CN104761013B - 一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置，其特征在于主要包括补水箱、水箱支架、过滤网、补水阀、前补水管、内锅、安全阀、内外锅夹层、外锅、锅盖、匀气孔板、把手、节流孔板、后补水管、水位观察窗、泄水阀、热交换管、出水阀、集热管封盖、抛物槽和集热管。该装置利用蒸馏原理，对海水等非淡水资源蒸馏冷凝，得到可以饮用的淡水。该装置移动方便，不仅可以解决饮用水上的困难，还可以将水中的细菌杀死，产出的水可以直接饮用，也可以将蔬菜中的农药泡出，同时也可以用于办公室、实验室等。

Description

一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置

技术领域

本发明涉及用于制备淡水的设备领域，具体的说是一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置。

背景技术

地球上水资源虽然丰富，但是其中海水总量占97％以上，可用淡水总量不到3％。据世界银行提供的数据，我国年人均水资源拥有量约为2151立方米，这只是世界平均水平的四分之一，是世界上人均拥有水资源量最低的国家之一，海水淡化是必然的趋势。关于海水淡化问题，目前海水淡化技术已经在120多个国家和地区得到应用，全球已投产的海水淡化工程有1.3万多座。在我国截止2006年6月，已建成的投产海水淡化工程总数41座，然而其所用海水淡化方法多为煤或电加热蒸馏得到，耗能比较大，同时需要排放大量的冷却水，除此之外，烧煤会对环境产生污染，不利于低碳。尤其在我国农村，孤岛等地区至今仍然普遍缺乏电力。因此利用太阳能从海水中制取淡水，是解决淡水缺乏或供应不足的重要途径之一。而我们的太阳能自动蒸馏器不用电源、电机及水泵，节约能源，能够很好的解决这一问题，达到节能的目的。与目前常用生产蒸馏水装置相比，既可最大限度的降低生产成本，节能低碳，又产生了良好的经济效益、环境效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

例如我国的西沙岛，位于长江夹江上，一直处于未开发状态，这里长年处于缺失淡水的状态，西沙群岛远离海南岛180多海里，交通十分不便，吃水、吃菜和交通，曾困扰驻岛官兵生活的三大难题。岛上官兵的生活用水长期靠大陆船运，有时受寒潮、台风的影响，驻岛官兵经常面临着缺水、断水的严峻考验。在很多交通不便的地方，人们饮用的水不干净还会对人体产生危害，而目前各种各样的海水淡化技术占地面积大，规模大，适用于大规模海水淡化，却无法应用到这种解决日常淡水缺乏的交通十分不便利的地区。

发明内容

针对现在一些交通极为不方便的地区缺乏日常淡水的情况，本发明提供了一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置。该装置利用蒸馏原理，对海水等非淡水资源蒸馏冷凝，得到可以饮用的淡水。该装置移动方便，不仅可以解决饮用水上的困难，还可以将水中的细菌杀死，产出的水可以直接饮用，也可以将蔬菜中的农药泡出，同时也可以用于办公室、实验室等。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置，其特征在于主要包括补水箱、水箱支架、过滤网、补水阀、前补水管、内锅、安全阀、内外锅夹层、外锅、锅盖、匀气孔板、把手、节流孔板、后补水管、水位观察窗、泄水阀、热交换管、出水阀、集热管封盖、抛物槽和集热管；

所述补水箱位于水箱支架上，水箱支架的高度高于锅盖的高度；所述过滤网水平安装在补水箱的内部；所述补水阀安装于靠近补水箱底部的侧面上，其位置高度低于过滤网的高度；所述前补水管一端套在补水阀的管口，另一端套在锅盖入口处的管口，连接补水箱与锅盖；

所述锅盖为空心的双层锥形结构，其内表面上有内凹导流槽；所述锅盖的底部有一个入口，顶部有一个出口，其余部分均密封；所述锅盖底部的入口与前补水管相连，其顶部的出口与后补水管相连；

所述外锅套在内锅外面，两者之间形成内外锅夹层，所述出水阀与内外锅夹层连通；所述节流孔板安装内锅内部；在内锅上部安装有匀气孔板，匀气孔板半径稍大于内锅半径，卡在内锅上部；

所述水位观察窗位于外锅的侧壁上、靠近匀气孔板处；所述外锅两侧用螺钉固定两个把手；

所述安全阀与内锅连通，从外侧依次穿过外锅、内锅的侧壁；所述热交换管一端与内锅底部连通，另一端穿过集热管封盖与集热管连接，抛物槽安装于集热管的下面。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：目前海水淡化装置较大，成本较高，占地面积较大；而本发明装置价格低廉、维护简单、占地小、拆装方便；与一般的太阳能淡化海水装置相比，本发明装置利用真空管集热，并有保温作用，这样加热水功率大、效率高，可以应用到实际生活中；其优点进一步总结如下：

1.大大降低海水淡化成本；

2.无需燃料用电，减少排放；

3.节约能源，经济效益显著；

4.抛物槽吸热效率较大，双层保温锅同样可以用来食物的蒸煮、烧热水；

5.产品投资少、效益高、功能多，在未来的生产生活中，尤其是在野外旅行或者渔船上更具有实际意义。

附图说明

图1为本发明装置一种实施例的局部剖视结构示意图。

图2为本发明装置一种实施例的锅盖仰视结构示意图。

图3为本发明装置一种实施例的节流孔板结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细叙述本发明。

本发明一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置(简称装置，参见图1-3)，其特征在于主要包括补水箱1、水箱支架2、过滤网3、补水阀4、前补水管5、内锅6、安全阀7、内外锅夹层8、外锅9、锅盖10、匀气孔板11、把手12、节流孔板13、后补水管14、水位观察窗15、泄水阀16、热交换管17、出水阀18、集热管封盖19、抛物槽20和集热管21。补水箱1位于水箱支架2上，水箱支架2的高度高于锅盖10的高度；所述过滤网3水平安装在补水箱1的内部；所述补水阀4安装于靠近补水箱1底部的侧面上，其位置高度低于过滤网3的高度；所述前补水管5一端套在补水阀4的管口，另一端套在锅盖10入口处的管口，连接补水箱1与锅盖10。

所述锅盖10为空心的双层锥形结构，其内表面上有内凹导流槽；所述锅盖10的底部有一个入口，顶部有一个出口，其余部分均密封；所述锅盖10底部的入口与前补水管5相连，其顶部的出口与后补水管14相连。

所述外锅9套在内锅6外面，两者之间形成内外锅夹层8，所述出水阀18与内外锅夹层8连通；内外锅夹层8用于收集由导流槽留下来的冷凝水，然后通过出水管18收集到淡水；所述节流孔板13安装内锅6内部，目的是为了加速水蒸发起到节能的作用；在内锅6上部安装有匀气孔板11，匀气孔板11半径稍大于内锅6半径，卡在内锅6上部，匀气孔板11表面孔径较小，水滴无法通过而蒸汽可以通过，鉴于此来保证蒸汽的品质，并且使蒸汽均匀分布在锅盖10内表面增大换热面积与换热效率。

所述水位观察窗15位于外锅9的侧壁上、靠近匀气孔板11处，用来观察内锅6水位的高度，当注水的速度大于水蒸发的速度，内锅6的水量太多，水位太高，会减弱换热，降低效率，设置观察窗的目的是一段时间后观察水位，若水位太高，及时打开后补水管14上面安装的泄水阀16来降低水的流量，使内锅6里的水位保持在一定范围内。另外水位过于高时也可以关闭补水箱1处安装的补水阀4来控制补水流量，保证锅内水量而不致溢出。外锅9两侧用螺钉固定两个把手12，方便移动携带。

所述安全阀7与内锅6连通，从外侧依次穿过外锅9、内锅6的侧壁；内锅6不断有水蒸发成水蒸汽，使内锅6压强升高，同时水的沸点也就随着升高，安装安全阀7的目的一方面是防止内锅6内部压强过大，造成危险，其次也可以降低水的沸点，进而起到节能的效果。

所述热交换管17一端与内锅6底部连通，另一端穿过集热管封盖19与集热管21连接，抛物槽20安装于集热管21的下面。

所述补水箱1为不锈钢材质，其中设有过滤网3，目的是为了初步过滤源水中的悬浮物等杂质。

所述锅盖10内部做成空心结构，中间水可以流过，目的是当水由前补水管5进入到锅盖10内部，水充满整个锅盖10，吸收锅内水蒸气冷凝放出来的热量来进行预热，缩短水加热的时间，起到节能的效果，同时锅内高温水蒸气也可以通过锅盖10内的冷水降温，来降低锅内压力来防止爆炸现象的产生。

除此之外锅盖10内表面做成内凹导流槽型，方便冷凝水汇集，使其完全流入外锅。

在内锅上部安装有匀气孔板11，匀气孔板半径稍大于内锅半径，卡在内锅上部，匀气孔板表面孔径较小，水滴无法通过而蒸汽可以通过，由此来保证蒸汽的品质。此外，还可以使蒸汽均匀分布在锅盖内表面，增大换热面积与换热效率。

本发明装置的理论原理主要为：当往补水箱1中加入需要淡化的水源时，补水箱1中的水在静压力的作用下，经过过滤网3过滤后进入锅盖10，进而流入内锅6之中；利用太阳能的热量，通过热交换管17和由集热管封盖19、抛物槽20、集热管21组成的槽式集热器吸收太阳能，并将其转化为热量被水吸收，水沸腾后进一步气化，生成的水蒸气在双层保温锅内在密度差的作用下而上升，高温的水蒸气碰到带有换热器的低温冷凝锅盖10冷凝，冷凝成水滴后汇集成水流从锅盖的内表面内凹导流槽处流到内外锅夹层8之中，再由出水阀18放出，此时的水已经是淡水。

通过实验模拟得出以下实验数据：

用来加热水使水烧开需要的热量：Q₃＝4.18×4×(100-15)＝1.42MJ；

用来进一步加热使产生蒸汽的热Q₄＝Q₂-Q₃＝6.07-1.42＝4.65MJ；

产生的蒸汽量理论计算值：m₂＝Q₄/q＝4.65×10⁶/(2258×10³)＝2.06Kg；

蒸汽损失率：α＝(2.06-1.2)/2.06×100％＝41.74％；

系统产水率θ定义为单位能量消耗所获得的淡水量：

θ＝m₂/Q₁＝1.2/13.082×1000＝0.92×10^-4Kg/KJ

经过热性能实验结果显示烧水热效率η＝(47/1+32/0.7)/2＝46.4％。

本发明装置的保温性能测试中，温度由98.995℃降到38.297℃，总共用了五小时三十六分，说明该装置的保温性能较好。

通过对该发明样品模型进行了多次实验，均取得了良好效果。装置内的水可烧开，即可达到100℃；而且保温性能良好，蒸汽损失率较小，节约能源，造价低，易于推广，切实可行。

本发明应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置保温性能良好，蒸汽损失率较小，节能环保，是制备淡水的不错之选，其新颖的地方在于：

(1)锅盖内部为空心构成，可以通水，一方面锅盖内部水通过吸收锅内蒸汽的热量进行预热，大大缩短了水加热时间，另一方面锅内蒸气通过锅盖内部的冷水降温，加快蒸气冷凝同时也避免了锅内蒸汽过多产生超压现象；

(2)锅盖中水的流动依靠补水箱的静压力，同时锅盖中的冷水采用逆流而上的方式，加大了锅内蒸汽的冷凝面积，同时通过前补水管5上的补水阀4和后补水管14上的泄水阀16可以有效控制锅内的水量；

(3)锅盖内表面上有内凹导流槽，导流槽一方面便于冷凝水汇聚，另一方面有助于蒸汽完全流入保温锅的内外锅夹层8中；

(4)锅内部装有水下节流孔板13和水上匀气孔板11，可以保证蒸汽品质，防止蒸汽带水，使蒸汽均匀分布，加大换热面积、换热效率的作用；

(5)利用太阳能，真空管槽式集热器来收集太阳光不耗电；

(6)利用温度上升水的密度减少，形成密度差来循环加热。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置，其特征在于主要包括补水箱、水箱支架、过滤网、补水阀、前补水管、内锅、安全阀、内外锅夹层、外锅、锅盖、匀气孔板、把手、节流孔板、后补水管、水位观察窗、泄水阀、热交换管、出水阀、集热管封盖、抛物槽和集热管；

所述补水箱位于水箱支架上，水箱支架的高度高于锅盖的高度；所述过滤网水平安装在补水箱的内部；所述补水阀安装于靠近补水箱底部的侧面上，其位置高度低于过滤网的高度；所述前补水管一端套在补水阀的管口，另一端套在锅盖入口处的管口，连接补水箱与锅盖；

所述锅盖为空心的双层锥形结构，其内表面上有内凹导流槽；所述锅盖的底部有一个入口，顶部有一个出口，其余部分均密封；所述锅盖底部的入口与前补水管相连，其顶部的出口与后补水管相连；

所述外锅套在内锅外面，两者之间形成内外锅夹层，所述出水阀与内外锅夹层连通；所述节流孔板安装内锅内部；在内锅上部安装有匀气孔板，匀气孔板半径稍大于内锅半径，卡在内锅上部；

所述水位观察窗位于外锅的侧壁上、靠近匀气孔板处；所述外锅两侧用螺钉固定两个把手；

所述安全阀与内锅连通，从外侧依次穿过外锅、内锅的侧壁；所述热交换管一端与内锅底部连通，另一端穿过集热管封盖与集热管连接，抛物槽安装于集热管的下面。

2.根据权利要求1所述的应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置，其特征在于所述节流孔板为上有小孔的结构。

3.根据权利要求1所述的应用槽式聚光器制备淡水的双层保温节能装置，其特征在于所述匀气孔板为上有小孔的锥盖形结构，所述小孔的孔径小于水滴的直径。