CN112919570B - 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器 - Google Patents

基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器 Download PDF

Info

Publication number
CN112919570B
CN112919570B CN202110338345.8A CN202110338345A CN112919570B CN 112919570 B CN112919570 B CN 112919570B CN 202110338345 A CN202110338345 A CN 202110338345A CN 112919570 B CN112919570 B CN 112919570B
Authority
CN
China
Prior art keywords
distiller
power condenser
condenser
latent heat
condensing plate
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.)
Active
Application number
CN202110338345.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112919570A (zh
Inventor
张衡
梁凯
陈海平
刘扬
张泳
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.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
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 North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202110338345.8A priority Critical patent/CN112919570B/zh
Publication of CN112919570A publication Critical patent/CN112919570A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112919570B publication Critical patent/CN112919570B/zh
Active 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
    • C02F1/043—Details
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • 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)

Abstract

本发明公开了属于太阳能辅助海水淡化领域的基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器。所述装置包括适用于环形菲涅尔聚光器的新型蒸馏器以及配套的固定系统、水路系统、潜热回收系统等。此新型蒸馏器以环形菲涅尔式聚光器的聚光特点进行设计，主要包括蒸馏器及配套热系统的设计；蒸馏器特点在于光线入口处面积较小，内部腔体可以进行充分的光线吸收，此外蒸馏器内部材质可由多种材质组合而成，可进行传热以及房腐蚀方面的优化；热系统主要是蒸馏器的潜热回收系统，由于蒸馏器冷凝板部位并非透光状态，因此可以进行潜热的回收，提高蒸馏器的热利用率。

Description

基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器
技术领域
本发明属于太阳能辅助海水淡化领域，特别涉及到环形菲涅尔聚光器的应用以及满足其聚光特点的蒸馏器的设计。
背景技术
随着一次能源消费量的逐年递增，出现了一系列诸如碳排量过高的环境问题，也随之带动了可再生能源高效利用的发展。太阳能作为可再生能源的主要能量形式之一，在目前能源利用趋势越发紧张的情况下，如何实现太阳能的有效利用成为了目前极为重要能源进展难题。目前，限制太阳能利用的研究难点之一为不聚光时，太阳能能流密度较低，利用率也较低，因此聚光器对于太阳能的利用至关重要，而聚光器的光学精度与工艺精度之间存在着较大得差距，现有的加工工艺很难在较低的成本下满足聚光器所需的光学精度，而一旦发生聚光误差，很容易导致设备的损耗以及产生安全问题，而太阳能辅助海水淡化系统由于水的介质的存在，对聚光器追踪精度要求较低，克服了聚光器设备成本较高的缺点，因此太阳能辅助海水淡化在太阳能利用领域有着极高的工程应用前景，同时也对缓解淡水紧缺问题提供了新的解决思路。
发明内容
本专利提出的基于太阳能直接辅助海水淡化的迫切现状，以高倍聚光的形式进行太阳能的高能流密度聚集，以期实现高效的海水蒸馏以及淡水收集。本专利聚光器使用的是环形菲涅尔聚光器，本专利在现有的环形菲涅尔聚光器的基础之上对其光斑形状以及支撑架的结构进行了改进，传统环形菲涅尔聚光器光斑形状呈现高斯分布，均匀度较低，本专利在此基础上调节了光斑中心点光线聚集度，略微降低聚光比的情况下优化了光斑均匀性；同时将支撑架与蒸馏器进行连接，改变追踪电机的固定方式，使光斑在追踪的过程中始终投射于蒸馏器表面顶部透镜中心处。
蒸馏器内部方面，本专利将蒸馏器分为5个部分，分别为顶部透镜、冷凝板、蒸馏腔体、隔热层、淡水储存室。太阳光有高倍聚光器聚集，经由顶部透镜入射到蒸馏腔体中，由内部的海水以及腔体内壁的吸热材料吸收，对海水进行升温，提高自然蒸发的概率同时，接近海水中水分蒸馏的温度，水蒸气从海水中分离出以后自然上升，一部分被顶部透镜阻隔，另一部分遇到冷凝板在冷凝板表面发生冷凝，形成液滴附着于冷凝板上并在重力的作用下沿着冷凝板进入淡水储存室，最后导出。
区别于传统的蒸馏器，本专利进光口较小，冷凝板与进光口并未发生功能性重叠，因此可以与冷凝板表面搭建潜热回收系统，利用导热性较好的铜管作为潜热回收的材料，同时涂覆吸热材料对散射太阳光进行收集，一方面提高了水蒸气的冷凝效率，另一方面对盐水进行了预热处理，在系统连续运行的工况下，可以降低系统进水对蒸发率的减弱作用。
本发明的有益效果为：本发明的新型蒸馏器适配于环形菲涅尔聚光器，由于点型聚光的小光斑特点，本专利得以实现蒸汽潜热的高效回收利用，同时蒸馏器内部由于小孔进光，达成了近黑体的效果，光线吸收率极高。
附图说明
图1为聚光器及蒸馏器的光路及设计原理图。
图2为潜热回收系统的初代实物模型图。
1，环形菲涅而反射镜；2，圆形菲涅尔透镜；3，蒸馏器透镜；4，蒸馏器冷凝板；5，蒸馏器隔热层；6，蒸馏器蒸馏腔体；7，淡水存储室；8，潜热回收系统出口；9，潜热回收系统；10，潜热回收系统入口；11，蒸馏器。
具体实施方式
下面如图和具体实施方式对本发明进行进一步说明：
如图1所示为蒸馏器内部结构示意图，图2所示为蒸馏器实物模型图，进一步说明主要针对于系统的运行模式，应当指出，本发明是基于新型环形菲涅尔聚光器的蒸馏器设计，包括材料改动、聚光器细微调整等轻微改动在本发明的权利要求保护中。
系统的运行模式主要针对于系统的进水系统、聚光系统以及潜热回收系统的运行。
进水系统即盐水的定时输运，由于蒸馏系统的运行模式原因，系统无法进行连续供水，需要在淡水蒸发到一定程度时开始供水。本专利蒸馏器与聚光系统固定，随着聚光系统的定日追踪而进行旋转，因此蒸馏器内部水位处于变化过程，传统的利用水位控制进水的原理无法运用于本专利的蒸馏系统，因此本专利利用淡水收集量进行进水系统的控制，实现系统的自动化控制，当淡水累积收集量超过一定值时开启指定时间的进水系统，淡水量限定值与进水系统开启时间均由系统的容量确定。
聚光系统在本专利中负责太阳能光线的汇集以及引导，聚光系统主要是聚光器的追踪系统，将聚光器与蒸馏器相结合，保证聚光器焦点处的光斑与蒸馏器顶部透镜重合。
潜热回收系统主要是蒸馏器冷凝板表面的吸热铜管，由于冷凝的发生是连续的，因此潜热回收系统与进水系统之间构成了储热关系，潜热回收系统与进水系统形成闭式循环，进水系统内部盐水温度逐渐增加。系统正常运转情况下，潜热回收系统随着聚光系统与蒸馏系统一同开始运转，进水系统则是出于间歇性运转状态，各个子系统彼此配合，完成整个系统高效有序运行。

Claims (2)

1.一种基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器，特征在于：包括高倍聚光器、蒸馏器、潜热回收系统，高倍聚光器主要分为两个部分：环形菲涅尔反射镜(1)，圆形菲涅尔透镜(2)；蒸馏器主要分为五个部分：顶部透镜(3)，冷凝板(4)，隔热层(5)，蒸馏腔体(6)，淡水储存室(7)，蒸馏器上部配有潜热回收系统，螺旋缠绕于冷凝板上表面；太阳光由高倍聚光器聚集，经由顶部透镜入射到蒸馏腔体中，由内部的海水以及腔体内壁的吸热材料吸收，对海水进行升温，提高自然蒸发的概率，同时，接近海水中水分蒸馏的温度，水蒸气从海水中分离出以后自然上升，一部分被顶部透镜阻隔，另一部分遇到冷凝板在冷凝板表面发生冷凝，形成液滴附着于冷凝板上并在重力的作用下沿着冷凝板进入淡水储存室；高倍聚光器采用环形菲涅尔点型高倍聚光器，需要与蒸馏器进行耦合设计，高倍聚光器由环形菲涅尔反射镜与圆形菲涅尔透镜组合构成，二者之间的焦距根据聚光倍数进行设计；高倍聚光器的焦点光斑位置与蒸馏器的顶部透镜位置重合，为了保证蒸馏器接收辐照量最大化，需要保证蒸馏器与高倍聚光器共同进行太阳追踪，同时不影响蒸馏器的进水、冷凝以及淡水的收集。
2.根据权利要求1所述的海水淡化蒸馏器，特征在于：潜热回收系统由导热性较高的铜管作为潜热回收的材料，同时表面涂覆吸热材料，对散射太阳光进行收集。
CN202110338345.8A 2021-03-30 2021-03-30 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器 Active CN112919570B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110338345.8A CN112919570B (zh) 2021-03-30 2021-03-30 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110338345.8A CN112919570B (zh) 2021-03-30 2021-03-30 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112919570A CN112919570A (zh) 2021-06-08
CN112919570B true CN112919570B (zh) 2023-07-21

Family

ID=76176474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110338345.8A Active CN112919570B (zh) 2021-03-30 2021-03-30 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112919570B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012070786A2 (ko) * 2010-11-25 2012-05-31 솔라시도 주식회사 태양열에너지를 이용한 해수담수화 및 오수정수화 장치
CN107919848A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 华北电力大学 一种环形线性菲涅尔高倍聚光器
CN207973630U (zh) * 2018-02-06 2018-10-16 华北电力大学 一种基于高倍聚光技术的hcpv/t海水淡化系统
CN109179543A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 中国科学院工程热物理研究所 一种高效聚光太阳能海水淡化技术及系统
US10183233B1 (en) * 2018-02-20 2019-01-22 King Saud University Solar desalination system
CN109534428A (zh) * 2019-01-17 2019-03-29 云南师范大学 反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统
CN209507648U (zh) * 2018-12-25 2019-10-18 北京华业阳光新能源有限公司 热管潜热回收式太阳能海水淡化蒸馏器
CN209835696U (zh) * 2018-07-10 2019-12-24 华北电力大学 一种利用太阳能光热技术处理燃煤电厂脱硫废水的系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012070786A2 (ko) * 2010-11-25 2012-05-31 솔라시도 주식회사 태양열에너지를 이용한 해수담수화 및 오수정수화 장치
CN107919848A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 华北电力大学 一种环形线性菲涅尔高倍聚光器
CN207973630U (zh) * 2018-02-06 2018-10-16 华北电力大学 一种基于高倍聚光技术的hcpv/t海水淡化系统
US10183233B1 (en) * 2018-02-20 2019-01-22 King Saud University Solar desalination system
CN209835696U (zh) * 2018-07-10 2019-12-24 华北电力大学 一种利用太阳能光热技术处理燃煤电厂脱硫废水的系统
CN109179543A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 中国科学院工程热物理研究所 一种高效聚光太阳能海水淡化技术及系统
CN209507648U (zh) * 2018-12-25 2019-10-18 北京华业阳光新能源有限公司 热管潜热回收式太阳能海水淡化蒸馏器
CN109534428A (zh) * 2019-01-17 2019-03-29 云南师范大学 反射聚热与菲涅尔聚光复合的芯型太阳能海水淡化系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112919570A (zh) 2021-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105129891B (zh) 一种基于吸光沸腾的太阳能海水淡化装置及方法
CN202246147U (zh) 一种新型太阳能海水淡化及制盐装置
CN204873910U (zh) 一种基于吸光沸腾的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
CN101226006A (zh) 热管式聚焦蓄能型中高温太阳能集热器
CN104896769B (zh) 一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法
CN110563064A (zh) 一种界面加热的太阳能蒸馏装置
CN110589920A (zh) 一种太阳能集热装置及具有其的海水淡化系统
CN109592732A (zh) 基于低温热解碳海绵的太阳能污水净化装置及方法
CN102849813B (zh) 太阳能多效蒸馏系统
CN111847557A (zh) 一种高效聚焦型太阳能海水淡化蒸馏器及方法
CN102976425A (zh) 一种聚太阳光淡化海水的移动界面热解吸汽化方法和装置
CN109179543B (zh) 一种高效聚光太阳能海水淡化技术及系统
CN207973630U (zh) 一种基于高倍聚光技术的hcpv/t海水淡化系统
CN112919570B (zh) 基于环形菲涅尔高倍聚光器的直接蒸发式海水淡化蒸馏器
CN202083124U (zh) 聚光式太阳能制取热水及纯净水装置
CN204981215U (zh) 太阳能薄膜废水蒸发浓缩装置
CN114249373B (zh) 一种基于管式疏水陶瓷膜的太阳能淡化水装置及方法
CN205419833U (zh) 一种槽型太阳能海水淡化装置
CN111847556B (zh) 一种太阳能蒸馏单元及蒸馏方法
CN109354096B (zh) 菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置
CN211733892U (zh) 一种界面加热的太阳能蒸馏装置
CN206927651U (zh) 一种气液双循环聚光热咸淡水分离器
CN113735213A (zh) 一种新型动力强化蒸发的聚焦型太阳能海水淡化装置
CN209922972U (zh) 一种太阳能集热管束式海水淡化装置及系统

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