太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于海水淡化技術領域，尤其是涉及一種太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統。包括蒸發塔，所述的蒸發塔內設有膨脹噴射式霧化蒸發器，所述的膨脹噴射式霧化蒸發器與太陽能空氣管式熱膨脹集熱器相連接，所述的蒸發塔內設有位于膨脹噴射式霧化蒸發器下方且能夠將膨脹噴射式霧化蒸發器噴出的水滴蒸發為蒸汽的表面濺射蒸發器，所述的表面濺射蒸發器與太陽能空氣直熱式集熱器相連接，所述的蒸發塔的上部連接有能夠將蒸汽冷凝的汽化水冷凝換熱器。優點在于：無需循環泵驅動，依靠容積膨脹壓力進行噴射閃蒸蒸發，利用自由落體進行濺射蒸發，利用氣液換熱進行表面蒸發，并進行多級換熱進熱回收。
【專利說明】
太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統
技術領域
[0001]本發明屬于海水淡化技術領域，尤其是涉及一種太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統。【背景技術】
[0002]眾所周知，液體受熱產生汽液分離，污水氣液分離可以得到更高品質的好水。這個方式俗稱“蒸餾提純”。利用真空管太陽能作為熱源進行海水淡化，被公認是最節能的方式之一。太陽能加熱液體有兩種常見模式:一種是直接加熱，一種是間接加熱。常見的家用真空管太陽能熱水器就屬于直接加熱模式。
[0003]—種直接加熱海水蒸發的太陽能模組，在真空管內直接盛滿海水，海水通過真空管內壁直接吸熱。根據熱力升原理，真空管內的熱力向上傳送，在蒸發罐內海水發生表面蒸發，汽化水的熱量被蒸發罐上層的低溫原海水吸收，汽化水冷凝后流出，就可得到淡水。該方法結構簡單，不需要外部動力就可得到淡水。其最大的缺點是:由于表面溫差過大，海水極容易在真空管內壁結垢，造成熱效率快速下降。另外在結構上，真空管是單端開口，除垢難度極大，甚至是不可能。需要耗費大量的人力物力。
[0004]—種間接換熱的太陽能集熱器模組，在太陽能真空管內有U型管換熱器;太陽能可以把U型管內的液體加熱。通過動力循環，再經過蒸發塔內的換熱器，可以使塔內的海水吸熱蒸發，經過冷凝罐放熱后得到淡水。塔內的海水濃度越來越高，逐步對原海水放熱后放出。顯而易見的是該方法需要有一個動力循環栗，栗強迫驅動U型管內的介質流動，實現太陽能集熱器與蒸發塔換熱器之間的熱交換。其明顯的不足之處:一是強迫動力循環需要消耗較大的電力能量;二是大長度的循環管路，熱損失較大，系統熱效率低;三是需要耐高溫循環介質，系統設備投資大、成本高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理，無需循環栗驅動的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統。
[0006]為達到上述目的，本發明采用了下列技術方案:本太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統包括蒸發塔，所述的蒸發塔內設有膨脹噴射式霧化蒸發器，所述的膨脹噴射式霧化蒸發器與太陽能空氣管式熱膨脹集熱器相連接，所述的蒸發塔內設有位于膨脹噴射式霧化蒸發器下方且能夠將膨脹噴射式霧化蒸發器噴出的水滴蒸發為蒸汽的表面濺射蒸發器，所述的表面濺射蒸發器與太陽能空氣直熱式集熱器相連接，所述的蒸發塔的上部連接有能夠將蒸汽冷凝的汽化水冷凝換熱器。
[0007]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的膨脹噴射式霧化蒸發器包括呈陣列式固定在高溫高壓管兩側的且與高溫高壓管相連通的若干列管，所述的列管上設有霧化噴頭。
[0008]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的表面濺射蒸發器包括蒸發器本體，所述的蒸發器本體內開有空氣室，所述的空氣室通過管路與太陽能空氣直熱式集熱器相連通，所述的蒸發器本體的表面為瓦楞式蒸發面，所述的瓦楞式蒸發面之間通過折流板相連接。
[0009]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器包括匯流聯箱，所述的匯流聯箱內設有管式熱膨脹發生器，所述的管式熱膨脹發生器和匯流聯箱之間形成換熱腔，所述的匯流聯箱的兩側分別連接有若干呈陣列式排列且與換熱腔相連通的真空集熱管。
[0010]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的太陽能空氣直熱式集熱器包括匯流聯箱，所述的匯流聯箱的兩側分別連接有若干呈陣列式排列的真空集熱管，所述的真空集熱管的內腔與匯流聯箱的內腔相連通，所述的匯流聯箱的兩端分別設有固定法蘭。
[0011]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器和膨脹噴射式霧化蒸發器之間通過高溫高壓管相連接，所述的高溫高壓管上設有依次串聯的壓力控制電動閥、流量調節電動閥和過壓保護閥組，所述的高溫高壓管上設有相互并聯的監控元件P1、監控元件Q1和監控元件T1，所述的壓力控制電動閥與監控元件P1相連接，所述的流量調節電動閥分別與監控元件P1、監控元件Q1和監控元件T1相連接。
[0012]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的蒸發塔的下部連接有濃海水多效換熱器組，所述的濃海水多效換熱器組和太陽能空氣管式熱膨脹集熱器之間通過管路相連接，該管路上設有水位調控閥組和監控元件P2,所述的水位調控閥組和監控元件P2分別與控制機構相連接。
[0013]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的濃海水多效換熱器組與汽化水冷凝換熱器相連接，所述的汽化水冷凝換熱器與原海水補液箱相連接， 所述的原海水補液箱內設有監控元件H8,所述的監控元件H8與控制機構相連接。
[0014]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的濃海水多效換熱器組的濃海水的總出口上接有濃度電磁閥，所述的蒸發塔上設有監控元件H4,所述的濃度電磁閥和監控元件H4分別與控制機構相連接。
[0015]在上述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統中，所述的汽化水冷凝換熱器上開有淡汽水進口，所述的淡汽水進口的軸心線與垂直線之間形成夾角a，所述的汽化水冷凝換熱器的殼體的軸心線與水平面之間形成夾角0，所述的夾角a和夾角抑勺大小相等。
[0016]與現有的技術相比，本太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統的優點在于:無需循環栗驅動，依靠容積膨脹壓力進行噴射閃蒸蒸發，利用自由落體進行濺射蒸發， 利用氣液換熱進行表面蒸發，并進行多級換熱進熱回收，即不消耗任何常規驅動力就可以使海水或者苦咸水等非生活用水發生氣液分離產出淡水和濃水，與傳統強迫動力系統相比，集熱效率高，運行能耗低，無噪音，能夠連續輸出，安裝方便，成本低。【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發明提供的結構示意圖。
[0019]圖2是本發明提供的蒸發系統結構原理總圖。
[0020]圖3是本發明提供的膨脹噴射式霧化蒸發器的結構示意圖。[0021 ]圖4是本發明提供的表面濺射蒸發器的結構示意圖。
[0022]圖5是本發明提供的表面濺射蒸發器的剖視圖。
[0023]圖6是本發明提供的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器的結構示意圖。
[0024]圖7是本發明提供的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器的剖視圖。
[0025]圖8是本發明提供的太陽能空氣直熱式集熱器的結構示意圖。
[0026]圖9是本發明提供的太陽能空氣直熱式集熱器的剖視圖。
[0027]圖10是本發明提供的濃海水多效換熱器組的剖視圖。
[0028]圖11是本發明提供的汽化水冷凝換熱器的剖視圖。
[0029]圖中，蒸發塔1、膨脹噴射式霧化蒸發器2、太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3、表面濺射蒸發器4、太陽能空氣直熱式集熱器5、汽化水冷凝換熱器6、高溫高壓管7、列管8、霧化噴頭9、空氣室10、瓦楞式蒸發面11、折流板12、匯流聯箱13、管式熱膨脹發生器14、真空集熱管 15、固定法蘭16、壓力控制電動閥17、流量調節電動閥18、過壓保護閥組19、濃海水多效換熱器組20、水位調控閥組21、原海水補液箱22、濃度電磁閥23、淡汽水進口 24。【具體實施方式】
[0030]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0031]如圖1-11所示，本太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統包括蒸發塔1， 蒸發塔1內設有膨脹噴射式霧化蒸發器2,膨脹噴射式霧化蒸發器2與太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3相連接，蒸發塔1內設有位于膨脹噴射式霧化蒸發器2下方且能夠將膨脹噴射式霧化蒸發器2噴出的水滴蒸發為蒸汽的表面濺射蒸發器4,表面濺射蒸發器4與太陽能空氣直熱式集熱器5相連接，蒸發塔1的上部連接有能夠將蒸汽冷凝的汽化水冷凝換熱器6。
[0032]太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3、壓力控制電動閥17、過壓保護閥組19、流量調節電動閥18、膨脹噴射式霧化蒸發器2、蒸發塔1、濃海水多效換熱器組20、水位調控閥組21構成一個海水熱膨脹噴射霧化回路。工作中，當太陽光連續照射時，太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3內的海水吸熱膨脹，溫度與壓力逐漸升高，逐步進入飽和狀態。當達到壓力控制電動閥17的設定壓力時，電動閥打開，海水通過管路進入蒸發塔1，經過膨脹噴射式霧化蒸發器 2,產生汽水分離。分離后的汽化水向上進入汽化水冷凝換熱器6,水滴向下流向表面濺射蒸發器4。
[0033]在這個過程中，首先是密閉在太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3內的海水，靜態地吸收了熱量，由于體積膨脹產生了壓力，具備了對外做功的能量，它能夠不需要外部動力時就可產生一定的動能。這部分能量在蒸發塔1內，通過膨脹噴射式霧化蒸發器2向外界釋放出來，物理現象就是“氣液分離”。
[0034]太陽能空氣直熱式集熱器5、表面派射蒸發器4、蒸發塔1構成一個表面派射式蒸發。工作中，當太陽光連續照射時，太陽能空氣直熱式集熱器5內的空氣被加熱，逐步膨脹向外向上傳遞到表面濺射蒸發器4的空氣室，并加熱蒸發器表面，使得蒸發器的表面具有很高的溫度。當膨脹噴射式霧化蒸發器2分離出的液態海水，滴落在表面濺射蒸發器4上時，水滴瞬間吸收部分熱量，發生氣液分離，完成濺射蒸發。分離出的淡水汽向上進入汽化水冷凝換熱器6，分離出的濃水向下流向濃海水多效換熱器組20。在這個過程中，太陽能空氣直熱式集熱器5吸收熱，根據“熱力升”現象，空氣熱流向上，直接加熱表面濺射蒸發器4的蒸發表面。同樣的它不需要任何外部驅動力，就實現了熱能量傳遞。由于空氣的熱容量較小，內腔溫度要比太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3升溫速度快得多，且使得表面濺射蒸發器4的蒸發表面比噴射溫度高許多。這個溫差滿足了濺射蒸發的必要條件，表面濺射蒸發器4的表面溫度越高，與液體的溫差越大，濺射蒸發效果越好。
[0035]其中，膨脹噴射式霧化蒸發器2包括呈陣列式固定在高溫高壓管7兩側的且與高溫高壓管7相連通的若干列管8,列管8上設有霧化噴頭9。霧化噴頭9的噴射軸垂直向上，且霧化噴頭9相互之間的距離相等。表面濺射蒸發器4包括蒸發器本體，蒸發器本體內開有空氣室10,空氣室10通過管路與太陽能空氣直熱式集熱器5相連通，蒸發器本體的表面為瓦楞式蒸發面11，瓦楞式蒸發面11之間通過折流板12相連接。瓦楞式蒸發面11是一些分布均勻的凹凸斜平面，其的法線與蒸發器本體的軸線成一定傾斜角。瓦楞式蒸發面11的特點是增大蒸發面積，一定的噴射量時，減少單位面積的液體密度，提高蒸發效率。折流板12的功用是增加液體在瓦楞式蒸發面11的滯留時間，提高蒸發效率。折流板12底部有方型板孔，目的是防止污垢沉積。
[0036]其中，太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3包括匯流聯箱13,匯流聯箱13內設有管式熱膨脹發生器14,管式熱膨脹發生器14和匯流聯箱13之間形成換熱腔，匯流聯箱13的兩側分別連接有若干呈陣列式排列且與換熱腔相連通的真空集熱管15。太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3在匯流聯箱13內增加了一根盛滿液體的管段，這根管段伸出匯流聯箱13端部，與固定法蘭16連接，就形成了管式熱膨脹發生器14。這樣空氣首先作為吸熱介質，向管式熱膨脹發生器14傳熱，海水作為最終受熱介質直接吸熱。太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3的連接法蘭的內徑與管式熱膨脹發生器12的內通徑相同。其中，連接法蘭包括絲接法蘭和焊接法蘭。當把絲接法蘭拆下后，管式熱膨脹發生器14可以從焊接法蘭的一端抽出，進行清洗維護。
[0037]其中，太陽能空氣直熱式集熱器5包括匯流聯箱13,匯流聯箱13的兩側分別連接有若干呈陣列式排列的真空集熱管15，真空集熱管15的內腔與匯流聯箱13的內腔相連通，匯流聯箱13的兩端分別設有固定法蘭16。太陽能空氣直熱式集熱器5的真空集熱管15,以空氣做吸熱傳熱介質，以匯流聯箱13做輸送熱流道。兩端均為固定法蘭16,連接太陽能熱源陣列，空氣介質串通于各個太陽能集熱器。空氣作為傳送熱介質需要向表面濺射蒸發器4遠距離輸送。
[0038]其中，太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3和膨脹噴射式霧化蒸發器2之間通過高溫高壓管7相連接，高溫高壓管7上設有依次串聯的壓力控制電動閥17、流量調節電動閥18和過壓保護閥組19,高溫高壓管7上設有相互并聯的監控元件P1、監控元件Q1和監控元件T1，壓力控制電動閥17與監控元件P1相連接，流量調節電動閥18分別與監控元件P1、監控元件Q1 和監控元件II相連接。
[0039]本太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統設有一組狀態控制與保護功能組件。它是由執行元件壓力控制電動閥17、流量調節電動閥18、過壓保護閥組19、水位調控閥組21、濃度電磁閥23與狀態監控元件叭、!1、12、？1、？2、114、財有序串接或者并接在流體回路中組成。其功能是對工作運行狀態實時控制與保護。其中，壓力控制電動閥17串接在膨脹噴射式霧化蒸發器2的總進口處。工作時的主要功能是按照設定的壓力范圍進行開啟、關閉。這個壓力信號與執行信號由監控元件P1測定與給定。流量調節電動閥18串接在壓力控制電動閥17與過壓保護閥組19之間，工作時的主要功能是通過調整閥的開口度來調整流量，其目的是保證在設定的溫度、壓力范圍內使得噴射蒸發有一個較好的氣液分離比例。其開度指令信號由監控元件P1、Q1、n共同給定。
[0040]其中，蒸發塔1的下部連接有濃海水多效換熱器組20,濃海水多效換熱器組20和太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3之間通過管路相連接，該管路上設有水位調控閥組21和監控元件P2，水位調控閥組21和監控元件P2分別與控制機構相連接。水位調控閥組21串接在太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3和濃海水多效換熱器組20之間。并與濃海水多效換熱器組20 有電器聯動性。工作時的主要功能是當監控元件P2壓力低于一定值，且溫度T2高于一定值時，說明太陽能空氣管式熱膨脹集熱器3缺少液體。指令水位調控閥組21打開補充液體。當蒸發塔1水位降低到設定水位時，監控元件H4發出執行信號，水位調控閥組21打開補充液體。濃海水多效換熱器組20與汽化水冷凝換熱器6相連接，汽化水冷凝換熱器6與原海水補液箱22相連接，原海水補液箱22內設有監控元件H8，監控元件H8與控制機構相連接。原海水補液箱22接在系統海水的總進口。水位由監控元件H8監控。當水位調控閥組21打開補液時， 原海水補液箱22內水位降低;達到設定水位時，監控元件H8指令補充原海水。濃海水多效換熱器組20的濃海水的總出口上接有濃度電磁閥23，蒸發塔1上設有監控元件H4，濃度電磁閥 23和監控元件H4分別與控制機構相連接。濃度電磁閥23接在濃海水的總出口，當濃度達到排放設定值時，監控元件N4檢測并發出指令信號，濃度電磁閥23打開放液。當監控元件H4檢測到蒸發塔1水位高于設定值時，強行指令濃度電磁閥23打開放液。[〇〇411其中，汽化水冷凝換熱器6上開有淡汽水進口 24,淡汽水進口 24的軸心線與垂直線之間形成夾角￠2，汽化水冷凝換熱器6的殼體的軸心線與水平面之間形成夾角￠3，夾角￠2和夾角￠3的大小相等。減少氣體的流動的局部阻力。[〇〇42]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在于，包括蒸發塔(1)，所述的蒸發塔(1)內設有膨脹噴射式霧化蒸發器(2)，所述的膨脹噴射式霧化蒸發器(2)與太陽能空氣管式熱膨脹集熱器(3)相連接，所述的蒸發塔(1)內設有位于膨脹噴射式 霧化蒸發器(2)下方且能夠將膨脹噴射式霧化蒸發器(2)噴出的水滴蒸發為蒸汽的表面濺 射蒸發器(4)，所述的表面濺射蒸發器(4)與太陽能空氣直熱式集熱器(5)相連接，所述的蒸 發塔(1)的上部連接有能夠將蒸汽冷凝的汽化水冷凝換熱器(6)。2.根據權利要求1所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的膨脹噴射式霧化蒸發器(2)包括呈陣列式固定在高溫高壓管(7)兩側的且與高溫 高壓管(7)相連通的若干列管(8)，所述的列管(8)上設有霧化噴頭(9)。3.根據權利要求1所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的表面濺射蒸發器(4)包括蒸發器本體，所述的蒸發器本體內開有空氣室(10 )，所 述的空氣室(10)通過管路與太陽能空氣直熱式集熱器(5)相連通，所述的蒸發器本體的表 面為瓦楞式蒸發面(11)，所述的瓦楞式蒸發面(11)之間通過折流板(12)相連接。4.根據權利要求1所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器(3)包括匯流聯箱(13)，所述的匯流聯箱(13)內設 有管式熱膨脹發生器(14)，所述的管式熱膨脹發生器(14)和匯流聯箱(13)之間形成換熱 腔，所述的匯流聯箱(13)的兩側分別連接有若干呈陣列式排列且與換熱腔相連通的真空集 熱管(15)。5.根據權利要求1所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的太陽能空氣直熱式集熱器(5)包括匯流聯箱(13)，所述的匯流聯箱(13)的兩側分 別連接有若干呈陣列式排列的真空集熱管(15)，所述的真空集熱管(15)的內腔與匯流聯箱 (13)的內腔相連通，所述的匯流聯箱(13)的兩端分別設有固定法蘭(16)。6.根據權利要求1-5中任意一項所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系 統，其特征在于，所述的太陽能空氣管式熱膨脹集熱器(3)和膨脹噴射式霧化蒸發器(2)之 間通過高溫高壓管(7)相連接，所述的高溫高壓管(7)上設有依次串聯的壓力控制電動閥 (17)、流量調節電動閥(18)和過壓保護閥組(19)，所述的高溫高壓管(7)上設有相互并聯的 監控元件P1、監控元件Q1和監控元件11，所述的壓力控制電動閥(17)與監控元件P1相連接， 所述的流量調節電動閥(18)分別與監控元件P1、監控元件Q1和監控元件I11相連接。7.根據權利要求1-5中任意一項所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系 統，其特征在于，所述的蒸發塔(1)的下部連接有濃海水多效換熱器組(20)，所述的濃海水 多效換熱器組(20)和太陽能空氣管式熱膨脹集熱器(3)之間通過管路相連接，該管路上設 有水位調控閥組(21)和監控元件P2,所述的水位調控閥組(21)和監控元件P2分別與控制機 構相連接。8.根據權利要求7所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的濃海水多效換熱器組(20)與汽化水冷凝換熱器(6)相連接，所述的汽化水冷凝換 熱器(6)與原海水補液箱(22)相連接，所述的原海水補液箱(22)內設有監控元件H8,所述的 監控元件H8與控制機構相連接。9.根據權利要求8所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化系統，其特征在 于，所述的濃海水多效換熱器組(20)的濃海水的總出口上接有濃度電磁閥(23)，所述的蒸發塔(1)上設有監控元件H4,所述的濃度電磁閥(23)和監控元件H4分別與控制機構相連接。10.根據權利要求1-5中任意一項所述的太陽能熱驅動噴射濺射多效復合式海水淡化 系統，其特征在于，所述的汽化水冷凝換熱器(6)上開有淡汽水進口(24)，所述的淡汽水進 口(24)的軸心線與垂直線之間形成夾角￠2，所述的汽化水冷凝換熱器(6)的殼體的軸心線 與水平面之間形成夾角￠3，所述的夾角￠2和夾角￠3的大小相等。
【文檔編號】C02F1/06GK106006809SQ201610556327
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】張慶奎, 劉永久, 張繼承
【申請人】濰坊強勝新能源有限公司