一種太陽能海水蒸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能海水蒸發(fā)器，其包括依次相連的海水預處理單元（1）、海水箱（3）、提升泵（5）和換熱水箱（8），換熱水箱（8）內(nèi)設有螺旋換熱管（9），螺旋換熱管（9）的下端設有淡水收集出口；換熱水箱（8）的下側(cè)出口接至太陽能熱管式集熱器（14）的一端入水口，太陽能熱管式集熱器（14）的另一端出水口接至太陽能蒸餾器（21），太陽能蒸餾器（21）兩側(cè)的冷凝管路通過氣泵（20）接至螺旋換熱管（9）的上端接口處；太陽能蒸餾器（21）尾部設有淡水收集出口、濃鹽水收集出口。本實用新型采用太陽能海水淡化核心技術，成倍提高太陽能海水淡化的產(chǎn)水率。
【專利說明】 一種太陽能海水蒸發(fā)器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高效節(jié)能的海水淡化裝置，特別是涉及一種太陽能海水蒸發(fā)器。【背景技術】
[0002]目前世界海水淡化裝置容量增長迅速，正以10%?30%的速度增長，且增長幅度仍在逐漸增大。全世界有130多個國家正在進行海水淡化，淡化能力一半以上集中在中東海灣國家，占中東淡水來源70%。國內(nèi)外工程化的海水淡化工藝路線主要為熱法和膜法兩種。但這兩種方法都存在預處理復雜、設備國產(chǎn)化低、能源消耗較大、處理費用較高的問題。海水淡化每噸水綜合成本在8元人民幣左右。對生活、生產(chǎn)用戶大規(guī)模的使用比較困難。鑒于環(huán)境壓力大且面臨化石能源枯竭問題，利用新能源進行海水淡化已刻不容緩，其中核能海水淡化和太陽能海水淡化研究最多。此外，將不同的海水淡化常規(guī)工藝進行結合，把淡化后的濃鹽水加以利用，也是未來海水淡化發(fā)展的一個重要趨勢。利用太陽能進行海水淡化的方式有兩種:一是利用太陽能產(chǎn)生熱能驅(qū)動海水發(fā)生相變過程；二是利用太陽能獲得電能驅(qū)動滲析過程。目前太陽能海水淡化的研究和應用以蒸餾法為主，傳統(tǒng)太陽能蒸餾器單位面積產(chǎn)量過低(在晴好天氣下，每平方米采光面積的產(chǎn)淡水量在3.5-4.0kg左右。)是其難以得到大規(guī)模推廣的主要原因?，F(xiàn)有的太陽能蒸餾器存在三個嚴重缺陷，其一是蒸汽的凝結潛熱未被重新利用，而是通過蓋板散失到大氣中去了 ；其二是傳統(tǒng)太陽能蒸餾器中自然對流的換熱模式，大大限制了蒸餾器熱性能的提高；其三是傳統(tǒng)太陽能蒸餾器中待蒸發(fā)的海水熱容量太大，限制了運行溫度的提高，從而減弱了蒸發(fā)的驅(qū)動力。
[0003]為了提高太陽能海水淡化蒸餾器的產(chǎn)水率，國內(nèi)外的學者設計出了很多類型的太陽能蒸餾器?，F(xiàn)代的太陽能海水淡化大多采用主動式，如多效回熱式太陽能海水淡化裝置，產(chǎn)水率高，但也消耗不少電能；一些國外學者提出利用空氣的增濕除濕來實現(xiàn)太陽能海水淡化，該法不需高溫和低壓，裝置簡單；此外，蒸汽熱量的回收也引起的學者的關注，如在太陽能蒸餾器四周安裝循環(huán)冷卻水管強化冷凝，冷凝潛熱得到利用，并分別以淡水、海水及工業(yè)廢水為樣品進行了性能試驗，發(fā)現(xiàn)最大的日產(chǎn)水量大約1.4L.m-2.d-1，水質(zhì)與雨水和礦物質(zhì)水相當，大大提高了太陽能蒸餾器的效率；還有使用復合拋物型太陽能集熱器的低溫多效蒸餾器，研究內(nèi)部動態(tài)過程并建立了低復雜度的太陽能場用蓄熱系統(tǒng)模型和蒸餾器產(chǎn)水量模型，仿真數(shù)據(jù)與實驗結果一致等。國內(nèi)已有學者研制出一種新型閉式太陽能海水淡化裝置，該裝置采用雙塔式結構，由于回收了高溫濃海水和冷卻海水，且可晝夜不間斷地運行，在西安地區(qū)進行性能模擬實驗月平均產(chǎn)水量可達4.6kg/ Hf.d ;還有結合太陽能空氣集熱器和太陽能熱管、利用空氣增濕除濕來實現(xiàn)海水淡化的方法，以電吹風模擬太陽能空氣集熱器的蒸發(fā)器實驗，計算出系統(tǒng)的產(chǎn)水率為12.4% ;采用渦旋式真空泵實現(xiàn)海水負壓蒸發(fā)，熱泵供熱循環(huán)充分回收水蒸氣的凝結潛熱，組合式蒸發(fā)冷凝器用來減小海水熱容，帶冷熱水箱的新型太陽能集熱器以提高海水的集熱溫度，得到了優(yōu)化的蒸發(fā)溫度為Te=57°C。由此可見，高效節(jié)能的太陽能海水淡化系統(tǒng)已在環(huán)保行業(yè)出現(xiàn)。
[0004]與此同時，太陽能光伏發(fā)電作為可再生能源利用的重要組成部分，得到了眾多國家政府的大力支持。20世紀70年代以來，美國、德國、日本等國政府陸續(xù)出臺相關政策，力口大太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展力度，使得世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。2007年，中國大陸太陽能電池產(chǎn)量達到1088MW，占全世界太陽能電池產(chǎn)量的27.2%，從產(chǎn)量看，我國已經(jīng)成為太陽能電池的第一生產(chǎn)國。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型為了克服現(xiàn)有技術存在的問題和局限，提供一種太陽能海水蒸發(fā)器。該設備從提高采集太陽能的熱值效率、回收蒸汽熱量、降低海水熱容量出發(fā)，集主動式、多級芯型、聚光型蒸餾器優(yōu)點為一體，降低能量損失的同時提高產(chǎn)水率，建立高效節(jié)能的太陽能海水蒸發(fā)器。
[0006]本實用新型的技術方案是:一種太陽能海水蒸發(fā)器，包括依次相連的海水預處理單元、海水箱、提升泵和換熱水箱，換熱水箱內(nèi)設有螺旋換熱管，螺旋換熱管的下端設有淡水收集出口 ；換熱水箱的下側(cè)出口接至太陽能熱管式集熱器的一端入水口，太陽能熱管式集熱器的另一端出水口接至太陽能蒸餾器，太陽能蒸餾器兩側(cè)的冷凝管路通過氣泵接至螺旋換熱管的上端接口處；太陽能蒸餾器尾部設有淡水收集出口、濃鹽水收集出口。
[0007]所述的設備，太陽能蒸餾器包括帶海水凹槽的箱體，該箱體下側(cè)從外層到內(nèi)層依次設有底面雙層玻璃、磁控噴濺藍膜吸熱鋁板、黑色羊毛毛氈和單向聚四氟乙烯薄膜。
[0008]所述的設備，太陽能蒸餾器的箱體上側(cè)設有蓋板雙層玻璃。
[0009]所述的設備，太陽能蒸餾器的箱體尾部內(nèi)側(cè)分別通過冷凝水收集槽接至淡水收集出口，通過濃鹽水收集槽接至濃鹽水收集出口。
[0010]所述的設備，所述太陽能蒸餾器的外部還配有反光鏡。
[0011]所述的設備，提升泵與氣泵的電源輸入端通過配電箱與獨立的太陽能電池板相連。
[0012]所述的設備，海水箱與提升泵之間接有第一溫度計，提升泵與換熱水箱之間接有第一流量計，換熱水箱的側(cè)面帶有液位儀，換熱水箱的下側(cè)出口依次通過第二溫度計、第二閥門、第二流量計接至太陽能熱管式集熱器，太陽能熱管式集熱器通過第四溫度計、第三閥門接至太陽能蒸餾器，螺旋換熱管的淡水收集出口接有第三溫度計，氣泵與螺旋換熱管之間還接有蒸汽流量計和第五溫度計。
[0013]本實用新型的優(yōu)點是:本實用新型采用太陽能海水淡化核心技術，成倍提高太陽能海水淡化的產(chǎn)水率；由于織物的吸水方式減小了蒸發(fā)過程中海水的熱容量，蓋板透光與底板聚光增提高了吸光效率，主動地抽出蒸汽進一步提高了海水淡化效率，充分利用蒸汽冷凝潛熱預熱海水，蒸汽與熱管式太陽能集熱器的二次預熱進一步保確保了海水蒸發(fā)所需的溫度，降低能量損失的同時成倍地提高海水淡化的產(chǎn)水率。本實用新型利用獨立的太陽能光伏發(fā)電單元為提升泵和氣泵提供動力來源，使高效的太陽能海水蒸發(fā)器變得清潔環(huán)保，也降低了運行成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0015]圖2是圖1中太陽能蒸餾器(21)的俯視圖。[0016]圖3是圖1中太陽能蒸餾器(21)的主視圖。
[0017]圖中:1.海水預處理單元；2.第一閥門；3.海水箱；4.第一溫度計；5.提升泵；
6.第一流量計；7.液位儀；8.換熱水箱；9.螺旋換熱管；10.第三溫度計；11.第二溫度計；12.第二閥門；13.第二流量計；14.太陽能熱管式集熱器；15.第四溫度計；16.第三閥門；17.反光鏡；18.第五溫度計；19.蒸汽流量計；20.氣泵；21.太陽能蒸餾器；22.第四閥門；
23.第五閥門；24.太陽能電池板；25.配電箱；26.蒸餾器海水槽；27.蒸餾器底面雙層玻璃；28.磁控噴濺藍膜吸熱鋁板；29.黑色羊毛毛氈；30.單向聚四氟乙烯薄膜；31.濃鹽水槽；32.蓋板冷凝水槽；33.蓋板雙層玻璃。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明，但不限定本實用新型。
[0019]本實用新型提供的一種太陽能海水蒸發(fā)器，包括海水預處理單元、海水箱、提升泵、換熱水箱、螺旋換熱管、冷凝水收集處、太陽能熱管式集熱器、太陽能蒸餾器、氣泵、淡水收集處、濃鹽水收集處、反光鏡、太陽能電池板、配電箱、液位儀、溫度計、流量計、蒸汽流量計。海水管道依次連接海水預處理單元、閥門、海水箱、溫度計、提升泵、流量計、換熱水箱的上下端、溫度計、閥門、流量計、太陽能熱管式集熱器、溫度計、閥門、太陽能蒸餾器的海水槽。蒸汽管道依次連接在太陽能蒸餾器的兩側(cè)貼近蓋板處、氣泵、蒸汽流量計、溫度計、螺旋換熱管上端。蒸汽冷凝管道出口處接溫度計，出口處用于收集蒸汽冷凝水。太陽能蒸餾器尾部分別設有帶閥門的管路，用于收集濃鹽水和蓋板處冷凝水。太陽能蒸餾器底部設有反光鏡，反光鏡為2mX Im尺寸的方形平面鏡，反光鏡的擺放位置及其傾斜角度可依照日照角度進行調(diào)節(jié)。提升泵、氣泵的電源輸入口通過配電箱與太陽能電池板相連，由此構成太陽能供電部分。
[0020]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，采用以微濾單元為主體，結合混凝、沉淀、砂濾過程對原料海水進行預處理。
[0021]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，包括底面雙層玻璃、磁控噴濺藍膜吸熱鋁板、黑色羊毛毛氈、單向聚四氟乙烯薄膜和蓋板雙層玻璃。太陽能蒸發(fā)器為lmX1.5mX0.15m的帶方形海水凹槽的方形箱體，上下均為3mm+4mm+3mm中空雙層透明玻璃板,蒸發(fā)器向南傾斜30°C角度，ImX0.1mX0.1m的海水凹槽設在頂端，ImX 1.2m、厚5mm的黑色羊毛毛氈作為多孔吸熱蒸發(fā)織物，一端浸在海水凹槽中，另一端一直延伸至底部。織物下部依次為長寬分別為ImX 1.2m、0.4mm厚的藍膜吸熱鋁板，3mm+4mm+3mm中空雙層玻璃底板，織物的上部為單向聚四氟乙烯薄膜，在織物的毛細作用下海水被吸至斜面，通過玻璃蓋板透光及玻璃底板聚光升溫，由于單向聚四氟乙烯薄膜的單向透過性進一步促進織物中水分的升溫。蒸發(fā)器的側(cè)面靠近玻璃蓋板處設有Φ40_的蒸汽抽風孔，蒸汽管道通過依次與氣泵、蒸汽流量計、溫度計、螺旋換熱管上端入口相連。
[0022]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，氣泵的抽氣口與太陽能蒸餾器兩側(cè)相連，及時地抽出海水受熱產(chǎn)生的蒸汽。抽出的蒸汽被輸送至螺旋換熱管，用來預熱螺旋換熱管外的海水，蒸汽的熱量由此被氣泵主動的回收。
[0023]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，底面雙層玻璃外設有反光鏡，將太陽光反射至底部的吸熱鋁板的藍膜面，從而使鋁板升溫，由此將蒸餾器內(nèi)的海水加熱。雙層蓋板通過透光，從蓋板面使海水受熱升溫。
[0024]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，海水經(jīng)過預處理，儲存在海水箱中，經(jīng)提升泵抽至換熱水箱，在換熱水箱內(nèi)經(jīng)過一次預熱，在太陽能熱管式集熱器內(nèi)經(jīng)過二次預熱，在太陽能蒸發(fā)器中經(jīng)過三次加熱，海水蒸發(fā)，淡水蒸汽冷凝成為淡水產(chǎn)物。
[0025]所述的太陽能海水蒸發(fā)器，太陽能電池板通過帶有控制器和斷路器的配電箱分別與氣泵、提升泵的電源輸入口相連，以此提供動力。
[0026]下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0027]本實用新型提供的太陽能海水資源化及其共生產(chǎn)業(yè)設備，其結構如圖1和圖2所示:包括海水預處理單元I ;第一閥門2 ;海水箱3 ;第一溫度計4 ;提升泵5 ;第一流量計6 ；液位儀7 ;換熱水箱8 ;螺旋換熱管9 ;第三溫度計10 ;第二溫度計11 ;第二閥門12 ;第二流量計13 ;太陽能熱管式集熱器14 ;第四溫度計15 ;第三閥門16 ;反光鏡17 ;第五溫度計18 ；蒸汽流量計19 ;氣泵20 ;太陽能蒸餾器21 ;第四閥門22 ;第五閥門23 ;太陽能電池板24 ;配電箱25 ;蒸餾器海水槽26 ;蒸餾器底面雙層玻璃27 ;磁控噴濺藍膜吸熱鋁板28 ;黑色羊毛毛氈29 ;單向聚四氟乙烯薄膜30 ;濃鹽水槽31 ;蓋板冷凝水槽32 ;蓋板雙層玻璃33。海水管道依次連接海水預處理單元1、第一閥門2、海水箱3、第一溫度計4、提升泵5、第一流量計6、換熱水箱8的上下端、第二溫度計11、第二閥門12、第二流量計13、太陽能熱管式集熱器14、第四溫度計15、第三閥門16、太陽能蒸餾器海水槽26。蒸汽管道依次連接在太陽能蒸餾器21的兩側(cè)貼近蓋板處、氣泵20、蒸汽流量計19、第五溫度計18以及螺旋換熱管9上端。蒸汽冷凝管道接第三溫度計10，開口處用于收集蒸汽冷凝水。太陽能蒸餾器21尾部分別設有帶閥門的管路，用于收集濃鹽水和蓋板處冷凝水。提升泵5、氣泵20的電源輸入口通過配電箱25與太陽能電池板24相連。
[0028]本實用新型提供的太陽能海水蒸發(fā)器，其工作過程是:以微濾單元為主體，結合混凝、沉淀、砂濾對原料海水進行預處理。經(jīng)過預處理后的原料海水被提升泵5抽至換熱水箱8內(nèi)，經(jīng)氣泵20主動回收的蒸汽預熱后，再被輸送至太陽能熱管式集熱器14內(nèi)被二次預熱，隨后被輸送至太陽能蒸餾器21的海水槽26中，黑色羊毛毛氈29 —端浸在水槽中，一端平鋪于吸熱鋁板28上，延伸至蒸餾器21底端。水槽中的海水由于毛氈的親水性及毛細作用被吸至斜面，太陽能通過雙層玻璃蓋板33將能量傳遞至吸水毛氈中薄薄的海水層，同時反光鏡17將太陽光反射至蒸餾器底面集熱板28，集熱板受熱升溫將板背面承載海水的織物層加熱，蒸餾器蓋板和底板同時對海水層進行加熱，黑色羊毛毛氈中吸收的海水層逐漸升溫直至蒸發(fā)。由于黑色羊毛毛氈與其上層單向聚四氟乙烯薄膜的雙重作用，加上氣泵20的抽氣作用使蒸餾器內(nèi)形成微弱的負壓，使得海水蒸發(fā)所需溫度降低，蒸發(fā)速率有一定程度的提高。海水蒸發(fā)殘留的濃鹽水于蒸餾器尾部水管收集。螺旋換熱管9內(nèi)的蒸汽將熱量傳遞給海水，降溫冷凝為淡水產(chǎn)品，蒸餾器內(nèi)雙層玻璃蓋板處冷凝水也經(jīng)過尾部管路收集為淡水產(chǎn)品。這樣不僅充分利用了蒸汽的余熱，大大增強了蒸發(fā)器對于太陽能的熱值采集能力，而且明顯降低了海水的熱容量，如此增強了海水的淡化速率，提高了日淡水產(chǎn)量。整個管路中，分別設置了溫度計、海水流量計、蒸汽流量計用來測得相關參數(shù)，液位儀用來觀測換熱水箱中的海水體積。
[0029]經(jīng)過本實用新型太陽能海水蒸發(fā)器運行過程中，太陽能電池板24通過帶有控制器和斷路器的配電箱25提供氣泵20、提升泵5的直接電力來源，有效節(jié)省了設備投資成本， 提高太陽能海水蒸發(fā)器產(chǎn)水量的同時起到了清潔環(huán)保的作用。
【權利要求】
1.一種太陽能海水蒸發(fā)器，其特征在于:包括依次相連的海水預處理單元(I)、海水箱(3)、提升泵(5)和換熱水箱(8)，換熱水箱(8)內(nèi)設有螺旋換熱管(9)，螺旋換熱管(9)的下端設有淡水收集出口 ；換熱水箱(8)的下側(cè)出口接至太陽能熱管式集熱器(14)的一端入水口，太陽能熱管式集熱器(14)的另一端出水口接至太陽能蒸餾器(21)，太陽能蒸餾器(21)兩側(cè)的冷凝管路通過氣泵(20)接至螺旋換熱管(9)的上端接口處；太陽能蒸餾器(21)尾部設有淡水收集出口、濃鹽水收集出口。
2.根據(jù)權利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于:太陽能蒸餾器(21)包括帶海水凹槽(26)的箱體，該箱體下側(cè)從外層到內(nèi)層依次設有底面雙層玻璃(27)、磁控噴濺藍膜吸熱鋁板(28)、黑色羊毛毛氈(29)和單向聚四氟乙烯薄膜(30)。
3.根據(jù)權利要求2所述的蒸發(fā)器，其特征在于:太陽能蒸餾器(21)的箱體上側(cè)設有蓋板雙層玻璃(33)。
4.根據(jù)權利要求2所述的蒸發(fā)器，其特征在于:太陽能蒸餾器(21)的箱體尾部內(nèi)側(cè)分別通過冷凝水收集槽(32)接至淡水收集出口，通過濃鹽水收集槽(31)接至濃鹽水收集出□。
5.根據(jù)權利要求2所述的蒸發(fā)器，其特征在于:所述太陽能蒸餾器(21)的外部還配有反光鏡(17)。
6.根據(jù)權利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于:提升泵(5)與氣泵(20)的電源輸入端通過配電箱(25 )與獨立的太陽能電池板(24 )相連。
7.根據(jù)權利要求1?6中任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于:海水箱(3)與提升泵(5)之間接有第一溫度計(4)，提升泵(5)與換熱水箱(8)之間接有第一流量計(6)，換熱水箱(8)的側(cè)面帶有液位儀(7)，換熱水箱(8)的下側(cè)出口依次通過第二溫度計(11)、第二閥門(12)、第二流量計(13)接至太陽能熱管式集熱器(14)，太陽能熱管式集熱器(14)通過第四溫度計(15)、第三閥門(16)接至太陽能蒸餾器(21)，螺旋換熱管(9)的淡水收集出口接有第三溫度計(10)，氣泵(20)與螺旋換熱管(9)之間還接有蒸汽流量計(19)和第五溫度計(18)。
【文檔編號】C02F103/08GK203683161SQ201320711397
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】曾慶福, 龍學軍, 陳海英, 蘇工兵, 徐愛華 申請人:武漢紡織大學