CN104192930A - 太阳能分离式热管海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能分离式热管海水淡化装置，它包括聚光槽、分离式热管、低温多效蒸发装置、换热器、原海水管道、海水泵。分离式热管蒸发段的蒸发管组布置在聚光槽的聚焦线上并形成空腔体结构，冷凝段的冷凝管组布置在低温多效蒸发装置首效装置内作为加热管道。太阳光经聚光槽反射到分离式热管蒸发段的空腔体内部，太阳光被完全吸收并使热管内的工质汽化，工质蒸汽上升到冷凝段并进入布置在蒸发室内的冷凝管组作为低温多效蒸发装置的加热汽源。本发明优化了太阳能海水淡化工艺流程，具有太阳能集热效率高、装置传热性能好、适应性强、整体效率高、操作简单、易于控制等特点，适合于低成本模块化生产，可被广泛应用于太阳能海水淡化领域中。

Description

太阳能分离式热管海水淡化装置

技术领域

本发明属于海水或苦咸水淡化技术领域，特别是涉及一种太阳能分离式热管海水淡化装置。

背景技术

海水或苦咸水淡化是解决淡水资源短缺问题的有效的战略途径，而利用太阳能从海水或苦咸水中制取淡水，是解决淡水缺乏或供应不足的重要途径之一。为了提高能量利用率和装置效率，应该将太阳能应用技术和常规海水淡化技术相耦合，这样有利于提高太阳能海水淡化装置的整体效率。目前世界各国已有一些太阳能与常规海水淡化技术相耦合的系统在运行，但在这些系统中，太阳能部分与海水淡化部分基本上是互相分离的，而未来的太阳能海水淡化系统应该是太阳能应用技术与现代海水淡化技术更为紧密的结合，两者互相融合互为渗透，甚至在原理上产生更加新颖的海水淡化系统。

随着太阳能应用技术与海水淡化技术的耦合越来越紧密，高效低成本的太阳能海水淡化系统很快将出现从而为人类大规模提供淡水，但是太阳能海水淡化技术在发展过程中，仍需重点解决以下几个问题：一是目前太阳能集热器集热效率仍然偏低，由此影响了太阳能海水淡化系统的大规模工程化应用；二是热传递环节存在一些不足之处：目前较多采用太阳能间接加热海水的方法，该方法必须配置蓄热水箱和热水换热系统，传热过程存在中间换热损失，热效率较低；若采用太阳能直接加热海水的方法，没有中间换热损失，热效率较高，但高温海水容易使集热器发生腐蚀结垢、微生物滋生等问题，从而降低了集热器的换热效率和使用寿命；三是海水淡化工艺仍需进一步改进：目前与太阳能应用技术结合较好的海水淡化技术有多级闪蒸技术和多效蒸发技术，由于多效蒸发技术可在更低的操作温度下运行，并且适用负荷范围广，因此更适合与太阳能应用技术结合，若采用太阳能间接加热海水的方法，一般是利用蓄热水箱的热水作为多效蒸发系统的加热热源，该热源与喷淋海水的换热过程必然存在传热量小以及传热温差大的缺点，直接限制了第一效蒸发室的蒸发温度和蒸发量，严重制约了淡水产量的提高；若采用太阳能直接加热海水的方法，受热后的海水必须先经过闪蒸室后得到新蒸汽，再利用新蒸汽作为多效蒸发系统的加热热源，因此仍存在闪蒸方法本身浓缩比小、原海水用量大、热效率较低的缺点，不仅造成海水淡化系统整体效率降低，而且增加了太阳能集热系统的设计尺寸。针对以上分析，若能够运用独特设计使太阳能集热部分和第一效蒸发室蒸馏部分合为一体，一步实现太阳能直接加热海水同时使海水低温蒸发的过程，将有效解决上述面临的一系列难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化工艺流程、集热效率高、传热性能好、整体效率高、适应性强、真正实现集热器与第一效蒸发室“无缝对接”的太阳能分离式热管海水淡化装置。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种太阳能分离式热管海水淡化装置，它包括聚光槽、分离式热管、低温多效蒸发装置、换热器、原海水管道、海水泵；所述的聚光槽按南北方向倾斜布置并沿东西方向单轴跟踪；所述的分离式热管包括蒸发段、绝热上升管、冷凝段、绝热回流管，蒸发段布置在聚光槽的聚焦线上方，冷凝段布置在低温多效蒸发装置首效装置的内腔；所述的蒸发段包括蒸发管组、盘形上联箱、盘形下联箱、绝热罩；所述的绝热罩沿长度方向开设一条通槽；所述的蒸发管组由多根平行直管构成，多根平行直管穿置在绝热罩内，多根平行直管依绝热罩的圆形内壁紧密布置且在绝热罩的通槽处留有一道开缝口，多根平行直管的两端分别与盘形上联箱和盘形下联箱连通，多根平行直管的开缝口对着聚光槽的反射面，并处于聚光槽的聚焦线上；所述的冷凝段包括冷凝管组，管形上联箱、管形下联箱；冷凝管组是由多根蛇形串接横管竖直排列组成并布置在低温多效蒸发装置首效装置内作为该蒸发室的加热管道，多根蛇形串接横管的两端分别与管形上联箱和管形下联箱连通；所述的绝热上升管的两端分别与冷凝段上联箱和蒸发段上联箱连通；所述的绝热回流管的两端分别与冷凝段下联箱和蒸发段下联箱连通，并固定在绝热罩的外表面上。

所述的低温多效蒸发装置按顺流方式沿海水流动方向从上而下叠加布置，首效装置处于聚光槽的上方位置；除首效外的各效装置的冷凝水管道汇集成淡水输送管与换热器的淡水进口连接，末效装置的浓海水管道与换热器的排污水进口连接；所述的换热器布置在低温多效蒸发装置的下方位置，换热器的底部分别设有淡水出口和排污水出口；所述的原海水管道分两路曲折或盘旋穿过换热器后与低温多效蒸发装置首效装置的顶端连接，原海水管道上设有利用光辐射传感器控制流量的海水泵。

采用上述方案后，本发明具有以下几大特点：

一、优化工艺流程。本发明中分离式热管的蒸发段作为太阳能集热器，而冷凝段作为低温多效蒸发装置第一效蒸发室的加热管道，使得太阳能集热部分和第一效蒸发室蒸馏部分完全融合成整体，真正实现了集热器与第一效蒸发室之间的“无缝对接”。本发明与常用的太阳能间接加热海水淡化装置相比，不需要配置蓄热水箱、热水换热系统以及循环泵，装置结构大为简化并减少动力消耗，与此同时，本发明的蒸馏过程为热管内工质蒸汽凝结放热过程，与间接加热方法采用的热水显热放热过程相比，传热系数大为提高。本发明与常用的太阳能直接加热海水淡化装置相比，不需要通过设置闪蒸室即可得到并利用加热蒸汽汽源，由此避免了闪蒸方法带来的缺点，不仅简化了工艺流程的步骤，而且使得装置整体效率大为提高。

二、太阳能集热效率高。具有太阳能集热器作用的分离式热管的蒸发管组被设计成类似于黑体的空腔体结构，有利于完全吸收聚焦后的太阳光，消除太阳光的反射以及漫射损失，另外蒸发管组外表面包裹的绝热罩可以有效地减少散热损失，因此太阳能集热部分集热效率很高。

三、传热性能好。本发明的换热过程是利用热管内工质的蒸发和冷凝来传递热量，具有热管本身传热量大、传热热阻小、传热温差小的优点，因此该海水淡化装置的传热性能很好。

四、适应性强、整体效率高。本发明中太阳能集热部分和低温多效蒸发装置直接相配套，使得低温多效蒸发技术具有操作弹性很大的优点与太阳能具有热源不稳定性的特点能够很好地匹配，加上热管本身具有工质热容量小、启动快的优点，因此只要有太阳光的情况下本发明皆可迅速启动和正常工作，不会使造水比下降，因此本发明海水淡化装置适应性很强、整体效率很高。

五、操作简单，易于控制。本发明利用分离式热管进行传热，热管内工质依靠自然循环不需外加动力，同时热管在设计的工作温度范围下能够自动运行，并具有良好的等温性，因此低温多效蒸发装置第一效的设计蒸发温度只要略低于热管的设计工作温度即可稳定运行，本发明不需设置温度控制系统。另外，本发明只有唯一的海水泵需要进行流量调节，而该流量与太阳光辐射强度是简单的对应关系，故只需设置单个光辐射传感器即可控制，因此整个海水淡化装置操作简单，易于控制。

综上所述，本发明优化了太阳能海水淡化工艺流程、具有太阳能集热效率高，装置传热性能好、适应性强、整体效率高、操作简单、易于控制等特点，适合于低成本模块化生产，可被广泛应用于太阳能海水淡化领域中。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的分离式热管结构立体图；

图3是本发明的热管蒸发段剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种太阳能分离式热管海水淡化装置，它包括聚光槽1、分离式热管2、低温多效蒸发装置3、换热器4、原海水管道5、海水泵6。

所述的聚光槽1按南北方向倾斜布置，沿东西方向单轴跟踪。

如图1、图2所示，所述的分离式热管2包括蒸发段21、绝热上升管22、冷凝段23、绝热回流管24，蒸发段21布置在聚光槽1的聚焦线上方，热管的冷凝段23布置在多效蒸发装置3首效装置301的内腔；所述的蒸发段21包括蒸发管组211、盘形上联箱212、盘形下联箱213、绝热罩214。结合图3所示，所述的绝热罩214沿长度方向开设一条通槽2141。所述的蒸发管组211由多根平行直管2111构成，多根平行直管2111穿置在绝热罩214内，多根平行直管2111依绝热罩214的圆形内壁紧密布置且在绝热罩214的通槽2141处留有一道开缝口2112，多根平行直管2111的两端分别与盘形上联箱212和盘形下联箱213连通，多根平行直管2111的开缝口2112对着聚光槽1的反射面，并处于聚光槽1的聚焦线上。所述的冷凝段23包括冷凝管组231，管形上联箱232、管形下联箱233。所述的冷凝管组231由多根蛇形串接横管2311竖直排列组成，布置在低温多效蒸发装置3首效装置301内并作为该蒸发室的加热管道31，多根蛇形串接横管2311的两端分别与管形上联箱232和管形下联箱233连通；所述的绝热上升管22的两端分别与冷凝段上联箱232和蒸发段上联箱212连通；所述的绝热回流管24的两端分别与冷凝段下联箱233和蒸发段下联箱213连通并固定在绝热罩214的外表面上。

所述的低温多效蒸发装置3按顺流方式沿海水流动方向从上而下叠加布置，在本实施例中，所述的低温多效蒸发装置3由首效装置301、二效装置302、末效装置303组成。首效装置301处于聚光槽1的上方位置；除首效装置301外的其它各效装置的冷凝水管道32汇集至淡水输送管33，淡水输送管33与换热器4的淡水进口41连接，末效装置303的浓海水管道34与换热器4的排污水进口42连接。

所述的换热器4布置在低温多效蒸发装置3的下方位置，换热器4的底部分别设有淡水出口43和排污水出口44。

所述的原海水管道5分两路曲折或盘旋穿过换热器4后与低温多效蒸发装置3首效装置301的顶端连接，原海水管道5上设有利用光辐射传感器（图中未表示）控制流量的海水泵6。

本发明的工作原理：

太阳光经过聚光槽1反射到聚焦线上，并从分离式热管2蒸发段21其蒸发管组211对应的多根平行直管2111围成的空腔体开缝口2112进入空腔体内部，太阳光的能量被完全吸收并加热平行直管2111内的工质液，平行直管2111内的工质液受热蒸发形成蒸汽汇集到蒸发段21的盘形上联箱212，蒸发段21上联箱212的蒸汽通过绝热上升管22到达冷凝段23的管形上联箱232，冷凝段23上联箱232的蒸汽分流进入冷凝管组231对应的多根蛇形串接横管2311内，并与管外的喷淋海水液膜进行换热过程，蛇形串接横管2311内的蒸汽被冷凝成工质液汇集到冷凝段23的管形下联箱233，并通过绝热回流管24返回到蒸发段21的盘形下联箱213完成一个工质循环。

原海水管道5内的进料海水经海水泵6进入换热器4内，海水分别回收淡水和排污水的余热使自身温度升高后到达低温多效蒸发装置3首效装置301的顶端，向下喷淋到布置在首效装置301内部的分离式热管2冷凝段23其冷凝管组231对应的多根蛇形串接横管2311外表面形成液膜被受热蒸发形成二次蒸汽，各效的二次蒸汽在下一效冷凝成淡水汇集到淡水输送管33并经过换热器4降温至略高于进料海水的温度后作为产品排出，末效装置303的浓海水经过换热器4降温至略高于进料海水的温度后排弃。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，各管路的布置可有多种方式，低温多效蒸发装置所包含的蒸发装置数可据需要而定，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种太阳能分离式热管海水淡化装置，其特征在于：它包括聚光槽、分离式热管、低温多效蒸发装置、换热器、原海水管道、海水泵；所述的聚光槽按南北方向倾斜布置并沿东西方向单轴跟踪；所述的分离式热管包括蒸发段、绝热上升管、冷凝段、绝热回流管，蒸发段布置在聚光槽的聚焦线上方，冷凝段布置在低温多效蒸发装置首效装置的内腔；所述的蒸发段包括蒸发管组、盘形上联箱、盘形下联箱、绝热罩；所述的绝热罩沿长度方向开设一条通槽；所述的蒸发管组由多根平行直管构成，多根平行直管穿置在绝热罩内，多根平行直管依绝热罩的圆形内壁紧密布置且在绝热罩的通槽处留有一道开缝口，多根平行直管的两端分别与盘形上联箱和盘形下联箱连通，多根平行直管的开缝口对着聚光槽的反射面，并处于聚光槽的聚焦线上；所述的冷凝段包括冷凝管组，管形上联箱、管形下联箱；冷凝管组是由多根蛇形串接横管竖直排列组成并布置在低温多效蒸发装置首效装置内作为该蒸发室的加热管道，多根蛇形串接横管的两端分别与管形上联箱和管形下联箱连通；所述的绝热上升管的两端分别与冷凝段上联箱和蒸发段上联箱连通；所述的绝热回流管的两端分别与冷凝段下联箱和蒸发段下联箱连通，并固定在绝热罩的外表面上。

2.根据权利要求1所述的太阳能分离式热管海水淡化装置，其特征在于：所述的低温多效蒸发装置按顺流方式沿海水流动方向从上而下叠加布置，首效装置处于聚光槽的上方位置；除首效外的各效装置的冷凝水管道汇集成淡水输送管与换热器的淡水进口连接，末效装置的浓海水管道与换热器的排污水进口连接；所述的换热器布置在低温多效蒸发装置的下方位置，换热器的底部分别设有淡水出口和排污水出口；所述的原海水管道分两路曲折或盘旋穿过换热器后与低温多效蒸发装置首效装置的顶端连接，原海水管道上设有利用光辐射传感器控制流量的海水泵。