CN113233531B - 一种罐式太阳能海水淡化器 - Google Patents

Abstract

一种罐式太阳能海水淡化器，包括机架，在机架上设置有海水蒸发系统，与海水蒸发系统连接设置有太阳能收集系统和进料出料系统，还设有太阳光跟踪系统；海水蒸发系统包括一个蒸发罐，蒸发罐设在一个圆柱支撑筒中，圆柱支撑筒套装在机架上设置的支撑圆环内，并通过支撑耳轴设置在支撑圆环上，在太阳光跟踪系统中驱动装置的驱动下，带动海水蒸发系统以及太阳能收集系统能够随着支撑圆环相对于机架转动，并能相对于机架转动。本发明能够充分利用太阳光，淡水产出率高，生产成本低，可自动除垢，极具推广应用价值。

Description

一种罐式太阳能海水淡化器

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种罐式太阳能海水淡化器。

背景技术

随着地球人口的日益增多，为了满足人类对淡水的需要，海水淡化技术也在不断的发展中。现有技术的多种海水淡化方法中，实现大规模工业化的有多效闪蒸法和反渗透法。其中，多效闪蒸法产出的淡水水质优于反渗透法，然而其生产成本却高于反渗透法。现有技术中，利用太阳能进行海水淡化的方法，虽然水质可与多效闪蒸法比美，但其生产成本和生产能力却都不及多效闪蒸法。具体地说，利用太阳能进行海水淡化的方法中，早期有盘式法，近期有真空管列管法和抛物面“焦点线”聚光加热海水法。

盘式法虽然简单易行，但因海水蒸发温度太低，导致海水蒸发速度慢、且废热不易回收。

真空管列管法的操作温度需要控制在75℃左右，更高的温度会使“结垢”问题难以解决，也就是说，该方法中，海水蒸发温度也比较低，并且该方法中，水蒸气的潜热回收仍面临困难。

抛物面反光焦点线聚光加热法，安放一个长长的聚光管在抛物面聚光线上、让海水在长长的聚光管中流动，在这种“面→线聚焦的焦点线上”，光照温度可达400℃、海水的蒸发温度可提高到“100+”℃。在这种方法中，海水蒸发快、又可以方便地回收废热，然而聚光管中的“结垢”问题，仍未得到很好的解决，并且，该方法最要命的缺点还在于：海水气液界面和聚光管表面的反射光，以及海水迅速蒸发产生的“海盐微晶”的反射光，有的直接逃逸、有的经几次反射还是逃逸，造成太阳光不能被充分利用。上述种种因素就是当前太阳能海水淡化方法速度慢、能效低，难以大规模推广的原因之所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种罐式太阳能海水淡化器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种罐式太阳能海水淡化器，包括机架，在机架上设置有海水蒸发系统，与海水蒸发系统连接设置有太阳能收集系统以及用于向海水蒸发系统引入海水并能将海水蒸发后产生的水蒸气和浓海水导出的进料出料系统，还设有用于控制太阳能收集系统朝向的太阳光跟踪系统；其中，所述的海水蒸发系统包括一个用于接收海水并利用太阳能对海水进行蒸发的蒸发罐，蒸发罐设在一个圆柱支撑筒中，圆柱支撑筒套装在机架上设置的一个支撑圆环内，圆柱支撑筒通过其外侧壁上的支撑耳轴设置在支撑圆环上，太阳光跟踪系统中的驱动装置通过驱动支撑圆环相对于机架转动以及驱动圆柱支撑筒相对于支撑圆环转动以实现对太阳能收集系统对太阳光的追踪，以上各系统在系统控制仪的控制下进行工作。

作为一种优选的实施方案，所述的太阳能收集系统包括用于向海水蒸发系统提供能量的太阳光聚光加热部分，所述的太阳光聚光加热部分包括一个支撑骨架，在支撑骨架上设置有一个镜面向上的大球面反光镜，在大球面反光镜的中心开口对面设置有一个镜面向下小球面反光镜，大球面反光镜与小球面反光镜均为凹面镜，两个球面反光镜开口相对，且共轴共焦，在大球面反光镜的底部设置有一个安装口，安装口处设置有一块平板玻璃，在平板玻璃与圆柱支撑筒之间设置有用于将太阳光导向蒸发罐的太阳光导引筒。

进一步地，所述的太阳能收集系统还包括四块太阳能电池板，四块太阳能电池板串联连接，并拼接成一个具有内圆孔的方形光电池板，内圆孔与大球面反光镜的上口边缘衔接，太阳能电池板通过太阳能电池板导线连接系统控制仪为系统控制仪供电，系统控制仪连接蓄电池，以便将多余的能量进行储蓄。

进一步地，所述的蒸发罐中部为空心球形，上部和下部均为空心柱形，蒸发罐的罐体为具有夹层的双层结构，夹层内为真空，蒸发罐的材质为不锈钢或者石英玻璃；当材质为石英玻璃时，在夹层的内壁表面镀一层用于反光的银层；蒸发罐的上下两端均设有开口，且蒸发罐上端开口大于下端开口，在蒸发罐上端开口处设置有用于将太阳能收集系统收集的太阳光散发到蒸发罐内的凹透镜，所述凹透镜朝向蒸发罐的一面为凹面，另一面为平面，在凹透镜的平面侧设置有增透膜。

进一步地，所述的圆柱支撑筒通过圆柱支撑筒上端外凸缘以及圆柱支撑筒上法兰与太阳能收集系统的相应法兰相连接；圆柱支撑筒通过圆柱支撑筒下端外凸缘以及圆柱支撑筒下法兰与进料出料系统的相应法兰相连接；在圆柱支撑筒上法兰和圆柱支撑筒下法兰朝向圆柱支撑筒内的一侧均设置有一个卡环，卡环内设置有弹性密封圈，所述弹性密封圈横截面为唇形，弹性密封圈的环形凹槽与蒸发罐的相应端配合安装，弹性密封圈的内径与蒸发罐相应端内径相一致，弹性密封圈的外径与相应卡环的内径相贴合。

优选地，所述的进料出料系统包括一个U形筒，在U形筒的顶端固定连接有U形筒顶盖，U形筒顶盖与一个连接筒的一端固定连接，连接筒的另一端与一个调节筒的一端固定连接，调节筒的另一端与圆柱支撑筒靠近蒸发罐下开口的一端固定连接，在U形筒的侧壁上设有一个海水切向入口；在U形筒顶盖上设置有一个海水导入管入口，海水导入管贯穿连接筒和调节筒伸入到蒸发罐中；在海水导入管中套装有水蒸气管，水蒸气管贯穿U形筒的底部用于将水蒸气导出；在调节筒、连接筒与海水导入管之间形成浓海水排出通道，在连接筒上设置有浓海水切向出口。

进一步地，所述的进料出料系统还包括热交换器Ⅰ和热交换器Ⅱ，热交换器Ⅰ的第一路进口管连接有海水软管，热交换器Ⅰ的第一路出口管通过连接管与热交换器Ⅱ的第一路进口管相连通，热交换器Ⅱ的第一路出口管通过海水引入管与U形筒侧壁上的海水切向入口相连通；热交换器Ⅰ的第二路进口管通过浓海水引出管与连接筒上的浓海水切向出口相连通，热交换器Ⅰ的第二路出口管与浓海水软管相连通；热交换器Ⅱ的第二路进口管通过一个三通管以及绝缘管与水蒸气管相连通，三通管的一个管口与绝缘管相连通，三通管的另一个管口连接温度测定仪探头，三通管的支路口连通热交换器Ⅱ的第二路进口管，热交换器Ⅱ的第二路出口管与淡水软管相连通。

进一步地，U形筒的内径大于蒸发罐的最大内径。

进一步地，水蒸气管为一根上、下两端部裸露、中部镀有一层搪瓷绝缘层的金属管，其下部外侧焊接一个水蒸气管固定法兰，下端部连接一根绝缘管；水蒸气管通过水蒸气管固定法兰固定于U形筒的底部，水蒸气管的搪瓷绝缘层自水蒸气管固定法兰的上平面直到蒸发罐中心的海水平面控制点，水蒸气管上端口直达蒸发罐的球形顶点，从水蒸气管固定法兰和固定螺栓/螺栓金属垫各引出一根导线连接系统控制仪的输入端。

进一步地，所述的海水导入管与U形筒顶盖相连接的一端焊接有一个连接圆环，连接圆环的内径与海水导入管的内径或者外径相同；在连接筒的下端设置有连接筒下法兰，连接圆环安装在连接筒下法兰与U形筒顶盖之间，连接筒下法兰与U形筒顶盖通过无螺帽螺栓相连接。

有益效果：

本发明采用太阳光收集系统向太阳能蒸发系统中的蒸发罐提供能量，可以充分利用太阳光，并提高海水淡化的产率。

优选方案中，本发明的进料出料系统可以使得蒸发罐中的海水、水蒸气处于旋转状态，使新鲜海水与水蒸气、浓海水及海盐纳米微粒高速旋转、各走各路，可以保证海水蒸发表面的海盐浓度始终处于较低的稳定状态，不但有利于海水汽化，还可以利用刚生成的海盐纳米微粒冲刷蒸发罐下部及浓盐水的排出管道，阻止海盐结垢阻塞系统，具有自动清清垢功能，环保性能好。

本发明采用的太阳光收集系统可以有效避免阳光逃逸，并大幅度提高蒸发罐气液界面的蒸发温度（瞬间局部温度可达600℃以上），非常有利于太阳光的充分利用和提高水蒸气潜热以及浓海水废热的回收效率，日照时间按10h/天，淡水产率可达134.21L/(m²·天），比传统的13L/(m²·天）提高9.32倍，极具推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1中B处放大图。

图3是太阳光跟踪系统中驱动装置示意图。

图4是图3的A向视图。

图5是图1的俯视图。

图6是图1中C处放大图。

图7是图5中D处放大图。

图8是图2中E处放大图。

图9是图1中的F处放大图。

图10是本发明的方位示意图（定义：大球面反光镜镜面向正东方向时，其方位角：α=0°,β=90°），

图中，1、支撑骨架，2、竖直加强筋，3、太阳能电池板，4、双柄带孔钢筋，5、大球面反光镜，6、弹性胶，7、雨水泄流口，8、平板玻璃，9、雨水导流管，10、太阳光导引筒，11、太阳能电池板导线，12、蓄电池，13、系统控制仪，14、大海，15、离心水泵，16、浓海水软管，17、海水软管，18、淡水软管，19、海水流量测控仪，20、热交换器Ⅱ的第二路出口管，21、浓海水流量测控仪，22、热交换器Ⅰ的第二路出口管，23、淡水出口阀门，24、海水进口阀门，25、浓海水出口阀门,26、锥形外圈，27、弧形立板。

100、蒸发罐，101、圆柱支撑筒上法兰，102、圆柱支撑筒，103、蒸发罐中部，104、支撑耳轴，105、银镀层，106、真空抽口，107、卡环，108、弹性密封圈，109、凹透镜密封垫，110、凹透镜，111、岩棉，112、倾斜加强筋，120、圆柱支撑筒下法兰，121、调节筒，122、调节筒加强筋、130、连接筒上法兰，131、连接筒，140、连接筒下法兰，141、U形筒，150、固定臂，151、固定夹Ⅰ，152、固定夹Ⅱ，160、水蒸气管，161、气液界面控制位，162、浓海水运动方向箭头，163、搪瓷绝缘层，164、海水导入管；

220、海水引入管，221、海水切向入口，222、温度测定仪探头，223、绝缘管，224、热交换器Ⅱ，231、单向阀，232、热交换器Ⅰ，233、浓海水引出管，234、保温层；

310、主立柱，311、埋地螺栓，312、主动蜗轮Ⅱ的定位键，320、辅助立柱，321、步进电机Ⅱ，322、主动蜗轮Ⅱ，323、蜗杆Ⅱ，324、支撑轴，325、轴封，326、支撑圆环，327、被动蜗轮Ⅱ，328、横杆，329、轴承盖，330、固定支架，331、步进电机Ⅰ，332、主动蜗轮Ⅰ，333、蜗杆Ⅰ，334、被动蜗轮Ⅰ，335、轴承压盖螺栓，336、主动蜗轮Ⅰ332的定位键；

400、弧形金属背板，401、小球面反光镜，402、压片固定螺栓，403、压片；

501、扁铁，502、钢筋固定螺栓；

601、绝缘垫，602、螺栓套，603、水蒸气管固定法兰，604、螺栓金属垫，605、无螺母螺栓，606、导线Ⅰ，607、导线Ⅱ；

700、淡水储罐，701、放空管，702、液下泵，703、带盖观察口，704、液位计，705、液下泵出口，706、淡水入口，707、淡水流量测控仪。

O为本发明所在地，E为东,W为西，N为北，S为南，OZ为垂直方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，一种罐式太阳能海水淡化器，包括机架，在机架上设置有海水蒸发系统，与海水蒸发系统连接设置有太阳能收集系统以及用于向海水蒸发系统引入海水并能将海水蒸发后产生的水蒸气和浓海水导出的进料出料系统，还设有用于控制太阳能收集系统朝向的太阳光跟踪系统；其中，所述的海水蒸发系统包括一个用于接收海水并利用太阳能对海水进行蒸发的蒸发罐100，蒸发罐设在一个圆柱支撑筒102中，圆柱支撑筒套装在机架上设置的一个支撑圆环326内，圆柱支撑筒通过其外侧壁上的支撑耳轴104设置在支撑圆环上，太阳光跟踪系统中的驱动装置通过驱动支撑圆环相对于机架转动以及驱动圆柱支撑筒相对于支撑圆环转动以实现太阳能收集系统对太阳光的追踪，上述各系统在系统控制仪的控制下进行工作。

本实施例中，所述的太阳能收集系统包括用于向海水蒸发系统提供能量的太阳光聚光加热部分和用于向系统控制仪供电的太阳能电池板部分。

如图1所示，所述的太阳光聚光加热部分包括一个支撑骨架1，在支撑骨架1上设置有一个镜面向上的大球面反光镜5，在大球面反光镜5的中心开口对面设置有一个小球面反光镜401，大球面反光镜5与小球面反光镜401均为凹面镜，两个球面反光镜开口相对，且共轴共焦，在大球面反光镜5的底部设置有一个安装口，安装口处设置有一块平板玻璃8，在平板玻璃8与圆柱支撑筒之间设置有用于将太阳光导向蒸发罐的太阳光导引筒10。平板玻璃8通过弹性胶6密封固定在所述的安装口。

所述的太阳能电池板部分包括四块太阳能电池板3，四块太阳能电池板串联连接，并拼接成一个具有内圆孔的方形板结构，内圆孔与大球面反光镜的开口边缘衔接，太阳能电池板通过太阳能电池板导线11连接系统控制仪13为系统控制仪供电，系统控制仪电连接蓄电池12，以便将多余的能量进行储蓄和利用。

如图5所示，本实施例中，太阳能电池板3采用普通的3V太阳能电池板拼接串联而成。四块太阳能电池板的内边缘构成一个圆，外边沿构成一个正方形，从而拼成为一个内圆外方的光电池板，也即一个具有内圆孔的方形光电池板。

如图1所示本实施例中，支撑骨架1包括由钢板或者由角钢焊接而成的两端开口的锥形外圈26和固定于锥形外圈26内表面的弧形立板27，相邻弧形立板27之间连接有竖直的竖直加强筋2。竖直加强筋2可以采用角钢下料制作。大球面反光镜5 的背面支撑在弧形立板27上。

支撑骨架1的结构形式或者型材选用不做限定，只要结构满足使用即可。

本实施例中，弧形立板与锥形外圈26大端周缘之间设置有太阳能电池板，太阳能电池板3组成的方形板结构中，内圆孔与大球面反光镜5的边缘之间采用弹性胶6粘接在一起。

如图6所示，小球面反光镜401 的背面设有弧形金属背板400，小球面反光镜401与弧形金属背板400之间填充有弹性胶6；在小球面反光镜401的周缘设有压片402，压片402通过压片固定螺栓403与弧形金属背板400固定连接，从而对小球面反光镜401形成有效支撑。

弧形金属背板400通过三根双柄带孔钢筋（钢筋的两端分别具有一个带孔的连接柄）4与支撑骨架1上大球面反光镜5上口外围位置均匀设置的3块扁铁501通过相应的钢筋固定螺栓502对应连接，如图6和图7所示，扁铁501分为竖直部和水平部，竖直部与支撑骨架固定连接，钢筋固定螺栓将相应的双柄带孔钢筋固定在水平部上。

本实施例中，太阳光导引筒10上端与平板玻璃8抵接，下端从锥形外圈26的小端开口中穿出，并在太阳光导引筒10的下端法兰与锥形外圈26之间设置有倾斜加强筋112 。

在平板玻璃8外侧弹性胶6处还设有雨水泄流口7及雨水导流管9。在太阳能电池板3与支撑骨架1结合位置，以及大球面反光镜5 与支撑骨架1之间的结合部均填充有弹性胶6。

如图1和图2所示，所述蒸发罐的中部（即蒸发罐中部103）为空心球形，上部和下部均为空心柱形，蒸发罐的罐体为具有夹层的双层结构，夹层内为真空；蒸发罐的上下两端均设有开口，且蒸发罐上端开口大于下端开口，在蒸发罐上端开口处设置有用于将太阳能收集系统收集的平行太阳光散射到蒸发罐内的凹透镜110，所述凹透镜110朝向蒸发罐100的一面为凹面，另一面为平面，在凹透镜110的平面侧设置有增透膜。

蒸发罐100的材质可以选用不锈钢或者石英玻璃。若材质选用石英玻璃，则需在夹层的内壁表面镀一层银，称为银镀层105。对于石英玻璃材质的蒸发罐100，可通过真空抽口106给其夹层内壁表面镀一层银后，再抽真空，然后封闭真空抽口106。蒸发罐100的轴线与大球面反光镜5的镜轴重合设置。

本实施例中，用于支撑设置蒸发罐的圆柱支撑筒102通过圆柱支撑筒上端外凸缘以及圆柱支撑筒上法兰101与太阳能收集系统中太阳光导引筒10的下端法兰相连接（通过相应螺栓连接，具体连接方式为现有技术，本处不再赘述）；圆柱支撑筒102通过圆柱支撑筒下端外凸缘以及圆柱支撑筒下法兰120与进料出料系统中调节筒121的上法兰相连接；在圆柱支撑筒上法兰101和圆柱支撑筒下法兰120朝向圆柱支撑筒内的一侧均设置有一个卡环107，卡环内卡设有弹性密封圈108，本实施例中，弹性密封圈108横截面为唇形，弹性密封圈108的环形凹槽与蒸发罐100的相应端配合安装，弹性密封圈108的内径与蒸发罐100相应端内径相一致，弹性密封圈108的外径与相应卡环107的内径相贴合。

本实施例中，凹透镜110镶嵌在一个凹透镜密封垫109中，凹透镜密封垫109设置在由太阳光导引筒10的下端法兰端面凹槽与圆柱支撑筒上法兰101端面凹槽组成的环形凹槽内。

在圆柱支撑筒102内，圆柱支撑筒内壁与蒸发罐100之间设置有保温材料，本实施例中填充的是岩棉111。

两个支撑耳轴104对称设置在圆柱支撑筒102的外壁上，并位于“跟踪太阳光的运动部分”的重心所在直径两端的延长线上。

如图1和图2所示，本实施例中，所述的进料出料系统包括一个U形筒141，在U形筒的顶端通过其外凸缘采用螺栓固定连接有U形筒顶盖，U形筒顶盖与一个连接筒131的下端通过连接筒下法兰140固定连接，连接筒131的上端通过连接筒上法兰130 和调节筒下法兰与一个调节筒121的下端固定连接。调节筒121的上端通过调节筒上法兰和圆柱支撑筒下法兰120与圆柱支撑筒102靠近蒸发罐下开口的一端固定连接。

为了保证连接筒131与U形筒顶盖之间的连接牢固性，与连接筒上法兰130相比，连接筒下法兰140比较大，连接筒上法兰130与调节筒下法兰大小相同，都比较小一些。

在调节筒121与调节筒上法兰之间焊接有调节筒加强筋122，本实施例沿着调节筒周向均匀焊接有四根调节筒加强筋122。调节筒加强筋122可以采用角钢下料制作。通过调整调节筒121的长度以确保“跟踪太阳光的运动部分”的重心落在两个支撑耳轴104轴线连线的中点上。

在U形筒顶盖上设置有一个出水孔，与出水孔相对应设置有一根海水导入管164，海水导入管贯穿连接筒131和调节筒121伸入到蒸发罐100中，在U形筒141的侧壁上设有一个海水切向入口221；在海水导入管164中套装有水蒸气管，水蒸气管贯穿U形筒141的底部，用于将水蒸气导出；在调节筒121、连接筒131的内壁与海水导入管164外壁之间形成浓海水排出通道（简称浓海水环形通道），在连接筒131上设置有浓海水切向出口。

本实施例中，所述的海水导入管164 与U形筒顶盖相连接的一端焊接设有连接圆环，连接圆环的内径与海水导入管的内径或者外径相同。

当连接圆环的内径与海水导入管的内径相同时，海水导入管的相应端与连接圆环的端面相抵接进行焊接，焊接时，海水导入管164的内径与连接圆环的内径相对应；当连接圆环的内径与海水导入管164的外径相同时，可将海水导入管164的相应端插入连接圆环中进行焊接。

在连接筒131的下端设置有连接筒下法兰140，圆环安装在连接筒下法兰140与U形筒顶盖之间，连接筒下法兰140与U形筒顶盖通过无螺帽螺栓相连接。本实施例中，连接筒下法兰140的外径小于U形筒顶盖的外径，在U形筒顶盖上设置带有内螺纹的盲孔，无螺帽螺栓穿过连接筒下法兰140和圆环后旋入带有内螺纹的盲孔中。

本实施例中，U形筒141的内径大于蒸发罐100的最大内径，这样，海水在U形筒141中的旋转速度势必随运动半径的减小而加快，并最终驱动蒸发罐100中的流体进行旋转运动，更有利于提高海水淡化的效率。

本实施例中，海水导入管164上端直达蒸发罐100中部球形的中心竖直向下半径的1/2处。

本实施例中，水蒸气管160为一根上、下两端部裸露、中部镀有一层搪瓷绝缘层163的金属管，其下部外侧焊接一个水蒸气管固定法兰603（图8），下端部连接一根采用聚四氟乙烯制成的绝缘管223（本实施例中，绝缘管223具有90°弯角）。即水蒸气管160与装置系统其它部分绝缘。水蒸气管160通过水蒸气管固定法兰603固定于U形筒141的底部，搪瓷镀层163自水蒸气管固定法兰603的上平面直到蒸发罐中心的海水平面控制点，即气液界面控制位161，水蒸气管160上端口直达蒸发罐103的球形顶点。从水蒸气管固定法兰603和与该法兰绝缘的固定螺栓605（或螺栓金属垫604）分别引出一根导线(即导线Ⅰ606和导线Ⅱ607)连接系统控制仪的输入端。

本实施例中，所述的进料出料系统还包括热交换器Ⅰ232和热交换器Ⅱ224，热交换器Ⅰ的第一路进口管连接有海水软管17，热交换器Ⅰ231的第一路出口管通过连接管与热交换器Ⅱ的第一路进口管相连通，热交换器Ⅱ224的第一路出口管通过海水引入管220与U形筒侧壁上的海水切向入口相连通。

在热交换器Ⅰ的第一路进口管中设置有海水进口阀门24和海水流量测控仪19，靠近热交换器Ⅰ232的一端还设置有单向阀231。海水软管17与一个离心泵15的出水端相连接，离心泵15的进水管入口设置在大海中，并与浓海水软管16的出口保持足够的距离。

热交换器Ⅰ232的第二路进口管通过浓海水引出管233与连接筒131上的浓海水切向出口相连通，热交换器Ⅰ的第二路出口管22与浓海水软管16相连通。在热交换器Ⅰ的第二路出口管22中连接有浓海水流量测控仪21和浓海水出口阀门25。浓海水软管16将浓海水排入大海14。

热交换器Ⅱ的第二路进口管通过一个三通管以及绝缘管223与水蒸气管160相连通。绝缘管223采用绝缘材料制作，本实施例中，绝缘管223采用聚四氟乙烯制作而成。

本实施例中，热交换器Ⅰ232和热交换器Ⅱ224通过固定夹Ⅰ连接在一起；与两个热交换器连接的各管路中除了各自的第二路进口管外，其余管路均通过固定夹Ⅱ固定连接在一起。固定夹Ⅰ和固定夹Ⅱ均通过固定臂150连接在U形管141的底部。

三通管的一个管口与绝缘管223相连通，三通管的另一个管口连接温度测定仪探头222，三通管的支路口与热交换器Ⅱ的第二路进口管相连通，热交换器Ⅱ的第二路出口管20与淡水软管18相连通。在热交换器Ⅱ的第二路出口管20中设置有淡水阀门23和淡水流量测控仪707，淡水软管18与淡水储罐700连通。

淡水储罐700的上盖上设有淡水入口706 、放空管701和带盖观察口703。

在淡水储罐700的上盖上方，淡水软管18末端与淡水入口706连接的位置设有淡水流量测控仪707。在淡水储罐700中设置有液下泵702、液下泵出口705连接淡水供给系统。在淡水储罐700的外侧与淡水储罐700内连通设有液位计704。

太阳光跟踪系统包括用于驱动支撑圆环326相对于机架转动的驱动装置Ⅰ和用于驱动圆柱支撑筒102相对于支撑圆环326转动的驱动装置Ⅱ。

圆柱支撑筒102 的两个支撑耳轴104 的中心线重合设置，圆柱支撑筒102 的两个支撑耳轴104通过轴承和设在轴承外部的轴承座设置在支撑圆环326 上，支撑圆环326上设置有两个支撑轴324，采用同样的方式设置在机架上。

支撑圆环326的两个支撑轴324的中心线也重合设置，并且支撑圆环326的两个支撑轴中心线与圆柱支撑筒102 的两个支撑耳轴104中心线相垂直。

具体地，机架包括呈矩阵排列的四根主立柱310。在四根主立柱310顶端设有两根横杆328，两根横杆328平行设置，支撑圆环326的两个支撑轴324对应设置在两个横杆328上。在与其中一根连接轴对应的横杆外侧与还设有两个辅助立柱320，两个辅助立柱320顶端连接有辅助横杆，在辅助横杆与对应的横杆328上与支撑圆环326的支撑轴324传动连接设置有被动蜗轮Ⅱ327，被动蜗轮Ⅱ327由与之匹配的主动蜗轮322驱动、主动蜗轮Ⅱ322设置在蜗杆Ⅱ323上，蜗杆Ⅱ323另一端连接步进电机Ⅱ321。步进电机Ⅱ321和蜗杆Ⅱ323均设置在固定连接两个辅助立柱320与对应的两根主立柱310上。

在支撑圆环326 上与圆柱支撑筒102上其中一个支撑耳轴对应的位置设置有固定支架，固定支架上连接有步进电机Ⅰ331、与 步进电机Ⅰ331输出端传动连接设有蜗杆Ⅰ333，蜗杆Ⅰ333上固定连接有主动蜗轮Ⅰ332，与主动蜗轮Ⅰ332配合设置有被动蜗轮Ⅰ334，与被动蜗轮Ⅰ334固定连接的转轴与圆柱支撑筒102上相应的支撑耳轴传动连接。

系统控制仪对太阳光跟踪系统的工作、光电池与蓄电池的工作、离心泵的启停、海水、浓海水、淡水流量进行自动（或手动）控制，并对温度探头信号、气液界面电导信息进行处理和相应的反馈控制。其中，海水流量≡浓海水流量+淡水流量，并根据气液界面电导信息调整海水流量。系统控制仪13优先使用方形光电池板的电能，超出部分贮存于蓄电池，其不足时由蓄电池补充，或者由220V电源供电。每天当α=170°后停止跟踪太阳光，太阳光跟踪系统自动返回到α=10°

其中对于太阳光跟踪系统中两个驱动装置的控制部分为系统控制仪中的一个模块，属于现有技术。它可以接收北斗卫星授时、并根据本发明使用时所在的经纬度，间隔地（间隔时间可以设置）发出指令，启动步进电机Ⅰ、步进电机Ⅱ，使大球面反光镜5的镜轴（或称主轴）与太阳光线基本保持平行。

本实施例中，对圆柱支撑筒下法兰120以下、各软管以上的器件和管线以保温材料234包敷。

本发明在使用安装时，可采用如下步骤：

（本实施例实验安装位置为 北纬39.03”，东经117.68”，大球面反光镜半径为2m，蒸发罐球面直径为0.4m）

1、在适当位置制作一水平的混凝土基础，并预埋埋地螺栓311，使南北向布置的两个主立柱310的中轴线相距1.5m、辅助立柱320距相应主立柱310（本实施例为靠南边的主立柱）0.12m；东西布置的两根主立柱310东西相距1.5m，主立柱和辅助立柱高1.8m。

2、待混凝土基础凝结牢固后，安装4根主立柱310和两根辅助立柱320，P、Q、Q'水平、共线，必要时可用垫片校正。

3、安装驱动装置Ⅰ： 在蜗杆Ⅱ323上先套上主动蜗轮Ⅱ322，而后在其两边分别、依次套上半边轴承盖（大口向外）、压力轴承内套后，将蜗杆Ⅱ323两端插入设在相应主立杆320的轴承孔中，再固定上述两个半边轴承盖。从蜗杆Ⅱ323两端分别、依次套上轴承的“滚珠套、外套”，让步进电机321轴端的凸起对准蜗杆Ⅱ323轴端的凹槽后，固定步进电机321。而后固定蜗杆Ⅱ323另一端的轴承罩。

4、一人移动主动蜗轮Ⅱ322至蜗杆Ⅱ323的中央处，另一人操作吊装设备把支撑圆环326的支撑轴324（带其轴承）和以及被动蜗轮Ⅱ327的转轴置于横杆328上设置的轴承槽中，临近落下时，注意让被动蜗轮Ⅱ327与主动蜗轮Ⅱ322妥善的啮合，然后装上轴承盖329、轴封325以及主动蜗轮Ⅱ322的定位键312（用于限定主动蜗轮Ⅱ322在蜗杆Ⅱ323上的安装位置）。此时，α=0°，即支撑圆环326的圆面与水平面垂直（参看图4）。

5、采用类似步骤3和步骤4的方法，安装驱动装置Ⅱ，其中轴承压盖螺栓335在被动蜗轮Ⅰ334安装后用于固定其轴端压盖，主动蜗轮Ⅰ的定位键336限定主动蜗轮Ⅰ在蜗杆Ⅰ上的位置。所不同的是本步骤中最后吊装的是圆柱支撑筒102（包括其内已经装好的蒸发罐100等）。此时，β=90°，即圆柱支撑筒102的中轴线垂直于支撑圆环326的圆平面。

6、将调节筒121与圆柱支撑筒102相连；连接筒131与调节筒121相连接，然后插入海水导入管164，再用U形筒顶盖把连接圆环固定在连接筒下法兰140与U形筒顶盖之间，安装好U形筒141。

7、将水蒸气管160经U形筒141底部的圆孔插入海水导入管164内，然后将其下端与绝缘管223连接后，通过绝缘垫601、绝缘螺栓套602、水蒸气管固定法兰603、螺栓金属垫604、无螺母螺栓605，将水蒸气管160固定在U形筒141的底部。本实施例中，绝缘管223、绝缘垫601和绝缘螺栓套602 均可采用聚四氟乙烯制作而成，实际应用时，也可采用其它工程塑料制作。

8、先用固定夹Ⅰ151将热交换器Ⅰ232、热交换器Ⅱ224固定在固定臂150上，而后把固定臂150安装在U形筒141底部。用海水引入管220连接设在U形筒141侧壁的海水切向入口221与热交换器Ⅱ224的第一路出口管。用聚四氟乙烯绝缘管223，依次连接三通管、热交换器Ⅱ224的第二路进口管，并安装好温度探头222。用浓海水引出管233把设在连接筒131侧壁的浓海水切向出口与热交换器Ⅰ232的第二路进口管道连接，而后用连接把热交换器Ⅰ232的第一路出口管与热交换器Ⅱ224的第一路进口管连接起来。最后用固定夹Ⅰ152把热交换器Ⅰ的第二路出口管22、热交换器Ⅱ的第二路出口管20，以及连接热交换器Ⅰ232、热交换器Ⅱ224的连接管以及海水引入管连接固定于固定臂150。

9、在热交换器Ⅰ的第二路出口管22上安装浓海水流量测控仪21后，再接上浓海水出口阀门25、浓海水软管16，并将其出口置于妥当的地方固定。在热交换器Ⅰ第一路进口管路上安装一个单向阀231后再安装一个海水流量测控仪19、海水进口阀门24、海水软管17，海水软管17连接已经定位的离心水泵15的出口，并把离心水泵15的进口至于海水平面以下。在热交换器Ⅱ的第二出口管20的出口接上淡水出口阀门23、淡水软管18，淡水软管18出口接在安装于淡水储罐F上的淡水流量测控仪707的进口。

10、支撑骨架1、大球面反光镜5、太阳能电池板3、平面玻璃8、太阳光导引筒10及其下法兰等为一体件，只需用3根双柄带孔钢筋4把小球面反光镜固定在大球面反光镜5边框上预设的扁铁501上，使它们连成一体件J。

11、把凹透镜密封垫109套在凹透镜110上，让凹透镜110的凹面向下，将其放入太阳光导引筒10的下端法兰与圆柱支撑筒上法兰101之间环形凹槽内。吊装安装一体件J前，务必用不透光布遮住大球面反光镜5，吊起一体件J，将其与圆柱支撑筒102相连接。对相关器件、管线（具体请参照前述），以保温材料234包敷。

12、连接太阳能电池板3、蓄电池12、并将电导电极Ⅱ607以及淡水流量测控仪707、海水流量测控仪19、浓海水流量测控仪21与系统控制仪13电连接、即完成了本发明的安装。

本发明工作操作过程如下：

本发明中系统控制仪13具有“设置”和“运行”两种状态，运行又分为“自动”和“手动”两种状态。本发明第1次使用时操作步骤如下。

1、关闭浓海水出口阀门25，开启淡水出口阀门23、海水进口阀门24和系统控制仪13的电源开关。先设置海水流量测控仪19的海水流量、淡水流量测控仪707和浓海水流量测控仪21的流量均为2.94L/min，系统控制仪的电导控制值（导线Ⅰ606和导线Ⅱ607之间）设置为100μS。输入本发明所在地的经纬度（北纬39.03”，东经117.68”），设置大球面反光镜主轴调整时间间隔为5秒。选择“手动”后，按“启动”按钮，则离心水泵15的运行指示灯亮起，海水被打入蒸发罐100，，大球面反光镜5的主轴自动运动至与太阳光线平行。

2、当离心水泵15的运行指示灯灭时，表明蒸发罐100中的海水界面已经上升到气液界面控制位161，开启浓海水出口阀门25，并撤去大球面反光镜5的遮光布。

3、根据浓海水流量测控仪21读数的减小值逐步加大海水流量测控仪19的海水流量，直到5.88L/min后，将系统控制仪13切换到“自动”挡。

4、系统自动运行半小时后（到当日的11点10分），海水流量测控仪19、淡水流量测控仪707和浓海水流量测控仪21的流量读数分别对应为6.46 L/min、3.23 L/min、3.23L/min。

由于太阳光到达地面的强度每天早晚与中午以及一年四季均有变化，故不能以单日临近中午的测试结果评价本发明的优劣。为此，设年平均淡水流量可以达到2.8.L/min，每日光照时间按10h计算，则本发明的淡水产能为134.21L/（m²·天），比现有技术中最高产能13L/（m2·天）提高了9.32倍。

实验发现，海水初始温度的变化，只能影响本发明排出的浓海水和淡水的温度，淡水的产能只与太阳光的照射强度以及海水的流量大小有关。

工作原理分析：

本发明中，太阳光聚光加热部分大、小球面反光镜的镜轴、焦点重合、均为凹面镜。它们协同工作，平行于镜轴的太阳光，经大反光镜和小反光镜反射，可以变为强度为原太阳光约200倍（具体倍数决定于大、小球面反光镜的直径比的平方）的平行光。

（需要强调的是，大球面反光镜的半径和弧度数一旦确定，则小球面反光镜的半径和弧度数以及大、小球面反光镜之间的距离都唯一的被决定，也就是说，板铁和用以支撑小球面反光镜的双柄带孔钢筋连接后，应确保大、小球面反光镜共轴且焦点重合。）

常温的海水经水泵（本实施例用的离心泵）以线速（m/s）被送入热交换器Ⅰ232、在流经热交换器Ⅰ232和热交换器Ⅱ224的过程中，与浓海水（热）、热淡水、水蒸气进行热交换后，再沿设在U形筒侧壁的海水切向入口221进入U形筒140，以优选方案为例，由于U形筒的半径大于蒸发罐内半径，根据角动量守恒定律（数学推导过程略），当海水到达连通蒸发罐100内的海水导入管164中时，其线速将增加到19.03（m/s），此时、此处海水的转速可提高到刚进入U形筒的362倍，离心力则可提高到6896倍。同样可以算出，在浓海水的环形排出通道和水蒸气管中，浓海水的线速、转速、离心力分别对应为刚进入U形筒的海水的同物理量的8.27倍、68.46倍、566.38倍；水蒸气的线速、转速、离心力分别对应为刚进入U形筒的海水的同物理量的134.88倍、1.82万倍、245.4万倍。在蒸发罐中，海水到达海水导入管164出口后，其角动量保持不变，势必保持旋转状态，将向上、向外旋转运动并与蒸发罐中的热海水迅速换热。当其到达气液液面后，迅速接受高密度的太阳能，而发生“闪蒸汽化”生成水蒸气和海盐固体微粒。在离心力作用下，水蒸气被迫向蒸发罐轴心、向上运动，最后由水蒸气管高速旋转排出；而海盐固体微粒则向下、向远离蒸发罐轴心方向运动，并冲刷、摩擦蒸发罐内壁。这样蒸发罐内壁就不可能产生“结垢”问题。随着浓海水向蒸发罐下部运动，由于蒸发罐半径越来越小，浓海水对器壁（包括蒸发罐内壁和浓海水环形通道）的摩擦、撞击力也越大，海盐固体微粒自身又会溶解在不饱和的浓海水中。海水流经海水导入管164的过程中，热水蒸气（≥100℃）在内、热浓海水（100℃，包括海盐微粒）在外，温度较低的海水（＜75℃）居中，三者又都处于高速旋转状态，热交换效率很高，基本可以实现：水蒸气液化为淡水、海水温度升高到100℃、浓海水中的海盐微粒重新溶解的结果。

两个热交换器的设置是太阳能蒸发废热回收的加强补充过程。在热交换器Ⅰ、Ⅱ的第1通道（即海水从大海进入U形筒所经通道），由于海水、浓海水，温度较低，不存在海水中的酸式碳酸盐分解生成碳酸盐沉淀的问题，海水中的其它海盐也均处于不饱和状态，因而这里也不存在结垢问题。而受热分解产生的碳酸盐颗粒，虽然不可能再次溶解，但经过旋转、碰撞、摩擦，也会球形化，大大地降低其附着热交换器器壁的能力，最终随浓海水一起被排出系统。

当海水进料流量超过蒸发罐的蒸发速度时，蒸发罐里的气液界面必定上升，当其上升到水蒸气管的气液界面控制位161时，本发明的系统控制仪将收到一个电导值突然变大的信号，于是系统控制仪发出指令，停止或减小海水的进料流量，或者加大浓海水的排出流量。

以上所述，仅为清楚地说明本发明，并非对本发明作任何限制，任何熟悉本领域的技术人员，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均在本发明权利要求的保护范围之内。

比如，本发明太阳能收集系统的加热部分，可将两个凹面镜的结合替换为以下任一种形式：1、一个双面凸透镜；2、一个单面凸透镜（只要让单透镜的焦点落入蒸发罐的灌口平面以内即可）；3、共焦的两个双面凸透镜；4、共焦的两个单面凸透镜（让透过两个单面凸透镜的平行光垂直照射蒸发罐罐口平面即可）。以上4种方式，都可以获得次于本发明实施例但显著优于现有技术的海水淡化效果。

Claims (7)

1.一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：包括机架，在机架上设置有海水蒸发系统，与海水蒸发系统连接设置有太阳能收集系统以及用于向海水蒸发系统引入海水并能将海水蒸发后产生的水蒸气和浓海水导出的进料出料系统，还设有用于控制太阳能收集系统朝向的太阳光跟踪系统；其中，所述的海水蒸发系统包括一个用于接收海水并利用太阳能对海水进行蒸发的蒸发罐（100），蒸发罐设在一个圆柱支撑筒（102）中，圆柱支撑筒套装在机架上设置的一个支撑圆环（326）内，圆柱支撑筒通过其外侧壁上的支撑耳轴（104）设置在支撑圆环上，太阳光跟踪系统中的驱动装置通过驱动支撑圆环相对于机架转动以及驱动圆柱支撑筒相对于支撑圆环转动以实现太阳能收集系统对太阳光的追踪，以上各系统在系统控制仪的控制下进行工作；所述的蒸发罐中部（103）为空心球形，上部和下部均为空心柱形，蒸发罐的罐体为具有夹层的双层结构，夹层内为真空，蒸发罐的材质为不锈钢或者石英玻璃；当材质为石英玻璃时，在夹层的内壁表面镀一层用于反光的银层；蒸发罐的上下两端均设有开口，且蒸发罐上端开口大于下端开口，在蒸发罐上端开口处设置有用于将太阳能收集系统收集的太阳光散发到蒸发罐内的凹透镜（110），所述凹透镜朝向蒸发罐的一面为凹面，另一面为平面，在凹透镜的平面侧设置有增透膜；所述的进料出料系统包括一个U形筒（141），在U形筒的顶端固定连接有U形筒顶盖，U形筒顶盖与一个连接筒（131）的一端固定连接，连接筒的另一端与一个调节筒（121）的一端固定连接，调节筒的另一端与圆柱支撑筒靠近蒸发罐下开口的一端固定连接，在U形筒的侧壁上设有一个海水切向入口（221）；在U形筒顶盖上设置有一个海水导入管入口，海水导入管（164）贯穿连接筒和调节筒伸入到蒸发罐中；在海水导入管中套装有水蒸气管，水蒸气管贯穿U形筒的底部用于将水蒸气导出；在调节筒、连接筒与海水导入管之间形成浓海水排出通道，在连接筒上设置有浓海水切向出口；U形筒的内径大于蒸发罐的最大内径。

2.根据权利要求1所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：所述的太阳能收集系统包括用于向海水蒸发系统提供能量的太阳光聚光加热部分，所述的太阳光聚光加热部分包括一个支撑骨架（1），在支撑骨架上设置有一个镜面向上的大球面反光镜（5），在大球面反光镜的中心开口对面设置有一个小球面反光镜（401），大球面反光镜与小球面反光镜均为凹面镜，两个球面反光镜开口相对，且共轴共焦，在大球面反光镜的底部设置有一个安装口，安装口处设置有一块平板玻璃，在平板玻璃与圆柱支撑筒之间设置有用于将太阳光导向蒸发罐的太阳光导引筒（10）。

3.根据权利要求2所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：所述的太阳能收集系统还包括四块太阳能电池板（3），四块太阳能电池板串联连接，并拼接成一个具有内圆孔的方形光电池板，内圆孔与大球面反光镜的上口边缘衔接，太阳能电池板通过太阳能电池板导线（11）连接系统控制仪（13）为系统控制仪供电，系统控制仪电连接蓄电池（12），以便将多余的能量进行储蓄。

4.根据权利要求1所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：所述的圆柱支撑筒通过圆柱支撑筒上端外凸缘以及圆柱支撑筒上法兰（101）与太阳能收集系统的相应法兰相连接；圆柱支撑筒通过圆柱支撑筒下端外凸缘以及圆柱支撑筒下法兰（120）与进料出料系统的相应法兰相连接；在圆柱支撑筒上法兰和圆柱支撑筒下法兰朝向圆柱支撑筒内的一侧均设置有一个卡环（107），卡环内设置有弹性密封圈（108），所述弹性密封圈横截面为唇形，弹性密封圈的环形凹槽与蒸发罐的相应端配合安装，弹性密封圈的内径与蒸发罐相应端内径相一致，弹性密封圈的外径与相应卡环的内径相贴合。

5.根据权利要求1所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：所述的进料出料系统还包括热交换器Ⅰ（232）和热交换器Ⅱ（224），热交换器Ⅰ的第一路进口管连接有海水软管（17），热交换器Ⅰ的第一路出口管通过连接管与热交换器Ⅱ的第一路进口管相连通，热交换器Ⅱ的第一路出口管通过海水引入管（220）与U形筒侧壁上的海水切向入口相连通；热交换器Ⅰ的第二路进口管通过浓海水引出管（233）与连接筒上的浓海水切向出口相连通，热交换器Ⅰ的第二路出口管（22）与浓海水软管（16）相连通；热交换器Ⅱ的第二路进口管通过一个三通管以及绝缘管与水蒸气管相连通，三通管的一个管口与绝缘管相连通，三通管的另一个管口连接温度测定仪探头（222），三通管的支路口连通热交换器Ⅱ的第二路进口管，热交换器Ⅱ的第二路出口管（20）与淡水软管（18）相连通。

6.根据权利要求1所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：水蒸气管为一根上、下两端部裸露、中部镀有一层搪瓷绝缘层的金属管，其下部外侧焊接一个水蒸气管固定法兰，下端部连接一根绝缘管；水蒸气管通过水蒸气管固定法兰固定于U形筒的底部，水蒸气管的搪瓷绝缘层自水蒸气管固定法兰的上平面直到蒸发罐中心的海水平面控制点，水蒸气管上端口直达蒸发罐的球形顶点，从水蒸气管固定法兰和固定螺栓/螺栓金属垫各引出一根导线连接系统控制仪的输入端。

7.根据权利要求1所述的一种罐式太阳能海水淡化器，其特征在于：所述的海水导入管与U形筒顶盖相连接的一端焊接有连接圆环，连接圆环的内径与海水导入管的内径或者外径相同；在连接筒的下端设置有连接筒下法兰（140），连接圆环安装在连接筒下法兰与U形筒顶盖之间，连接筒下法兰与U形筒顶盖通过无螺帽螺栓相连接。