CN1058471C - 太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置，是由太阳能热水器、热交换器、由多个闪蒸单管构成梯级闪蒸淡水发生器，循环泵、淡水储罐等构成。该装置利用太阳能加热海水，使其蒸发成为水蒸汽后，再冷凝成淡水；该装置利用能量梯级利用概念，使热能多次循环重复应用，从而大大提高太阳能的利用效率。

Description

太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置
本发明涉及一种太阳能利用装置，确切地说，涉及一种利用太阳能作为一次能源，用海水或高矿化度水制取淡水的装置。
太阳能是极其丰富，又极待开发利用的能源，在四十分钟时间内辐射到地球表面的太阳能，相当于如今全世界一年的能源消费量。太阳能又是一种干净、无污染和对环境无影响的很好的一种能源，品位高，资源丰裕，只是能量密度低；而且，它几乎不受地区限制，许多地方都可以利用太阳能。由于地球内部储存的一次能源逐年减少，自七十年代以来，开发普及利用太阳能已成为整个社会乃至世界所急需解决的重要能源课题之一。现在，经多年研制开发，太阳能的开发利用技术正处于突破的边缘，如美国已建成了1千瓦级中央塔式聚焦太阳辐射热发电站；日本完成了1千瓦级线聚焦太阳辐射热发电站的研制......我国也在太阳能开发利用上投入了相当大的人、财、物，并已有若干项取得显著效益的成果。申请人在多年研制的基础上，申报了若干项太阳能开发利用的基础装置的专利申请，如“一种平动太阳能聚能器”(申请号：CN93109064.4)、“一种梯级升温数控太阳能锅炉”(申请号：CN93117777.4)等，要为太阳能造福人类的事业大厦添砖加瓦。
本发明的目的是提供一种太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置。
本发明是这样实现的：包括有太阳能热水器、热交换器、由多个闪蒸单管构成的梯级闪蒸淡水发生器、循环泵、淡水储罐，其特征在于：其中的太阳能热水器是由多个并排放置的圆弧反射镜及互相串接的安装在每个圆弧反射镜的圆弧中点所在半径上的多个真空吸热管所组成；该热水器的输出端通过热交换器中的散热管与其输入端相连而构成循环管路；该热交换器中的吸热管的输出端与梯级闪蒸淡水发生器中的第一个闪蒸单管中的冷凝管顶部的输入端相连通，该闪蒸单管中的蒸发器出口则与第二个闪蒸单管中的冷凝管顶部的输入端相连通，并依此顺序相接构成梯级闪蒸淡水发生器；各个闪蒸单管的蒸发器下端输入口通过循环泵接有海水，各个冷凝管的下端出口都与淡水储罐相连通，每个闪蒸单管的上侧壁上还设有气液出口，这些气液出口管汇总后与热交换器中的吸热管的输入端相连通；上述梯级闪蒸淡水发生器中的每个闪蒸单管的蒸发器顶部近旁都设有压力传感器和温度传感器；在每个闪蒸单管的下端海水输人口，侧壁上的气液输出口和其蒸发器出口处都安装有接收可编程控制器指令控制的数控阀。
上述闪蒸单管是由外侧套管构成的蒸发器和由钛或铜材芯管构成的冷凝器组成。
本发明是在太阳能热水器的基础上，利用能源梯级利用概念设计制造的一种海水淡化或纯水制取的新型装置。该装置工作机理仍为经典的闪蒸法，即将海水加热蒸发后再将水蒸汽冷凝成蒸馏水；只是其应用了能量梯级利用新概念：将一定品位的热能，采取梯级顺序降压闪蒸而将一次能源进行多级利用，也就是将热能在完成一次热力循环后又转至下一级再次重复利用，从而大大提高了太阳能的利用效率。
本发明的另一特点是将通常海水淡化装置中简单的开环式热力学循环改成准闭环式，即本发明是一个将其循环工质在冷凝过程所释放的汽化潜热再次作为热源送到下一个降低了热力参数的次级循环单元体中重复利用而构成的一个准闭环式热力循环生产装置，这样只要消耗一个循环的热源就可以依次完成一系列单级热力学循环，不仅大量节约一次能源，还节省了大量冷却水消耗。
图1是本发明中太阳能热水器、热交换器、梯级闪蒸淡水发生器，循环泵和淡水储罐的结构组成关系示意图。
图2是本发明中传感器、可编程控制器和数控阀门的结构关系的示意图。
参见图1，1是太阳能热水器，它是由多个并排放置的圆弧反射镜11及互相串接的安装在圆弧反射镜的圆弧中点所在半径上的多个真空吸热管12所组成。应使该反射镜的轴线为南北方向，并使其轴线与水平面的夹角为安装使用地的纬度值。该太阳能热水器1的结构与申请人专利《一种免动跟踪太阳能聚能器》(CN93219582)相类似、特点是机械结构相当简单。热水器1的输出端通过热交换器2中的散热管21与其输入端相连而构成循环管路。热交换器2中吸热管22的输出端与梯级闪蒸淡水发生器3中的第一个闪蒸单管31中的冷凝管311顶部的输入端312相连通。该闪蒸单管31的蒸发器出口315则与第二个闪蒸单管32中的冷凝管321顶部的输入端相连通，并依次顺序相接构成梯级闪蒸淡水发生器3；上述闪蒸单管是由外侧套管构成的蒸发器和由钛或铜材芯管构成的冷凝器组成，两者采用逆流方式进行热交换。每个蒸发器套管的外侧应缠围有绝热护套。每个闪蒸单管的蒸发器下端输入口(例如314等)，通过循环泵8而接有海水，各个冷凝管的下端出口(例如313等)都与淡水储罐4相连通，每个闪蒸单管的上部侧壁上还设有气液出口(例如315)等，这些气液出口管汇总后与热交接器2中的吸热管22的输入端相连，由此而构成工质的准闭环式热力循环。上述梯级闪蒸淡水发生器中的每个闪蒸单管的蒸发器顶部近旁都设有压力传感器5和温度传感器7，在每个闪蒸单管下端的海水输入口、侧壁上的气液输出口和其蒸发器出口处都可以安装有接收可编程控制器9指令控制的数控阀门5，上述传感器6、7的输出端则与可编程控制器9的输入端相连。
本发明的工作原理相当简单，每个闪蒸单管由V1、V2，V3三个数控阀控制其中工质的工作状态，即使其处理的海水热力学特性相当于在开口状态下的热管中工作，让流入同一闪蒸单管的冷凝器和流出其蒸发器的工质都处于接近两相边缘状态，这样每个闪蒸单管就基本上处于热管状态工作。在这种状态下，流入冷凝器的工作介质与流出同一闪蒸单管的蒸发器的工质，温差可以控制在1℃-3℃之间，两者温差越低，每一级闪蒸的热品位落差就越少，可以重复利用的工质循环次数就越多。据测算，如果太阳能装置的输出温度为140℃，每级闪蒸的温差控制在5℃以内，由140℃-100℃可以安排9组闪蒸单元。通常每消耗1000千卡热能可制备淡水10升，一个在纬度15-20°沿海或岛屿上安装的面积500M2的太阳能装置，一天可制取淡水150吨。
能源梯级利用是我国已故知名科学家吴仲华先生应用经典物理学原理而推导研制出的新的系统概念。该概念的基本原理相当简单，但真正要将各个单元按照严格的梯级顺序，处于准确的热力状态工作，离开当代高新技术是不可能实现的。
本发明装置没有易损件，耗电很少，运行费用低，特别适合我国南方海岛，海上石油平台和西北沙漠盐碱地区等场合应用。

Claims (2)

1、一种太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置，包括有太阳能热水器、热交换器、由多个闪蒸单管构成的梯级闪蒸淡水发生器、循环泵、淡水储罐，其特征在于：其中的太阳能热水器是由多个并排放置的圆弧反射镜及互相串接的安装在每个圆弧反射镜的圆弧中点所在半径上的多个真空吸热管所组成；该热水器的输出端通过热交换器中的散热管与其输入端相连而构成循环管路；该热交换器中的吸热管的输出端与梯级闪蒸淡水发生器中的第一个闪蒸单管中的冷凝管顶部的输入端相连通，该闪蒸单管中的蒸发器出口则与第二个闪蒸单管中的冷凝管顶部的输入端相连通，并依此顺序相接构成梯级闪蒸淡水发生器；各个闪蒸单管的蒸发器下端输入口通过循环泵接有海水，各个冷凝管的下端出口都与淡水储罐相连通，每个闪蒸单管的上侧壁上还设有气液出口，这些气液出口管汇总后与热交换器中的吸热管的输入端相连通；上述梯级闪蒸淡水发生器中的每个闪蒸单管的蒸发器顶部近旁都设有压力传感器和温度传感器；在每个闪蒸单管的下端海水输入口，侧壁上的气液输出口和其蒸发器出口处都安装有接收可编程控制器指令控制的数控阀。
2、如权利要求1所述的太阳能梯级顺序闪蒸海水淡化装置，其特征在于：上述闪蒸单管是由外侧套管构成的蒸发器和由钛或铜材芯管构成的冷凝器组成。
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