CN102491440A - 一种太阳能喷射制冷式海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能热利用和海水淡化技术领域，涉及一种太阳能喷射制冷式海水淡化装置，太阳能集热器上端制有联箱，太阳能集热器的下端通过热管蒸发端并串过鼓泡蒸发器内腔后与联箱管道式连通构成循环回路；喷射器分别串过热管蒸发端与冷凝集水器和热管冷凝端管道连通，构成循环回路；鼓泡蒸发器内腔底侧制有鼓泡器并与气泵连通以制备气泡；鼓泡蒸发器的底侧上分别制有排污阀和压力传感器，侧壁上上下结构制有两个电偶，另一侧壁上制有电加热器，上端开口处制有引风机，引风机与冷凝集水器管道连通；其装置结构简单，原理可靠，太阳能利用率高，海水淡化效果好，成本低，节省能源。

Description

一种太阳能喷射制冷式海水淡化装置
技术领域：
本发明属于太阳能热利用和海水淡化技术领域，涉及一种利用太阳能的热管式喷射制冷***进行海水淡化处理的技术设备，特别是一种太阳能喷射制冷式海水淡化装置。
背景技术：
淡水是人类赖以生存和社会发展的必需物质之一，但是长期以来沿海地区缺水形势却十分严峻，已经制约了当地的经济发展，如何依靠当地的地理优势，合理利用和开发水资源便成为摆在政府和社会面前的一道难题。幸运的是，这些地区都毗邻海边，如果海水淡化产业能够得到良好的发展，无疑将对这些地区的经济、社会发展起到相当大的作用，故海水淡化产业前景广阔。目前，海水淡化的方法通常为闪蒸法即先将海水加热后汽化然后再把水蒸气冷凝得到淡水，如果采用常规的加热方法，通常需要消耗大量的能量，而当今世界能源非常紧张，各种能源价格飞涨，于是各国都将眼光投向了可再生能源，一则这种能源可再生，取之不尽、用之不竭；再则，可再生能源对环境友好，对地球及人类的生存环境的危害几乎可以忽略不计，在可再生能源中，太阳能无疑是最引人瞩目的。利用太阳能实现海水淡化，在国内外也有一些初探式研究，主要考虑将太阳能制冷与海水淡化相结合来解决淡水缺乏与能源危机等问题；现有的已经投入实用的海水淡化技术主要包括：真空冷冻与气相冷凝法、蒸馏法和膜法；真空冷冻与气相冷凝法的海水淡化技术是利用海水三相点理论，以水为制冷剂，使海水同时蒸发和结冰，得到淡水的一种方法，该方法能耗低，轻腐蚀轻结垢，预处理简单，设备投资少，可以处理含盐量高的海水，但需要较多的冷量和低压环境；蒸馏法使用的较早，工艺技术也比较成熟，但是投资高，能耗高；膜法的缺点是耗电大及膜的老化和二次污染；归结起来，现有的海水淡化技术普遍存在着设备结构复杂，淡化工艺过程复杂，淡化能耗大，成本高，淡化效率低，实用性差等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、无运动部件、热效率高、不消耗常规能源的海水淡化方法；尤其是一种利用太阳能源的太阳能喷射制冷式海水淡化方法。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括太阳能源、联箱、太阳能集热器、喷射器、热管蒸发端、气泵、第一热电偶、第二热电偶、引风机、电加热器、鼓泡蒸发器、排污阀、压力传感器、鼓泡器、冷凝集水器、节流阀、热管冷凝端、调节阀和海水槽；太阳能集热器上端制有联箱，太阳能集热器的下端通过热管蒸发端并串过鼓泡蒸发器内腔后与联箱管道式连通构成循环回路；喷射器分别串过热管蒸发端与冷凝集水器和热管冷凝端管道连通，构成循环回路；鼓泡蒸发器内腔底侧制有鼓泡器，鼓泡器与气泵连通，以制备足够的气泡；鼓泡蒸发器的底侧上分别制有排污阀和压力传感器；鼓泡蒸发器的一个侧壁上上下结构分别制有第二热电偶和第一热电偶，另一侧上制有电加热器，鼓泡蒸发器的上端开口处制有引风机，引风机与冷凝集水器管道连通，其联箱、鼓泡蒸发器、冷凝集水器及装置***各处的连接管道外侧分别包套式结构均设置有保温材料。
本发明实现海水淡化的工艺过程是由太阳能集热器吸收太阳能源将鼓泡蒸发器中的海水加热到80℃左右，鼓泡器向鼓泡蒸发器内鼓入气泡并与海水进行热湿交换，从而使水箱中的空气的含湿量增大，热湿空气在鼓泡蒸发器出口处的引风机的抽吸下进入冷凝集水器中降温，达到过饱和从而冷凝成为淡化水；海水淡化过程中采用负压引射的原理，热管蒸发端的工质蒸发并被加热成过热蒸气进入喷射器，冷凝集水器内的制冷工质被引射进喷射器蒸发制冷，将进入冷凝集水器的热湿空气去湿，达到收集淡水的效果；海水淡化装置***中除太阳能集热器外的各部件及相应的连接管道材料应满足与工质的相容性和防腐蚀性能，装置***的壳体材料应满足在工作温度下的强度和刚度要求；装置***的材料焊接性能应符合焊接要求，装置***的壳体和端盖采取同种材料；传热管道是依靠工质的相变来传递热量的，所用工质的各种物理性质对于传热管道的工作特性具有重要影响，加上喷射器的正常工作需要一定的压力，工质选择包括丙酮类的低沸点、高饱和蒸气压工质。
本发明装置***的各零部件连接关系分为三个回路，第一个回路为太阳能工质回路，为闭式循环，工质在太阳能集热器处吸收太阳能源进入联箱中，然后分两路进入热管蒸发端和鼓泡蒸发器，分别集热于热管蒸发端的工质和鼓泡蒸发器中的海水，然后回到太阳能集热器；第二个回路为制冷工质回路，制冷工质先在热管蒸发端吸热变成过热蒸气进入喷射器，引射冷凝集水器中的制冷工质，二者混合后进入到热管冷凝端放热，然后在重力作用下一部分回流到热管蒸发端，另一部分经节流后回到冷凝集水器；第三个回路为淡水产生及收集回路，海水从海水槽出来，进入热管冷凝端，吸收制冷工质释放的热量，然后进入鼓泡蒸发器，在鼓泡蒸发器底部设置鼓泡器向鼓泡蒸发器中鼓入空气，空气与海水热湿交换后，在鼓泡蒸发器出口引风机的作用下，被送入到冷凝集水器中，降温去湿后排入大气，淡水被收集，鼓泡蒸发器要定期排污，以排除高浓度海水。
本发明涉及的热管蒸发端的端盖两侧处向同方向折起90°，两块钢板恰好拼合成一封闭腔体，为保证焊接时焊枪的伸入，孔间距保持为55mm；为保证折起处不引起附近孔的变形，使虚线处离孔中心保持35mm距离；钻孔孔径要与换热管配合；孔内***换热管后先在其另外一侧进行换热管焊接，最后进行盒子封闭焊接，以清除焊渣及保证外部美观。
本发明与现有技术相比，其装置结构简单，原理可靠，太阳能利用率高，海水淡化效果好，成本低，节省能源。
附图说明：
图1为本发明装置的结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括太阳能源1、联箱2、太阳能集热器3、喷射器4、热管蒸发端5、气泵6、第一热电偶7、第二热电偶8、引风机9、电加热器10、鼓泡蒸发器11、排污阀12、压力传感器13、鼓泡器14、冷凝集水器15、节流阀16、热管冷凝端17、调节阀18和海水槽19；太阳能集热器3上端制有联箱2，太阳能集热器3的下端通过热管蒸发端5并串过鼓泡蒸发器11内腔后与联箱2管道式连通构成循环回路；喷射器4分别串过热管蒸发端5与冷凝集水器15和热管冷凝端17管道连通，构成循环回路；鼓泡蒸发器11内腔底侧制有鼓泡器14，鼓泡器14与气泵6连通，以制备足够的气泡；鼓泡蒸发器11的底侧上分别制有排污阀12和压力传感器13；鼓泡蒸发器11的一个侧壁上上下结构分别制有第二热电偶8和第一热电偶7，另一侧上制有电加热器10，鼓泡蒸发器11的上端开口处制有引风机9，引风机9与冷凝集水器15管道连通，其联箱2、鼓泡蒸发器11、冷凝集水器15及装置***各处的连接管道外侧分别包套式结构均设置有保温材料。
本实施例实现海水淡化的工艺过程是由太阳能集热器3吸收太阳能源1将鼓泡蒸发器11中的海水加热到80℃左右，鼓泡器14向鼓泡蒸发器11内鼓入气泡并与海水进行热湿交换，从而使水箱中的空气的含湿量增大，热湿空气在鼓泡蒸发器11出口处的引风机9的抽吸下进入冷凝集水器15中降温，达到过饱和从而冷凝成为淡化水；海水淡化过程中采用负压引射的原理，热管蒸发端5的工质蒸发并被加热成过热蒸气进入喷射器4，冷凝集水器15内的制冷工质被引射进喷射器4蒸发制冷，将进入冷凝集水器15的热湿空气去湿，达到收集淡水的效果；海水淡化装置***中除太阳能集热器3外的各部件及相应的连接管道材料应满足与工质的相容性和防腐蚀性能，装置***的壳体材料应满足在工作温度下的强度和刚度要求；装置***的材料焊接性能应符合焊接要求，装置***的壳体和端盖采取同种材料；传热管道是依靠工质的相变来传递热量的，所用工质的各种物理性质对于传热管道的工作特性具有重要影响，加上喷射器4的正常工作需要一定的压力，工质选择包括丙酮类的低沸点、高饱和蒸气压工质。
本实施例装置***的各零部件连接关系分为三个回路，第一个回路为太阳能工质回路，为闭式循环，工质在太阳能集热器3处吸收太阳能源1进入联箱2中，然后分两路进入热管蒸发端5和鼓泡蒸发器11，分别集热于热管蒸发端5的工质和鼓泡蒸发器11中的海水，然后回到太阳能集热器3；第二个回路为制冷工质回路，制冷工质先在热管蒸发端5吸热变成过热蒸气进入喷射器4，引射冷凝集水器15中的制冷工质，二者混合后进入到热管冷凝端17放热，然后在重力作用下一部分回流到热管蒸发端5，另一部分经节流后回到冷凝集水器15；第三个回路为淡水产生及收集回路，海水从海水槽19出来，进入热管冷凝端17，吸收制冷工质释放的热量，然后进入鼓泡蒸发器11，在鼓泡蒸发器11底部设置鼓泡器14向鼓泡蒸发器11中鼓入空气，空气与海水热湿交换后，在鼓泡蒸发器11出口引风机9的作用下，被送入到冷凝集水器15中，降温去湿后排入大气，淡水被收集，鼓泡蒸发器11要定期排污，以排除高浓度海水。
本发明涉及的热管蒸发端5的端盖两侧处向同方向折起90°，两块钢板恰好拼合成一封闭腔体，为保证焊接时焊枪的伸入，孔间距保持为55mm；为保证折起处不引起附近孔的变形，使虚线处离孔中心保持35mm距离；钻孔孔径要与换热管配合；孔内***换热管后先在其另外一侧进行换热管焊接，最后进行盒子封闭焊接，以清除焊渣及保证外部美观。
本实施例采用太阳能作为驱动能源，可消除海水淡化过程中因消耗常规能源而导致性价比低的问题；其海水淡化设备***中无运动部件，其结构及制造工艺简单，运行安全可靠，既适合海上作业，也适合沿海地区的单户使用，而且其***工作原理可适用于缺电地区的冷库。

Claims (3)

1.一种太阳能喷射制冷式海水淡化装置，包括太阳能源、联箱、太阳能集热器、喷射器、热管蒸发端、气泵、第一热电偶、第二热电偶、引风机、电加热器、鼓泡蒸发器、排污阀、压力传感器、鼓泡器、冷凝集水器、节流阀、热管冷凝端、调节阀和海水槽，其特征在于太阳能集热器上端制有联箱，太阳能集热器的下端通过热管蒸发端并串过鼓泡蒸发器内腔后与联箱管道式连通构成循环回路；喷射器分别串过热管蒸发端与冷凝集水器和热管冷凝端管道连通，构成循环回路；鼓泡蒸发器内腔底侧制有鼓泡器，鼓泡器与气泵连通，以制备足够的气泡；鼓泡蒸发器的底侧上分别制有排污阀和压力传感器；鼓泡蒸发器的一个侧壁上上下结构分别制有第二热电偶和第一热电偶，另一侧上制有电加热器，鼓泡蒸发器的上端开口处制有引风机，引风机与冷凝集水器管道连通，其联箱、鼓泡蒸发器、冷凝集水器及装置***各处的连接管道外侧分别包套式结构均设置有保温材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能喷射制冷式海水淡化装置，其特征在于实现海水淡化的工艺过程是由太阳能集热器吸收太阳能源将鼓泡蒸发器中的海水加热到80℃左右，鼓泡器向鼓泡蒸发器内鼓入气泡并与海水进行热湿交换，从而使水箱中的空气的含湿量增大，热湿空气在鼓泡蒸发器出口处的引风机的抽吸下进入冷凝集水器中降温，达到过饱和从而冷凝成为淡化水；海水淡化过程中采用负压引射的原理，热管蒸发端的工质蒸发并被加热成过热蒸气进入喷射器，冷凝集水器内的制冷工质被引射进喷射器蒸发制冷，将进入冷凝集水器的热湿空气去湿，达到收集淡水的效果；海水淡化装置***中除太阳能集热器外的各部件及相应的连接管道材料应满足与工质的相容性和防腐蚀性能，装置***的壳体材料应满足在工作温度下的强度和刚度要求；装置***的材料焊接性能应符合焊接要求，装置***的壳体和端盖采取同种材料；传热管道是依靠工质的相变来传递热量的，所用工质的各种物理性质对于传热管道的工作特性具有重要影响，加上喷射器的正常工作需要一定的压力，工质选择包括丙酮类的低沸点、高饱和蒸气压工质。
3.根据权利要求1所述的太阳能喷射制冷式海水淡化装置，其特征在于装置的各零部件连接关系分为三个回路，第一个回路为太阳能工质回路，为闭式循环，工质在太阳能集热器处吸收太阳能源进入联箱中，然后分两路进入热管蒸发端和鼓泡蒸发器，分别集热于热管蒸发端的工质和鼓泡蒸发器中的海水，然后回到太阳能集热器；第二个回路为制冷工质回路，制冷工质先在热管蒸发端吸热变成过热蒸气进入喷射器，引射冷凝集水器中的制冷工质，二者混合后进入到热管冷凝端放热，然后在重力作用下一部分回流到热管蒸发端，另一部分经节流后回到冷凝集水器；第三个回路为淡水产生及收集回路，海水从海水槽出来，进入热管冷凝端，吸收制冷工质释放的热量，然后进入鼓泡蒸发器，在鼓泡蒸发器底部设置鼓泡器向鼓泡蒸发器中鼓入空气，空气与海水热湿交换后，在鼓泡蒸发器出口引风机的作用下，被送入到冷凝集水器中，降温去湿后排入大气，淡水被收集，鼓泡蒸发器要定期排污，以排除高浓度海水。
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