CN216236126U

CN216236126U - 一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置

Info

Publication number: CN216236126U
Application number: CN202122358316.6U
Authority: CN
Inventors: 吴永佳; 高亚辉; 李澳铖; 丁鑫源; 陈森; 职聪聪; 明廷臻
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2031-09-28

Abstract

一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，包括：冷热能收集总成、蓄冷罐、蓄热罐和多级闪蒸总成，所述冷热能收集总成的集热板与蓄热罐进行热交换，所述冷热能收集总成的集冷板与蓄冷罐进行热交换，蓄冷罐的制冷管进口与海水补充管道相连通，蓄冷罐的制冷管出口与多级闪蒸总成的冷凝管道的进口相连通，所述多级闪蒸总成的冷凝管道的出口与蓄热罐的制热管进口相连通，蓄热罐的制热管出口与多级闪蒸总成的闪蒸海水进口相连通；所述多级闪蒸总成内每个冷凝管道的下方均设置有一个集液盘，所述集液盘的底部设置有淡水输送管道。本设计不仅利用多级闪蒸总成充分利用能量，而且利用冷热能收集总成持续集能提高海水淡化效率。

Description

一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，具体适用于提高海水淡化的效率。

背景技术

淡水资源短缺是人类一直面临的难题。我国水资源总量虽多，但人均用水量很少，是世界上人均淡水资源最为匮乏的国家之一，此外，在远离内陆的岛礁、船舶、海上平台等地，淡水也是极其重要的战略资源。海水淡化是解决上述问题行之有效的途径。

目前，常见海水淡化技术主要有蒸馏法或膜过滤法，其中基于蒸馏法的多级闪蒸海水淡化技术得到了广泛的应用。但以蒸汽为热源的上述方法存在能耗费用较高的问题，严重限制了该方法的大规模应用。太阳能取之不尽、用之不竭，且清洁环保，成为突破海水淡化能源资源瓶颈的重要途径，太阳能海水淡化技术因其结构简单，低能耗，运行安全稳定可靠，其运行原理是利用太阳能产生热能驱动海水发生相变过程，即产生蒸发与冷凝。但是，目前的太阳能海水淡化技术依然面临能源利用效率较低、产水效率不高等问题。此外，受到地理、季节、昼夜及天气变化等因素的制约，太阳能和辐射制冷具有间断性和不稳定性等特点。为了保证不间断供热和供冷工作，需要采用储能装置。因此，通过辐射制冷提高太阳能海水淡化系统产水效率，对推进太阳能海水淡化产业发展，推进清洁安全供水具有十分重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的海水淡化效率较低和夜间不能工作的问题，提供了一种海水淡化效率较高和夜间蓄冷的辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置。

为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，所述海水淡化装置包括：冷热能收集总成、蓄冷罐、蓄热罐和多级闪蒸总成，所述冷热能收集总成为可以正、反翻转的能量采集装置，所述冷热能收集总成的集热板与蓄热罐进行热交换，所述冷热能收集总成的集冷板与蓄冷罐进行热交换，所述蓄冷罐的制冷管进口与海水补充管道相连通，所述蓄冷罐的制冷管出口与多级闪蒸总成的冷凝管道的进口相连通，所述多级闪蒸总成的冷凝管道的出口与蓄热罐的制热管进口相连通，所述蓄热罐的制热管出口与多级闪蒸总成的闪蒸海水进口相连通；所述多级闪蒸总成内每个冷凝管道的下方均设置有一个集液盘，所述集液盘的底部设置有淡水输送管道。

所述冷热能收集总成包括：集热板、集冷板和隔热板，所述隔热板设置于集热板和集冷板之间，所述集热板上设置有热交换液进口和热交换液出口，所述集冷板上设置有冷交换液进口和冷交换液出口。

所述蓄冷罐内设置有制冷管和冷交换管，所述制冷管和冷交换管均为盘管结构，所述冷交换管的两端各通过一根冷媒管分别与冷交换液进口和冷交换液出口相连通，所述与冷交换液进口连通的冷媒管上设置有冷媒水泵，所述蓄冷罐内填充有冷相变材料；

所述蓄热罐内设置有制热管和热交换管，所述制热管和热交换管均为盘管结构，所述热交换管的两端各通过一根热媒管分别与热交换液进口和热交换液出口相连通，所述与热交换液进口连通的热媒管上设置有热媒水泵，所述蓄热罐内填充有热相变材料。

所述冷相变材料为6℃蓄冷相变材料，主要由氢氧化钠NaOH、氯化钠NaCl和水 H₂O组成，各组分的质量百分比如下：氢氧化钠30～50％，氯化钠0～10％和水40～60％， 6℃蓄冷相变材料的相变潜热为240～260KJ/kg，密度为1.45～1.55kg/l；所述热相变材料是指石蜡。

所述多级闪蒸总成包括至少三个闪蒸器，相邻闪蒸器内的冷凝管首尾连通形成冷凝管道，近蓄冷罐设置的闪蒸器的冷凝管的出口处设置有冷却水输出阀，相邻闪蒸器之间通过海水输运管道相连通，近蓄冷罐设置的闪蒸器底部设置有浓海水排出阀和海水循环阀，所述海水循环阀的输出口与冷凝管道相连通，所述冷凝管道上设置有循环盐水泵，所述循环盐水泵的进口与海水循环阀的输出口相通，所述闪蒸器的顶部设置有与其相连通的排气管道，所述排气管道的末端设置有真空泵。

所述集热板表面设置有吸热涂层，所述吸热涂层为蓝钛涂层或黑铬涂层,吸热涂层在0.2μm～3μm的太阳辐射波段的吸收率大于90％,在太阳辐射波段以外的其他波段的发射率小于5％；

所述集冷板表面设置有吸冷涂层，所述吸冷涂层为聚氟乙烯涂层，吸冷涂层在 8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率为80％一90％，在其他波段的透过率为 70％～90％。

所述太阳能海水淡化装置的外部管路和蓄冷罐、蓄热罐外部均包覆有保温材料。

所述海水补充管道上设置有海水预处理装置。

所述闪蒸器内的冷凝管道为扁平状的波浪管，所述海水输运管道上设置有阀门。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置中利用冷热能收集总成白天蓄热、晚上蓄冷，将其收集的能量用于扩大多级闪蒸总成中的温差，有效提高海水淡化效率。因此，本设计不仅利用多级闪蒸总成充分利用能量，而且利用冷热能收集总成持续集能提高海水淡化效率。

2、本实用新型一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置中集热板对太阳能集热，并通过热媒管连接至蓄热罐进行蓄热，通过热媒水泵控制热媒管内热媒的流动，蓄热罐内利用热相变材料蓄热，可以实现持续地为多级闪蒸装置供热，避免了传统能源的消耗，具有清洁节能的效益；同时集冷板辐射集冷，并通过冷媒管连接至蓄冷罐进行蓄冷，通过冷媒水泵控制冷媒管内冷媒的流动，蓄冷罐内利用冷相变材料蓄冷，可以实现持续地为多级闪蒸装置供冷，提高了系统的产水效率。因此，本设计能源清洁能够持续实现冷热循环，有效提高系统的产水效率。

3、本实用新型一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置中对海水系统中进行加热的能量，来自蓄热罐对海水进行加热、上一级中水蒸气凝结的潜热用来为下一级提供蒸发能量、浓盐水循环利用余热等，提高了太阳能利用效率和系统产水能力和能量利用效率。因此，本设计结构设计合理，能量利用率高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中闪蒸器内冷凝管道的结构示意图。

图中：冷热能收集总成1、集热板11、集冷板12、隔热板13、热交换液进口14、热交换液出口15、冷交换液进口16、冷交换液出口17、吸冷涂层18、吸热涂层19、蓄冷罐2、制冷管21、冷交换管22、冷媒管23、冷媒水泵24、蓄热罐3、制热管31、热交换管32、热媒管33、热媒水泵34、多级闪蒸总成4、冷凝管道41、闪蒸海水进口42、集液盘43、淡水输送管道44、排气管道45、真空泵46、海水输运管道47、阀门48、循环盐水泵49、海水补充管道5、海水预处理装置51、闪蒸器6、冷却水输出阀61、浓海水排出阀62、海水循环阀63。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1至图2，一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，所述海水淡化装置包括：冷热能收集总成1、蓄冷罐2、蓄热罐3和多级闪蒸总成4，所述冷热能收集总成1为可以正、反翻转的能量采集装置，所述冷热能收集总成1的集热板 11与蓄热罐3进行热交换，所述冷热能收集总成1的集冷板12与蓄冷罐2进行热交换，所述蓄冷罐2的制冷管21进口与海水补充管道5相连通，所述蓄冷罐2的制冷管21出口与多级闪蒸总成4的冷凝管道41的进口相连通，所述多级闪蒸总成4的冷凝管道41的出口与蓄热罐3的制热管31进口相连通，所述蓄热罐3的制热管31出口与多级闪蒸总成4的闪蒸海水进口42相连通；所述多级闪蒸总成4内每个冷凝管道41的下方均设置有一个集液盘43，所述集液盘43的底部设置有淡水输送管道44。

所述冷热能收集总成1包括：集热板11、集冷板12和隔热板13，所述隔热板13 设置于集热板11和集冷板12之间，所述集热板11上设置有热交换液进口14和热交换液出口15，所述集冷板12上设置有冷交换液进口16和冷交换液出口17。

所述蓄冷罐2内设置有制冷管21和冷交换管22，所述制冷管21和冷交换管22 均为盘管结构，所述冷交换管22的两端各通过一根冷媒管23分别与冷交换液进口16 和冷交换液出口17相连通，所述与冷交换液进口16连通的冷媒管23上设置有冷媒水泵24，所述蓄冷罐2内填充有冷相变材料；

所述蓄热罐3内设置有制热管31和热交换管32，所述制热管31和热交换管32 均为盘管结构，所述热交换管32的两端各通过一根热媒管33分别与热交换液进口14 和热交换液出口15相连通，所述与热交换液进口14连通的热媒管33上设置有热媒水泵34，所述蓄热罐3内填充有热相变材料。

所述多级闪蒸总成4包括至少三个闪蒸器6，相邻闪蒸器6内的冷凝管首尾连通形成冷凝管道41，近蓄冷罐2设置的闪蒸器6的冷凝管的出口处设置有冷却水输出阀 61，相邻闪蒸器6之间通过海水输运管道47相连通，近蓄冷罐2设置的闪蒸器6底部设置有浓海水排出阀62和海水循环阀63，所述海水循环阀63的输出口与冷凝管道41相连通，所述冷凝管道41上设置有循环盐水泵49，所述循环盐水泵49的进口与海水循环阀63的输出口相通，所述闪蒸器6的顶部设置有与其相连通的排气管道45，所述排气管道45的末端设置有真空泵46。

所述集热板11表面设置有吸热涂层19，所述吸热涂层19为蓝钛涂层或黑铬涂层,吸热涂层19在0.2μm～3μm的太阳辐射波段的吸收率大于90％,在太阳辐射波段以外的其他波段的发射率小于5％；

所述集冷板12表面设置有吸冷涂层18，所述吸冷涂层18为聚氟乙烯涂层，吸冷涂层18在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率为80％一90％，在其他波段的透过率为70％～90％。

所述太阳能海水淡化装置的外部管路和蓄冷罐2、蓄热罐3外部均包覆有保温材料。

所述海水补充管道5上设置有海水预处理装置51。

所述闪蒸器6内的冷凝管道41为扁平状的波浪管，所述海水输运管道47上设置有阀门48。

本实用新型的原理说明如下：

本发明所需的少量电能可以由集成在集热板上的太阳能光伏电池提供。

真空泵使每一个闪蒸器内的压力都低于闪蒸器内海水温度对应的饱和蒸汽压。

在海水冷凝过程中，辐射制冷材料利用对空辐射创造低温表面，不需要消耗能源即可完成冷凝，清洁高效地产出淡水；在海水加热过程中，利用集热板收集的太阳能和水蒸气凝结的潜热，增强海水加热效果，提高系统产水率。在系统中多级加热海水，充分利用相变潜热，实现能量的高效利用。

所述冷热能收集总成1为可以正、反翻转的能量采集装置，冷媒管23、热媒管 33均为软管结构，在白天时集热板11正对天空收集热能，晚上时集冷板12正对天空集冷。

实施例1：

一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，所述海水淡化装置包括：冷热能收集总成1、蓄冷罐2、蓄热罐3和多级闪蒸总成4，所述冷热能收集总成1 为可以正、反翻转的能量采集装置，所述冷热能收集总成1的集热板11与蓄热罐3 进行热交换，所述冷热能收集总成1的集冷板12与蓄冷罐2进行热交换，所述蓄冷罐2的制冷管21进口与海水补充管道5相连通，所述蓄冷罐2的制冷管21出口与多级闪蒸总成4的冷凝管道41的进口相连通，所述多级闪蒸总成4的冷凝管道41的出口与蓄热罐3的制热管31进口相连通，所述蓄热罐3的制热管31出口与多级闪蒸总成4的闪蒸海水进口42相连通；所述多级闪蒸总成4内每个冷凝管道41的下方均设置有一个集液盘43，所述集液盘43的底部设置有淡水输送管道44。所述多级闪蒸总成4包括至少三个闪蒸器6，相邻闪蒸器6内的冷凝管首尾连通形成冷凝管道41，近蓄冷罐2设置的闪蒸器6的冷凝管的出口处设置有冷却水输出阀61，相邻闪蒸器6之间通过海水输运管道47相连通，近蓄冷罐2设置的闪蒸器6底部设置有浓海水排出阀62和海水循环阀63，所述海水循环阀63的输出口与冷凝管道41相连通，所述冷凝管道41上设置有循环盐水泵49，所述循环盐水泵49的进口与海水循环阀63的输出口相通，所述闪蒸器6的顶部设置有与其相连通的排气管道45，所述排气管道 45的末端设置有真空泵46。所述集热板11表面设置有吸热涂层19，所述吸热涂层 19为蓝钛涂层或黑铬涂层,吸热涂层19在0.2μm～3μm的太阳辐射波段的吸收率大于90％,在太阳辐射波段以外的其他波段的发射率小于5％；所述集冷板12表面设置有吸冷涂层18，所述吸冷涂层18为聚氟乙烯涂层，吸冷涂层18在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率为80％一90％，在其他波段的透过率为70％～90％。所述太阳能海水淡化装置的外部管路和蓄冷罐2、蓄热罐3外部均包覆有保温材料。所述海水补充管道5上设置有海水预处理装置51。所述闪蒸器6内的冷凝管道41为扁平状的波浪管，所述海水输运管道47上设置有阀门48。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

实施例3：

实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：

所述蓄热罐3内设置有制热管31和热交换管32，所述制热管31和热交换管32 均为盘管结构，所述热交换管32的两端各通过一根热媒管33分别与热交换液进口14 和热交换液出口15相连通，所述与热交换液进口14连通的热媒管33上设置有热媒水泵34，所述蓄热罐3内填充有热相变材料；所述冷相变材料为6℃蓄冷相变材料，主要由氢氧化钠NaOH、氯化钠NaCl和水H₂O组成，各组分的质量百分比如下：氢氧化钠30～50％，氯化钠0～10％和水40～60％，6℃蓄冷相变材料的相变潜热为 240～260KJ/kg，密度为1.45～1.55kg/l；所述热相变材料是指石蜡。

Claims

1.一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述海水淡化装置包括：冷热能收集总成（1）、蓄冷罐（2）、蓄热罐（3）和多级闪蒸总成（4），所述冷热能收集总成（1）的集热板（11）与蓄热罐（3）进行热交换，所述冷热能收集总成（1）为可以正、反翻转的能量采集装置，所述冷热能收集总成（1）的集冷板（12）与蓄冷罐（2）进行热交换，所述蓄冷罐（2）的制冷管（21）进口与海水补充管道（5）相连通，所述蓄冷罐（2）的制冷管（21）出口与多级闪蒸总成（4）的冷凝管道（41）的进口相连通，所述多级闪蒸总成（4）的冷凝管道（41）的出口与蓄热罐（3）的制热管（31）进口相连通，所述蓄热罐（3）的制热管（31）出口与多级闪蒸总成（4）的闪蒸海水进口（42）相连通；所述多级闪蒸总成（4）内每个冷凝管道（41）的下方均设置有一个集液盘（43），所述集液盘（43）的底部设置有淡水输送管道（44）。

2.根据权利要求1所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述冷热能收集总成（1）包括：集热板（11）、集冷板（12）和隔热板（13），所述隔热板（13）设置于集热板（11）和集冷板（12）之间，所述集热板（11）上设置有热交换液进口（14）和热交换液出口（15），所述集冷板（12）上设置有冷交换液进口（16）和冷交换液出口（17）。

3.根据权利要求2所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述蓄冷罐（2）内设置有制冷管（21）和冷交换管（22），所述制冷管（21）和冷交换管（22）均为盘管结构，所述冷交换管（22）的两端各通过一根冷媒管（23）分别与冷交换液进口（16）和冷交换液出口（17）相连通，与冷交换液进口（16）连通的冷媒管（23）上设置有冷媒水泵（24），所述蓄冷罐（2）内填充有冷相变材料；

所述蓄热罐（3）内设置有制热管（31）和热交换管（32），所述制热管（31）和热交换管（32）均为盘管结构，所述热交换管（32）的两端各通过一根热媒管（33）分别与热交换液进口（14）和热交换液出口（15）相连通，与热交换液进口（14）连通的热媒管（33）上设置有热媒水泵（34），所述蓄热罐（3）内填充有热相变材料。

4.根据权利要求3所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述冷相变材料为6℃蓄冷相变材料，主要由氢氧化钠NaOH、氯化钠NaCl和水H₂O组成，各组分的质量百分比如下：氢氧化钠30~50%，氯化钠0~10%和水40~60%，6℃蓄冷相变材料的相变潜热为240~260KJ/kg，密度为1.45~1.55kg/l；所述热相变材料是指石蜡。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述多级闪蒸总成（4）包括至少三个闪蒸器（6），相邻闪蒸器（6）内的冷凝管首尾连通形成冷凝管道（41），近蓄冷罐（2）设置的闪蒸器（6）的冷凝管的出口处设置有冷却水输出阀（61），相邻闪蒸器（6）之间通过海水输运管道（47）相连通，近蓄冷罐（2）设置的闪蒸器（6）底部设置有浓海水排出阀（62）和海水循环阀（63），所述海水循环阀（63）的输出口与冷凝管道（41）相连通，所述冷凝管道（41）上设置有循环盐水泵（49），所述循环盐水泵（49）的进口与海水循环阀（63）的输出口相通，所述闪蒸器（6）的顶部设置有与其相连通的排气管道（45），所述排气管道（45）的末端设置有真空泵（46）。

6.根据权利要求5所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述集热板（11）表面设置有吸热涂层（19），所述吸热涂层（19）为蓝钛涂层或黑铬涂层, 吸热涂层（19）在0.2μm～3μm的太阳辐射波段的吸收率大于90%,在太阳辐射波段以外的其他波段的发射率小于5%；

所述集冷板（12）表面设置有吸冷涂层（18），所述吸冷涂层（18）为聚氟乙烯涂层，吸冷涂层（18）在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率为80%一90%，在其他波段的透过率为70%~90%。

7.根据权利要求6所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述太阳能海水淡化装置的外部管路和蓄冷罐（2）、蓄热罐（3）外部均包覆有保温材料。

8.根据权利要求7所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述海水补充管道（5）上设置有海水预处理装置（51）。

9.根据权利要求8所述的一种辐射制冷蓄冷强化的大规模太阳能海水淡化装置，其特征在于：

所述闪蒸器（6）内的冷凝管道（41）为扁平状的波浪管，所述海水输运管道（47）上设置有阀门（48）。