專利名稱：噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能海水淡化技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種小型高溫常壓 運(yùn)行的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類文明不斷發(fā)展和社會不斷進(jìn)步，水資源短缺已成為21世紀(jì)人類面臨的 重大問題。我國水資源形勢更加不容樂觀，作為世界上13個缺水國家之一，人均水資源年 占有量只相當(dāng)于世界平均水平的1/4，缺水城市占全國城市的2/3。地球上的海水資源非常 豐富，97%的水都在海洋里，而其中蘊(yùn)含著大量的淡水。發(fā)展海水淡化事業(yè)，是解決我國淡 水緊缺的重要戰(zhàn)略途徑。目前海水淡化裝置基本上都利用了太陽能這種儲量無限、完全清 潔的再生能源，但由于集熱器溫度低，蒸發(fā)效率低，裝置復(fù)雜，耐腐蝕性能不足而無法很好 地推廣。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前已公開的各種太陽能海水淡化裝置專利一般采 用傳統(tǒng)的橫管降膜蒸發(fā)多效回?zé)崾?中國發(fā)明專利申請?zhí)?1240510. 8)、閃蒸多效回?zé)崾?(中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510042840. 5)。上述技術(shù)有一些共同的問題使得難以商業(yè)化推 廣使用。一是多級回?zé)岱绞绞沟醚b置龐大而復(fù)雜，二是這些太陽能海水淡化裝置必須要使 用真空泵保持低壓運(yùn)行，為此對裝置的密封性要求非常高，而且真空泵比較昂貴，長時間連 續(xù)工作容易損壞。因此目前還未見中小型太陽能海水淡化裝置商業(yè)化使用。從熱力學(xué)原理 上講，利用不同溫度下空氣飽和濕度不同而進(jìn)行空氣吸濕和除濕過程進(jìn)行海水淡化也是一 種可行的技術(shù)，這是一種在使海水蒸發(fā)加濕干空氣后冷凝除濕得到淡水的方法。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，噴霧推進(jìn)通風(fēng)蒸發(fā)一冷凝式海水淡化工藝及裝置(中國發(fā)明 專利申請?zhí)?0109939. 6)，海水蒸發(fā)罐中鼓泡法的海水淡化方法(中國發(fā)明專利申請?zhí)?03144279. X)等。這些專利在原理上是可行的，但有些沒有考慮海水氣化時的能量平衡，完 全用空氣去加熱氣化海水，實(shí)際上根本不可能實(shí)現(xiàn)循環(huán)。有些需要設(shè)備繁多，兩次循環(huán)蒸發(fā) 使裝置過于復(fù)雜。此外，現(xiàn)在太陽能集熱器溫度不高也是太陽能海水淡化裝置總熱效率和 蒸發(fā)效率低，難以商品化的的一個主要原因。

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，提供一種噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能 海水淡化裝置，利用不同溫度下空氣飽和濕度不同而進(jìn)行空氣吸濕和除濕過程進(jìn)行海水淡 化，可以與中高溫太陽能集熱器匹配使用，可以在常壓下運(yùn)行，無需真空泵，可根據(jù)太陽能 集熱器溫度(集熱溫度100度以上)和功率自發(fā)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度和制水量，僅需一種空氣 作為循環(huán)工質(zhì)即可完成整個海水淡化循環(huán)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括太陽能空氣集熱器、太陽能水蒸 氣集熱器、噴霧蒸發(fā)器、空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器，其中太陽能空氣集熱器的 輸出端以及海水輸入源分別與噴霧蒸發(fā)器的噴口相連接，太陽能水蒸氣集熱器與噴霧蒸發(fā)器的換熱管束相連接，噴霧蒸發(fā)器的輸出端依次串聯(lián)空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱 器，冷凝回?zé)崞鞯目諝廨敵龆伺c太陽能空氣集熱器相連接，冷凝換熱器的輸出端輸出淡水。所述的太陽能空氣集熱器和太陽能水蒸氣集熱器均為太陽能采集裝置并提供加 熱能量，當(dāng)太陽能水蒸氣集熱器的集熱溫度超過100度后，其內(nèi)部的循環(huán)水加熱成飽和或 過熱水蒸氣流過蒸發(fā)器，冷凝放熱后以濕蒸汽或飽和水的形式流回集熱器并在噴霧蒸發(fā)器 中實(shí)現(xiàn)等溫放熱，從而使蒸發(fā)換熱效率和整個循環(huán)熱效率都非常高。所述的冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器的輸入端口均設(shè)有氣液分離器，所述的噴霧蒸發(fā)器包括殼體、空氣_海水混合噴嘴、蒸發(fā)器換熱管束和空氣噴 嘴，其中空氣-海水混合噴嘴固定設(shè)置于殼體內(nèi)的頂部且其輸入端與太陽能空氣集熱器 的輸出端以及海水輸入源相連接，蒸發(fā)器換熱管束固定設(shè)置于殼體內(nèi)的中部且與太陽能水 蒸氣集熱器相連接，空氣噴嘴固定設(shè)置于殼體內(nèi)的底部且其輸入端與太陽能空氣集熱器的 輸出端相連接，該噴霧蒸發(fā)器的換熱管路采用雙向不銹鋼材料制成，其內(nèi)壁使用保溫工程 塑料制成，具有保溫防止海水腐蝕的作用。本發(fā)明通過以下方式進(jìn)行工作空氣是循環(huán)工質(zhì)，來自太陽能空氣集熱器的高溫 空氣加壓后和海水混合預(yù)熱，從兩相混合噴霧器中噴入蒸發(fā)器，這樣可以在蒸發(fā)器中得到 非常細(xì)小的噴霧霧滴，如同汽油機(jī)噴射汽油燃燒一樣。來自太陽能水蒸氣集熱器的高溫水 蒸氣流過蒸發(fā)器中的水平加熱管路，細(xì)小的海水水滴和高溫空氣混合接觸吸熱后，又和加 熱管接觸進(jìn)行降膜蒸發(fā)吸熱，這種管束液滴加熱方式使得蒸發(fā)器中的加熱蒸發(fā)非常高效。 蒸發(fā)器下部也用一排噴嘴向蒸發(fā)器中噴出高溫空氣，擾動液膜，強(qiáng)化液膜蒸發(fā)換熱，同時提 供必要的循環(huán)空氣流量。本發(fā)明通過高溫太陽能集熱器，流動工質(zhì)加熱溫度高于100°C ；整個循環(huán)只有一級 回?zé)?，制水效率取決于太陽能集熱器溫度，當(dāng)集熱器溫度超度100度后，制水效率和傳統(tǒng)的 橫管降膜蒸發(fā)多效回?zé)崾较喈?dāng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)在集熱器溫度低而導(dǎo)致熱效率和蒸發(fā)效率 低的問題。使用空氣吸濕和除濕過程進(jìn)行海水淡化原理，免去了真空泵，裝置可以在常壓下 很好運(yùn)行。另外使用空氣-海水混合噴霧技術(shù)霧化和加熱海水，提高蒸發(fā)效率。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
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所示，本實(shí)施例包括太陽能空氣集熱器1、太陽能水蒸氣集熱器2、噴霧蒸 發(fā)器3、空氣過濾器4、冷凝回?zé)崞?和冷凝換熱器6，其中太陽能空氣集熱器1的輸出端 以及海水輸入源7分別與噴霧蒸發(fā)器3的噴口相連接，太陽能水蒸氣集熱器2與噴霧蒸發(fā) 器3的換熱管束10相連接，噴霧蒸發(fā)器3的輸出端依次串聯(lián)空氣過濾器4、冷凝回?zé)崞?和 冷凝換熱器6，冷凝回?zé)崞?的空氣輸出端與太陽能空氣集熱器1相連接，冷凝換熱器6的 輸出端輸出淡水。
所述的太陽能空氣集熱器1和太陽能水蒸氣集熱器2均為太陽能采集裝置，太陽 能水蒸氣集熱器2提供主要加熱能量，當(dāng)太陽能水蒸氣集熱器2的集熱溫度超過100度后， 其內(nèi)部的循環(huán)水加熱成飽和或過熱水蒸氣流過蒸發(fā)器，冷凝放熱后以濕蒸汽或飽和水的形 式流回集熱器并在噴霧蒸發(fā)器3中實(shí)現(xiàn)等溫放熱，從而使蒸發(fā)換熱效率和整個循環(huán)熱效率 都非常高。所述的噴霧蒸發(fā)器3包括殼體8、空氣-海水混合噴嘴9、蒸發(fā)器換熱管束10和 空氣噴嘴11，其中空氣-海水混合噴嘴9固定設(shè)置于殼體8內(nèi)的頂部且其輸入端與太陽 能空氣集熱器1的輸出端以及海水輸入源7相連接，蒸發(fā)器換熱管束10固定設(shè)置于殼體8 內(nèi)的中部且與太陽能水蒸氣集熱器2相連接，空氣噴嘴11固定設(shè)置于殼體8內(nèi)的底部且其 輸入端與太陽能空氣集熱器1的輸出端相連接，該噴霧蒸發(fā)器3的換熱管路采用雙向不銹 鋼材料制成，其內(nèi)壁使用保溫工程塑料制成，具有保溫防止海水腐蝕的作用。所述的噴霧蒸發(fā)器3的底部設(shè)有循環(huán)海水箱12以收集多余海水。所述的冷凝回?zé)崞?和冷凝換熱器6的輸入端口均設(shè)有氣液分離器13，該氣液分 離器13的作用為分離出由循環(huán)空氣帶出的液態(tài)水。所述的太陽能空氣集熱器1的輸入端與冷凝回?zé)崞?的空氣輸出端之間以及所述 的太陽能水蒸氣集熱器2的輸入端與噴霧蒸發(fā)器3的輸出端之間均設(shè)有儲熱器14，該儲熱 器14的作用為儲存工質(zhì)和穩(wěn)定工質(zhì)溫度。所述的空氣過濾器4在本實(shí)施例中具體以上海凱凡石化設(shè)備機(jī)械有限公司的型 號為KSJM-ZQ的過濾器得以實(shí)現(xiàn)。所述的冷凝回?zé)崞?在本實(shí)施例中具體以廣州超凌熱力設(shè)備有限公司的型號為 BR 0. 25的換熱器得以實(shí)現(xiàn)。所述的冷凝換熱器6在本實(shí)施例中具體以廣州超凌熱力設(shè)備有限公司的型號為 BR 0. 25的換熱器得以實(shí)現(xiàn)，該冷凝換熱器6的輸出端設(shè)有淡水箱15。本實(shí)施例通過以下方式進(jìn)行工作循環(huán)空氣先從太陽能空氣集熱器1中吸收太陽 能后升溫，抽取一部分空氣經(jīng)高壓空氣泵16和從海水泵17出來的海水混合，一起從噴嘴9 中噴出，剩余的空氣經(jīng)空氣噴嘴11進(jìn)入噴霧蒸發(fā)器3。霧化的海水水滴在換熱管束10上降 膜蒸發(fā)。吸收水蒸氣后的飽和濕空氣先經(jīng)過過濾器4來到冷凝回?zé)崞?與循環(huán)干空氣進(jìn)行 回?zé)?，降溫后冷凝出一部分淡水。剩下的濕空氣?jīng)過冷凝換熱器6再次進(jìn)行冷凝降溫后冷 凝出一部分淡水?？諝庾詈蠼?jīng)空氣泵18回到太陽能空氣集熱器1，完成一個循環(huán)。太陽能水蒸氣集熱器2中的循環(huán)水先經(jīng)過中吸收太陽能后變成水蒸氣，接著流過 換熱管10和管外海水換熱，然后經(jīng)過儲熱器14，最后經(jīng)過水泵19回到太陽能水蒸氣集熱器 2。具體工作時，當(dāng)太陽能空氣集熱器1進(jìn)出口溫度分別為80°C和120°C，功率為2kW。 循環(huán)空氣流量為1. 2kg/min，進(jìn)入噴霧蒸發(fā)器3的海水流量為1. 8kg/min。太陽能水蒸氣 集熱器2中的水蒸氣流量為1. 08kg/min，進(jìn)出口分別為100°C飽和水和100°C水蒸氣，功率 為38kW。噴霧蒸發(fā)器3內(nèi)濕空氣溫度為90°C (保守計(jì)算；相對濕度80%，每公斤干空氣 含水量0. 7383kg)，冷凝換熱器6出口溫度為40°C (相對濕度100%，每公斤干空氣含水量 0. 0495kg)，則每小時獲得淡水49. 6kg。本裝置的熱效率或制水效率取決于空氣在蒸發(fā)器中 的吸濕溫度和在換熱器末端的除濕溫度，和回?zé)彡P(guān)系不大，因此采用一級回?zé)嵋呀?jīng)足夠。
權(quán)利要求
一種噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，包括太陽能空氣集熱器、太陽能水蒸氣集熱器、噴霧蒸發(fā)器、空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器，其特征在于太陽能空氣集熱器的輸出端以及海水輸入源分別與噴霧蒸發(fā)器的噴口相連接，太陽能水蒸氣集熱器與噴霧蒸發(fā)器的散熱管相連接，噴霧蒸發(fā)器的輸出端依次串聯(lián)空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器，冷凝回?zé)崞鞯目諝廨敵龆伺c太陽能空氣集熱器相連接，冷凝換熱器的輸出端輸出淡水；所述的噴霧蒸發(fā)器包括殼體、空氣 海水混合噴嘴、蒸發(fā)器換熱管束和空氣噴嘴，其中空氣 海水混合噴嘴固定設(shè)置于殼體內(nèi)的頂部且其輸入端與太陽能空氣集熱器的輸出端以及海水輸入源相連接，蒸發(fā)器換熱管束固定設(shè)置于殼體內(nèi)的中部且與太陽能水蒸氣集熱器相連接，空氣噴嘴固定設(shè)置于殼體內(nèi)的底部且其輸入端與太陽能空氣集熱器的輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征是， 所述的太陽能空氣集熱器和太陽能水蒸氣集熱器均為太陽能采集裝置并提供加熱能量，當(dāng) 太陽能水蒸氣集熱器的集熱溫度超過100度后，其內(nèi)部的循環(huán)水加熱成飽和或過熱水蒸氣 流過蒸發(fā)器，冷凝放熱后以濕蒸汽或飽和水的形式流回集熱器并在噴霧蒸發(fā)器中實(shí)現(xiàn)等溫 放熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征 是，所述的噴霧蒸發(fā)器的換熱管路采用雙向不銹鋼材料制成，其內(nèi)壁使用保溫工程塑料制 成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征是， 所述的噴霧蒸發(fā)器的底部設(shè)有循環(huán)海水箱以收集多余海水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征是， 所述的冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器的輸入端口均設(shè)有氣液分離器，該氣液分離器的作用為 分離出由循環(huán)空氣帶出的液態(tài)水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征是， 所述的太陽能空氣集熱器的輸入端與冷凝回?zé)崞鞯目諝廨敵龆酥g以及所述的太陽能水 蒸氣集熱器的輸入端與噴霧蒸發(fā)器的輸出端之間均設(shè)有儲熱器，該儲熱器的作用為儲存 工質(zhì)和穩(wěn)定工質(zhì)溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，其特征是， 所述的冷凝換熱器的輸出端設(shè)有淡水箱。
全文摘要
一種太陽能海水淡化技術(shù)領(lǐng)域的噴霧蒸發(fā)空氣加濕除濕式太陽能海水淡化裝置，包括太陽能空氣集熱器、太陽能水蒸氣集熱器、噴霧蒸發(fā)器、空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器，其中太陽能空氣集熱器的輸出端以及海水輸入源分別與噴霧蒸發(fā)器的噴口相連接，太陽能水蒸氣集熱器與噴霧蒸發(fā)器的散熱管相連接，噴霧蒸發(fā)器的輸出端依次串聯(lián)空氣過濾器、冷凝回?zé)崞骱屠淠龘Q熱器，冷凝回?zé)崞鞯目諝廨敵龆伺c太陽能空氣集熱器相連接，冷凝換熱器的輸出端輸出淡水。本發(fā)明使用空氣吸濕和除濕過程進(jìn)行海水淡化原理免去真空泵，可以在常壓下很好運(yùn)行。另外使用空氣-海水混合噴霧技術(shù)霧化和加熱海水，提高蒸發(fā)效率。
文檔編號C02F1/14GK101973598SQ201010509740
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者劉振華, 李元陽, 林振玄 申請人:上海交通大學(xué)