CN105565412B - 一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，包括太阳能海水淡化装置、相变蓄热系统和热能回收系统，其中太阳能海水淡化装置包括腔体、在腔体内安装分室隔板将腔体内部分割成冷凝室和蒸发室，蒸发室将注入原料海水进行蒸发，冷凝室中安装低温海水冷凝器盘管对蒸汽进行冷凝，蒸发后的高温浓海水通过管道进入热能回收箱体为箱体内的原料海水加热，同时，冷凝器盘管中被加热的原料海水注入热能回收箱体，热能回收箱体内的原料海水通过相变蓄热系统后再进入到海水淡化装置。本发明利用多种手段提升原料海水温度，延长海水蒸发时间，加快蒸汽冷凝过程，使海水淡化效率大大提升。

Description

一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置

技术领域

本发明属于可再生能源和海水淡化技术领域，特别是一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置。

背景技术

淡水资源短缺是人类一直面临的难题，尤其是在电力匮乏的偏远山区以及海岛。太阳能海水淡化技术对于解决海岛淡水资源短缺、偏远且电力资源不可到达的缺水地区的苦咸水淡化具有重要的意义。

太阳能蒸馏器以其结构简单、取材方便、不需要常规能源等优点适合于海岛海水淡化以及偏远地区的苦咸水淡化，但是目前研制的太阳能蒸馏器普遍存在运行温度低、产水量不高、太阳能利用效率较低及设备投资较高等弊端，其在工程实际中的推广应用受到一定的限制，主要因为蒸汽的凝结潜热未被重新利用，而是通过盖板散失到环境中；太阳能蒸馏器内部的自然对流换热模式，大大限制了其热性能的提高；从蒸发器流出的浓海水温度较高，这部分热能未能充分利用；太阳能蒸馏器中待蒸发的海水热容量太大，限制了运行温度的提高，从而减弱了蒸发的驱动力。因此在现有的太阳能蒸馏技术研究基础上，通过改变实验条件来提高太阳能蒸馏器的热效率和产水量具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，包括一套太阳能海水淡化装置、一套相变蓄热系统和一套热能回收系统，

其中，太阳能海水淡化装置包括上部开口的长方形腔体，在腔体的上开口处覆盖有透明盖板、在透明盖板右侧底部下方安装三角状积水板，三角状积水板与腔体右侧板共同构成承接凝结水的集水槽，在集水槽处腔体前侧板上安装有下部凝水出口管，在箱体内的底板上安装分室隔板，分室隔板将腔体内部空间分割成上部连通的冷凝室和蒸发室，在蒸发室的腔体底板上覆盖有芯体材料层，在芯体材料层上安置折流板，在蒸发室上部的腔体前侧板上安装有海水进口管，在蒸发室下部，集水槽下方的腔体后侧板上安装有浓海水出口管，在冷凝室中，冷凝室的底板与分室隔板共同构成冷凝集水仓，在冷凝集水仓对应的腔体前侧板上安装上部凝水出口管，在冷凝室的前侧壁上安装低温海水进口管，在冷凝室的后侧壁上安装换热后的升温海水出口管，在进出口管之间连接冷凝器盘管，在太阳能海水淡化装置的下方安置有淡水收集箱和浓海水收集箱，淡水收集箱分别与上部凝水出口管和下部凝水出口管连接，浓海水收集箱与浓海水出口管连接；

其中，热能回收系统包括热能回收箱体，热能回收箱体的顶部管道通过进水阀与冷凝室升温海水出口管连接，热能回收箱体的侧壁通过管道与浓海水收集箱连接，连接管道穿入热能回收箱体后形成换热器盘管，换热器盘管的出口管再由热能回收箱体的上部侧壁穿出，在热能回收箱体的侧壁下部安装有原料海水出口管，原料海水出口管分别与相变蓄热阀门及直供水阀门连接；

其中，相变蓄热系统包括相变蓄热箱体，在相变蓄热箱体的内部安装相变蓄热材料，在相变蓄热箱体的前侧开口处安装采光板，在相变蓄热箱体的底边前侧绞装箱体保温板，由相变蓄热阀门输出的管道与相变蓄热箱体下侧壁上的蓄热进口管连接，蓄热进口管穿入箱体内部形成加热盘管，加热盘管穿出相变蓄热箱体上侧壁后与蓄热出口管连接，蓄热出口管与直供水阀门的出口管连接，直供水阀门的出口管通过水泵与蒸发室腔体前侧板上的海水进口管连接。

而且，所述芯体材料层具体为黑色棉布、黑色海绵或黑色竹炭布中的一种。

而且，在透明盖板底部边缘处安装向下的挡水板，顺透明盖板流下来的凝结水被挡水板阻挡后沿挡水板流向下方的集水槽。

而且，所述相变蓄热材料为石蜡、月桂酸或硬脂酸中的一种。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明相对于传统太阳能蒸馏器，在蒸发器底板安装折流板，延长海水在蒸馏器内的流动时间，减少热损失。

2、本发明水蒸汽在冷凝室中冷凝，原料海水作为冷却水，加快了海水蒸汽冷凝过程，同时回收蒸汽的冷凝潜热。

3、本发明芯体材料作为吸热层，倾斜式蒸馏器扩展了有效蒸发面积，海水在芯体表面形成一层薄水膜，其热容量较低，增大了海水的蒸发速率。

4、本发明对流出的浓海水进行热能回收，用于加热原料水，提高海水进水温度，加快蒸发速率。

5、传统蓄热式太阳能蒸馏装置通常在蒸馏器底部加入蓄热材料，降低了白天海水的蒸发速率，本发明采用外置式相变蓄热装置，在阳光充足的情况下可充当集热器，对原料海水进行预热，并储存多余的太阳能，在夜晚低温条件下释放热能，为海水蒸发提供驱动力，延长装置运行时间，增加产水量。

6、本发明蒸发冷凝速率快、充分利用热能，淡水产量相对提高。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中太阳能海水淡化装置结构示意图；

图3为本发明中相变蓄热系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，如图1或2所示，包括一套太阳能海水淡化装置、一套相变蓄热系统和一套热能回收系统，

其中，太阳能海水淡化装置包括为一个上部开口的长方形腔体2，在腔体的上开口处覆盖有透明盖板4、在透明盖板底部下方横向安装三角状积水板6，三角状积水板与腔体下部侧板共同构成承接凝结水的集水槽，在集水槽处腔体前侧板上安装有下部凝水出口管24，在腔体内的上部底板上横向安装有分室隔板1，分室隔板将腔体内部空间分割成上部连通的上部冷凝室21和下部蒸发室27，在蒸发室的腔体底板上覆盖有芯体材料层3，在芯体材料层上安置有折流板23，在蒸发室上部的腔体前侧板上安装有原料海水进口管22，在蒸发室下部，集水槽下方的腔体后侧板26上安装有浓海水出口管25，由海水进口管排入蒸发室的海水沿折流板逐级下流，并在下流过程中蒸发，最后由浓海水出口管排出，蒸发的热蒸汽越过分室隔板上升到蒸发室上部的冷凝室，冷凝室的底板与分室隔板共同构成冷凝集水仓，在冷凝集水仓对应的腔体后侧板上安装有上部凝水出口管19，在冷凝室的前侧壁上安装有低温海水进口管18，在冷凝室的后侧壁上安装有换热后的升温海水出口管17，在进出口管之间连接冷凝器盘管20，冷凝器盘管一方面加速蒸汽冷凝，同时给最初引入的低温海水加热，大大提高了整套设备的效率，在太阳能海水淡化装置的下方安置有淡水收集箱7和浓海水收集箱8，淡水收集箱分别与上部凝水出口管和下部凝水出口管连接，收集淡水，浓海水收集箱与浓海水出口管连接收集蒸发并升温后的浓海水；

其中，热能回收系统包括热能回收箱体11，热能回收箱体的顶部管道通过进水阀15与冷凝室升温海水出口管连接，装成初步升温后的海水，热能回收箱体的底部侧壁通过管道与浓海水收集箱连接，连接管道穿入热能回收箱体后形成换热器盘管12，温度较高的浓海水进一步为初步升温后的海水加热，换热器盘管的出口管13再由热能回收箱体的上部侧壁穿出，在热能回收箱体的侧壁下部安装有原料海水出口管，原料海水出口管分别与相变蓄热阀门10及直供水阀门14连接；

其中，相变蓄热系统包括相变蓄热箱体9，在相变蓄热箱体的内部安装相变蓄热材料31，在相变蓄热箱体的前侧开口处安装采光板32，在相变蓄热箱体的底边前侧绞装箱体保温板30，在阳光充足的情况下打开保温板，相变蓄热箱可充当集热器，对原料海水进行预热，并储存多余的太阳能，在夜晚低温条件下闭合保温板，相变蓄热箱释放热能，为海水蒸发提供驱动力，由相变蓄热阀门输出的管道与相变蓄热箱体下侧壁上的蓄热进口管29连接，蓄热进口管穿入箱体内部形成变相加热盘管33，变相加热盘管穿出相变蓄热箱体上侧壁后与蓄热出口管28连接，蓄热出口管与直供水阀门的出口管连接，直供水阀门的出口管通过水泵16与蒸发室箱体前侧板上的海水进口管连接。在运行初期，关闭相变蓄热阀门，打开直供水阀门，热能回收箱体内的原料海水直接输送至太阳能海水淡化装置，待相变蓄热材料融化后，打开相变蓄热阀门，关闭直供水阀门，热能回收箱体内的原料海水通过相变蓄热箱体后输送到太阳能海水淡化装置。

在本发明的具体实施中，所述芯体材料层优选黑色棉布、黑色海绵或黑色竹炭布。

在本发明的具体实施中，在透明盖板底部边缘处安装向下的挡水板5，顺透明盖板流下来的凝结水被挡水板阻挡后沿挡水板流向下方的集水槽。

在本发明的具体实施中，所述相变蓄热材料为石蜡、月桂酸或硬脂酸。

工作原理

原料海水通过水泵通过海水进口输送至太阳能蒸馏装置内，在芯体材料层表面形成一层薄水膜，经折流板多次折流后，经浓海水出口排至浓海水收集箱中，通过换热器盘管在热能回收装置中进行换热后，从低温浓海水出口排出，同时，大部分水蒸汽在冷凝室中冷凝，冷凝水在冷凝室集水仓中汇集，经冷凝室冷凝水排出口排出至淡水收集箱内，一小部分在盖板的内表面冷凝，流至挡板处，流至凝结水的集水槽中，通过冷凝水出口排出蒸馏器流至淡水收集箱内。低温海水通过低温海水进口，经冷凝器，通过出口排出至热能回收装置，换热后输送至蒸馏器内。在阳光充足时，相变蓄热装置进行储热，打开保温板，太阳能透过采光板使相变蓄热材料进行固-液相变，打开蓄热箱阀门，原料水通过蓄热箱进口进入相变蓄热装置进行加热，从蓄热箱出口排出，输送至蒸馏器内。当太阳能辐射强度降低时，关闭保温板，相变蓄热材料开始释放热能。

Claims (4)

1.一种外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括一套太阳能海水淡化装置、一套相变蓄热系统和一套热能回收系统，

其中，太阳能海水淡化装置包括上部开口的长方形腔体，在腔体的上开口处覆盖有透明盖板、在透明盖板右侧底部下方安装三角状积水板，三角状积水板与腔体右侧板共同构成承接凝结水的集水槽，在集水槽处腔体前侧板上安装有下部凝水出口管，在腔体内的底板上安装分室隔板，分室隔板将腔体内部空间分割成上部连通的冷凝室和蒸发室，在蒸发室的箱体底板上覆盖有芯体材料层，在芯体材料层上安置折流板，在蒸发室上部的腔体前侧板上安装有原料海水进口管，在蒸发室下部，集水槽下方的腔体后侧板上安装有浓海水出口管，在冷凝室中，冷凝室的底板与分室隔板共同构成冷凝集水仓，在冷凝集水仓对应的腔体前侧板上安装上部凝水出口管，在冷凝室的前侧壁上安装低温海水进口管，在冷凝室的后侧壁上安装换热后的升温海水出口管，在进出口管之间连接冷凝器盘管，在太阳能海水淡化装置的下方安置有淡水收集箱和浓海水收集箱，淡水收集箱分别与上部凝水出口管和下部凝水出口管连接，浓海水收集箱与浓海水出口管连接；

其中，热能回收系统包括热能回收箱体，热能回收箱体的顶部管道通过进水阀与冷凝室升温海水出口管连接，热能回收箱体的侧壁通过管道与浓海水收集箱连接，连接管道穿入热能回收箱体后形成换热器盘管，换热器盘管的出口管再由热能回收箱体的上部侧壁穿出，在热能回收箱体的侧壁下部安装有原料海水出口管，原料海水出口管分别与相变蓄热阀门及直供水阀门连接；

其中，相变蓄热系统包括相变蓄热箱体，在相变蓄热箱体的内部安装相变蓄热材料，在相变蓄热箱体的前侧开口处安装采光板，在相变蓄热箱体的底边前侧绞装箱体保温板，由相变蓄热阀门输出的管道与相变蓄热箱体下侧壁上的蓄热进口管连接，蓄热进口管穿入箱体内部形成加热盘管，加热盘管穿出相变蓄热箱体上侧壁后与蓄热出口管连接，蓄热出口管与直供水阀门的出口管连接，直供水阀门的出口管通过水泵与蒸发室腔体前侧板上的海水进口管连接。

2.根据权利要求1所述的外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述芯体材料层具体为黑色棉布、黑色海绵或黑色竹炭布中的一种。

3.根据权利要求1所述的外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，其特征在于：在透明盖板底部边缘处安装向下的挡水板，顺透明盖板流下来的凝结水被挡水板阻挡后沿挡水板流向下方的集水槽。

4.根据权利要求1所述的外凝结式倾斜芯型太阳能蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述相变蓄热材料为石蜡、月桂酸或硬脂酸中的一种。