CN111233065A - 一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统涉及太阳能光热利用和海水淡化领域。海水蒸馏水箱内的海水，通过循环增压泵输送并储存至储热型太阳能集热器内。通过储热型太阳能集热器吸收太阳能转化成热量，直接加热其内储存海水。海水达到目标温度后，打开节流控制阀，海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上冷凝成纯净水从蒸馏水出口管流出，至淡水储罐。剩余未蒸发海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏。蒸馏水出口管安装余热回收冷却装置，用于回收蒸馏水余热并加热新鲜海水，待海水蒸馏水箱液位下降后，余热回收冷却装置所存海水通过海水补水口进入海水蒸馏水箱。本系统具有结构简单、高效集热、循环蒸馏、全热回收等优势，适合推广。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳能光热利用和海水淡化技术领域，具体是一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统。
背景技术：
随着世界经济的发展，淡水资源已经成为水资源匮乏地区制约经济发展的重要因素之一。目前，世界海水淡化市场年成交额已达数十亿美元，海水淡化是当今世界竞相研究的高新技术，在沿海城市和岛屿，应用海水淡化开发水源已经成为各国采用的方式，尤其是太阳能海水淡化已经成为新能源的研究热点。
太阳能作为一种可再生能源，清洁安全，不污染环境，利用太阳能淡化海水是一项利国利民并有利于环境的工程，符合人类可持续发展的要求。现有的太阳能海水淡化技术主要有太阳能蒸馏技术、太阳能多级闪蒸、太阳能多效沸腾等。太阳能多级闪蒸、太阳能多效沸腾等技术容易与太阳能结合在一起，但是存在不利于小型化，设备需要用到真空设备，设备投资较大等缺点。因此寻找技术途径，高效收集太阳能热并连续运行进行海水淡化，就成为解决淡水资源匮乏的重要方向。
发明内容：
本发明在于提供了一种高效可靠、连续生产并且节能环保的基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统。
一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统，包括海水蒸馏水箱、储热型太阳能集热器、蒸馏水出口管、海水补水口、循环增压泵、海水泵、节流控制阀、淡水储罐和余热回收冷却装置；
海水蒸馏水箱内通过循环增压泵连接至储热型太阳能集热器；储热型太阳能集热器通过节流控制阀连接海水蒸馏水箱，形成一个循环回路；海水蒸馏水箱通过蒸馏水出口管连接至淡水储罐；
海水蒸馏水箱设置海水补水口；
蒸馏水出口管连接余热回收冷却装置；海水补水口连接余热回收冷却装置，余热回收冷却装置连接海水泵。
所述海水蒸馏水箱内的海水，通过循环增压泵输送并储存至储热型太阳能集热器内；通过储热型太阳能集热器吸收太阳能转化成热量，直接加热其内所储存海水；海水达到目标温度后，打开节流控制阀，海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上冷凝成纯净水从蒸馏水出口管流出，至淡水储罐；剩余未蒸发海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏；蒸馏水出口管安装余热回收冷却装置，用于回收蒸馏水余热并加热新鲜海水，待海水蒸馏水箱液位下降后，余热回收冷却装置所存海水通过海水补水口进入海水蒸馏水箱。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统包括海水蒸馏水箱、储热型太阳能集热器、蒸馏水出口、海水补水口、循环增压泵、海水泵、节流控制阀、淡水储罐、储热型太阳能集热器自带的储热水箱和余热回收装置。
1、所述储热型太阳能集热器自带储热水箱，储热水箱有出水口和进水口。储热型太阳能集热器吸收太阳光辐照能量转化成热量后，直接换热储存在自带的储热水箱内海水内。本发明专利中可以配置多个储热型太阳能集热器。储热型太阳能集热器的集热温度可达到100-150℃。所述储热型太阳能集热器内部涂有防腐涂层，材质为聚氨酯、环氧树脂或者氟树脂，厚度为10～200微米。
2、所述海水蒸馏水箱为不锈钢材质，在海水蒸馏水箱内部设置消沫器。消沫器由网眼很细的丝网组成，如200～500目之间的丝网，材质为耐腐蚀材料，如不锈钢丝、黄铜丝或者碳纤维丝等。海水蒸馏水箱外部有保温材料，如聚氨酯等。海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上流动，遇冷释放出潜热，凝结为淡水，从蒸馏水出口流出至淡水储罐。而剩余海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏。海水蒸馏水箱液位下降后，通过海水补水口补充已充分预热的海水。
3、淡水储罐上部与上述海水蒸馏水箱的蒸馏水出口连通，连接水管无保温，淡水储罐为常压储罐，设有排气阀与大气相通。
4、海水蒸馏水箱内的海水，通过循环增压泵输送并储存至储热型太阳能集热器所含储热水箱。通过储热型太阳能集热器吸收太阳光辐照能量并转化成热量，直接加热储热型太阳能集热器内所储存海水。海水达到目标温度后，打开节流控制阀，海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上流动，遇冷释放出潜热，凝结为淡水，从蒸馏水出口流出至淡水储罐。而剩余海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏。海水蒸馏水箱液位下降后，余热回收冷却装置所存海水通过海水补水口进入海水蒸馏水箱。
5、设置余热回收冷却装置，用于快速冷凝水蒸气加快蒸馏速度，同时回收水蒸气和冷凝水所含余热。余热回收冷却装置为双管式设计，分别为蒸馏水管和海水管。管材质为铝合金、铜合金或不锈钢，蒸馏水管内蒸馏水从上往下流动，海水管内海水从下往上流动。双管间通过热管进行换热，热管材质为铝合金或铜。通过余热回收冷却装置，水蒸气快速冷凝成冷凝水，随着冷凝水向下流动，冷凝水所含热量通过热管传递并换热至海水管。海水管内海水被不断加热，回收冷凝水余热后进入海水蒸馏水箱。
所述储热型太阳能集热器包括真空管太阳能集热器、储热水箱以及支架；
所述真空管太阳能集热器包含太阳能真空集热管和中间平板导热板；
所述太阳能真空集热管包含外层玻璃管和内层玻璃管，两层玻璃管管口熔封连接，管间抽成真空；所述内层玻璃管外表面镀有金属吸热膜；金属吸热膜经过多靶材磁控溅射镀膜而成，靶材为铜、铝、钛、铬或者不锈钢，该镀膜厚度为100～1000纳米；
所述中间平板导热板为铜板、铝板、石墨烯板，或者平板热管，板厚度为2～5mm，中间平板导热板下端插入太阳能真空集热管内，所述储热水箱与中间平板导热板上端直接连接，储热水箱有进水口和出水口；
利用真空管太阳能集热器吸收太阳能并转化成热量，通过在太阳能真空集热管内设置的中间平板导热板将太阳能热量向上传导，与储热水箱进行换热，热量被储存在储热水箱内海水中。
本发明专利的有益效果在于：
1、本发明专利由于采用高效的储热型太阳能集热设备，收集相对分散的太阳能，储热型太阳能集热器的集热温度可达100～150℃，完成对海水的加热蒸发，提高海水淡化率。
2、本系统使用储热型太阳能集热器，在集热器所储海水未达到目标温度前不进行蒸馏淡化。当达到目标温度后可自动连续进行喷液、蒸发、冷凝、余热回收、补充海水和增压循环等全部流程。由于集热器内储存一定量的高温海水，可连续进行淡化过程，不受太阳光辐照强度变化影响。当太阳能不足以维持最低喷液温度后，停止海水淡化过程。
3、本专利具有全热回收的特点，系统中设置余热回收冷却装置，既快速冷凝水蒸气加快蒸馏速度，又回收水蒸气和冷凝水所含余热用于加热新鲜海水。海水在集热器吸收太阳能热量，在海水蒸馏水箱完成蒸发冷凝淡化过程后，所含热量大部分转移到新鲜海水中。整个淡化系统除了散热损失热量外，大部分热量被循环重复利用，可大幅提高海水淡化效率。
4、本系统具有结构简单、高效集热、循环蒸馏、全热回收等优势，适合大规模推广。
附图说明
图1、一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统流程图
41、海水蒸馏水箱42、储热型太阳能集热器43、蒸馏水出口管44、海水补水口45、循环增压泵46、节流控制阀47、淡水储罐48、储热型太阳能集热器自带的储热水箱49、余热回收冷却装置50、海水泵
图2、余热回收冷却装置换热原理图
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明的结构局部示意图。
图5是太阳能真空集热管截面图。
1、太阳能真空集热管；2、中间平板导热板；3、储热水箱；4、支架；5、外层玻璃管；6、内层玻璃管；7、进水口；8、出水口；9、胶塞10、保温层、11储能水箱内胆。
具体实施方式
本发明公开了一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统，包括海水蒸馏水箱41、储热型太阳能集热器42、蒸馏水出口管43、海水补水口44、循环增压泵45、海水泵50、节流控制阀46、淡水储罐47和余热回收冷却装置49。储热型太阳能集热器自带储热水箱。
所述储热型太阳能集热器包括真空管太阳能集热器、储热水箱以及支架；
所述真空管太阳能集热器包含太阳能真空集热管1和中间平板导热板2；
所述太阳能真空集热管包含外层玻璃管5和内层玻璃管6，两层玻璃管管口熔封连接，管间抽成真空；所述内层玻璃管外表面镀有金属吸热膜；金属吸热膜经过多靶材磁控溅射镀膜而成，靶材为铜、铝、钛、铬或者不锈钢，该镀膜厚度为100～1000纳米；
所述中间平板导热板为铜板、铝板、石墨烯板，或者平板热管，板厚度为2～5mm，中间平板导热板下端插入太阳能真空集热管内(中间平板导热板的宽度小于内层玻璃管6的直径，插入长度小于内层玻璃管6的长度)，所述储热水箱与中间平板导热板上端连接，储热水箱有进水口7和出水口8；
所述海水蒸馏水箱41内的海水，通过循环增压泵45输送并储存至储热型太阳能集热器42内。通过储热型太阳能集热器吸收太阳能转化成热量，直接加热其内所储存海水。海水达到目标温度后，打开节流控制阀46，海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上冷凝成纯净水从蒸馏水出口管流出，至淡水储罐47。剩余未蒸发海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏。蒸馏水出口管安装余热回收冷却装置49，用于回收蒸馏水余热并加热新鲜海水，待海水蒸馏水箱液位下降后，余热回收冷却装置49所存海水通过海水补水口进入海水蒸馏水箱。本系统具有结构简单、高效集热、循环蒸馏、全热回收等优势，适合大规模推广。
Claims (2)
1.一种基于储热型太阳能集热器的海水淡化系统，包括海水蒸馏水箱、储热型太阳能集热器、蒸馏水出口管、海水补水口、循环增压泵、海水泵、节流控制阀、淡水储罐和余热回收冷却装置；
海水蒸馏水箱内通过循环增压泵连接至储热型太阳能集热器；储热型太阳能集热器通过节流控制阀连接海水蒸馏水箱，形成一个循环回路；海水蒸馏水箱通过蒸馏水出口管连接至淡水储罐；
海水蒸馏水箱设置海水补水口；
蒸馏水出口管连接余热回收冷却装置；海水补水口连接余热回收冷却装置，余热回收冷却装置连接海水泵；
所述储热型太阳能集热器包括真空管太阳能集热器、储热水箱以及支架；
所述真空管太阳能集热器包含太阳能真空集热管和中间平板导热板；
所述太阳能真空集热管包含外层玻璃管和内层玻璃管，两层玻璃管管口熔封连接，管间抽成真空；所述内层玻璃管外表面镀有金属吸热膜；金属吸热膜经过多靶材磁控溅射镀膜而成，靶材为铜、铝、钛、铬或者不锈钢，该镀膜厚度为100～1000纳米；
所述中间平板导热板为铜板、铝板、石墨烯板，或者平板热管，板厚度为2～5mm，中间平板导热板下端插入太阳能真空集热管内，所述储热水箱与中间平板导热板上端直接连接，储热水箱有进水口和出水口；
利用真空管太阳能集热器吸收太阳能并转化成热量，通过在太阳能真空集热管内设置的中间平板导热板将太阳能热量向上传导，与储热水箱进行换热，热量被储存在储热水箱内海水中。
2.应用如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述海水蒸馏水箱内的海水，通过循环增压泵输送并储存至储热型太阳能集热器内；通过储热型太阳能集热器吸收太阳能转化成热量，直接加热其内所储存海水；海水达到目标温度后，打开节流控制阀，海水蒸汽喷入海水蒸馏水箱内，水蒸气向上冷凝成纯净水从蒸馏水出口管流出，至淡水储罐；剩余未蒸发海水流入海水蒸馏水箱底部，重新循环并加热蒸馏；蒸馏水出口管安装余热回收冷却装置，用于回收蒸馏水余热并加热新鲜海水，待海水蒸馏水箱液位下降后，余热回收冷却装置所存海水通过海水补水口进入海水蒸馏水箱。
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