CN113880175B - 一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器，透明壳体的内部设置有蒸发水槽，蒸发水槽的上部开设有蒸气开口，蒸发水槽内部堆叠有若干组用于吸收太阳能并储热的储热管组件；蒸发水槽与透明壳体之间设置有走水通道，透明壳体底部开设有用于排出走水通道内部蒸发水的出水口。本发明通过蒸发水槽内的储热管组件能快速吸收太阳能中的热量，并将热量传递给盐水，从而使盐水中的水蒸发变为水蒸气,水蒸气上升遇到温度较低的透明壳体后，冷凝成水并沿透明壳体滑落到走水通道内，并通过出水口排出，从而实现海水淡化；并通过增大储热管组件与低温盐水之间的接触面积，来提高换热效率，实现低成本增大海水蒸馏淡化过程的效率。

Description

一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器
技术领域
本发明涉及海水蒸馏淡领域，特别是涉及一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器。
背景技术
尽管地球表面超70％的部分都被海水覆盖，但是一些沿海城市依然处于缺少淡水资源的困境中。2017年，青岛、烟台、大连等沿海城市都出现了比较严重的资源性缺水危机，而地下水的过度开采又会造成海水倒灌，因此对于缺乏淡水资源的城市来说，海水淡化是维持城市正常运行的重要技术。
太阳能蒸馏海水就是一种简单而常用的海水淡化方法，通过简单的蒸馏装置，就可以将海水中的水蒸馏出来得到淡水，而使用太阳能作为蒸馏装置的能源则可以避免化石能源的消耗，有利于减少传统化石能源的消耗与温室气体排放，保护环境，在一些阳光充足而缺乏动力和电能或对环保有所要求的地区具有非常大的应用潜力。但是该类海水淡化的效率依然较低，为了提高淡水产量只能进一步扩大设备的建设投资，提高了生产建造成本。因此，亟需一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于海水淡化的复合式储热管及太阳能蒸发器，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种适用于海水淡化的复合式储热管，包括透明壳体，所述透明壳体的内部设置有蒸发水槽，所述蒸发水槽的上部开设有蒸气开口，所述蒸发水槽内部堆叠有若干组用于吸收太阳能并储热的储热管组件；所述蒸发水槽与透明壳体之间设置有走水通道，所述透明壳体底部开设有用于排出所述走水通道内部蒸发水的出水口。
优选的，所述储热管组件包括吸热壳体，所述吸热壳体的中心固定设置有蓄能实心管，所述吸热壳体和蓄能实心管之间设置有蓄热材料。
优选的，所述吸热壳体为铝管，所述蓄热材料为硅砂，所述蓄能实心管为铜线，所述吸热壳体外部涂覆有黑色油漆。
优选的，所述透明壳体为圆柱形圆管，所述蒸发水槽为圆弧形凹槽，所述蒸发水槽为透明材质。
优选的，所述蒸发水槽与透明壳体之间固定设置有两组冷却板组件，每组所述冷却板组件包括若干个用于冷却水蒸气的冷却板，相邻两组所述冷却板之间、所述冷却板与透明壳体之间、所述冷却板与蒸发水槽外壁之间均设置有流水通道。
优选的，两组所述冷却板组件关于所述透明壳体中心竖直截面对称设置；每组所述冷却板组件内部的冷却板同轴心且从蒸发水槽到透明壳体依次设置；所述蒸发水槽与透明壳体在走水通道内部固定设置有固定板，每个所述冷却板的一端均与固定板固定连接，所述冷却板的另一端伸出走水通道。
优选的，每组所述冷却板组件内部的冷却板的弧形长度从内到外依次递增。
优选的，所述冷却板为透明材质，所述冷却板内部开设有冷水通道，所述冷水通道内部用于流通低温海水。
一种适用于海水淡化的太阳能蒸发器，包括复合式储热管以及设置在复合式储热管两侧的转换接头，所述转换接头包括用于连通蒸发水槽的进出腔，所述复合式储热管两侧的进出腔分别连通有进水箱和出水箱；所述复合式储热管的下端固定设置有用于承接蒸发水的流水槽，所述流水槽和出水口相适配,所述流水槽的两端分别与复合式储热管两侧的转换接头固定连接。
优选的，所述转换接头还包括用于连通所述冷却板内部冷水通道的海水转换腔，所述冷水通道进水端的海水转换腔与冷海水连通，所述冷水通道出水端的海水转换腔与进水箱连通。
本发明公开了以下技术效果：本发明通过蒸发水槽内的储热管组件能快速吸收太阳能中的热量，并将热量传递给盐水，从而使盐水中的水蒸发变为水蒸气,水蒸气上升遇到温度较低的透明壳体后，冷凝成水并沿透明壳体滑落到走水通道内，并通过出水口排出，从而实现海水淡化；并通过增大储热管组件与低温盐水之间的接触面积，来提高换热效率，实现低成本增大海水蒸馏淡化过程的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明复合式储热管结构示意图；
图2为实施例2复合式储热管结构示意图；
图3为本发明太阳能蒸发器结构示意图；
图4为本发明转换接头结构示意图。
其中，1为透明壳体，2为蒸发水槽，3为蒸气开口，4为走水通道，5为出水口，6为吸热壳体，7为蓄能实心管，8为蓄热材料，9为冷却板，10为流水通道，11为固定板，12为冷水通道，21为转换接头，22为进水箱，23为出水箱，24为流水槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种适用于海水淡化的复合式储热管，包括透明壳体1，透明壳体1的内部设置有蒸发水槽2，蒸发水槽2的上部开设有蒸气开口3，蒸发水槽2内部堆叠有若干组用于吸收太阳能并储热的储热管组件；蒸发水槽2与透明壳体1之间设置有走水通道4，透明壳体1底部开设有用于排出走水通道4内部蒸发水的出水口5。蒸发水槽2内部填设有盐水，当自然阳光和集中太阳能照射盐水和储热管组件时，蒸发水槽2内的储热管组件能快速吸收太阳能中的热量，并将热量传递给盐水，从而使盐水中的水蒸发变为水蒸气,水蒸气上升遇到温度较低的透明壳体1后，冷凝成水并沿透明壳体1滑落到走水通道4内，并通过出水口5排出，从而实现海水淡化。
进一步优化方案，储热管组件包括吸热壳体6，吸热壳体6的中心固定设置有蓄能实心管7，吸热壳体6和蓄能实心管7之间设置有蓄热材料8。吸热壳体6和蓄热材料8采用比热容大的材料制成，比如吸热壳体6为铝管，蓄热材料8为硅砂，铝和硅砂的比热较大，铝在接受太阳能的时候迅速升温，同时硅砂的温度也快速升高，进而将其中储存的热量迅速转移到盐水中，促进盐水蒸发。蓄能实心管7采用比热容小的材料制成，比如蓄能实心管7为铜线，当太阳能不足时，铝管的温度迅速降低，而铜的比热较小，因此温度较高的铜线可再将热量转移至硅砂，再传递到铝管中，减缓了储热管组件的放热过程，从而延长了太阳能蒸发器的工作时间，提高了设备的淡水产量。且铝、硅砂和铜作为常见材料，成本不高，整个海水淡化流程的建造/改造成本较低；且铝、硅砂和铜等传统的显热蓄能材料具有性质稳定、成本低、使用寿命长等优点。
同时，吸热壳体6外部涂覆有黑色油漆，以便吸热壳体6更好的吸收太阳能中的辐射热量。
进一步优化方案，透明壳体1为圆柱形圆管，蒸发水槽2为圆弧形凹槽，透明壳体1和蒸发水槽2为透明材质，从而保证储热管组件能充分吸收太阳能中的辐射热量。
更进一步的，吸热壳体6为圆柱形，蒸发水槽2内部堆叠有若干个吸热壳体6，吸热壳体6完全浸泡在盐水中，即盐水液面高于吸热壳体6顶面，使储热管组件具有较高的换热和产水效率；吸热壳体6的设计能有效增大储热管组件与盐水的接触面积，进而增强了太阳能蒸发器的换热效率，提高产水效率。
实施例2
参照图2，本实施例提供一种适用于海水淡化的复合式储热管，本实施例与实施例1的区别仅在于：蒸发水槽2与透明壳体1之间固定设置有两组冷却板组件，每组冷却板组件包括若干个用于冷却水蒸气的冷却板9，相邻两组冷却板9之间、冷却板9与透明壳体1之间、冷却板9与蒸发水槽2外壁之间均设置有流水通道10，当水蒸气上升遇到透明壳体1和冷却板9之后冷凝成淡化水，在其向下滑动过程中重量变大当其重量大于吸附力时，向下坠落，由于设置了冷却板9，可以将降落到蒸发水槽2内的淡化水提前拦截并将其导入到流水通道10并排放到走水通道4内，从而提高淡化水的收集效率，并通过增设冷却板9提高水蒸气的冷却效率。
进一步优化方案，两组冷却板组件关于透明壳体1中心竖直截面对称设置；每组冷却板组件内部的冷却板9同轴心且从蒸发水槽2到透明壳体1依次设置；蒸发水槽2与透明壳体1在走水通道4内部固定设置有固定板11，每个冷却板9的一端均与固定板11固定连接，冷却板9的另一端伸出走水通道4。固定板11上开设有连通流水通道10和走水通道4的通孔。
进一步优化方案，每组冷却板组件内部的冷却板9的弧形长度从内到外依次递增，保证水蒸气可以均与的进入到相邻两组冷却板9之间、冷却板9与透明壳体1之间、冷却板9与蒸发水槽2外壁之间，防止中间的冷却板9对外侧的冷却板9进行遮挡，提高冷却效率。
进一步优化方案，冷却板9为透明材质，冷却板9内部开设有冷水通道12，冷水通道12内部用于流通低温海水，通过低温海水降低冷却板9的温度，提高冷却板9的冷却效率，并将冷水通道12的低温海水加热，将其提前进行预热，将其通入到蒸发水槽2内。
实施例3
参照图3-4，本发明提供一种适用于海水淡化的太阳能蒸发器，包括实施例1或者实施例2所述的一种适用于海水淡化的复合式储热管，包括设置在复合式储热管两侧的转换接头21，转换接头21包括用于连通蒸发水槽2的进出腔，复合式储热管两侧的进出腔分别连通有进水箱22和出水箱23；复合式储热管的下端固定设置有用于承接蒸发水的流水槽24，流水槽24和出水口5相适配,流水槽24的两端分别与复合式储热管两侧的转换接头21固定连接。转换接头21还包括用于连通冷却板9内部冷水通道12的海水转换腔，冷水通道12进水端的海水转换腔与冷海水连通，冷水通道12出水端的海水转换腔与进水箱22连通。进水箱22内设置有水泵，保证蒸发水槽2内的液面高度以及更换蒸发水槽2内的盐水时进行换水工作。
工作过程：蒸发水槽2内填充有待淡化的盐水，当自然阳光和集中太阳能照射盐水和储热管组件时，蒸发水槽2内的储热管组件能快速吸收太阳能中的热量，并将热量传递给盐水，从而使盐水中的水蒸发变为水蒸气,水蒸气上升遇到温度较低的透明壳体1和冷却板9后，冷凝成水并沿透明壳体1和冷却板9滑落到走水通道4内，并通过出水口5排出，进入到流水槽24并被收集起来。在冷却板9冷却水蒸气的同时，冷却板9内部的水被加热，进入到进水箱22内，当蒸发水槽2的液面降低时，通过水泵将其泵送到蒸发水槽2，保证蒸发水槽2内的水面高度，当蒸发水槽2内的盐水盐度影响到淡化效率时，进行蒸发水槽2内盐水更换，冷却板9内被加热的盐水填充到蒸发水槽2内，可以最大限度的缩短加热时间，提高蒸发效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于海水淡化的复合式储热管，其特征在于：包括透明壳体（1），所述透明壳体（1）的内部设置有蒸发水槽（2），所述蒸发水槽（2）的上部开设有蒸气开口（3），所述蒸发水槽（2）内部堆叠有若干组用于吸收太阳能并储热的储热管组件；所述蒸发水槽（2）与透明壳体（1）之间设置有走水通道（4），所述透明壳体（1）底部开设有用于排出所述走水通道（4）内部蒸发水的出水口（5）；
所述储热管组件包括吸热壳体（6），所述吸热壳体（6）的中心固定设置有蓄能实心管（7），所述吸热壳体（6）和蓄能实心管（7）之间设置有蓄热材料（8）；
所述吸热壳体（6）为铝管，所述蓄热材料（8）为硅砂，所述蓄能实心管（7）为铜线，所述吸热壳体（6）外部涂覆有黑色油漆；
所述透明壳体（1）为圆柱形圆管，所述蒸发水槽（2）为圆弧形凹槽，所述蒸发水槽（2）为透明材质；
所述蒸发水槽（2）与透明壳体（1）之间固定设置有两组冷却板组件，每组所述冷却板组件包括若干个用于冷却水蒸气的冷却板（9），相邻两组所述冷却板（9）之间、所述冷却板（9）与透明壳体（1）之间、所述冷却板（9）与蒸发水槽（2）外壁之间均设置有流水通道（10）。
2.根据权利要求1所述的一种适用于海水淡化的复合式储热管，其特征在于：两组所述冷却板组件关于所述透明壳体（1）中心竖直截面对称设置；每组所述冷却板组件内部的冷却板（9）同轴心且从蒸发水槽（2）到透明壳体（1）依次设置；所述蒸发水槽（2）与透明壳体（1）在走水通道（4）内部固定设置有固定板（11），每个所述冷却板（9）的一端均与固定板（11）固定连接，所述冷却板（9）的另一端伸出走水通道（4）。
3.根据权利要求2所述的一种适用于海水淡化的复合式储热管，其特征在于：每组所述冷却板组件内部的冷却板（9）的弧形长度从内到外依次递增。
4.根据权利要求1所述的一种适用于海水淡化的复合式储热管，其特征在于：所述冷却板（9）为透明材质，所述冷却板（9）内部开设有冷水通道（12）。
5.一种适用于海水淡化的太阳能蒸发器，包括权利要求1-4任意一项所述的一种适用于海水淡化的复合式储热管，其特征在于：包括设置在复合式储热管两侧的转换接头（21），所述转换接头（21）包括用于连通蒸发水槽（2）的进出腔，所述复合式储热管两侧的进出腔分别连通有进水箱（22）和出水箱（23）；所述复合式储热管的下端固定设置有用于承接蒸发水的流水槽（24），所述流水槽（24）和出水口（5）相适配,所述流水槽（24）的两端分别与复合式储热管两侧的转换接头（21）固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种适用于海水淡化的太阳能蒸发器，其特征在于：所述转换接头（21）还包括用于连通所述冷却板（9）内部冷水通道（12）的海水转换腔，所述冷水通道（12）进水端的海水转换腔与冷海水连通，所述冷水通道（12）出水端的海水转换腔与进水箱（22）连通。
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