專利名稱：一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能海水淡化器，具體涉及一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，屬于太陽能集熱、海水淡化和水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從海水或苦咸水中生產(chǎn)淡水的方法有多種，但目前比較成熟和上規(guī)模的技術(shù)主要有兩類，一類是采用反滲透膜技術(shù)的所謂膜法海水淡化系統(tǒng)，另一類為利用熱能驅(qū)動的所謂蒸餾法海水淡化系統(tǒng)。膜法系統(tǒng)造價及使用費用(主要是其反滲透膜的使用壽命不長) 高，具有一次性投資大、需要消耗常規(guī)電能等缺陷，不利于節(jié)能與環(huán)保。利用熱能驅(qū)動的海水淡化系統(tǒng)是最成熟的，也是目前海水淡化工業(yè)的主流，但此類系統(tǒng)需要消耗大量熱能。由于此類系統(tǒng)一般還處在真空負壓下工作，因此它還需要強度堅固和抗腐蝕性良好的外殼材料，這增加了它的造價和運行成本。因此利用太陽能進行海水淡化既節(jié)能又環(huán)保，因而受到人們推崇。如果在太陽能海水淡化系統(tǒng)中，還能利用傳統(tǒng)廉價的非金屬材料作為裝置的主體材料，無疑會進一步提高太陽能海水淡化的吸引力。但現(xiàn)有的太陽能盤式蒸餾裝置存在下面4個明顯的缺陷(1)蒸汽凝結(jié)成淡水過程放出的潛熱未被重復利用，而是直接散發(fā)到環(huán)境中，致使裝置能效率不高；( 現(xiàn)有裝置所采用常壓下的自然對流傳熱模式，沒有強化水蒸氣的蒸發(fā)與凝結(jié)過程，因此傳熱系數(shù)不高，大大限制了裝置性能的改善。( 裝置中待蒸發(fā)的原水熱容量太大，限制了它的運行溫度提高，減弱了蒸發(fā)過程的驅(qū)動力，也大大延緩了裝置的出水時間；(4)現(xiàn)有盤式太陽能蒸餾器占地面積較大，不利于節(jié)約土地成本。 因此，克服上述4個缺陷，強化蒸發(fā)與冷凝過程，是提高太陽能海水淡化裝置性能的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，利用抽真空后的套管式蒸餾器與太陽能集熱器相結(jié)合，能有效克服現(xiàn)有太陽能盤式蒸餾裝置存在的缺陷。一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，包括外殼、套管、盛水槽、太陽能聚光器、光線收集器、加熱管、連通管、淡水輸出管和儲水箱，外圍設(shè)備為真空泵；其中外殼為管狀圓柱形可抽真空殼體，盛水槽為外殼上沿軸向開口的圓形殼體，外殼內(nèi)逐級套裝盛水槽和套管，盛水槽與套管或外殼之間未充海水的空間構(gòu)成蒸發(fā)-冷凝腔，最后一級套管內(nèi)再套裝一個盛水槽，盛水槽內(nèi)沿軸向裝有加熱管；連通管與各級盛水槽相連通，外殼與套管內(nèi)壁的底部與淡水輸出管連通，淡水輸出管連接儲水箱；太陽能聚光器設(shè)置在外殼的正下方，最后一級的盛水槽內(nèi)壁設(shè)置有光線收集器；其中外殼、套管和盛水槽均采用透明塑料材料制成。工作原理外殼能將其內(nèi)部的部件與大氣隔開，并在真空泵的作用下使各級蒸發(fā)-冷凝腔形成真空狀態(tài)，海水通過海水進水管注入最外一級的盛水槽，海水經(jīng)連通管由外至內(nèi)逐級流入盛水槽中，直至最內(nèi)一級，太陽能聚光器能聚焦太陽能至最內(nèi)一級盛水槽
3中，最內(nèi)一級水盛水槽中的光線收集器收集光線轉(zhuǎn)化為熱能加熱最內(nèi)一級盛水槽的海水， 促使其蒸發(fā)；最內(nèi)一級水盛水槽中的加熱管，通過加熱管可以利用太陽能集熱器收集到的熱能加熱最內(nèi)一級盛水槽中的海水，進一步促進海水蒸發(fā)。產(chǎn)生的蒸汽進入最內(nèi)一級蒸發(fā)-冷凝腔中，并在最內(nèi)部一級套管內(nèi)壁凝結(jié)生成淡水，同時放出潛熱加熱稍外一級盛水槽中的海水，稍外一級盛水槽中的海水被加熱后再產(chǎn)生蒸汽并進入稍外一級的蒸發(fā)-冷凝腔中，并在稍外一級套管內(nèi)壁凝結(jié)產(chǎn)生淡水同時再釋放潛熱加熱更外一級盛水槽中的海水，由此類推，一直到加熱最外面一級盛水槽中的海水，并在外殼的內(nèi)壁凝結(jié)，在各級套管和外殼內(nèi)壁凝結(jié)的淡水經(jīng)淡水輸出管匯集至儲水箱中供用戶取用，釋放的潛熱經(jīng)外殼的壁傳給環(huán)境，從而完成整個蒸發(fā)與冷凝過程，實現(xiàn)用太陽能淡化海水。由于外殼、套管和盛水槽的材料均為透明材料，光線能夠被反射到光線收集器上被接收。如只利用加熱管給系統(tǒng)加熱而不采用太陽能聚光器，為了減少熱量的傳導損失， 各級盛水槽用傳熱性差的非金屬材料制作，而外殼和各級套管用導熱性良好的金屬材料制造；為簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，同時使整個裝置的安裝更為便利，可將太陽能聚光器與外殼合為一體，在外殼的下半部鍍上高反射涂層，用以反射太陽光到光線收集器上。這時，經(jīng)高反射涂層反射的太陽光直接到光線收集器上，即可取消太陽能聚光器。還可將管狀外殼、套管以及盛水槽都做成橢圓形狀，這種結(jié)構(gòu)可以使蒸發(fā)-冷凝腔更大，這樣有利于蒸汽的蒸發(fā)，也有利于蒸汽在套管內(nèi)壁凝結(jié)，因為凝結(jié)的淡水更容易沿著管內(nèi)壁流下，從而減少了水膜的厚度和傳熱熱阻，進而增加了系統(tǒng)的出水速度。此外，還可以將盛水槽外側(cè)加裝保溫層，并取消太陽能聚光器，僅用外界提供熱能通過加熱管驅(qū)動裝置。這種結(jié)構(gòu)可以增加傳熱熱阻，有效的減少了盛水槽和套管之間的對流換熱和熱傳導，降低了熱損失，提高了能量利用率；同時僅用加熱管驅(qū)動，就不要求盛水槽和套管是透明材料，降低了對裝置原材料的要求，擴展了加工裝置的應用范圍。有益效果本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、承壓性能好、多次重復利用了水蒸氣的凝結(jié)潛熱，大大降低了蒸發(fā)盤中原水的熱容量，加快了裝置的出水時間，提高了產(chǎn)水效率，同時它還可以將本裝置通過排列組合，形成大規(guī)模的太陽能海水淡化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)太陽能海水淡化系統(tǒng)大規(guī)模、低成本普及應用。


圖1是本發(fā)明的立體效果圖。圖中，1-太陽能聚光器；2-外殼；3-盛水槽；4-蒸發(fā)-冷凝腔；5-套管；6-光線收集器；7-加熱管；8-光線；9-海水進水管；14-連通管。圖2是本發(fā)明的橫截面結(jié)構(gòu)圖。圖中，1-太陽能聚光器；2-外殼；3-盛水槽；4-蒸發(fā)-冷凝腔；5-套管；6_光線收集器；7-加熱管；8-光線。圖3是本發(fā)明的縱截面結(jié)構(gòu)圖。圖中，10-抽真空管；11-濃鹽水排除管；12-淡水輸出管；13-儲水箱。圖4是本發(fā)明將太陽能聚光器與管狀外殼和為一體的實施例的圖。圖中，15-高反射涂層。圖5是本發(fā)明的管狀外殼、套管以及盛水槽都做成橢圓形狀的一個實施例的圖。
圖6是本發(fā)明取消了太陽能聚光器并對盛水槽外側(cè)貼有保溫層的一個實施例的圖。圖中，16-保溫層。
具體實施例方式實施例1如附圖1、2和3所示，一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，包括外殼 2、套管5、盛水槽3、太陽能聚光器1、光線收集器6、加熱管7、連通管14、淡水輸出管12和儲水箱13，外圍設(shè)備為真空泵；其中外殼2為管狀圓柱形可抽真空殼體，盛水槽3為外殼上沿軸向開口的圓形殼體，外殼2內(nèi)依次套裝盛水槽3、套管5和第二級盛水槽，盛水槽3與套管5或外殼2之間未充海水的空間構(gòu)成蒸發(fā)-冷凝腔4，第二級盛水槽內(nèi)沿軸向裝有加熱管 7 ；連通管14與兩個盛水槽3相連通，外殼2與套管5內(nèi)壁的底部與淡水輸出管12連通，淡水輸出管12連接儲水箱13 ；太陽能聚光器1設(shè)置在外殼2的正下方，第二級盛水槽內(nèi)壁設(shè)置有光線收集器6。其中外殼2、套管5和盛水槽3均采用透明塑料材料制成。工作原理外殼2能將其內(nèi)部的部件與大氣隔開，并在真空泵的作用下使各級蒸發(fā)-冷凝腔4形成真空狀態(tài)，海水通過海水進水管9注入盛水槽3，海水經(jīng)連通管14流入第二級盛水槽中，太陽能聚光器1能聚焦光線8至第二級盛水槽中，第二級盛水槽中的光線收集器6收集光線8轉(zhuǎn)化為熱能加熱內(nèi)部的海水，促使其蒸發(fā)；加熱管7可以利用太陽能集熱器收集到的熱能加熱最內(nèi)一級盛水槽3中的海水，進一步促進海水蒸發(fā)。產(chǎn)生的蒸汽在套管5內(nèi)壁凝結(jié)生成淡水，同時放出潛熱加熱盛水槽3中的海水，盛水槽3中的海水被加熱后再產(chǎn)生蒸汽并進入稍外一級的蒸發(fā)-冷凝腔4中，并在外殼2的內(nèi)壁凝結(jié)，套管5和外殼2 內(nèi)壁凝結(jié)的淡水經(jīng)淡水輸出管12匯集至儲水箱13中供用戶取用，釋放的潛熱經(jīng)外殼2的壁傳給環(huán)境，從而完成整個蒸發(fā)與冷凝過程，實現(xiàn)用太陽能淡化海水；由于外殼2、套管5和盛水槽3的材料均為透明材料，因此光線8能夠被反射到光線收集器6上被接收。實施例2如附圖4所示，如只利用加熱管7給系統(tǒng)加熱而不采用太陽能聚光器1，為了減少熱量的傳導損失，各級盛水槽3也應該用傳熱性差的非金屬材料制作，而外殼2和各級套管 5可以用導熱性良好的金屬材料制造；為簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，同時使整個裝置的安裝更為便利，可將太陽能聚光器與外殼合為一體，在外殼的下半部鍍上高反射涂層15，用以反射太陽光到光線收集器6上。這時，經(jīng)高反射涂層15反射的太陽光直接到光線收集器6上，即可取消太陽能聚光器1。實施例3如附圖5所示，還可將管狀外殼2、套管5以及盛水槽3都做成橢圓形狀，這種結(jié)構(gòu)可以使蒸發(fā)-冷凝腔4更大，這樣有利于蒸汽的蒸發(fā)，也有利于蒸汽在套管5內(nèi)壁凝結(jié)，因為凝結(jié)的淡水更容易沿著管內(nèi)壁流下，從而減少了水膜的厚度和傳熱熱阻，進而增加了系統(tǒng)的出水速度。實施例4如附圖6所示，還可以將盛水槽3外側(cè)加裝保溫層16，并取消太陽能聚光器1，僅用外界提供熱能通過加熱管7驅(qū)動裝置。這種結(jié)構(gòu)可以增加傳熱熱阻，有效的減少了盛水槽4和套管5之間的對流換熱和熱傳導，降低了熱損失，提高了能量利用率；同時僅用加熱管7驅(qū)動，就不要求盛水槽4和套管5是透明材料，降低了對裝置原材料的要求，擴展了加工裝置的應用范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，包括外殼O)、套管(5)、盛水槽 (3)、太陽能聚光器(1)、光線收集器(6)、加熱管(7)、連通管(14)、淡水輸出管(12)和儲水箱13;其特征在于所述外殼2為管狀圓柱形可抽真空殼體，盛水槽(3)為外殼上沿軸向開口的圓形殼體，外殼O)內(nèi)逐級套裝盛水槽C3)和套管(5)，盛水槽與套管( 或外殼(2) 之間未充海水的空間構(gòu)成蒸發(fā)-冷凝腔G)，最后一級套管(5)內(nèi)再套裝一個盛水槽(3)， 盛水槽⑶內(nèi)沿軸向裝有加熱管⑵；連通管(14)與各級盛水槽(3)相連通，外殼(2)與套管(5)內(nèi)壁的底部與淡水輸出管(12)連通，淡水輸出管(1 連接儲水箱(1 ；太陽能聚光器(1)設(shè)置在外殼O)的正下方，最后一級的盛水槽(3)內(nèi)壁設(shè)置有光線收集器(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，其特征在于所述外殼O)、套管(5)和盛水槽(3)均采用透明塑料材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，其特征在于所述外殼O)的下半部鍍上高反射涂層(15)，即可取消太陽能聚光器(1)。
4.如權(quán)利要求1、2、或3所述的一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，其特征在于所述外殼O)、套管(5)以及盛水槽C3)可做成橢圓形狀。
5.如權(quán)利要求1、2、或4所述的一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，其特征在于所述盛水槽C3)外側(cè)加裝保溫層(16)，并取消太陽能聚光器(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶聚光功能的多效套管式太陽能海水淡化器，屬于太陽能集熱、海水淡化和水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由多層套管組成，套管之間設(shè)置有向上開口的盛水槽，整個裝置的底部設(shè)有太陽能聚光器，可以將太陽光匯聚到最里面的盛水槽內(nèi)產(chǎn)生熱能，并實現(xiàn)水蒸氣蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽在最內(nèi)一級套管內(nèi)壁凝結(jié)產(chǎn)生淡水同時加熱更外一級盛水槽中的海水再產(chǎn)生蒸發(fā)，由此類推，一直到最外面一級套管。各盛水槽由連接管相連，海水可以從最外面一級盛水槽流至最內(nèi)一級盛水槽，各級套管內(nèi)壁凝結(jié)的淡水經(jīng)匯集后輸出。最外層套管的端面被密封，并用真空泵使整個裝置處于真空狀態(tài)，有利于海水的蒸發(fā)。
文檔編號C02F103/08GK102167413SQ20111000648
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者壽文杰, 康慧芳, 謝果, 鄭宏飛, 陶濤 申請人:北京理工大學, 深圳市翰超太陽能科技有限公司