CN104085935A - 一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，包括淡化装置和太阳能集热器，淡化装置包括一个箱体，箱体内自上到下设置有冷凝换热面、淡水收集槽道和带有隔板的振荡热管，冷凝换热面和隔板将箱体内分为三个空间，冷凝换热面与箱顶之间为海水预热通道，冷凝换热面与隔板之间为海水蒸馏室，隔板与箱底之间为高温淡水通道，高温淡水通道在箱体上的入口连接高位高温淡水罐的出水口和太阳能集热器的出水口，出口连接太阳能集热器的出水口和进水口，淡水罐的出水口连接太阳能集热器的进水口，海水蒸馏室与海水预热通道通过设置在箱体外的管道连通；本发明提供白天夜间两种运行方式，具有产水量较高、结构简单、能耗低及环境友好等优点。

Description

一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统
技术领域
本发明属于热法太阳能海水淡化技术领域，特别涉及一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统。
背景技术
热法太阳能海水淡化技术分为主动式和被动式。被动式太阳能海水淡化技术完全依靠太阳能产生的热量加热海水，不依赖额外的辅助设备，而是被动地完成海水淡化。这种装置具有结构简单，运行维护成本低等特点，但是最大的缺陷是产水量不高，当前较理想的盘式太阳能海水淡化装置的效率也不足40％。相对被动式传热传质工程主要是自然对流，主动式太阳能海水淡化装置配置附加提高运行温度的设备，从而改善内部传热传质的过程，其产水率较被动式高出数倍，因此主动式海水淡化技术得到了广泛的运用。同时随着中低温太阳能集热器(平板式、真空管式、槽式太阳能集热器、线性菲涅尔式太阳能集热器等)应用的日益普及，温度段在75℃的太阳能海水淡化技术成为可能，因此将太阳能替代传统化石能源与常规海水淡化技术相结合将具有较大的推广前景。
热法式海水淡化技术主要包括多级闪蒸，多效蒸馏及蒸汽压缩等，常规海水淡化技术无论在能量利用率、产水量、规模化及产业化等方面都较太阳能海水淡化技术具有较大的优势，故将太阳能海水淡化技术与常规海水淡化技术相结合是以后太阳能海水淡化技术的发展方向。太阳能与常规海水淡化技术结合主要利用太阳能集热器高效地收集太阳能，从而替代传统化石能源加热海水。
振荡热管是一种新型高效的传热元件，除了具有传统热管的优点，自身还存在无需吸液芯、运行和维护成本低、形状任意弯曲、任意倾角下都有效工作及蒸发段冷却段任意选取等特有长处，但是目前尚缺乏一种将热管技术、太阳能海水淡化、常规海水淡化技术三者相结合的技术。总体上，现有的太阳能海水淡化技术仍存在换热系数小、能耗低、浓缩比较大、产水量较小等不足，而常规海水淡化则存在化石燃料消耗，污染环境等不利影响。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，具有产水量较高、白天和夜间都可运行、结构简单、能耗低及环境友好等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，包括淡化装置和太阳能集热器9，所述淡化装置包括一个箱体，箱体内自上到下设置有冷凝换热面5、淡水收集槽道6和带有隔板的振荡热管11，冷凝换热面5和隔板将箱体内分为三个空间，冷凝换热面5与箱顶之间为海水预热通道7，冷凝换热面5与隔板之间为海水蒸馏室4，隔板与箱底之间为高温淡水通道3，所述高温淡水通道3在箱体上的入口通过管道连接高位高温淡水罐203的出水口和太阳能集热器9的出水口，出口通过管道连接太阳能集热器9的出水口和进水口；所述海水蒸馏室4在箱体上的出口通过管道连接浓盐水罐201，所述淡水收集槽道6通过管道连接淡水罐202，淡水罐202的出水口通过管道连接太阳能集热器9的进水口，海水蒸馏室4与海水预热通道7通过设置在箱体外的管道连通。
所述振荡热管11成回路结构，管材为铜或不锈钢，管内工质为与管材相容的高纯度的蒸馏水、氨、甲醇或者乙醇等，管内抽成真空，真空度为10-2～10-4Pa。
所述振荡热管11位于隔板上方的部分为冷凝段1101，冷凝段1101在海水蒸馏室4中工作，位于隔板下方的部分为蒸发段1102，蒸发段1102在高温淡水通道3中工作。
所述海水蒸馏室4连接有真空泵10，真空泵10作用在于抽取海水蒸馏室4空气，对通道进行减压，这是因为多效蒸馏的实现，必须后一效海水蒸馏室的操作压力比前一效的低，从而存在传热温差。
所述太阳能集热器9为平板式、真空管式、槽式或线性菲涅尔式太阳能集热器。
所述淡水罐202和高位高温淡水罐203形状为立式柱状或卧式柱状。
所述冷凝换热面5的形状为波浪状不锈钢板材，目的在于最大程度地增大冷凝换热面积，一方面海水蒸馏室里海水加热后蒸发冷却，另一方面对进入系统的海水进行预热。淡水收集槽道6截面形状为V型或者U型。
所述太阳能集热器9的出水口设置第七阀门107，高温淡水通道3在箱体上的入口与高位高温淡水罐203的出水口连接管道上设置第六阀门106，与太阳能集热器9的出水口连接管道上设置第五阀门105，太阳能集热器9的出水口与高位高温淡水罐203的入水口通过管道连接并在管道上设置第四阀门104，高温淡水通道3在箱体上的出口与太阳能集热器9的出水口连接管道上设置第二阀门102，与太阳能集热器9的进水口连接管道上设置循环水泵8，所述淡水罐202的出水口与太阳能集热器9的进水口连接管道上设置第三阀门103，所述海水蒸馏室4在箱体上的出口与浓盐水罐201的连接管道上设置第一阀门101。
所述淡化装置有多个，串行设置。
与现有技术相比，本发明将振荡热管、太阳能集热器及常规海水淡化技术多效蒸馏三者有机结合起来，充分利用了振荡热管优越的传热性能，采用太阳能集热器既可避免化石燃料的消耗，同时利用无穷无尽的太阳能资源，使得本系统具有环保节能优势，多效蒸馏是常规海水淡化技术，具有低能耗、较大的负荷弹性及较佳的换热效果等。本发明所述系统不仅白天可以运行，夜间还可以继续运行一定时间，故具有很好的经济性。
附图说明
图1为本发明一种振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统示意图。
图2为本发明所述系统使用的振荡热管示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，包括淡化装置和太阳能集热器9，淡化装置包括一个箱体，箱体内自上到下设置有冷凝换热面5、淡水收集槽道6和带有隔板的振荡热管11，冷凝换热面5和隔板将箱体内分为三个空间，冷凝换热面5与箱顶之间为海水预热通道7，冷凝换热面5与隔板之间为海水蒸馏室4，隔板与箱底之间为高温淡水通道3。太阳能集热器9的出水口设置第七阀门107，高温淡水通道3在箱体上的入口与高位高温淡水罐203的出水口连接管道上设置第六阀门106，与太阳能集热器9的出水口连接管道上设置第五阀门105，太阳能集热器9的出水口与高位高温淡水罐203的入水口通过管道连接并在管道上设置第四阀门104，高温淡水通道3在箱体上的出口与太阳能集热器9的出水口连接管道上设置第二阀门102，与太阳能集热器9的进水口连接管道上设置循环水泵8，淡水罐202的出水口与太阳能集热器9的进水口连接管道上设置第三阀门103，海水蒸馏室4在箱体上的出口与浓盐水罐201的连接管道上设置第一阀门101。
振荡热管11成回路结构，管材为铜或不锈钢，管内工质为与管材相容的高纯度的蒸馏水、氨、甲醇或者乙醇等，充液率为50％，弯头数12个，管内抽成真空，真空度为10-3Pa。
根据以上结构，本发明提供如下两种运行方式：
(一)白天运行方案：
关闭第二阀门102和第六阀门106，其余阀门均打开，海水流经海水预热通道7流进海水蒸馏室4，而淡水通过太阳能集热器9加热到工作温度后，流进高温淡水通道3，从而加热振荡热管11的蒸发段1102，热管管内处于真空状态的的工质被加热，生成液、汽相间的柱塞，在冷、热端间形成较大的压差，由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动，工质将热量高效地传递到冷却段1101。
海水蒸馏室4的海水被振荡热管11的冷却段1101加热蒸发，蒸汽与冷凝换热面5接触冷凝成凝结水通过淡水收集槽道6从而流进淡水罐202，蒸发后的海水流进浓盐水罐201。冷凝换热面5一方面冷凝蒸汽，另一方面可以预热流进海水预热通道7的海水，淡水罐202里的淡水一路通过循环水泵8泵入高位高温水箱203作保温储存，高位高温水箱203的高温淡水可做夜间加热振荡热管11的热源及生活热水。淡水罐202里的淡水另一路继续流进太阳能集热器9加热流进高温淡水通道3加热热管实现热量高效传递，继续促使海水蒸馏，流过海水蒸馏室4后的浓盐水最后流到浓盐水罐201。
(二)夜间运行方案：
夜间无太阳辐射后，打开第一阀门101、第二阀门102、第五阀门105和第六阀门106，其余阀门均关闭。白天保温储存好的高位高温水箱203的热水，流进高温淡水通道3加热振荡热管11的蒸发段1102，热管管内处于真空状态的工质将热量高效的传递到冷却段1101，加热海水蒸发冷凝成凝结水流进淡水罐202。夜间运行时长以高位高温水箱203的水温适宜洗浴温度为止。振荡热管11的启动温度为30℃左右，海水淡化温度可在70℃左右实现海水低温多效蒸馏。故将高位高温水箱203里的水箱保持在90℃～100℃，从而有30℃的左右的温差可使得本发明所述系统夜间继续运行一段时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，包括淡化装置和太阳能集热器(9)，其特征在于，所述淡化装置包括一个箱体，箱体内自上到下设置有冷凝换热面(5)、淡水收集槽道(6)和带有隔板的振荡热管(11)，冷凝换热面(5)和隔板将箱体内分为三个空间，冷凝换热面(5)与箱顶之间为海水预热通道(7)，冷凝换热面(5)与隔板之间为海水蒸馏室(4)，隔板与箱底之间为高温淡水通道(3)，所述高温淡水通道(3)在箱体上的入口通过管道连接高位高温淡水罐(203)的出水口和太阳能集热器(9)的出水口，出口通过管道连接太阳能集热器(9)的出水口和进水口；所述海水蒸馏室(4)在箱体上的出口通过管道连接浓盐水罐(201)，所述淡水收集槽道(6)通过管道连接淡水罐(202)，淡水罐(202)的出水口通过管道连接太阳能集热器(9)的进水口，海水蒸馏室(4)与海水预热通道(7)通过设置在箱体外的管道连通。
2.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述振荡热管(11)成回路结构，管材为铜或不锈钢，管内抽成真空，真空度为10-2～10-4Pa。
3.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述振荡热管(11)位于隔板上方的部分为冷凝段(1101)，冷凝段(1101)在海水蒸馏室(4)中工作，位于隔板下方的部分为蒸发段(1102)，蒸发段(1102)在高温淡水通道(3)中工作。
4.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述海水蒸馏室(4)连接有真空泵(10)。
5.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述太阳能集热器(9)为平板式、真空管式、槽式或线性菲涅尔式太阳能集热器。
6.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述淡水罐(202)和高位高温淡水罐(203)形状为立式柱状或卧式柱状。
7.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述冷凝换热面(5)的形状为波浪状不锈钢板材，淡水收集槽道(6)截面形状为V型或者U型。
8.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述太阳能集热器(9)的出水口设置第七阀门(107)，高温淡水通道(3)在箱体上的入口与高位高温淡水罐(203)的出水口连接管道上设置第六阀门(106)，与太阳能集热器(9)的出水口连接管道上设置第五阀门(105)，太阳能集热器(9)的出水口与高位高温淡水罐(203)的入水口通过管道连接并在管道上设置第四阀门(104)，高温淡水通道(3)在箱体上的出口与太阳能集热器(9)的出水口连接管道上设置第二阀门(102)，与太阳能集热器(9)的进水口连接管道上设置循环水泵(8)，所述淡水罐(202)的出水口与太阳能集热器(9)的进水口连接管道上设置第三阀门(103)，所述海水蒸馏室(4)在箱体上的出口与浓盐水罐(201)的连接管道上设置第一阀门(101)。
9.根据权利要求1所述的使用振荡热管的多效蒸馏太阳能海水淡化系统，其特征在于，所述淡化装置有多个，串行设置。
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