本發(fā)明涉及太陽能海水淡化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全世界約1/3的人口生活在缺水的國家和地區(qū)，解決淡水資源短缺的問題最主要的手段是進(jìn)行海水淡化。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)需要消耗大量常規(guī)能源，加劇了資源的消耗并帶來環(huán)境污染。而太陽能是一種分布廣、儲量多的可再生能源，如果能將太陽能技術(shù)和海水淡化技術(shù)結(jié)合在一起解決海水淡化關(guān)鍵問題，將具有重要的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種換熱系數(shù)高、出水量多、制造和運(yùn)行成本低的太陽能海水淡化系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

毛細(xì)作用與太陽能耦合的新型低溫海水淡化系統(tǒng)，包括太陽能集熱裝置、第一循環(huán)泵、蒸發(fā)器和冷凝器；蒸發(fā)器包括殼體、毛細(xì)芯、分配器、集液器和管束；殼體具有海水腔和蒸汽腔，海水腔和蒸汽腔通過毛細(xì)芯相互隔開；分配器和集液器分別位于海水腔的兩端；管束設(shè)置于海水腔內(nèi)，管束的兩端分別與分配器和集液器連接；海水腔具有海水入口和濃海水出口，蒸汽腔具有蒸汽出口；冷凝器具有蒸汽入口和淡水出口；太陽能集熱裝置的熱媒出口通過第一循環(huán)泵與蒸發(fā)器的熱媒入口連通，蒸發(fā)器的熱媒入口通過分配器與管束連通，管束通過集液器與蒸發(fā)器的冷媒出口連通，蒸發(fā)器的冷媒出口與太陽能集熱裝置的冷媒入口連通；冷凝器的蒸汽入口與蒸汽腔的蒸汽出口連通。

本發(fā)明可至少達(dá)到以下的有益效果之一：

1、本發(fā)明結(jié)合了太陽能集熱裝置進(jìn)行海水淡化，基本不消耗高品位能源，不僅綠色環(huán)保，而且降低了制造及運(yùn)行的成本。此外，本發(fā)明利用在蒸發(fā)器的管束內(nèi)流動的熱源媒質(zhì)與海水進(jìn)行熱交換，可以更加充分、高效地實(shí)現(xiàn)海水與熱源之間的換熱，加大蒸汽的產(chǎn)生量，提升換熱效率；

2、該發(fā)明利用冷凝器實(shí)現(xiàn)了海水的預(yù)熱，更好地利用了系統(tǒng)循環(huán)熱量，提高了整體性能；

3、設(shè)置在蒸發(fā)器管束上的折流板可以加大海水在蒸發(fā)器內(nèi)的擾動，在相同體積下，增加了海水側(cè)的流程，減小了蒸發(fā)器的尺寸，提高了換熱效率；

4、蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的管束的內(nèi)表面和外表面設(shè)有翅片，翅片的表面設(shè)有納米涂層，可提高海水與管束對流傳熱效率，減小管束尺寸，節(jié)省成本，提高了太陽能轉(zhuǎn)化為海水內(nèi)能的效率；

5、該發(fā)明采用內(nèi)部加熱海水的方式提高了能量利用效率，與現(xiàn)行的在蒸汽腔外表面通過蒸汽腔對毛細(xì)芯加熱的方式相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：熱阻小，而且本發(fā)明可以直接控制熱媒工質(zhì)循環(huán)的吸熱量控制海水在毛細(xì)芯中蒸發(fā)的溫度，從而更好地適應(yīng)系統(tǒng)壓力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的毛細(xì)作用與太陽能耦合的新型低溫海水淡化系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的毛細(xì)作用與太陽能耦合的新型低溫海水淡化系統(tǒng)，包括太陽能集熱裝置1、輔助熱源2、第一循環(huán)泵51、蒸發(fā)器3和冷凝器4。

太陽能集熱裝置1最好是采用高效的太陽能集熱器，通過吸收太陽能對循環(huán)媒質(zhì)（通常為水）進(jìn)行加熱。該太陽能集熱器還可采用太陽自動追蹤技術(shù)，以最大效率地吸收太陽能。

輔助熱源2與太陽能集熱裝置1并聯(lián)連接。輔助熱源2用于在太陽能集熱裝置1不能工作時（例如夜晚等沒有日照的時刻）作為替代該太陽能集熱裝置1的熱源，從而使得本發(fā)明的太陽能海水淡化系統(tǒng)可以連續(xù)不間斷地進(jìn)行海水淡化處理。輔助熱源2優(yōu)選采用余熱熱源，例如海邊的火電站或核電站的蒸汽余熱，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。圖1中還示出了設(shè)置在輔助熱源2和太陽能集熱裝置1的連接管路上的多個控制閥6，這些控制閥6可以起到對輔助熱源2和太陽能集熱裝置1的切換控制作用。

蒸發(fā)器3包括殼體31、毛細(xì)芯32、分配器33、集液器36和管束35。殼體31具有海水腔311和蒸汽腔312，海水腔311和蒸汽腔312通過毛細(xì)芯32相互隔開。分配器33和集液器36分別位于海水腔311的兩端。管束35設(shè)置于海水腔311內(nèi)，管束35的兩端分別與分配器33和集液器36連接。在圖1所示的實(shí)施例中，海水腔311呈圓柱體形，管束35沿著該海水腔的軸向延伸；蒸汽腔呈圓環(huán)體形，并環(huán)繞于海水腔311中部的外側(cè)；毛細(xì)芯32呈圓環(huán)體形。圖1所示的蒸發(fā)器的形狀僅為示例，本發(fā)明所采用的蒸發(fā)器形狀并不限于此。

海水腔311具有海水入口和濃海水出口，該海水腔的海水入口和濃海水出口優(yōu)選地被設(shè)置成使海水的流動方向與管束35內(nèi)的媒質(zhì)流動方向相反，以構(gòu)成逆流流動，強(qiáng)化換熱效果。蒸汽腔312具有蒸汽出口。冷凝器具有蒸汽入口和淡水出口。

太陽能集熱裝置的熱媒出口通過第一循環(huán)泵51與蒸發(fā)器3的熱媒入口連通，蒸發(fā)器3的熱媒入口通過分配器33與管束35連通，管束35通過集液器36與蒸發(fā)器3的冷媒出口連通，蒸發(fā)器3的冷媒出口與太陽能集熱裝置1的冷媒入口連通。冷凝器4的蒸汽入口與蒸汽腔312的蒸汽出口連通。

優(yōu)選地，冷凝器4還具有海水入口和海水出口。冷凝器4的海水出口與海水腔311的海水入口連通。這樣，冷凝器4可將從該冷凝器的海水入口流入的海水與來自蒸汽腔312的蒸汽進(jìn)行熱交換后輸出給海水腔311，通過調(diào)節(jié)流入冷凝器內(nèi)的海水的流量可控制蒸汽腔312的飽和壓力。蒸發(fā)器的管束35和冷凝器4內(nèi)的管束均由多根強(qiáng)化管構(gòu)成，可增大蒸汽側(cè)冷凝面積，提高蒸汽側(cè)的冷凝換熱系數(shù)，同時減小冷凝器的體積及占地面積。冷凝器4內(nèi)的海水與蒸汽的流向相反，構(gòu)成逆流換熱。此外，在與冷凝器4的淡水出口相連的管路上還設(shè)有第二循環(huán)泵52，在與冷凝器4的海水入口相連的管路上還設(shè)有第三循環(huán)泵53，在蒸發(fā)器3的冷媒出口與輔助熱源2的冷媒入口之間的連接管路上還設(shè)有第四循環(huán)泵54。第一、第二、第三和第四循環(huán)泵可以為整個海水淡化系統(tǒng)的換熱介質(zhì)循環(huán)、海水流動及蒸汽流動提供更充足的動力，以解決傳統(tǒng)方法中采用毛細(xì)芯的毛細(xì)壓差驅(qū)動海水淡化循環(huán)動力不足、啟動運(yùn)行不穩(wěn)定及產(chǎn)水量上限較低等缺點(diǎn)。

要說明的是，海水可以在毛細(xì)力的作用下抽吸回到蒸發(fā)器，不需要消耗額外的泵功。第二循環(huán)泵52和第三循環(huán)泵53是起輔助作用的，是為提高淡水量而額外設(shè)置的，正常淡水需求情況下，可以不設(shè)置。第一至第四循環(huán)泵51、52、53和54均可以通過太陽能發(fā)電驅(qū)動，無需外部電源。

優(yōu)選地，蒸發(fā)器的管束35上通過焊接等方式固定連接有多塊折流板34。設(shè)置折流板能夠加強(qiáng)海水腔內(nèi)的海水?dāng)_動，強(qiáng)化蒸發(fā)換熱系數(shù)。蒸發(fā)器的管束35和冷凝器的管束的內(nèi)表面和外表面設(shè)有翅片，翅片的表面設(shè)有納米涂層，以提高蒸發(fā)器管束和冷凝器管束的管內(nèi)外表面換熱系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的毛細(xì)作用與太陽能耦合的新型低溫海水淡化系統(tǒng)的工作過程大致如下。

海水通過第三循環(huán)泵53引入冷凝器4內(nèi)，在冷凝器4中與來自蒸汽腔312的水蒸汽進(jìn)行熱交換，預(yù)熱后的海水進(jìn)入蒸發(fā)器3的海水腔311。在蒸發(fā)器3的海水腔311內(nèi)由于折流板34的阻擋作用，海水周期性地沖刷管束35，并與管束內(nèi)的熱源媒質(zhì)進(jìn)行熱交換，使得海水溫度升高。高溫的海水在毛細(xì)芯32中微細(xì)通道的毛細(xì)力的抽吸下、流進(jìn)蒸汽腔312的過程中在毛細(xì)芯32內(nèi)低溫蒸發(fā)為淡水蒸汽，純凈的淡水蒸汽匯聚于蒸汽腔312中，高濃度海水從蒸發(fā)器的濃海水出口排出。上述的低溫是指30℃~40℃。

蒸汽腔312內(nèi)的水蒸汽在第二循環(huán)泵52的作用下進(jìn)入到冷凝器4內(nèi)，經(jīng)過冷凝變化為淡水，而后通過冷凝器4的淡水出口流出。

來自太陽能集熱裝置1或輔助熱源2的高溫?zé)嵩疵劫|(zhì)通過分配器33流入管束35內(nèi)，并與海水腔311內(nèi)的海水進(jìn)行熱交換，海水吸熱，熱源媒質(zhì)溫度降低。完成熱交換的低溫?zé)嵩疵劫|(zhì)通過集液器36返回太陽能集熱裝置或輔助熱源2，再通過加熱成為高溫?zé)嵩疵劫|(zhì)，從而完成整個熱源循環(huán)。其中，可根據(jù)具體工況以及光照條件調(diào)節(jié)多個控制閥6，實(shí)現(xiàn)太陽能集熱裝置1與輔助熱源2之間的切換。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的海水淡化系統(tǒng)以毛細(xì)芯提供的內(nèi)部毛細(xì)力為驅(qū)動力,直接抽取海水進(jìn)入毛細(xì)芯進(jìn)行汽液相變,由于冷凝器里的溫度比毛細(xì)芯里的溫度低，相對應(yīng)的冷凝器里的蒸汽飽和壓力比毛細(xì)芯里發(fā)生汽液相變產(chǎn)生的蒸汽飽和壓力低，毛細(xì)芯里產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入冷凝器生成淡水。實(shí)況實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在杭州夏季14：00pm強(qiáng)太陽光輻射下:太陽能獨(dú)立驅(qū)動（即系統(tǒng)不接外部電源和無余熱提供）：受熱面積是60cm²的蒸發(fā)器,在壁面溫度為39℃時，可以產(chǎn)淡水101g/h，淡水含鹽約29mg/l,達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。毛細(xì)芯中的蒸汽與水分界液面可以自適應(yīng)外界熱源,在34℃~58℃間可以正常產(chǎn)水。因?yàn)闇囟冗m應(yīng)性范圍大,尤其是40℃下的低溫海水淡化能力,使得本系統(tǒng)在太陽能利用等領(lǐng)域有優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的海水淡化系統(tǒng)在太陽能獨(dú)立驅(qū)動的條件下實(shí)現(xiàn)了在34℃~58℃自適應(yīng)產(chǎn)水，根據(jù)熱力學(xué)定律,熱源溫度越低,可用能越少。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)40℃下的低溫海水淡化。所以本海水淡化系統(tǒng)既可以提高能源利用效率，更重要的是可以實(shí)現(xiàn)太陽能獨(dú)立驅(qū)動；不消耗外部能源。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。