專利名稱：便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海水淡化技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種便攜式太陽能全玻璃 真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器。
背景技術(shù)：
隨著世界淡水資源的日益短缺，人們越來越重視海水淡化技術(shù)，傳統(tǒng)的海水淡化 技術(shù)如蒸餾法、電滲析法、冷凍法等存在著設(shè)備造價高，耗電力或燃料多，機(jī)構(gòu)不易清理，故 障維修難等不足，因而不能普及。且這些方法均適用于規(guī)模較大的海水淡化裝置，不適合應(yīng) 用于某些特殊場合，如軍事用途、野外旅游、船舶、海島等。在這些流動性強(qiáng)、位置偏僻和場 地狹窄的地方，需要一種以維生、應(yīng)急為目的淡化效率高、體積小不需消耗電力或燃料的可 攜帶的小型太陽能海水淡化化裝置。經(jīng)過對現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?98225969. 7，記載了一種真 空管太陽能海水淡化器，該發(fā)明特征是采用圓形太陽能凹面鏡對真空玻璃集熱管加熱，需 要真空泵將蒸汽引出。不能承壓且要靠真空泵引出蒸汽，耗費(fèi)電能，并且太陽能凹面鏡為點(diǎn) 聚焦，集熱效率低，集熱板體積大不便攜帶。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?00810143400. 2，記載了一種太陽能海水淡化 或不凈水蒸餾裝置采用太陽灶通過一根石英超導(dǎo)熱管進(jìn)行傳熱給蒸餾水箱，從而得到水蒸 氣，通過空氣冷卻成淡水，該裝置由于海水與熱管的傳熱面積相對較小，傳熱效率低，且由 于熱管整體暴露在空氣中熱量散失大，集熱效率低。集熱板同樣不便攜帶。在太陽能開水器領(lǐng)域，中國專利申請?zhí)?98210907. 5，記載了一種復(fù)合拋物反射 面聚焦的太陽能開水器，該裝置使用真空集熱管不能承壓，集熱板同樣不適于攜帶。且其 裝置由于體積較大，結(jié)構(gòu)分散，所以存在不易拆卸，不便攜帶的缺點(diǎn)。中國專利申請?zhí)?200620004703. 2記載了一種手提太陽能開水器，該裝置使用拋物柱面板組成反光板，對真 空集熱管內(nèi)的水進(jìn)行加熱。該裝置使用真空集熱管加熱，用橡膠塞類材料封閉管口，不能承 壓。中國專利申請?zhí)?200820139952. 1，記載了一種大口徑內(nèi)聚光真空管太陽能開水器，采 用大口徑內(nèi)聚光全玻璃真空管，玻璃管是套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管外壁面是加熱面，內(nèi)管與外管間設(shè) 置漸開線形雙翼面反光板。這種集熱管造價昂貴，集熱板面積小，集熱效率低?？偨Y(jié)現(xiàn)有的玻璃集熱管的小型海水淡化裝置發(fā)明專利，尤其是上述申請?zhí)?98225969. 7所記載的一種海水淡化裝置，能明顯看出現(xiàn)有專利中存在幾個普遍性的問題 一是集熱板基本都是非折疊式的，體積龐大，難以拆裝攜帶。二是玻璃管都用橡膠塞類材料 封閉管口，密封性差，不能承壓。在長期加熱使用后密封條件很難保證。第三也是最重要的 是，這些裝置都是直接將海水裝入玻璃管中加熱，水不能濕潤整個傳熱面。在玻璃集熱管工 作時，玻璃管是傾斜放置的，裝入的海水只能占據(jù)玻璃管下部非受熱部分，而玻璃管上部面 對太陽的受熱部分反倒沒有水濕潤。在有集熱板聚熱時的夏天運(yùn)行時，上部沒有水濕潤的 玻璃部分干燒溫度可以達(dá)到300度，下部玻璃最多100度，因此玻璃管極易炸裂。作為海水 淡化裝置對于蒸汽的引出和冷凝要有合理的冷凝管路設(shè)計。所以這些裝置可以說沒有安全
3實(shí)用價值。因此，目前還沒有商品化的可攜帶海水淡化裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種便攜式太陽能全玻璃真空集熱 管承壓海水蒸餾淡化器，該裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，集熱板可折疊，攜帶安全可靠， 內(nèi)管有彈性，能一直緊貼玻璃管以降低接觸熱阻，在任何情況下，水能濕潤整個玻璃管集熱 面，傳熱效率高；本發(fā)明可直接通過太陽能實(shí)現(xiàn)水蒸氣冷凝且裝置安全，即使炸管，熱水和 水蒸氣也能保存在金屬內(nèi)管內(nèi)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括真空管集熱管、折疊式簡化CPC 聚光板、折疊支架以及冷凝管，其中折疊式簡化CPC聚光板安裝在折疊支架的斜梁上表 面，真空集熱管插放在折疊支架兩端的集熱管支撐板中，冷凝管安裝在折疊支架的斜梁下 表面。所述的真空集熱管的中心線與折疊式簡化CPC板的聚光中心線相互重合。所述的真空管集熱管包括玻璃真空管、金屬承壓內(nèi)膽、金屬絲網(wǎng)層、水蒸氣管、水 蒸氣管閥門、海水管路、海水管路閥門和冷凝銅管，其中金屬承壓內(nèi)膽位于玻璃真空管內(nèi) 管內(nèi)部，金屬承壓內(nèi)膽的半圓凹槽部分與玻璃真空管下側(cè)相接觸，金屬承壓內(nèi)膽與真空管 內(nèi)管內(nèi)壁面相接觸，金屬絲網(wǎng)層位于金屬承壓內(nèi)膽內(nèi)部，支撐彈簧片組位于金屬承壓內(nèi)膽 內(nèi)部，支撐彈簧片的絲網(wǎng)層與金屬承壓內(nèi)膽的內(nèi)表面相接觸，內(nèi)膽端口與帶外螺紋的厚板 鋼圈焊接，帶內(nèi)螺紋的厚板底帽密封設(shè)置于內(nèi)膽外管口，水蒸汽管和海水管路與底帽相焊 接，水蒸氣管閥門設(shè)置于集熱管外部的水蒸氣管端部并與冷凝銅管連接，海水管路閥門設(shè) 置于集熱管外部的海水管路端口。所述的玻璃真空管是常規(guī)的全玻璃真空集熱管。所述的金屬承壓內(nèi)膽采用輕薄的有彈性的金屬材料制成，該金屬承壓內(nèi)膽上設(shè)有 一個半圓凹槽的圓筒形結(jié)構(gòu)，其直徑大于等于玻璃真空管的玻璃內(nèi)管的內(nèi)徑。所述的金屬承壓內(nèi)膽的底部設(shè)有一個縮口形結(jié)構(gòu)的底面，在內(nèi)膽的口部焊接帶外 螺紋的厚板鋼圈接口，形成一個堅實(shí)的內(nèi)膽管口。內(nèi)膽管口與設(shè)有帶內(nèi)螺紋的厚板底帽進(jìn) 行封閉。本發(fā)明涉及上述結(jié)構(gòu)的具體工作流程如下當(dāng)裝置展開并且組裝完畢后，打開水 蒸氣管口閥門和海水管路閥門，將海水從進(jìn)水水斗加入，經(jīng)過橡膠進(jìn)水管和海水管路進(jìn)入 帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空玻璃集熱管。由于內(nèi)膽內(nèi)表面的絲網(wǎng)層的毛細(xì)力將內(nèi)膽 底部的新海水抽取到整個金屬承壓內(nèi)膽表面的絲網(wǎng)層上。玻璃管傳熱面上始終有海水濕 潤，海水主要在絲網(wǎng)層內(nèi)以液膜蒸發(fā)形式蒸發(fā)換熱。水蒸氣填充在整個內(nèi)膽內(nèi)，蒸汽壓使內(nèi) 膽與玻璃內(nèi)管接觸更加緊密。水蒸汽從內(nèi)膽上端的水蒸氣管溢出，經(jīng)耐熱橡皮管進(jìn)入焊接 在斜梁下表面壁面的冷凝管冷卻凝結(jié)成水并在氣壓推動下流出冷凝管，流入接淡水瓶中從 而獲得了淡水。而含鹽分較高的殘留濃海水可定時打開海水管路閥門依靠蒸汽壓和自身重 力排出。濃海水排出后可按上述循環(huán)再次開始新的制取淡水的流程。與現(xiàn)有已提出的發(fā)明專利技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于具有承壓結(jié)構(gòu)，裝置小 巧，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，組裝拆卸方便，攜帶便捷，且一旦發(fā)生玻璃真空管碎裂的情況，并 不影響用戶使用。玻璃管，內(nèi)膽及絲網(wǎng)更換簡單，用戶可自行清洗和更換各部件，熱效率高，壽命長，運(yùn)行安全可靠，能夠利用太陽能高效的加熱海水制取蒸餾淡水，推廣應(yīng)用前景廣 闊。


圖1是便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器的D-D截面剖視圖；圖2是便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器的左視圖；圖3是便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器的俯視圖；圖4是便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器的C-C截面剖視圖；圖5是帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空管集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空管集熱管的A-A橫截面剖視圖；圖7為組裝好的折疊式簡化CPC聚光板俯視圖；圖8為組裝好的折疊式簡化CPC聚光板B-B截面剖視圖；圖中1帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空管集熱管、2玻璃真空管、3吸收涂層、 4金屬承壓內(nèi)膽、5絲網(wǎng)層、6水蒸氣管、7水蒸氣管口閥門、8進(jìn)/排海水管、9進(jìn)/排海水口 閥門、10玻璃真空管的玻璃外管、11玻璃真空管的玻璃內(nèi)管、12真空夾層、13彈簧支撐卡、 14支撐彈簧片組定位鋼條、15支撐彈簧片、16帶外螺紋的厚板鋼圈接口、17帶內(nèi)螺紋的厚 板底帽、18厚橡膠保溫帽、19折疊式簡化CPC聚光板、20平面可折疊的薄塑料板、21薄反光 鏡面板、22金屬制CPC形狀卡板、23折疊支架、24斜梁、25豎梁、26螺栓、27支撐條、28槽鋼 支撐腿卡槽、29槽鋼支撐腿、30集熱管支撐板、31銅冷凝管、32進(jìn)水水斗、33橡膠進(jìn)水管、34 蒸汽管和冷凝管接口的真空橡皮管、35接淡水瓶、36淡水出口。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例包括由帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真 空管集熱管1、折疊式CPC聚光板19、折疊支架23、銅冷凝管31等零部件組成。所述帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空管集熱管1的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，該 帶金屬承壓內(nèi)膽和金屬絲網(wǎng)的真空管集熱管1由真空管2、吸收涂層3、金屬承壓內(nèi)膽4、絲 網(wǎng)層5、水蒸氣收集管6、水蒸氣收集管口閥門7、進(jìn)/排水管8、進(jìn)/排海水口閥門9等組成。所述真空管2是常規(guī)的全玻璃真空集熱管，真空管內(nèi)部設(shè)有金屬承壓內(nèi)膽4。所述金屬承壓內(nèi)膽4采用0. 1mm到0. 3mm厚的SUS340不銹鋼材料制成一帶有半 圓凹槽的圓筒形結(jié)構(gòu)。安裝時靠外力將金屬承壓內(nèi)膽4裝進(jìn)真空管內(nèi)管，金屬承壓內(nèi)膽4 的半圓凹槽部分要放在玻璃管下側(cè)不吸熱的一面，裝入后金屬承壓內(nèi)膽4由于自身的張力 緊緊貼住真空管內(nèi)管內(nèi)壁面。所述絲網(wǎng)層5采用150號不銹鋼絲網(wǎng)制成多層重疊彎曲成為320°左右的弧形結(jié) 構(gòu)。支撐彈簧片15采用彎曲成為320°左右的弧形結(jié)構(gòu)的彈性鋼片組成，數(shù)組支撐彈簧片 15的兩側(cè)以相等的距離被焊接在支撐彈簧片組定位鋼條14上構(gòu)成支撐彈簧片組。在外力 的作用下先將絲網(wǎng)層5裝入金屬承壓內(nèi)膽4，再將支撐彈簧片組裝入金屬承壓內(nèi)膽4，支撐彈簧片的張力將絲網(wǎng)層5壓緊在金屬承壓內(nèi)膽4的內(nèi)表面。所述內(nèi)膽4端口與帶外螺紋的厚板鋼圈16焊接，形成一個堅實(shí)的內(nèi)膽管口，再用 帶內(nèi)螺紋的厚板底帽17對內(nèi)膽外管口進(jìn)行封閉，底帽17上焊上水蒸汽管6和進(jìn)/排水管 8。底帽17外用厚橡膠保溫帽18進(jìn)行保溫處理。所述的折疊式CPC簡化聚光板19的結(jié)構(gòu)如圖7所示，該聚光板19安置在集熱管 下部。所述的折疊式CPC聚光板19是由平面可折疊的薄塑料板20表面粘貼一層薄反光 鏡面板21經(jīng)四組上下兩層共八個CPC定型卡板22上下固定而形成，使用時四組CPC定型 卡板22以相等的間距與折疊支架23的斜梁24進(jìn)行螺栓連接。CPC聚光板19的聚光比為 2. 15，厚度0. 8mm,寬度大約有320_。根據(jù)CPC結(jié)構(gòu)聚光原理，整個聚光板型面應(yīng)由兩端拋物面和兩段漸開線組成，這 樣，在CPC聚光板的底部，就會形成一個尖狀突起，這就給CPC聚光板的加工成形帶來很大 的不便。本專利對CPC結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)簡化，CPC型面由兩端拋物面和一段直線組成，簡化的 CPC聚光板19底部為一平面，這樣可以很方便固定成形和安裝。CPC聚光板19與折疊支架 23的斜梁24進(jìn)行連接。簡化CPC聚光板19的集熱效率理論上損失約17%，但結(jié)構(gòu)變得十 分簡單。所述折疊支架23總體結(jié)構(gòu)可以從圖1獲知，它是由斜梁24和豎梁25經(jīng)螺栓26鉸 接而成，這兩個梁均由不銹鋼板壓制成槽型，并且斜梁在鉸接處制成斜面可以在支架張開 到一定角度自動卡死，并且有活動支撐條27來支撐張開的折疊支架23。當(dāng)裝置斜梁24和 豎梁25合起來的時候其內(nèi)部所呈的剛性長方體的空間可正好將帶不銹鋼承壓內(nèi)膽和不銹 鋼絲網(wǎng)的真空管集熱管1整體放入，這樣可以使本裝置運(yùn)輸體積減小而安全性提高(集熱 管受到保護(hù))。在折疊支架23張開后為使其穩(wěn)固的支撐在地面上，分別在斜梁24的最前端 和豎梁25的最下端開了兩個槽鋼支撐腿卡槽28，使用時靠外力將槽鋼支撐腿29卡入斜梁 和豎梁的槽鋼支撐腿卡槽28中，這樣就可以很便捷的進(jìn)行支架的拆裝了。從裝置的三視圖 及截面圖可以看到折疊式CPC聚光板19由四組CPC結(jié)構(gòu)型面卡板22固定在斜梁24上，集 熱管是由斜梁24兩端的集熱管支撐板30固定位置的，集熱管支撐板30與結(jié)構(gòu)型面卡板22 由相同的螺栓固定在斜梁24的相同位置。從截面圖C-C看到斜梁24的上表面和側(cè)面的內(nèi) 表面焊接一根在空間三次彎折的冷凝管31，使其分散在前支架的上表面和左右側(cè)面各一組 U型回路，這樣可使管道彎折平緩，管內(nèi)氣體流動阻力減小，增大了各并列冷凝管段的間距， 并且可以將前支架的上表面和左右側(cè)面都變成了冷凝管的擴(kuò)展翅片表面可以增強(qiáng)換熱。整個裝置的使用方法如下當(dāng)裝置展開并且組裝完畢后，打開水蒸氣管口閥門7 和海水管路閥門9，將海水從進(jìn)水水斗32加入，經(jīng)過橡膠進(jìn)水管33和海水管路8進(jìn)入帶不 銹鋼承壓內(nèi)膽和不銹鋼絲網(wǎng)的真空玻璃集熱管1。由于內(nèi)膽4內(nèi)表面的絲網(wǎng)層5的毛細(xì)力 將內(nèi)膽底部的新海水抽取到整個不銹鋼承壓內(nèi)膽4表面的絲網(wǎng)層5上。玻璃管傳熱面上始 終有海水濕潤，海水主要在絲網(wǎng)層內(nèi)以液膜蒸發(fā)形式蒸發(fā)換熱，傳熱效率高，制水速率快。 水蒸氣填充在整個內(nèi)膽4內(nèi)，蒸汽壓使內(nèi)膽4與玻璃內(nèi)管11接觸更加緊密。水蒸汽從內(nèi)膽 4上端的水蒸氣管6溢出，經(jīng)耐熱橡皮管34進(jìn)入焊接在斜梁24壁面的冷凝管31冷卻凝結(jié) 成水并在氣壓推動下流出冷凝管31，流入接淡水瓶35中從而獲得了淡水。而含鹽分較高的 殘留濃海水可定時打開海水管路閥門9依靠蒸汽壓和自身重力排出。濃海水排出后可按上 述循環(huán)再次開始新的制取淡水的流程。本裝置中，管內(nèi)蒸汽壓力取決于冷凝器管路流阻，一般蒸汽壓力可設(shè)計在1. 2個大氣壓附近，蒸汽溫度105度左右。 本實(shí)施例中的便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，由于采用彈 性金屬內(nèi)膽和緊貼金屬內(nèi)膽壁面吸水絲網(wǎng)層，依靠折疊式CPC聚光板高效集熱，具有承壓 結(jié)構(gòu)，裝置小巧，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，組裝拆卸方便，攜帶便捷，且一旦發(fā)生玻璃真空管碎 裂的情況，并不影響用戶使用。玻璃管，內(nèi)膽及絲網(wǎng)更換簡單，用戶可自行清洗和更換各部 件，熱效率高，壽命長，運(yùn)行安全可靠，能夠利用太陽能高效的加熱海水制取蒸餾淡水，推廣 應(yīng)用前景廣闊。
權(quán)利要求
一種便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，包括真空管集熱管、折疊式簡化CPC聚光板、折疊支架以及冷凝管，其中折疊式簡化CPC聚光板安裝在折疊支架的斜梁上表面，真空集熱管插放在折疊支架兩端的集熱管支撐板中，冷凝管安裝在折疊支架的斜梁下表面，所述的真空集熱管的中心線與折疊式簡化CPC板的聚光中心線相互重合，其特征在于所述的真空管集熱管包括玻璃真空管、金屬承壓內(nèi)膽、金屬絲網(wǎng)層、水蒸氣管、水蒸氣管閥門、海水管路、海水管路閥門和冷凝銅管，其中金屬承壓內(nèi)膽位于玻璃真空管內(nèi)管內(nèi)部，金屬承壓內(nèi)膽的半圓凹槽部分與玻璃真空管下側(cè)相接觸，金屬承壓內(nèi)膽與真空管內(nèi)管內(nèi)壁面相接觸，金屬絲網(wǎng)層位于金屬承壓內(nèi)膽內(nèi)部，支撐彈簧片組位于金屬承壓內(nèi)膽內(nèi)部，支撐彈簧片的絲網(wǎng)層與金屬承壓內(nèi)膽的內(nèi)表面相接觸，內(nèi)膽端口與帶外螺紋的厚板鋼圈焊接，帶內(nèi)螺紋的厚板底帽密封設(shè)置于內(nèi)膽外管口，水蒸汽管和海水管路與底帽相焊接，水蒸氣管閥門設(shè)置于集熱管外部的水蒸氣管端部并與冷凝銅管連接，海水管路閥門設(shè)置于集熱管外部的海水管路端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，其特 征是，所述的玻璃真空管是常規(guī)的全玻璃真空集熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，其特 征是，所述的金屬承壓內(nèi)膽采用輕薄的有彈性的金屬材料制成，該金屬承壓內(nèi)膽上設(shè)有一 個半圓凹槽的圓筒形結(jié)構(gòu)，其直徑大于等于玻璃真空管的玻璃內(nèi)管的內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，其特 征是，所述的金屬承壓內(nèi)膽的底部設(shè)有一個縮口形結(jié)構(gòu)的底面，在內(nèi)膽的口部焊接帶外螺 紋的厚板鋼圈接口，內(nèi)膽管口固定設(shè)有帶內(nèi)螺紋的厚板底帽進(jìn)行封閉。
全文摘要
一種海水淡化技術(shù)領(lǐng)域的便攜式太陽能全玻璃真空集熱管承壓海水蒸餾淡化器，包括真空管集熱管、折疊式簡化CPC聚光板、折疊支架以及冷凝管，其中折疊式簡化CPC聚光板安裝在折疊支架的斜梁上表面，真空集熱管插放在折疊支架兩端的集熱管支撐板中，冷凝管安裝在折疊支架的斜梁下表面，所述的真空集熱管的中心線與折疊式簡化CPC板的聚光中心線相互重合，本發(fā)明體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，集熱板可折疊，攜帶安全可靠，內(nèi)管有彈性，能一直緊貼玻璃管以降低接觸熱阻，在任何情況下，水能濕潤整個玻璃管集熱面，傳熱效率高；可直接通過太陽能實(shí)現(xiàn)水蒸氣冷凝且裝置安全，即使炸管，熱水和水蒸氣也能保存在金屬內(nèi)管內(nèi)。
文檔編號C02F103/08GK101870503SQ20101021632
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者劉振華, 李元陽 申請人:上海交通大學(xué)