CN102167413A - 一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，属于太阳能集热、海水淡化和水处理技术领域。本发明由多层套管组成，套管之间设置有向上开口的盛水槽，整个装置的底部设有太阳能聚光器，可以将太阳光汇聚到最里面的盛水槽内产生热能，并实现水蒸气蒸发，产生的蒸汽在最内一级套管内壁凝结产生淡水同时加热更外一级盛水槽中的海水再产生蒸发，由此类推，一直到最外面一级套管。各盛水槽由连接管相连，海水可以从最外面一级盛水槽流至最内一级盛水槽，各级套管内壁凝结的淡水经汇集后输出。最外层套管的端面被密封，并用真空泵使整个装置处于真空状态，有利于海水的蒸发。

Description

一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器
技术领域
本发明涉及一种太阳能海水淡化器，具体涉及一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，属于太阳能集热、海水淡化和水处理技术领域。
背景技术
从海水或苦咸水中生产淡水的方法有多种，但目前比较成熟和上规模的技术主要有两类，一类是采用反渗透膜技术的所谓膜法海水淡化系统，另一类为利用热能驱动的所谓蒸馏法海水淡化系统。膜法系统造价及使用费用(主要是其反渗透膜的使用寿命不长)高，具有一次性投资大、需要消耗常规电能等缺陷，不利于节能与环保。利用热能驱动的海水淡化系统是最成熟的，也是目前海水淡化工业的主流，但此类系统需要消耗大量热能。由于此类系统一般还处在真空负压下工作，因此它还需要强度坚固和抗腐蚀性良好的外壳材料，这增加了它的造价和运行成本。因此利用太阳能进行海水淡化既节能又环保，因而受到人们推崇。如果在太阳能海水淡化系统中，还能利用传统廉价的非金属材料作为装置的主体材料，无疑会进一步提高太阳能海水淡化的吸引力。但现有的太阳能盘式蒸馏装置存在下面4个明显的缺陷：(1)蒸汽凝结成淡水过程放出的潜热未被重复利用，而是直接散发到环境中，致使装置能效率不高；(2)现有装置所采用常压下的自然对流传热模式，没有强化水蒸气的蒸发与凝结过程，因此传热系数不高，大大限制了装置性能的改善。(3)装置中待蒸发的原水热容量太大，限制了它的运行温度提高，减弱了蒸发过程的驱动力，也大大延缓了装置的出水时间；(4)现有盘式太阳能蒸馏器占地面积较大，不利于节约土地成本。因此，克服上述4个缺陷，强化蒸发与冷凝过程，是提高太阳能海水淡化装置性能的主要方向。
发明内容
本发明提供一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，利用抽真空后的套管式蒸馏器与太阳能集热器相结合，能有效克服现有太阳能盘式蒸馏装置存在的缺陷。
一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，包括外壳、套管、盛水槽、太阳能聚光器、光线收集器、加热管、连通管、淡水输出管和储水箱，外围设备为真空泵；其中外壳为管状圆柱形可抽真空壳体，盛水槽为外壳上沿轴向开口的圆形壳体，外壳内逐级套装盛水槽和套管，盛水槽与套管或外壳之间未充海水的空间构成蒸发-冷凝腔，最后一级套管内再套装一个盛水槽，盛水槽内沿轴向装有加热管；连通管与各级盛水槽相连通，外壳与套管内壁的底部与淡水输出管连通，淡水输出管连接储水箱；太阳能聚光器设置在外壳的正下方，最后一级的盛水槽内壁设置有光线收集器；其中外壳、套管和盛水槽均采用透明塑料材料制成。
工作原理：外壳能将其内部的部件与大气隔开，并在真空泵的作用下使各级蒸发-冷凝腔形成真空状态，海水通过海水进水管注入最外一级的盛水槽，海水经连通管由外至内逐级流入盛水槽中，直至最内一级，太阳能聚光器能聚焦太阳能至最内一级盛水槽中，最内一级水盛水槽中的光线收集器收集光线转化为热能加热最内一级盛水槽的海水，促使其蒸发；最内一级水盛水槽中的加热管，通过加热管可以利用太阳能集热器收集到的热能加热最内一级盛水槽中的海水，进一步促进海水蒸发。产生的蒸汽进入最内一级蒸发-冷凝腔中，并在最内部一级套管内壁凝结生成淡水，同时放出潜热加热稍外一级盛水槽中的海水，稍外一级盛水槽中的海水被加热后再产生蒸汽并进入稍外一级的蒸发-冷凝腔中，并在稍外一级套管内壁凝结产生淡水同时再释放潜热加热更外一级盛水槽中的海水，由此类推，一直到加热最外面一级盛水槽中的海水，并在外壳的内壁凝结，在各级套管和外壳内壁凝结的淡水经淡水输出管汇集至储水箱中供用户取用，释放的潜热经外壳的壁传给环境，从而完成整个蒸发与冷凝过程，实现用太阳能淡化海水。由于外壳、套管和盛水槽的材料均为透明材料，光线能够被反射到光线收集器上被接收。
如只利用加热管给系统加热而不采用太阳能聚光器，为了减少热量的传导损失，各级盛水槽用传热性差的非金属材料制作，而外壳和各级套管用导热性良好的金属材料制造；为简化了装置的结构，同时使整个装置的安装更为便利，可将太阳能聚光器与外壳合为一体，在外壳的下半部镀上高反射涂层，用以反射太阳光到光线收集器上。这时，经高反射涂层反射的太阳光直接到光线收集器上，即可取消太阳能聚光器。
还可将管状外壳、套管以及盛水槽都做成椭圆形状，这种结构可以使蒸发-冷凝腔更大，这样有利于蒸汽的蒸发，也有利于蒸汽在套管内壁凝结，因为凝结的淡水更容易沿着管内壁流下，从而减少了水膜的厚度和传热热阻，进而增加了系统的出水速度。
此外，还可以将盛水槽外侧加装保温层，并取消太阳能聚光器，仅用外界提供热能通过加热管驱动装置。这种结构可以增加传热热阻，有效的减少了盛水槽和套管之间的对流换热和热传导，降低了热损失，提高了能量利用率；同时仅用加热管驱动，就不要求盛水槽和套管是透明材料，降低了对装置原材料的要求，扩展了加工装置的应用范围。
有益效果：本发明结构紧凑、承压性能好、多次重复利用了水蒸气的凝结潜热，大大降低了蒸发盘中原水的热容量，加快了装置的出水时间，提高了产水效率，同时它还可以将本装置通过排列组合，形成大规模的太阳能海水淡化系统，从而实现太阳能海水淡化系统大规模、低成本普及应用。
附图说明
图1是本发明的立体效果图。
图中，1-太阳能聚光器；2-外壳；3-盛水槽；4-蒸发-冷凝腔；5-套管；6-光线收集器；7-加热管；8-光线；9-海水进水管；14-连通管。
图2是本发明的横截面结构图。
图中，1-太阳能聚光器；2-外壳；3-盛水槽；4-蒸发-冷凝腔；5-套管；6-光线收集器；7-加热管；8-光线。
图3是本发明的纵截面结构图。
图中，10-抽真空管；11-浓盐水排除管；12-淡水输出管；13-储水箱。
图4是本发明将太阳能聚光器与管状外壳和为一体的实施例的图。
图中，15-高反射涂层。
图5是本发明的管状外壳、套管以及盛水槽都做成椭圆形状的一个实施例的图。
图6是本发明取消了太阳能聚光器并对盛水槽外侧贴有保温层的一个实施例的图。
图中，16-保温层。
具体实施方式
实施例1
如附图1、2和3所示，一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，包括外壳2、套管5、盛水槽3、太阳能聚光器1、光线收集器6、加热管7、连通管14、淡水输出管12和储水箱13，外围设备为真空泵；其中外壳2为管状圆柱形可抽真空壳体，盛水槽3为外壳上沿轴向开口的圆形壳体，外壳2内依次套装盛水槽3、套管5和第二级盛水槽，盛水槽3与套管5或外壳2之间未充海水的空间构成蒸发-冷凝腔4，第二级盛水槽内沿轴向装有加热管7；连通管14与两个盛水槽3相连通，外壳2与套管5内壁的底部与淡水输出管12连通，淡水输出管12连接储水箱13；太阳能聚光器1设置在外壳2的正下方，第二级盛水槽内壁设置有光线收集器6。
其中外壳2、套管5和盛水槽3均采用透明塑料材料制成。
工作原理：外壳2能将其内部的部件与大气隔开，并在真空泵的作用下使各级蒸发-冷凝腔4形成真空状态，海水通过海水进水管9注入盛水槽3，海水经连通管14流入第二级盛水槽中，太阳能聚光器1能聚焦光线8至第二级盛水槽中，第二级盛水槽中的光线收集器6收集光线8转化为热能加热内部的海水，促使其蒸发；加热管7可以利用太阳能集热器收集到的热能加热最内一级盛水槽3中的海水，进一步促进海水蒸发。产生的蒸汽在套管5内壁凝结生成淡水，同时放出潜热加热盛水槽3中的海水，盛水槽3中的海水被加热后再产生蒸汽并进入稍外一级的蒸发-冷凝腔4中，并在外壳2的内壁凝结，套管5和外壳2内壁凝结的淡水经淡水输出管12汇集至储水箱13中供用户取用，释放的潜热经外壳2的壁传给环境，从而完成整个蒸发与冷凝过程，实现用太阳能淡化海水；由于外壳2、套管5和盛水槽3的材料均为透明材料，因此光线8能够被反射到光线收集器6上被接收。
实施例2
如附图4所示，如只利用加热管7给系统加热而不采用太阳能聚光器1，为了减少热量的传导损失，各级盛水槽3也应该用传热性差的非金属材料制作，而外壳2和各级套管5可以用导热性良好的金属材料制造；为简化了装置的结构，同时使整个装置的安装更为便利，可将太阳能聚光器与外壳合为一体，在外壳的下半部镀上高反射涂层15，用以反射太阳光到光线收集器6上。这时，经高反射涂层15反射的太阳光直接到光线收集器6上，即可取消太阳能聚光器1。
实施例3
如附图5所示，还可将管状外壳2、套管5以及盛水槽3都做成椭圆形状，这种结构可以使蒸发-冷凝腔4更大，这样有利于蒸汽的蒸发，也有利于蒸汽在套管5内壁凝结，因为凝结的淡水更容易沿着管内壁流下，从而减少了水膜的厚度和传热热阻，进而增加了系统的出水速度。
实施例4
如附图6所示，还可以将盛水槽3外侧加装保温层16，并取消太阳能聚光器1，仅用外界提供热能通过加热管7驱动装置。这种结构可以增加传热热阻，有效的减少了盛水槽4和套管5之间的对流换热和热传导，降低了热损失，提高了能量利用率；同时仅用加热管7驱动，就不要求盛水槽4和套管5是透明材料，降低了对装置原材料的要求，扩展了加工装置的应用范围。

Claims (5)

1.一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，包括外壳(2)、套管(5)、盛水槽(3)、太阳能聚光器(1)、光线收集器(6)、加热管(7)、连通管(14)、淡水输出管(12)和储水箱13；其特征在于所述外壳2为管状圆柱形可抽真空壳体，盛水槽(3)为外壳上沿轴向开口的圆形壳体，外壳(2)内逐级套装盛水槽(3)和套管(5)，盛水槽与套管(5)或外壳(2)之间未充海水的空间构成蒸发-冷凝腔(4)，最后一级套管(5)内再套装一个盛水槽(3)，盛水槽(3)内沿轴向装有加热管(7)；连通管(14)与各级盛水槽(3)相连通，外壳(2)与套管(5)内壁的底部与淡水输出管(12)连通，淡水输出管(12)连接储水箱(13)；太阳能聚光器(1)设置在外壳(2)的正下方，最后一级的盛水槽(3)内壁设置有光线收集器(6)。
2.如权利要求1所述的一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，其特征在于所述外壳(2)、套管(5)和盛水槽(3)均采用透明塑料材料制成。
3.如权利要求1所述的一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，其特征在于所述外壳(2)的下半部镀上高反射涂层(15)，即可取消太阳能聚光器(1)。
4.如权利要求1、2、或3所述的一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，其特征在于所述外壳(2)、套管(5)以及盛水槽(3)可做成椭圆形状。
5.如权利要求1、2、或4所述的一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器，其特征在于所述盛水槽(3)外侧加装保温层(16)，并取消太阳能聚光器(1)。
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