CN106915791A - 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置 - Google Patents

具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106915791A
CN106915791A CN201710166398.XA CN201710166398A CN106915791A CN 106915791 A CN106915791 A CN 106915791A CN 201710166398 A CN201710166398 A CN 201710166398A CN 106915791 A CN106915791 A CN 106915791A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
horizontal
evaporator
seawater
optically focused
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710166398.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106915791B (zh
Inventor
伍纲
郑宏飞
王秋实
祝子夜
赵云胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201710166398.XA priority Critical patent/CN106915791B/zh
Publication of CN106915791A publication Critical patent/CN106915791A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106915791B publication Critical patent/CN106915791B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/08—Thin film evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，属于太阳能集热、海水淡化和水处理领域。本发明包括多级卧式蒸发器，排浓水箱和淡水箱。多级卧式蒸发器的下部空腔体作为太阳能接收器，其开口平面置于整个聚光系统的焦斑位置，太阳光经聚光后直接进入蒸发器的下部空腔体中，加热腔体的内壁。进入布水器的海水在卧式圆柱外表面降膜蒸发，各级外侧腔体重复利用内侧腔体蒸汽的凝结潜热，直到最外面一级管槽。由于内向外各级腔室的传热面积增加，有利于维持较小的传热温差，提高整个蒸发器的蒸发与凝结效率。蒸汽在各蒸发腔内蒸发冷凝成淡水，各级管槽内壁凝结的淡水经汇集后输出。

Description

具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置
所属技术领域
本发明属于太阳能聚光与海水淡化利用技术领域。具体地说是一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置。
背景技术
海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径，而利用太阳能来进行海水淡化，能够在一定程度上解决部分区域能源不足的问题。目前太阳能海水淡化系统，存在投资成本过大和能效利用率低的缺点，导致难以实现工业化。综合分析淡水产量低的原因，主要有：未充分利用凝结潜热，待蒸发海水热容量较大，换热管道热损失大和自然对流换热方式缓慢等。投资成本过大的原因，主要是换热设备投资大且装置对负压有一定要求。因此如要提高太阳能利用率，则应该降低级间的温差，增加级数，从而最大限度地利用潜热。降膜蒸发作为一项非常成熟的技术，能改善海水热容量大的缺点。如要要降低成本，应该减少换热设备在系统中的占比，使海水能够直接被太阳能加热，减少装置对负压的要求。
公开专利CN102167413A利用太阳能聚光器将光线集中在内层海水槽底面涂层上，每层套管都是透明的，这样蒸汽会在套管内表面凝结成小水珠，影响光线的透射，从而影响系统的产水效果。公开专利CN102092801A提出的多效蒸发海水淡化的水平管式布水法，没有充分利用淡水的凝结潜热。公开专利CN104591327A利用太阳能聚光器将高温工质液加热多级同心套管的最里层加热管，该方式重复利用汽化潜热，具有回热作用，但高温工质输送管道存在一定的散热损失。
为了解决这些矛盾，依据分级回热和聚光直热的基本思想，设计了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，利用太阳能直接产生淡水。该装置将太阳光，反射后聚集在底部管槽内表面，高温的腔体表面使降膜海水不断蒸发。多级管槽逐级向外，蒸汽在外侧管内表面冷凝，从而收集淡水。因而具有集热效率高，产水量大的优点。
一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，包括多级套管式蒸发器，布水器，菲涅尔反射镜，淡水箱和排浓水箱组成。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：菲涅尔反射镜组成的镜场将入射太阳光聚焦到多级卧式蒸发器的最内层下表面，使其上表面的温度不断升高。多级管槽偏心布置，偏向底部一侧，在上侧形成月牙形蒸发空间。外部海水先通过布水器在最内层壁面上形成降膜并蒸发，水蒸气外侧壁面的下表面凝结出淡水，淡水滑落到下表面上的淡水槽内，被进一步收集。降膜到底部的浓海水被水泵送入外层蒸发腔体中，可重复利用。
工作原理是：菲涅尔镜场将太阳光反射聚焦到多级卧式蒸发器的内管内侧面，使得内层管体温度不断上升。循环水泵将海水送入布水器，经过布水器的海水，在内层管体表面形成降膜并蒸发，水蒸气在外层壁面内遇冷从而凝结出淡水，释放的凝结潜热用于加热外层管壁。淡水在外层壁面上滑落入淡水槽内。降膜后位于管体底部的海水，被送入外层蒸发腔体，重复上一过程。外层蒸发腔体底部的浓海水，最终从底部排出装置。
有益效果：
(1)最大限度利用水蒸气的汽化潜热以及各种高温水的显热，用来预热海水和加热待蒸发海水，及降低系统的能耗；
(2)降膜蒸发，保证液膜均匀分配，以减少热容量对蒸发换热的影响。
(3)由内向外各级蒸发室的传热面积逐步增加，有利于维持较小的传热温差，提高整个蒸发器的级数。
附图说明
图1为本发明装置示意图；
图2为本发明多级偏心管卧式蒸发器的立体结构图；
图3为布置有蜂窝孔和分水棱的亲水陶瓷膜结构；
图4为本发明的菲涅尔反射淡化装置的平面效果图；
图5为本发明的菲涅尔反射淡化装置的立体效果图；
图6为本发明采用三角形腔体的多级蒸发器实施例图。
其中，1—入射光线；2—淡水箱；3—淡水管道；4—淡水槽；5—多级卧式蒸发器；5a—蒸发器内壁面；5b—蒸发器中间壁面；5c—蒸发器外壁面；6—海水入口；7—循环泵；8—节流阀；9—布水器；10—水蒸气；11—凝结淡水；12—海水管道；13—海水出口；14—排浓水箱；15—支架；16—菲涅尔镜场；17—亲水陶瓷膜；18—蜂窝孔；19—分水棱。
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和2所示，本发明提供了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，利用太阳能直接产生淡水。多级卧式蒸发器5管槽偏心布置，最内层为蒸发器内壁面5a,中间层为蒸发器中间壁面5b,最外层为蒸发器外壁面5c。入射光线1被反射聚焦到多级偏心管槽的蒸发器内壁面5a，使得蒸发器内壁面5a温度不断上升。内壁面5a外表面布有亲水陶瓷膜17，其上均布有蜂窝孔18和分水棱19。循环泵7将通过海水入口6的海水送入布水器9，经过布水器9的海水，在蒸发器内壁面5a表面实现降膜蒸发，水蒸气10在蒸发器中间壁面5b内遇冷生成凝结淡水11，释放的凝结潜热用于加热蒸发器中间壁面5b外侧。淡水凝结在空间上壁面后滑落入淡水槽4内，最终通过淡水管道3输出到淡水箱2。降膜后位于管体底部的海水，从海水出口13被送入外层蒸发腔体，重复上一过程。最终外层蒸发腔体底部的浓海水，最终从底部排出到排浓水箱14。
如图3所示，降膜的海水在下降过程中，由于亲水陶瓷膜17的亲水性能，海水在蒸发器5a的外表面形成水膜，且由于蜂窝孔18和分水棱19的结构，会在外表面形成很多“热陷阱”，增大了外表面的热阻，使得海水膜得到了充分加热。
图4和图5是利用菲涅尔镜场16将入射光线1聚焦到支架15上的管槽蒸发器最内侧面示意图。菲涅尔镜场16是一种结构简单的系统，它采用靠近地面放置的多个几乎是平面的镜面结(带单轴太阳跟踪的线性菲涅尔反射镜)。此类系统由于聚光倍数只有数十倍，因此加热温度并不高，能够达到要求；而且系统结构简单，其建设和维护成本也相对较低。
图6为本发明采用三角形腔体的多级蒸发器实施例图。三角形腔体均为平面结构，结构易于加工制造。运行原理与圆柱状多级管槽一致。
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 (4)

1.一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，其特征在于，所述结构包括淡水槽(4)、多级卧式蒸发器(5)和布水器(9)。其中，所述的多级卧式蒸发器(5)由多层管槽靠近底部一侧全部焊接在一起，且端头处封闭。各层管槽之间偏心布置，偏向底部一侧，从而形成蒸发冷凝空间。布水器(9)位于各级管槽的最高点位置，降膜后的海水聚集到蒸发冷凝空间的下部。淡水槽(4)位于位于各级冷凝面的下端，接收冷凝滑落下来的淡水，最终收集到淡水箱(2)内。
2.如权利要求1所述的一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，其特征在于，多级卧式蒸发器(5)开口朝下，经反射的太阳光直接聚光加热蒸发器内壁面(5a)。
3.如权利要求1所述的一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，其特征在于，海水经过布水器(9)，自上而下在各级蒸发壁面上形成均匀降膜。最外层腔体内浓海水通过海水出口(13)，最终被收集到排浓水箱(14)内。内层腔体蒸发器内壁面(5a)上的温度较高的海水，在底部海水出口(13)处被送入外层腔体的布水器(9)中，海水因其温度由高到低而被逐级利用。内层腔体的凝结潜热，成为外层腔体降膜海水所吸收的热能。
4.如权利要求1所述的一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，其特征在于，多级卧式蒸发器(5)中蒸发器内壁面(5a)的内侧腔体上有太阳光选择性吸收涂层。蒸发器(5)外壁降膜表面涂有亲水陶瓷膜(17)，其表面均布有蜂窝孔(18)和分水棱(19)。
CN201710166398.XA 2017-03-20 2017-03-20 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置 Expired - Fee Related CN106915791B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710166398.XA CN106915791B (zh) 2017-03-20 2017-03-20 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710166398.XA CN106915791B (zh) 2017-03-20 2017-03-20 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106915791A true CN106915791A (zh) 2017-07-04
CN106915791B CN106915791B (zh) 2020-05-08

Family

ID=59460535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710166398.XA Expired - Fee Related CN106915791B (zh) 2017-03-20 2017-03-20 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106915791B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107878710A (zh) * 2017-11-21 2018-04-06 湖北工业大学 一种具有海水净化功能的海上救生圈
CN107954493A (zh) * 2017-11-27 2018-04-24 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种海水淡化装置
CN108314121A (zh) * 2018-04-17 2018-07-24 美丽国土（北京）生态环境工程技术研究院有限公司 苦咸水淡化装置及苦咸水淡化方法
CN114229937A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 中国矿业大学 一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102167413A (zh) * 2011-01-13 2011-08-31 北京理工大学 一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器
CN102603022A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 北京理工大学 一种用于管式太阳能海水淡化装置的亲水蒸发槽
CN103288158A (zh) * 2013-06-07 2013-09-11 中国科学院工程热物理研究所 一种高效太阳能海水淡化装置
WO2014172859A1 (zh) * 2013-04-24 2014-10-30 Liou Wen Yen 太阳能海水淡化装置
CN104591327A (zh) * 2014-09-19 2015-05-06 集美大学 回路热管式圆筒型太阳能海水淡化装置
CN104828890A (zh) * 2015-04-24 2015-08-12 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种具有主动冷凝功能的晾晒式海水淡化装置及方法
CN205419833U (zh) * 2015-12-02 2016-08-03 西安交通大学城市学院 一种槽型太阳能海水淡化装置
CN105923677A (zh) * 2016-06-17 2016-09-07 北京理工大学 抛物面聚光与热蒸汽脉动复合的多级降膜海水淡化装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102167413A (zh) * 2011-01-13 2011-08-31 北京理工大学 一种带聚光功能的多效套管式太阳能海水淡化器
CN102603022A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 北京理工大学 一种用于管式太阳能海水淡化装置的亲水蒸发槽
WO2014172859A1 (zh) * 2013-04-24 2014-10-30 Liou Wen Yen 太阳能海水淡化装置
CN103288158A (zh) * 2013-06-07 2013-09-11 中国科学院工程热物理研究所 一种高效太阳能海水淡化装置
CN104591327A (zh) * 2014-09-19 2015-05-06 集美大学 回路热管式圆筒型太阳能海水淡化装置
CN104828890A (zh) * 2015-04-24 2015-08-12 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种具有主动冷凝功能的晾晒式海水淡化装置及方法
CN205419833U (zh) * 2015-12-02 2016-08-03 西安交通大学城市学院 一种槽型太阳能海水淡化装置
CN105923677A (zh) * 2016-06-17 2016-09-07 北京理工大学 抛物面聚光与热蒸汽脉动复合的多级降膜海水淡化装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵恕: "小型海水淡化装置的设计", 《中国电力教育》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107878710A (zh) * 2017-11-21 2018-04-06 湖北工业大学 一种具有海水净化功能的海上救生圈
CN107954493A (zh) * 2017-11-27 2018-04-24 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种海水淡化装置
CN108314121A (zh) * 2018-04-17 2018-07-24 美丽国土（北京）生态环境工程技术研究院有限公司 苦咸水淡化装置及苦咸水淡化方法
CN108314121B (zh) * 2018-04-17 2023-06-09 美丽国土（北京）生态环境工程技术研究院有限公司 苦咸水淡化装置及苦咸水淡化方法
CN114229937A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 中国矿业大学 一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106915791B (zh) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105923676B (zh) 高效太阳能海水淡化与空调制冷联合运行方法与系统
CN106915791A (zh) 具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置
CN104591327B (zh) 回路热管式圆筒型太阳能海水淡化装置
CN105174339B (zh) 顺向聚光多效回热阵列式加湿除湿太阳能海水淡化装置
CN1323032C (zh) 太阳能热泵联合海水淡化装置
CN102205993B (zh) 一种逆流闭式多级海水淡化系统及方法
CN101893327B (zh) 一种太阳能热水热电转换装置
CN209685356U (zh) 一种高效聚光太阳能海水淡化系统
KR20110003761A (ko) 히트파이프를 이용한 태양열 증발식 해수 담수화 장치
CN107445233A (zh) 一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统
KR20160060283A (ko) 해수담수화가 가능한 태양광발전장치
CN101838023A (zh) 太阳能蒸馏海水淡化及原水净化工艺
CN104192930B (zh) 太阳能分离式热管海水淡化装置
CN109179543B (zh) 一种高效聚光太阳能海水淡化技术及系统
CN105923677B (zh) 抛物面聚光与热蒸汽脉动复合的多级降膜海水淡化装置
CN111960494A (zh) 一种基于cpc的免追踪聚光集热脱盐系统
CN105600854B (zh) 一种设置环路热管的海水淡化系统
CN102849813A (zh) 太阳能多效蒸馏系统
CN107098419A (zh) 一种太阳能空调海水淡化系统
CN208008495U (zh) 一种太阳能蒸发器
CN115838193A (zh) 一种聚光直接加热螺旋降膜蒸发式太阳能蒸馏装置
CN113735213B (zh) 一种动力强化蒸发的聚焦型太阳能海水淡化装置
CN216377553U (zh) 一种基于cpc集热的太阳能海水淡化与透明辐射冷凝器相结合的全天淡水收集系统
CN105174338B (zh) 聚光加热多效回热矩阵式空气加湿除湿型太阳能海水淡化装置
CN111792692B (zh) 一种荧光聚光供能的太阳能海水淡化装置及淡化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200508