CN102701304A - 一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器 - Google Patents

一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，该海水蒸发器包括透明管、防溢网、陶瓷粒子、肋片和分隔挡板，其中透明管的上下两端开口且其内表面布有凹槽；分隔挡板的外径与透明管的内径一致，分隔挡板的中心开有通孔且其外缘开有导流孔；透明管的上端开口安装防溢网，透明管的内腔布置有分隔挡板，相邻两层的分隔挡板及上层分隔挡板和防溢网之间形成腔体，腔体的体积从上到下依次递减，每层分隔挡板的上端面设置有肋片，每层分隔挡板的上端面且在肋片之间还放置有陶瓷粒子。本发明实现了海水功能化，也强化了海水吸光功能和除垢抑垢性能，还可将蒸发器应用在太阳能海水淡化装置中，提高了太阳能海水淡化装置利用热能的效率。

Description

一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器
技术领域
本发明涉及一种促进太阳能海水淡化装置规模化、低成本应用的装置，属于太阳能热利用和海水淡化及水处理技术领域。具体地说是涉及一种提高太阳能海水淡化装置生产淡水的能力、降低淡水成本的海水蒸发器。
背景技术
淡水资源短缺是目前全球所面临的严峻挑战之一，最好的解决办法就是对现有地球水循环系统的开发利用，考虑到节能环保以及造价和运行成本，利用太阳能进行海水淡化越来越受到人们的重视。现有的太阳能海水淡化装置，存在一次性投资大、规模偏小和效率低等缺陷，特别是规模偏小成了与以多级闪蒸和反渗透膜为代表的传统海水淡化系统相竞争的软肋。这主要是由于太阳能集热系统在高温段（≥100℃）时效率低，而海水淡化部件在低温区效率低的结构性不匹配造成的。因此，可以利用高效太阳能聚光系统，尤其是现有塔式聚光系统，产生高强度太阳光，使其直接聚焦于海水中，产生高温高压蒸汽，蒸汽输入传统海水淡化系统生成淡水。针对塔内海水蒸发器进行相应的改进来提高太阳能海水淡化装置的性能，符合实现太阳能海水淡化技术规模化、低成本应用的发展要求的。
发明内容
为了改善现有太阳能海水淡化装置的性能，提高其热能利用率，实现太阳能聚光集热技术和传统海水淡化技术的高度耦合，本发明提供了一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，它可用于塔式太阳能海水淡化装置或者其他热能驱动的海水淡化装置。
一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，该海水蒸发器包括透明管、防溢网、陶瓷粒子、肋片和分隔挡板，其中透明管的上下两端开口且其内表面布有凹槽；分隔挡板的外径与透明管的内径一致，分隔挡板的中心开有通孔且其外缘开有导流孔；
整体安装关系：透明管的上端开口安装防溢网，透明管的内腔布置有一层或一层以上的分隔挡板，若分隔挡板为一层，则分隔挡板和防溢网之间形成腔体，分隔挡板的上端面设置有肋片，分隔挡板的上端面且在肋片之间还放置有陶瓷粒子；若分隔挡板为一层以上，则相邻两层的分隔挡板及上层分隔挡板和防溢网之间均形成腔体，腔体的体积从上到下依次递减且每层分隔挡板中心的通孔和导流孔位置相对应并形成蒸汽通道和导流通道，每层分隔挡板的上端面设置有肋片，每层分隔挡板的上端面且在肋片之间还放置有陶瓷粒子。
所述透明管内表面沿轴向和周向布有的凹槽为倒金字塔形、螺旋形或沿轴向的通槽，透明管采用双层透明真空玻璃管。
所述陶瓷粒子均布在分隔挡板的上端面，陶瓷粒子采用低密度深色的陶瓷粒子。
若分隔挡板为一层以上，则形成各腔体的体积从上到下依次递减。
所述的肋片布置方向与透明管的轴线平行，每个肋片为柱状或阶梯状。
有益效果：（1）本发明在海水蒸发器内增加了陶瓷粒子和肋片，且蒸发器内表面还有凹槽，陶瓷粒子具有吸光性能且肋片和凹槽能够增加太阳光在蒸发器内的光程，使蒸发器由被动吸收光变为主动吸收光，实现了海水功能化，大大提高了海水对光的吸收性能；（2）本发明透明管内表面的凹槽为倒金字塔形、螺旋形或沿轴向的通槽，可增加太阳光在蒸发器内的光程，强化海水对太阳热能的吸收效率，提高了装置的可靠性；（3）本发明的陶瓷粒子采用低密度深色陶瓷粒子且陶瓷粒子均布在分隔挡板上，使得陶瓷粒子能够在蒸发器内均匀地随海水蒸腾上下浮动，且陶瓷粒子相互碰撞，强化了海水吸光功能和除垢抑垢性能；（4）本发明的分隔挡板若为一层以上，由于上层腔体承受较大的蒸汽压力，腔体体积从上到下依次递减，这样可保护透明管的上部不至于裂开；（5）本发明的肋片采用柱状或阶梯状，由于阶梯柱状肋片具有更好的机械强度，在与陶瓷粒子相互作用中实现了蒸发器内部除垢抑垢的功能，且肋片布置方向与透明管轴线平行，使其吸光性能更好；（6）本发明可将蒸发器应用在太阳能海水淡化装置里，提高了太阳能海水淡化装置利用热能的效率，从而可实现规模化应用，且蒸发器由玻璃管制成，提高了系统的抗腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明海水蒸发器的结构图。
图2为本发明多根海水蒸发器组合的结构图。
图3为本发明采用阶梯柱状肋片代替柱状肋片的实施例图。
图4为本发明蒸发器内壁采用螺旋凹槽代替倒金字塔形凹槽的实施例图。
图5为本发明蒸发器内壁采用沿轴向的通槽代替倒金字塔形凹槽的实施例图。
图6为多根本发明蒸发器在塔式太阳能海水淡化装置中的安装图。
其中，1-透明管、2-防溢网、3-凹槽、4-陶瓷粒子、5-肋片、6-导流孔、8-分隔挡板、9-中央圆孔、10-海水汽泡、11-浓海水水箱、12-水泵、13-循环海水、14-高密度太阳光、15-阀门、16-蒸汽出口、17-集热蒸发塔、18-捕沫网、19-水泵、20-滤杂网、21-回热水箱、22-海水换热管、23-止回阀、24-透明玻璃罩、25-海水喷头、27-定日镜、28-阶梯柱状肋片、29-螺纹凹槽、30-通槽
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，该海水蒸发器包括透明管1、防溢网2、陶瓷粒子4、肋片5和分隔挡板8，其中透明管1采用双层透明真空玻璃管，其上下两端开口且内部空腔为圆柱形，透明管1的内表面沿轴向和周向均布有倒金字塔形的凹槽3；陶瓷粒子4采用低密度深色陶瓷粒子；分隔挡板8的外径与透明管1的内径一致，分隔挡板8的中心开有中央圆孔9且外缘均布四个矩形导流孔6；
安装关系：透明管1的上端开口安装防溢网2，透明管1的圆柱形内腔水平布置三层分隔挡板8，相邻两层的分隔挡板8及上层分隔挡板8与防溢网2之间形成腔体，腔体的体积从上到下依次递减且每层分隔挡板8的中央圆孔9和导流孔6位置相对应并形成蒸汽通道和导流通道，每层分隔挡板8的上端面竖直均布有八根柱状的肋片5，每层分隔挡板8的上端面且在肋片5之间还均布有低密度深色的陶瓷粒子4。
工作原理：海水从蒸发器上方喷入透明管1内，海水会充满整个透明管1，当太阳光经海水淡化装置外的聚光装置会聚成高密度太阳光射入海水后，由于透明管1内添加了陶瓷粒子4，会提高海水吸光性能，实现海水功能化，同时倒金字塔形的吸光槽3和柱状的肋片5也具有吸光功能，海水受热沸腾后会在透明管1内形成海水汽泡，海水汽泡与陶瓷粒子4在腔体内混合通过分隔挡板8的中央圆孔9浮升破裂，形成高压高温热蒸汽由蒸发器上方逸出，部分没有蒸发的浓海水通过分隔挡板8上的导流孔6排出。
如附图2所示，透明管1的上端均与高压蒸汽管路连通，透明管1的下端连通后与浓海水水箱11，浓海水水箱11串联水泵12与透明管1的上端连通；
工作原理：高密度太阳光14照射到透明管1内，循环海水13从蒸发器上方喷入管内，与管内陶瓷粒子4混合，实现对海水的功能化，强化了对太阳光的吸收性能，同时，管壁上的倒金字塔形的吸光槽3和柱状的肋片5也具有吸光功能，海水会迅速受热沸腾并在透明管1内形成海水汽泡10，海水汽泡与陶瓷粒子4在腔体内混合后通过分隔挡板8上的中央圆孔9浮升、破裂，形成高压高温热蒸汽由玻璃管上方逸出，陶瓷粒子4被防溢网2限制在蒸发器内，部分没有蒸发的浓海水通过分隔挡板8上的导流孔6排到下方的浓海水水箱11，经由水泵12将循环海水13再次喷入蒸发器内。
如附图3所示，本发明采用阶梯柱状肋片28代替原来的柱状肋片5，由于阶梯柱状肋片28具有更好的机械强度，在与陶瓷粒子4相互碰撞过程中，利于蒸发器内部除垢抑垢功能的实现。
如附图4所示，本发明在透明管1内表面上有螺旋凹槽29代替原来的倒金字塔形的凹槽3，由于高密度强光入射到蒸发器内的海水后，由于螺旋凹槽29会增加太阳光在蒸发器内的光程，海水受热沸腾产生大量海水汽泡，汽泡浮升带动分隔挡板8上的陶瓷粒子4螺旋上升，产生的高温高压海水蒸汽从蒸发器上方逸出，螺旋凹槽强化海水对太阳热能的吸收效率，提高了装置的可靠性。
如附图5所示，本发明在透明管1内圆周面上有沿轴向的通槽30代替原来倒金字塔形的凹槽3，由于高密度强光入射到蒸发器内的海水后，由于沿轴向的通槽30会增加太阳光在蒸发器内的光程，海水受热沸腾产生大量海水汽泡，汽泡浮升带动分隔挡板8上的陶瓷粒子4浮升、破裂，产生的高温高压海水蒸汽从蒸发器上方逸出，沿轴向的通槽30强化海水对太阳热能的吸收效率，提高了蒸发器的机械强度。
如附图6所示，将实现海水功能化的蒸发器应用在塔式太阳能海水淡化装置内，该塔式太阳能海水淡化装置包括蒸发器、阀门15、集热蒸发塔17、捕沫网18、水泵19、滤杂网20、回热水箱21、海水换热管22、止回阀23、透明玻璃罩24、海水喷头25和定日镜27，其中集热蒸发塔17和回热水箱21均为筒体；回热水箱21内安装海水换热管22且回热水箱21置于集热蒸发塔17的右下方，集热蒸发塔17内沿纵向平行安装蒸发器，捕沫网18安装在蒸发塔17内并位于蒸发器上方开口处，且捕沫网18下方均匀布置有海水喷头25；集热蒸发塔17顶部右侧开口为蒸汽出口16，集热蒸发塔17顶部中心海水进料管，海水进料管的另一端分为两个支路，其中一个支路与集热蒸发塔17的底部连通，并安装水泵19提供动力，另一个支路安装阀门15后与回热水箱21内海水换热管22的一端连通，集热蒸发塔17的底部安装滤杂网20且底部开口与回热水箱21的左上方开口连通，海水换热管22的另一端为海水进口且在进口处安装止回阀23，回热水箱21右下方开口为浓盐水出口，透明玻璃罩24套装在集热蒸发塔17的外表面，定日镜27位于集热蒸发塔17的一侧且正对着太阳。
工作原理为：打开阀门15和止回阀23，将海水通过海水进料管的一个支路并通过捕沫网18和海水喷头25注入集热蒸发塔17内，直到蒸发器的透明管1完全充满海水，关闭阀门15和止回阀23，太阳光经定日镜27汇聚成高密度太阳光，高密度太阳光通过透明玻璃罩24照射到透明管1内，由于在蒸发器中添加低密度深色的陶瓷粒子4，对海水进行功能化，强化海水吸光功能和除垢抑垢性能，同时，蒸发器管壁上的凹槽3和肋片5也具有吸光功能，海水会迅速受热沸腾并在透明管1内形成海水汽泡，海水汽泡与陶瓷粒子4在腔体内混合后通过分隔挡板8上的通孔浮升、破裂，形成高压高温热蒸汽由透明管1上方逸出，经捕沫网18的淡化作用后，蒸汽从蒸汽出口16排出，轻质陶瓷粒子4被防溢网2限制在蒸发器内，当海水蒸腾一段时间后可通过水泵19将集热蒸发塔17底部的海水引流至塔内实现微循环，提高海水利用热能的效率，同时部分没有蒸发的浓海水通过分隔挡板8上的导流孔6排到塔的下方，通过滤杂网20进入到回热水箱21，将余热通过海水换热管22传递给进料海水。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，该海水蒸发器包括透明管（1）、防溢网（2）、陶瓷粒子（4）、肋片（5）和分隔挡板（8），其中透明管（1）的上下两端开口且其内表面布有凹槽（3）；分隔挡板（8）的外径与透明管（1）的内径一致，分隔挡板（8）的中心开有通孔且其外缘开有导流孔（6）；
整体安装关系：透明管（1）的上端开口安装防溢网（2），透明管（1）的内腔布置有一层或一层以上的分隔挡板（8），若分隔挡板（8）为一层，则分隔挡板（8）和防溢网（2）之间形成腔体，分隔挡板（8）的上端面设置有肋片（5），分隔挡板（8）的上端面且在肋片（5）之间还放置有陶瓷粒子（4）；若分隔挡板（8）为一层以上，则相邻两层的分隔挡板（8）及上层分隔挡板（8）和防溢网（2）之间均形成腔体，每层分隔挡板（8）中心的通孔和导流孔（6）位置相对应并形成蒸汽通道和导流通道，每层分隔挡板（8）的上端面设置有肋片（5），每层分隔挡板（8）的上端面且在肋片（5）之间还放置有陶瓷粒子（4）。
2.如权利要求1所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述透明管（1）内表面沿轴向和周向布有的凹槽（3）为倒金字塔形、螺旋形或沿轴向的通槽，透明管（1）采用双层透明真空玻璃管。
3.如权利要求1或2所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述陶瓷粒子（4）均布在分隔挡板（8）的上端面，陶瓷粒子（4）采用低密度深色的陶瓷粒子。
4.如权利要求1或2所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，若分隔挡板（8）为一层以上，则形成各腔体的体积从上到下依次递减。
5.如权利要求3所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，若分隔挡板（8）为一层以上，则形成各腔体的体积从上到下依次递减。
6.如权利要求1或2所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述的肋片（5）布置方向与透明管（1）的轴线平行，每个肋片（5）为柱状或阶梯状。
7.如权利要求3所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述的肋片（5）布置方向与透明管（1）的轴线平行，每个肋片（5）为柱状或阶梯状。
8.如权利要求4所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述的肋片（5）布置方向与透明管（1）的轴线平行，每个肋片（5）为柱状或阶梯状。
9.如权利要求5所述的一种用于聚光式太阳能海水淡化装置的海水蒸发器，其特征在于，所述的肋片（5）布置方向与透明管（1）的轴线平行，每个肋片（5）为柱状或阶梯状。
10.一种基于权利要求1海水蒸发器的塔式太阳能海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化装置包括蒸发器、阀门（15）、集热蒸发塔（17）、捕沫网（18）、水泵（19）、滤杂网（20）、回热水箱（21）、海水换热管（22）、止回阀（23）、透明玻璃罩（24）、海水喷头（25）和定日镜（27），其中集热蒸发塔（17）和回热水箱（21）均为筒体；回热水箱（21）内安装海水换热管（22）且回热水箱（21）置于集热蒸发塔（17）的右下方，集热蒸发塔（17）内沿纵向平行安装蒸发器，捕沫网（18）安装在蒸发塔（17）内并位于蒸发器上方开口处，且捕沫网（18）下方均匀布置有海水喷头（25）；集热蒸发塔（17）顶部右侧开口为蒸汽出口（16），集热蒸发塔（17）顶部中心安装海水进料管，海水进料管的另一端分为两个支路，其中一个支路与集热蒸发塔（17）的底部连通，并安装水泵（19）提供动力，另一个支路安装阀门（15）后与回热水箱（21）内的海水换热管（22）的一端连通，集热蒸发塔（17）的底部安装滤杂网（20）且底部开口与回热水箱（21）的左上方开口连通，海水换热管（22）的另一端为海水进口且在进口处安装止回阀（23），回热水箱（21）右下方开口为浓盐水出口，透明玻璃罩（24）套装在集热蒸发塔（17）的外表面，定日镜（27）位于集热蒸发塔（17）的一侧且正对着太阳。
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Inventor after: Zheng Hongfei

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Inventor before: Chang Zehui

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Inventor before: Zheng Zhixing

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