帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置的製作方法

2023-10-05 12:58:09

專利名稱：帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡 化裝置，特別涉及一種節能高效的適合船舶，島嶼及家庭用的中小型太陽能海 水淡化裝置。
技術背景蒸餾法是現在應用最為廣泛的海水淡化技術，約佔總淡化裝置容量的90 %。但一般為日產上萬噸的大中型裝置，還需要單獨的熱源進行加熱，而且消 耗的是高品位能源，過程中還需要冷卻，存在能耗高，效率低、操作複雜的問 題。因此在一些無熱源的工廠、島嶼、船舶及家庭中需要一種結構緊湊、操作 簡單的小型海水淡化裝置。目前小型海水淡化裝置中，有熱泵式海水淡化系統 和以太陽能為熱源的多級閃蒸式海水淡化系統等，與已有的中小型海水淡化系 統比較，本實用新型製作工藝簡單，動力消耗小，對高品位能源和一次能源依 賴小，減少了淡水受環境汙染的可能性，比較適合於中小型海水淡化系統。 實用新型內容本實用新型的目的在於為滿足中小型海水淡化系統用戶的需求，提供一種 具有橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置，同時完成海水加熱蒸發、飽和溼空氣降溫減溼過程，動力設備少，能耗低而效率高，易於操作。本實用新型的目的通過如下技術方案實現帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置，包括太陽能集熱系統和海水淡化系統；所述太陽能集熱系統包括太陽能集熱器，太陽能集熱 器通過熱水循環泵與蒸發器內的圓盤管式換熱器連通；所述海水淡化系統包括 蒸發器和表冷器；所述蒸發器為水平圓盤管式蒸髮式器，其上端設有噴淋系統， 噴淋系統上端設有收水器(或稱擋水板)；表冷器內設蛇形盤管換熱器，蛇形盤管換熱器一端與噴淋系統連接，另一端通過海水循環泵與蒸發器內下端的海 水連通；該海水淡化裝置還包括鼓風機，鼓風機一端與蒸發器連接，另一端與 表冷器連接。所述收水器(擋水板)由防腐蝕的PVC材料製成，擋板流道呈"^ "型， 氣流經過時需要多次改變流向，從而水的飄逸率可小於0. 001%。所述噴淋系統由布水管道和多個大流量防堵式噴嘴組成；噴嘴材質為ABS 工程塑料，布水管道材質為PVC。所述表冷器材質為鍍鋅碳鋼管、不鏽鋼管或V型槽管等冷凝強化管。所述太陽能集熱系統還包括蓄熱水箱，蓄熱水箱通過管道並接在太陽能集 熱器與蒸發器連接的管道上。所述水平圓盤管式換熱器為425X 1. 0mm聚苯希塑料管盤繞而成，盤管錯 排排列，排列間距為橫向間距S4.3(Lt，縱向間距B-1.5(Lt，其中(Lt為塑料 管外徑。所述太陽能海水淡化裝置還包括自動補水閥，自動補水閥與蒸發器下端的 海水槽連接。所述太陽能海水淡化裝置還包括排汙閥，所述排汙閥位於蒸發器底部，以 保持一定的排水量以免海水槽內的海水過度濃縮。本實用新型原理淡水採集系統由表冷器通過降溫減溼獲得，冷源來自蒸 發降溫的循環海水。來自太陽能集熱器或蓄熱水箱的熱水進入蒸發器內的圓盤 式聚苯希塑料管換熱器，釋放熱量給管外噴淋海水水膜，被冷卻的水再回到集 熱器(或蓄熱水箱)。噴淋在管外的海水水膜吸收管內熱水的熱量後發生表面 蒸發，被蒸發冷卻的海水進入海水槽，海水槽中的海水再經循環水泵泵送入表 冷器的蛇形管換熱器，在換熱器內吸收管外熱溼空氣的水蒸氣凝結熱後，進入 噴淋系統，再在換熱器管表面進行降膜蒸發冷卻；被蒸發的淡水由循環空氣從
頂部帶出蒸發器，再進入表冷器進行降溫減溼；為了避免海水槽內的海水過度 濃縮，排汙閥保持一定的開度或定期排汙，蒸發和排放的海水由自動補水閥進 行補充。相對於現有技術，本實用新型具有如下的有益效果本實用新型使海水淡化在一套封閉循環設備中完成，可有效防止淡水受外 界環境的汙染，系統操作方便，結構簡單；蒸發器及表冷器均為緊湊式高效傳 熱傳質設備，整個系統運行時只有一臺引風機和一臺熱水循環泵、 一臺海水循 環泵動力設備，由於動力設備少，整套設備能耗低、效率高。

圖1具有橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置結構示 意圖；圖2為圖1中海水淡化系統結構式意圖；圖3為蒸發器內的管道排列示意圖。 圖中示出1.太陽能集熱器2.蓄熱水箱3、 17.熱水循環泵4.圓盤管式換熱器 5.海水自動補水閥6.噴淋系統7.收水器8.蛇形盤管換熱器9.海水循 環泵10.鼓風機11.淡水排放閥12.排汙閥13.溫差控制儀14.輔助加 熱器15.蒸發器16.表冷器I太陽能集熱系統II海水淡化系統具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型要求 保護的範圍並不局限於實施方式表述的範圍。如圖1所示，帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置包 括太陽能集熱系統I和海水淡化系統II;所述太陽能集熱系統I包括太陽能集 熱器1，太陽能集熱器1通過熱水循環泵3與蒸發器15內的圓盤管式換熱器4
連通。太陽能集熱系統I還包括蓄熱水箱2和溫差控制儀13，溫差控制儀13 分別與太陽能集熱器1、熱水循環泵3和蓄熱水箱2電連接。蓄熱水箱2與熱 水循環泵17連接，並通過管道並接在太陽能集熱器1與蒸發器15連接的管道 上，蓄熱箱2內設有輔助電加熱器14。蓄熱水箱既可在太陽輻射充足時用來 儲存熱量，又可以在太陽輻射不足時作為輔助熱源，或在連續陰雨天時作為熱 源(此時由電加熱器補充熱量)，為蒸發器內的海水蒸發淡化提供熱量。如圖l、 2所示，海水淡化系統II包括蒸發器15和表冷器16。蒸發器15 為水平圓盤管式蒸髮式器，其上端設有噴淋系統6，噴淋系統6上端設有收水 器7。噴淋系統由布水管道和多個大流量防堵式噴嘴組成；噴嘴材質為ABS工 程塑料，布水管道材質為PVC。收水器由防腐蝕的PVC材料製成，擋板流道呈 型，在收水器7上端，蒸發器15通過管道與表冷器16連接，表冷器 16內設蛇形盤管換熱器8，蛇形盤管換熱器8—端與噴淋系統6連接，另一端 通過海水循環泵9與蒸發器內下端的海水連通；該海水淡化裝置還包括鼓風機 10，鼓風機10 —端與蒸發器15連接，另一端與表冷器16連接。所述太陽能 海水淡化裝置還包括自動補水閥，自動補水閥與蒸發器下端的海水槽連接。太 陽能海水淡化裝置還包括排汙閥12，所述排汙閥位於蒸發器底部，以保持一 定的排水量以免海水槽內的海水過度濃縮。表冷器16器底部的為淡水池，淡 水池與淡水排放閥11連接。表冷器16材質為鍍鋅碳鋼管，也可為不鏽鋼管或 V型槽管冷凝強化管。蒸發器15採用聚苯希塑料管換熱器，可提高耐腐蝕性。位於蒸發器15內的海水噴淋系統6、海水補償系統和海水循環泵9、位於 表冷器16內的冷凝蛇形盤管8構成海水循環及補給系統。海水補償系統主要 包括海水自動補水閥。如圖3所示，水平圓盤管式換熱器為(t) 25X1. 0mm聚苯希塑料管盤繞而成， 盤管錯排排列，排列間距為橫向間距S4.3cLt，縱向間距B4.5cU， cLt為塑 料管外徑。熱水走管內，空氣和噴淋海水則走管間，頂部設有收水器，以防海
水被高速流動空氣吸走。工作時，集熱系統循環泵將集熱器l (或蓄熱水箱2)出來的高溫水(可 通過溫差控制儀設定集熱器出口熱水溫度8crc時循環泵啟動，7crc時循環泵停止，在熱水循環泵停止時，風機和海水循環泵也停止工作)送到蒸發器的錯 排圓盤式聚苯希塑料管換熱器4內，與噴淋在管外的海水進行換熱。同時強制 對流的空氣與海水進行逆流式熱溼交換，將部分海水蒸發，空氣達到或接近飽和，並從蒸發器15頂部排出輸送到表冷器16中。未蒸發的海水回落到底部的 海水槽中，經海水循環泵9送到表冷器16的冷凝盤管8，再返回蒸發器15的 噴淋系統6進行噴淋循環。蒸發器15的海水槽中通過自動補水閥5控制海水 補給，保持一定水位。排汙閥12則保持一定的開度，以保持一定的排水量以 免海水槽內的海水過度濃縮。被鼓風機10壓送到蒸發器15內的高溫飽和溼空 氣，從蒸發器15上端通過管道進入表冷器16內，與表冷器16的冷凝盤管8 內海水進行換熱，降溫降溼(冷凝)，獲得淡水並積聚到表冷器16器底部的淡 水池中。當太陽能集熱量有富餘時，可以將熱量儲存在蓄熱水箱(通過溫差控制器 13控制循環泵的啟停)，當遇上連續陰雨天或太陽能集熱量不足時，可以啟動 蓄熱箱2內的輔助電加熱器。由於集熱溫度較高，選用高溫段效率較高的熱管真空管集熱器，採用10 管式①70X1800，也可採用其他熱管真空管集熱器，還可採用U型管集熱器； 熱水循環泵選用grundfos公司UP Basic熱水循環泵；海水循環泵選用上海凱 通水泵廠生產的UHB-ZK型鹽水泵；圓盤管式換熱器由d)25X 1.0mm聚苯希塑 料管盤繞而成，錯排排列；蛇形盤管換熱器採用不鏽鋼管，也可用鋁管或碳鋼 管加工製成，鋁管和碳鋼管要求作內外防腐處理；海水自動補水閥採用不鏽鋼 浮球閥；收水器(擋水板)選用PVC材料的"- "型通道擋水板，厚度120mm; 鼓風機採用天津隆泰風機開發有限公司的DZ-13管道式送風機，採用鋁合金可
調試葉片；溫差控制儀可採用德國Steca公司生產的TR0704智能溫差控制儀； 噴嘴採用精密模塑製造的ABS工程塑料噴嘴，噴嘴應具有良好的均勻噴淋水能 力和防堵性能；蒸發器和表冷器外殼採用鍍鋅板。本實用新型海水淡化系統採用的是封閉式系統，攜帶淡水的空氣在蒸發 器和表冷器之間循環，從而有效防止環境的汙染；從蒸發器頂部出來的高溫潮 溼空氣進入表冷器，發生降溫降溼過程，冷凝後的淡水進入表冷器底部的淡水 池；循環風機設置在入口風管段，從而減少潮溼對風機的影響，延長風機使用 壽命。本實用新型主要熱源採用太陽能，從而減少了對高品位能源的依賴；太 陽能的採集採用熱管真空管，可提供較高溫度的熱水，並且由於熱管內不走熱 水，減少了集熱器的散熱損失。整個系統運行時只有一臺引風機和一臺熱水循 環泵、 一臺海水循環泵動力設備，引風機為水蒸氣載體-空氣提供動力；由於 動力設備少，整個系統電耗比傳統海水淡化系統和熱泵式海水淡化系統低，具 有較高的淡水產出率。
權利要求1、帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置，其特徵在於該裝置包括太陽能集熱系統和海水淡化系統兩個子系統；所述太陽能集熱系統包括太陽能集熱器，太陽能集熱器通過熱水循環泵與蒸發器內的圓盤管式換熱器連通；所述海水淡化系統包括蒸發器和表冷器；所述蒸發器為水平圓盤管式蒸髮式器，其上端設有噴淋系統，噴淋系統上端設有收水器；表冷器內設蛇形盤管換熱器，蛇形盤管換熱器一端與噴淋系統連接，另一端通過海水循環泵與蒸發器內下端的海水連通；該海水淡化裝置還包括鼓風機，鼓風機一端與蒸發器連接，另一端與表冷器連接。
2、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述收水器由防腐蝕的PVC材料製成，擋板流道呈"型， 氣流經過時需要多次改變流向，使水的飄逸率小於0. 001%。
3、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述噴淋系統由布水管道和多個大流量防堵式噴嘴組成；噴 嘴材質為ABS工程塑料，布水管道材質為PVC。
4、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述表冷器材質可以採用鍍鋅碳鋼管、不鏽鋼管或V型槽 管冷凝強化管和其它表面冷凝強化換熱管。
5、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述太陽能集熱系統還包括蓄熱水箱，蓄熱水箱通過管道並 接在太陽能集熱器與蒸發器連接的管道上。
6、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述蒸發器內的水平圓盤管式換熱器為(i) 25 X 1. 0mm聚苯希 塑料管盤繞而成，盤管錯排排列，排列間距為橫向間距S=1.3d。ut，縱向間距 B=1.5d。ut，其中(Lt為塑料管外徑。
7、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述太陽能海水淡化裝置還包括自動補水閥，自動補水閥與 蒸發器下端的海水槽連接。
8、 根據權利要求1帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化 裝置，其特徵在於所述太陽能海水淡化裝置還包括排汙閥，所述排汙閥位於蒸 發器底部，以保持一定的排水量以免海水槽內的海水過度濃縮。
9、 根據權利要求1所述帶有橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海 水淡化裝置，其特徵在於採用了封閉的風循環系統和海水循環系統過程完成海 水蒸發及冷卻淡化，不易被環境汙染。
專利摘要本實用新型公開了帶橫管降膜蒸發器和橫管式表冷器的太陽能海水淡化裝置。該裝置包括太陽能集熱系統和海水淡化系統兩個子系統；太陽能集熱系統包括太陽能集熱器，太陽能集熱器通過熱水循環泵與蒸發器內的圓盤管式換熱器連通；海水淡化系統包括蒸發器和表冷器；蒸發器為水平圓盤管式蒸髮式器，其上端設有噴淋系統，噴淋系統上端設有收水器；表冷器內設蛇形盤管換熱器，蛇形盤管換熱器一端與噴淋系統連接，另一端通過海水循環泵與蒸發器內下端的海水連通；該海水淡化裝置還包括鼓風機，鼓風機一端與蒸發器連接，另一端與表冷器連接。本實用新型具有系統流程簡單、耐腐蝕、高效節能的特點，適用於小型海水淡化系統。
文檔編號C02F1/14GK201052976SQ20072005069
公開日2008年4月30日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者朱冬生, 塗愛民 申請人:華南理工大學