專利名稱：太陽能多效蒸餾系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于海水淡化技術領域，特別是涉及一種太陽能多效蒸餾系統。
背景技術：
水是生命的源泉，是人類不可替代的寶貴自然資源，但隨著人類文明不斷發展和社會不斷進步，水資源短缺已成為21世紀人類面臨的重大問題。地球上的海水資源非常豐富，97 %的水都在海洋里，而其中蘊含著大量的淡水。發展海水淡化事業，向海洋索取淡水已經成為世界各國的共同發展趨勢。
太陽能海水淡化技術是一條合理利用海水資源、解決淡水資源短缺的有力途徑。目前國內多所高校加入到了太陽能海水淡化技術研究的行列，提出了一系列新穎的太陽能海水淡化裝置實驗機型。比較有代表意義的有西北工業大學提出的“新型、高效太陽能海水淡化裝置”;天津大學提出的“回收潛熱的太陽能蒸餾器”；中國科學技術大學提出的“降膜蒸發-氣流吸附太陽能蒸餾器”;西安交通大學、北京理工大學等提出了“橫管降膜蒸發多效回熱的太陽能海水淡化系統”等等，使太陽能海水淡化技術有了較大進步。目前太陽能海水淡化技術不能得到廣泛應用的主要制約因素是系統成本高，淡水產量低。傳統太陽能蒸餾器產水量過低主要有3點原因一是水蒸汽的汽化潛熱未被重新利用；二是傳統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；三是待蒸發的海水熱容量太大，限制了運行溫度的提高，從而減弱了蒸發的驅動力。因此太陽能蒸餾器性能的改進和產水率的提高應主要從以下3個方面考慮一是最大限度利用水蒸汽的汽化潛熱以及各種高溫水的顯熱，用來預熱海水和加熱待蒸發海水，以降低系統的能耗；二是由自然對流換熱向強制對流換熱方向發展，以提高對流換熱的傳熱效果。三是由大容器沸騰向流動液膜沸騰方向發展，同時保證液膜均勻分配，以減少熱容量對蒸發換熱的影響。另外，努力提高蒸餾器對太陽能的利用效率和注重太陽能和其他余熱資源耦合利用以構建全天候運行的海水淡化裝置是今后發展的重要方向。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能量利用率高、淡化水產量高、結構簡潔、操作方便的太陽能多效蒸餾系統，以適合于建設大型的太陽能海水淡化工程的需要。為實現上述發明目的，本發明的技術解決方案是
本發明是一種太陽能多效蒸餾系統；它包括海水淡化裝置、太陽能集熱板和聚光反射槽；所述的海水淡化裝置是一個槽式密閉容器，安裝在聚光反射槽的正中間并保持豎直放置；所述的太陽能集熱板布置在海水淡化裝置的頂面，它是由玻璃蓋板和吸熱板構成，玻璃蓋板和吸熱板上下布置；所述的聚光反射槽是由安裝反射鏡組的弧形反射面和保溫底層構成，保溫底層緊密貼合在弧形反射面的底面外壁上，聚光反射槽可通過機械傳動機構進行小范圍的角度調整。所述的海水淡化裝置包括預熱槽、隔熱壁、多個換熱罩、匯水槽、淡水收集槽、加熱槽、煙氣管道、水管道、逆止閥及水泵；所述的預熱槽為V形槽，V形槽是由兩塊導熱材料制成的薄板呈V形連接而成，它布置在海水淡化裝置內部空間最上方的位置；預熱槽的端緣與海水淡化裝置的隔熱壁連接，在預熱槽、隔熱壁和太陽能集熱板之間形成了一個內封閉空間；設于隔熱壁側面上的進料海水進口、給水出口和循環回水進口皆與預熱槽相通；預熱槽的薄板底面開出縱槽，底部正下方的位置設置淡水收集槽，淡水收集槽側面設有淡水出口 ；所述的換熱罩為導熱材料制成的弧形薄層，換熱罩內壁為刨光面，外壁為布滿凸點的粗糙面，多個換熱罩的端緣與海水淡化裝置的隔熱壁連接，在多個換熱罩、隔熱壁和預熱槽的薄板之間形成了多個內封閉空間，隔熱壁側面設有抽氣口與該空間相通，換熱罩頂部設置了凹槽，隔熱壁側面設有進水口通往換熱罩頂部的凹槽，換熱罩與隔熱壁之間構成了匯水槽，匯水槽底部側面設有出水口，換熱罩兩側下端緣向內延伸的弧形槽構成了淡水收集槽，淡水收集槽側面設有淡水出口 ；所述的加熱槽為U形槽，U形槽是由導熱材料制成的弧形面，弧形面構成了海水淡化裝置的底部，加熱槽的端緣與海水淡化裝置的隔熱壁下端緣連接，在加熱槽、隔熱壁和最低位置的換熱罩之間形成了一個內封閉空間，隔熱壁側面設有抽氣口和進水口與該空間相通，加熱槽內布置煙氣管道和水位調節器，并在底部設有排污口 ；所述的水管道包括進料海水管、給水管、循環回水管、淡水收集管，所述的進料海水管連 接預熱槽的進料海水進口 ；給水管的一端連接預熱槽的給水出口，另一端分成多路支管，分別連接通往換熱罩頂部凹槽的各個進水口和加熱槽的進水口，通往換熱罩頂部凹槽進水口的管道上設置水泵；循環回水管的一端連接預熱槽的循環回水進口，另一端分成多路支管，分別連接各個匯水槽的出水口，并且各支管上設置逆止閥，循環回水管道上設置水泵；淡水收集管分別連接各個淡水收集槽的淡水出口，并且各支管上設置逆止閥。所述的加熱槽的內壁敷有金屬多孔層，外壁鍍有太陽能吸收涂層。采用上述方案后，本發明在考慮能量利用時注重海水淡化裝置對太陽光的輻射能量盡可能地加以收集和有效利用，先通過海水淡化裝置頂面的太陽能集熱板吸收太陽輻射能用來預熱海水預熱槽內的海水，實現了對太陽能的初級利用；再通過聚光反射槽提高太陽輻射能的能流密度用來加熱海水加熱槽內的海水從而使之沸騰蒸發，實現了對太陽能的最終利用。因此新系統對太陽能的利用程度比較高。同時海水加熱槽內布置了煙氣管道，當無采光時可以利用煙氣加熱海水，合理利用了余熱資源，實現全天候運行的高效太陽能蒸餾系統，提高淡水的生產效率。本發明在考慮海水淡化效果時，在海水淡化裝置內布置多個換熱罩促其內壁發生凝結過程而外壁發生流動液膜蒸餾過程，由此采用了目前先進的負壓低溫多效蒸發海水淡化方法，使得水蒸汽的汽化潛熱得到了多次重復利用，提高了淡化水產量。本發明利用海水加熱槽的封閉空間構成第一效蒸發室，上下換熱罩之間的多個封閉空間構成后幾效的蒸發室，海水預熱槽的封閉空間構成冷凝室，從而實現了低溫多效蒸發海水淡化技術的全套設備高度集成為單個裝置的特點，有效地改善了低溫多效蒸發海水淡化方法其單機容量小、裝置費用高的缺點。另外，本發明采用熱濃海水通過循環回水管返回預熱槽進行循環再利用的方法，不僅有效地回收和利用了熱濃海水的余熱，而且大幅度減少了原海水的用水量。本發明與常用的多級迭盤式太陽能蒸餾器相比，具有三個方面的優越性。一、多級迭盤式太陽能蒸餾器為大容器沸騰換熱模式，盤中的海水具有一定的液位，待蒸發的海水熱容量較大，而本發明的蒸餾器除第一效蒸發室外皆為流動液膜蒸發換熱模式，待蒸發的海水熱容量很小。二、多級迭盤式太陽能蒸餾器盤中的海水處于自然對流傳熱過程，而本發明的蒸餾器除第一效蒸發室外，待蒸發的海水皆為強制對流傳熱過程，并且其強制對流換熱系數可根據水泵的功率變化進行調節。三、多級迭盤式太陽能蒸餾器其蒸發空間的正壓不利于海水的蒸發，而本發明的蒸發空間皆通過抽氣維持負壓更有利于海水的低溫蒸發。綜上所述，本發明的優點是能量利用率高，淡化水產量高，裝置費用低、能耗低、結構簡潔、操作方便，易于控制，特別適合低成本大規模生產，可被廣泛應用于太陽能海水淡化領域中。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
圖I是本發明的結構立體示意 圖2是本發明的前視軸測圖；
圖3是本發明的后視軸測 圖4是本發明的工作原理圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明是一種太陽能多效蒸餾系統，它包括海水淡化裝置I、太陽能集熱板2和聚光反射槽3。所述的海水淡化裝置I是一個槽式密閉容器，安裝在聚光反射槽3的正中間；所述的太陽能集熱板2布置在海水淡化裝置I的頂面，它是由玻璃蓋板和吸熱平板構成，玻璃蓋板和吸熱板上下布置；所述的聚光反射槽3是由安裝反射鏡組的弧形反射面和保溫底層上下緊密布置構成。如圖2、圖3所示，所述的海水淡化裝置I包括預熱槽11、隔熱壁12、多個換熱罩13、匯水槽14、淡水收集槽15、加熱槽16、煙氣管道17、水管道18、逆止閥191和水泵192(如圖4所示)等。所述的預熱槽11為V形槽，V形槽是由兩塊導熱材料制成的薄板呈V形連接而成，它布置在海水淡化裝置I內部空間最上方的位置。預熱槽11的端緣與海水淡化裝置I的隔熱壁12連接，在預熱槽11、隔熱壁12和太陽能集熱板2之間形成了一個內封閉空間。設于隔熱壁12側面上的進料海水進口 111、給水出口 112和循環回水進口 113皆與預熱槽11相通。預熱槽11的薄板底面開出縱槽，底部正下方的位置設置淡水收集槽15，淡水收集槽15側面設有淡水出口 151。所述的換熱罩13為導熱材料制成的弧形薄層，換熱罩13內壁為刨光面，外壁為布滿凸點的粗糙面。換熱罩13可有多個，本發明采用兩個換熱罩13，該換熱罩13依次間隔設置在預熱槽11的下方，兩個換熱罩13的端緣與海水淡化裝置I的隔熱壁12連接，在二個換熱罩13、隔熱壁12和預熱槽11的薄板之間形成了二個內封閉空間，隔熱壁12側面設有抽氣口 131與該空間相通。換熱罩13頂部設置了凹槽132，隔熱壁12側面設有進水口 133通往換熱罩頂部凹槽132。換熱罩13與隔熱壁12之間構成了匯水槽14，匯水槽14底部側面設有出水口 141，換熱罩13兩邊下端緣向內延伸的弧形槽構成了淡水收集槽15，淡水收集槽15側面設有淡水出口 151。
所述的加熱槽16為U形槽，U形槽是由導熱材料制成的弧形面，弧形面構成了海水淡化裝置I的底部。加熱槽16的內壁敷有金屬多孔層，外壁鍍有太陽能吸收涂層。加熱槽16的端緣與海水淡化裝置I的隔熱壁12下端緣連接，在加熱槽16、隔熱壁12和最低位置的換熱罩13之間形成了一個內封閉空間，隔熱壁12側面設有抽氣口 161和進水口 162與該空間相通。加熱槽16內布置煙氣管道17和水位調節器163 (如圖4所示)，并在底部設有排污口 164。如圖2、圖4所示,所述的水管道18包括進料海水管181、給水管182、循環回水管183、淡水收集管184。所述的進料海水管181連接預熱槽11的進料海水進口 111 ;所述的給水管182的一端連接預熱槽11的給水出口 112，另一端分成多路支管，分別連接通往換熱罩13頂部凹槽132的各個進水口 133和加熱槽16的進水口 162，通往換熱罩13頂部凹槽進水口的管道上設置水泵192 ;循環回水管183的一端連接預熱槽11的循環回水進口113，另一端分成多路支管，分別連接各個匯水槽14的出水口 141，并且各支管上設置逆止閥191，循環回水管道上設置水泵192 ;淡水收集管184分別連接各個淡水收集槽15的淡水出口 151，并且各支管上設置逆止閥191。 本發明的工作原理
如圖4所示，原海水H通過進料海水管181流入預熱槽11并充滿預熱槽11所在空間，預熱槽11內的海水吸收太陽能集熱板2傳遞的熱量和一部分水蒸汽的汽化潛熱變成預熱海水。預熱海水通過給水管182后分成兩路
一路預熱海水在水位調節器163的控制下依靠重力作用流入加熱槽16內進行補水。加熱槽16內的海水吸收聚光反射槽3反射到達的太陽輻射能或煙氣管道17的煙氣放熱量發生沸騰過程產生水蒸汽。當加熱槽16內的海水鹽度過高時由排污口 164排出。另一路預熱海水被水泵192抽送到各個換熱罩13頂部的凹槽132內，凹槽132內的海水溢流出并在換熱罩13外壁形成流動水膜，水膜吸收換熱罩13內壁傳遞的熱量發生膜狀蒸發過程產生水蒸汽。未蒸發的熱濃海水到達匯水槽14后通過循環回水管183被水泵192抽送到預熱槽11內完成一次循環。上述兩種情形生成的水蒸汽上升到達各個換熱罩13的內壁和預熱槽11的薄板底面發生凝結換熱過程被冷凝成水珠。水珠在重力作用下流到淡水收集槽15，所得淡水通過淡水收集管184排出。水蒸汽凝結放出的汽化潛熱傳遞到各個換熱罩13的外壁和預熱槽11的薄板頂面進行換熱過程，傳遞到換熱罩13外壁的熱量加熱流動水膜產生新的水蒸汽，傳遞到預熱槽11薄板頂面的熱量加熱預熱槽11內的海水。水蒸汽中的不凝結氣體通過抽氣口 131和抽氣口 161被抽出，使海水淡化裝置I內的各個封閉空間皆維持一定的真空度。以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，各水管管路的布置可有多種方式，故不能以此限定本發明實施的范圍，即依本發明申請專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種太陽能多效蒸餾系統，其特征在于它包括海水淡化裝置、太陽能集熱板和聚光反射槽；所述的海水淡化裝置是一個槽式密閉容器，安裝在聚光反射槽的正中間；所述的太陽能集熱板布置在海水淡化裝置的頂面，它是由玻璃蓋板和吸熱板構成，玻璃蓋板和吸熱板上下布置；所述的聚光反射槽是由安裝反射鏡組的弧形反射面和保溫底層構成，保溫底層緊密貼合在弧形反射面的底面外壁上。
2.根據權利要求I所述的太陽能多效蒸餾系統，其特征在于所述的海水淡化裝置包括預熱槽、隔熱壁、多個換熱罩、匯水槽、淡水收集槽、加熱槽、煙氣管道、水管道、逆止閥及水泵；所述的預熱槽為V形槽，V形槽是由兩塊導熱材料制成的薄板呈V形連接而成，它布置在海水淡化裝置內部空間最上方的位置；預熱槽的端緣與海水淡化裝置的隔熱壁連接，在預熱槽、隔熱壁和太陽能集熱板之間形成了一個內封閉空間；設于隔熱壁側面上的進料海水進口、給水出口和循環回水進口皆與預熱槽相通；預熱槽的薄板底面開出縱槽，底部正下方的位置設置淡水收集槽，淡水收集槽側面設有淡水出口 ；所述的換熱罩為導熱材料制成的弧形薄層，換熱罩內壁為刨光面，外壁為布滿凸點的粗糙面，多個換熱罩的端緣與海水 淡化裝置的隔熱壁連接，在多個換熱罩、隔熱壁和預熱槽的薄板之間形成了多個內封閉空 間，隔熱壁側面設有抽氣口與該空間相通，換熱罩頂部設置了凹槽，隔熱壁側面設有進水口通往換熱罩頂部的凹槽，換熱罩與隔熱壁之間構成了匯水槽，匯水槽底部側面設有出水口，換熱罩兩側下端緣向內延伸的弧形槽構成了淡水收集槽，淡水收集槽側面設有淡水出口 ；所述的加熱槽為U形槽，U形槽是由導熱材料制成的弧形面，弧形面構成了海水淡化裝置的底部，加熱槽的端緣與海水淡化裝置的隔熱壁下端緣連接，在加熱槽、隔熱壁和最低位置的換熱罩之間形成了一個內封閉空間，隔熱壁側面設有抽氣口和進水口與該空間相通，加熱槽內布置煙氣管道和水位調節器，并在底部設有排污口 ；所述的水管道包括進料海水管、給水管、循環回水管、淡水收集管，所述的進料海水管連接預熱槽的進料海水進口 ；給水管的一端連接預熱槽的給水出口，另一端分成多路支管，分別連接通往換熱罩頂部凹槽的各個進水口和加熱槽的進水口，通往換熱罩頂部凹槽進水口的管道上設置水泵；循環回水管的一端連接預熱槽的循環回水進口，另一端分成多路支管，分別連接各個匯水槽的出水口，并且各支管上設置逆止閥，循環回水管道上設置水泵；淡水收集管分別連接各個淡水收集槽的淡水出口，并且各支管上設置逆止閥。
3.根據權利要求I所述的太陽能多效蒸餾系統，其特征在于所述的加熱槽的內壁敷有金屬多孔層，外壁鍍有太陽能吸收涂層。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能多效蒸餾系統它包括海水淡化裝置、太陽能集熱板和聚光反射槽；所述的海水淡化裝置安裝在聚光反射槽的正中間，太陽能集熱板布置在海水淡化裝置的頂面。本發明利用太陽能集熱板預熱海水，再利用聚光反射槽加熱海水使之沸騰等技術提高了新系統的能量利用率；本發明通過在海水淡化裝置內布置多個換熱罩促其內壁發生凝結過程而外壁發生流動液膜蒸餾過程的方法，實現了低溫多效蒸餾技術在單個裝置中的新應用，不僅降低了裝置成本，而且提高了單機的產水量；同時采用給水循環的新流程有效地回收了熱濃海水的余熱，提高了裝置的熱效率。該系統有能量利用率高，淡化水產量大，裝置費用低等特點，特別適合低成本大規模生產。
文檔編號C02F1/14GK102849813SQ20121031195
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者陳志強, 何宏舟 申請人:集美大學