具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置的制作方法

所属技术领域

本发明属于太阳能聚光与海水淡化利用技术领域。具体地说是一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置。

背景技术：

海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径，而利用太阳能来进行海水淡化，能够在一定程度上解决部分区域能源不足的问题。目前太阳能海水淡化系统，存在投资成本过大和能效利用率低的缺点，导致难以实现工业化。综合分析淡水产量低的原因，主要有：未充分利用凝结潜热，待蒸发海水热容量较大，换热管道热损失大和自然对流换热方式缓慢等。投资成本过大的原因，主要是换热设备投资大且装置对负压有一定要求。因此如要提高太阳能利用率，则应该降低级间的温差，增加级数，从而最大限度地利用潜热。降膜蒸发作为一项非常成熟的技术，能改善海水热容量大的缺点。如要要降低成本，应该减少换热设备在系统中的占比，使海水能够直接被太阳能加热，减少装置对负压的要求。

公开专利cn102167413a利用太阳能聚光器将光线集中在内层海水槽底面涂层上，每层套管都是透明的，这样蒸汽会在套管内表面凝结成小水珠，影响光线的透射，从而影响系统的产水效果。公开专利cn102092801a提出的多效蒸发海水淡化的水平管式布水法，没有充分利用淡水的凝结潜热。公开专利cn104591327a利用太阳能聚光器将高温工质液加热多级同心套管的最里层加热管，该方式重复利用汽化潜热，具有回热作用，但高温工质输送管道存在一定的散热损失。

为了解决这些矛盾，依据分级回热和聚光直热的基本思想，设计了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，利用太阳能直接产生淡水。该装置将太阳光，反射后聚集在底部管槽内表面，高温的腔体表面使降膜海水不断蒸发。多级管槽逐级向外，蒸汽在外侧管内表面冷凝，从而收集淡水。因而具有集热效率高，产水量大的优点。

一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，包括多级套管式蒸发器，布水器，菲涅尔反射镜，淡水箱和排浓水箱组成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：菲涅尔反射镜组成的镜场将入射太阳光聚焦到多级卧式蒸发器的最内层下表面，使其上表面的温度不断升高。多级管槽偏心布置，偏向底部一侧，在上侧形成月牙形蒸发空间。外部海水先通过布水器在最内层壁面上形成降膜并蒸发，水蒸气外侧壁面的下表面凝结出淡水，淡水滑落到下表面上的淡水槽内，被进一步收集。降膜到底部的浓海水被水泵送入外层蒸发腔体中，可重复利用。

工作原理是：菲涅尔镜场将太阳光反射聚焦到多级卧式蒸发器的内管内侧面，使得内层管体温度不断上升。循环水泵将海水送入布水器，经过布水器的海水，在内层管体表面形成降膜并蒸发，水蒸气在外层壁面内遇冷从而凝结出淡水，释放的凝结潜热用于加热外层管壁。淡水在外层壁面上滑落入淡水槽内。降膜后位于管体底部的海水，被送入外层蒸发腔体，重复上一过程。外层蒸发腔体底部的浓海水，最终从底部排出装置。

有益效果：

(1)最大限度利用水蒸气的汽化潜热以及各种高温水的显热，用来预热海水和加热待蒸发海水，及降低系统的能耗；

(2)降膜蒸发，保证液膜均匀分配，以减少热容量对蒸发换热的影响。

(3)由内向外各级蒸发室的传热面积逐步增加，有利于维持较小的传热温差，提高整个蒸发器的级数。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明多级偏心管卧式蒸发器的立体结构图；

图3为布置有蜂窝孔和分水棱的亲水陶瓷膜结构；

图4为本发明的菲涅尔反射淡化装置的平面效果图；

图5为本发明的菲涅尔反射淡化装置的立体效果图；

图6为本发明采用三角形腔体的多级蒸发器实施例图。

其中，1—入射光线；2—淡水箱；3—淡水管道；4—淡水槽；5—多级卧式蒸发器；5a—蒸发器内壁面；5b—蒸发器中间壁面；5c—蒸发器外壁面；6—海水入口；7—循环泵；8—节流阀；9—布水器；10—水蒸气；11—凝结淡水；12—海水管道；13—海水出口；14—排浓水箱；15—支架；16—菲涅尔镜场；17—亲水陶瓷膜；18—蜂窝孔；19—分水棱。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，利用太阳能直接产生淡水。多级卧式蒸发器5管槽偏心布置，最内层为蒸发器内壁面5a,中间层为蒸发器中间壁面5b,最外层为蒸发器外壁面5c。入射光线1被反射聚焦到多级偏心管槽的蒸发器内壁面5a，使得蒸发器内壁面5a温度不断上升。内壁面5a外表面布有亲水陶瓷膜17，其上均布有蜂窝孔18和分水棱19。循环泵7将通过海水入口6的海水送入布水器9，经过布水器9的海水，在蒸发器内壁面5a表面实现降膜蒸发，水蒸气10在蒸发器中间壁面5b内遇冷生成凝结淡水11，释放的凝结潜热用于加热蒸发器中间壁面5b外侧。淡水凝结在空间上壁面后滑落入淡水槽4内，最终通过淡水管道3输出到淡水箱2。降膜后位于管体底部的海水，从海水出口13被送入外层蒸发腔体，重复上一过程。最终外层蒸发腔体底部的浓海水，最终从底部排出到排浓水箱14。

如图3所示，降膜的海水在下降过程中，由于亲水陶瓷膜17的亲水性能，海水在蒸发器5a的外表面形成水膜，且由于蜂窝孔18和分水棱19的结构，会在外表面形成很多“热陷阱”，增大了外表面的热阻，使得海水膜得到了充分加热。

图4和图5是利用菲涅尔镜场16将入射光线1聚焦到支架15上的管槽蒸发器最内侧面示意图。菲涅尔镜场16是一种结构简单的系统，它采用靠近地面放置的多个几乎是平面的镜面结(带单轴太阳跟踪的线性菲涅尔反射镜)。此类系统由于聚光倍数只有数十倍，因此加热温度并不高，能够达到要求；而且系统结构简单，其建设和维护成本也相对较低。

图6为本发明采用三角形腔体的多级蒸发器实施例图。三角形腔体均为平面结构，结构易于加工制造。运行原理与圆柱状多级管槽一致。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有聚光直热功能的卧式偏心套管太阳能海水淡化装置，属于太阳能集热、海水淡化和水处理领域。本发明包括多级卧式蒸发器，排浓水箱和淡水箱。多级卧式蒸发器的下部空腔体作为太阳能接收器，其开口平面置于整个聚光系统的焦斑位置，太阳光经聚光后直接进入蒸发器的下部空腔体中，加热腔体的内壁。进入布水器的海水在卧式圆柱外表面降膜蒸发，各级外侧腔体重复利用内侧腔体蒸汽的凝结潜热，直到最外面一级管槽。由于内向外各级腔室的传热面积增加，有利于维持较小的传热温差，提高整个蒸发器的蒸发与凝结效率。蒸汽在各蒸发腔内蒸发冷凝成淡水，各级管槽内壁凝结的淡水经汇集后输出。

技术研发人员：伍纲;郑宏飞;王秋实;祝子夜;赵云胜
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2017.03.20
技术公布日：2017.07.04