加热的形式，第一级采用平板集热器11，第二级采用真空管热管集热器12，平板集热器11与真空管热管集热器12串联连接，太阳能集热设备的输出端设置两套管路，其中一套管路连接储热水箱13，另一套管路直接与供给热交换器2和加热设备4连接。
使用时，将本发明设备与海水取水设备连接，淡水排水口设置淡水池19用于存储淡水。
本发明的工作模式介绍：
1、太阳能集热系统：
在太阳能比较微弱的时候，开启集热系统泵14，循环水经过平板型集热器11达到一定温度后，进入真空管热管集热器12，温度继续提升，直接供给热交换器2和加热器4。当太阳能辐射达到一定强度时，循环水经过平板型集热器11后，进入真空管热管集热器12，提升到一定温度后，进入储热水箱13，供给热交换器2和加热器4使用。
2、太阳能发电系统
在太阳能辐射达到一定强度时，太阳能电池板15开始工作，将电能提供给整个系统的泵、风机以及超声波起震器等用电设备，为系统运行提供电能。
3、海水淡化系统
经过热交换器2，海水温度升高，然后经过节流设备3节流后进入闪蒸室5，发生闪蒸。未发生闪蒸的海水在超声波起震器6的作用下进一步发生雾化，使更多的海水蒸发。蒸汽在抽吸风机9的作用下被收集进入冷凝器1。闪蒸室5内没有蒸发的海水经过浓海水泵7一部分在温控阀8的控制下与新鲜海水混合，达到热回收和二次闪蒸的目的；另一部分排放或作为其他用途。在冷凝器1中，蒸汽与刚进入设备的海水进行热交换，冷凝变成淡水，通过淡水泵10收集进入淡水池19。此外，节流部位因海水蒸发吸热，温度降低，由储热水箱13提供一循环水路进行热量补充。

Claims (2)

1.基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备，其特征是由冷凝器(1)、热交换器(2)、节流设备(3)、加热设备(4)、闪蒸室(5)、抽吸风机(9)、太阳能集热设备、太阳能电池板发电设备(15)和海水取水设备组成，其中，冷凝器(1)通过管道分别与热交换器(2)和抽吸风机(9)连接，热交换器(2)通过阀门与节流设备(3)连接，节流设备(3)通过管道与闪蒸室(5)连接，闪蒸室(5)底部设置有超声波起震器(6)，闪蒸室(5)的蒸汽出口管道与抽吸风机(9)连接，闪蒸室(5)出水管道通过温控阀(8)与热交换器(2)连接；加热设备(4)和热交换器(2)分别通过阀门与太阳能集热设备的储热水箱(13)和集热系统泵(14)连接；所述海水取水设备由海水泵(16)、海水储水箱(17)、海水预处理设备(18)组成，海水泵(16)、海水预处理设备(18)和海水储水箱(17)顺序连接；太阳能电池板发电设备(15)分别与太阳能集热设备的集热系统泵(14)、海水泵(16)、抽吸风机(9)、冷凝器的淡水泵(10)、超声波起震器(6)以及闪蒸室浓海水泵(7)连接。
2.根据权利要求1所述的基于超声波和节流技术的太阳能海水淡化设备，其特征是所述太阳能集热设备采用二级加热的形式，第一级采用平板集热器(11)，第二级采用真空管热管集热器(12)，平板集热器(11)与真空管热管集热器(12)串联连接，太阳能集热设备的输出端设置两套管路，其中一套管路连接储热水箱(13)，另一套管路直接与供给热交换器(2)和加热设备(4)连接。
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