专利名称：带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡 化装置，特别涉及一种节能高效的适合船舶，岛屿及家庭用的中小型太阳能海 水淡化装置。
技术背景蒸馏法是现在应用最为广泛的海水淡化技术，约占总淡化装置容量的90 %。但一般为日产上万吨的大中型装置，还需要单独的热源进行加热，而且消 耗的是高品位能源，过程中还需要冷却，存在能耗高，效率低、操作复杂的问 题。因此在一些无热源的工厂、岛屿、船舶及家庭中需要一种结构紧凑、操作 简单的小型海水淡化装置。目前小型海水淡化装置中，有热泵式海水淡化系统 和以太阳能为热源的多级闪蒸式海水淡化系统等，与已有的中小型海水淡化系 统比较，本实用新型制作工艺简单，动力消耗小，对高品位能源和一次能源依 赖小，减少了淡水受环境污染的可能性，比较适合于中小型海水淡化系统。 实用新型内容本实用新型的目的在于为满足中小型海水淡化系统用户的需求，提供一种 具有横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置，同时完成海水加热蒸发、饱和湿空气降温减湿过程，动力设备少，能耗低而效率高，易于操作。本实用新型的目的通过如下技术方案实现带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置，包括太阳能集热系统和海水淡化系统；所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，太阳能集热 器通过热水循环泵与蒸发器内的圆盘管式换热器连通；所述海水淡化系统包括 蒸发器和表冷器；所述蒸发器为水平圆盘管式蒸发式器，其上端设有喷淋系统， 喷淋系统上端设有收水器(或称挡水板)；表冷器内设蛇形盘管换热器，蛇形盘管换热器一端与喷淋系统连接，另一端通过海水循环泵与蒸发器内下端的海 水连通；该海水淡化装置还包括鼓风机，鼓风机一端与蒸发器连接，另一端与 表冷器连接。所述收水器(挡水板)由防腐蚀的PVC材料制成，挡板流道呈"^ "型， 气流经过时需要多次改变流向，从而水的飘逸率可小于0. 001%。所述喷淋系统由布水管道和多个大流量防堵式喷嘴组成；喷嘴材质为ABS 工程塑料，布水管道材质为PVC。所述表冷器材质为镀锌碳钢管、不锈钢管或V型槽管等冷凝强化管。所述太阳能集热系统还包括蓄热水箱，蓄热水箱通过管道并接在太阳能集 热器与蒸发器连接的管道上。所述水平圆盘管式换热器为425X 1. 0mm聚苯希塑料管盘绕而成，盘管错 排排列，排列间距为横向间距S4.3(Lt，纵向间距B-1.5(Lt，其中(Lt为塑料 管外径。所述太阳能海水淡化装置还包括自动补水阀，自动补水阀与蒸发器下端的 海水槽连接。所述太阳能海水淡化装置还包括排污阀，所述排污阀位于蒸发器底部，以 保持一定的排水量以免海水槽内的海水过度浓縮。本实用新型原理淡水采集系统由表冷器通过降温减湿获得，冷源来自蒸 发降温的循环海水。来自太阳能集热器或蓄热水箱的热水进入蒸发器内的圆盘 式聚苯希塑料管换热器，释放热量给管外喷淋海水水膜，被冷却的水再回到集 热器(或蓄热水箱)。喷淋在管外的海水水膜吸收管内热水的热量后发生表面 蒸发，被蒸发冷却的海水进入海水槽，海水槽中的海水再经循环水泵泵送入表 冷器的蛇形管换热器，在换热器内吸收管外热湿空气的水蒸气凝结热后，进入 喷淋系统，再在换热器管表面进行降膜蒸发冷却；被蒸发的淡水由循环空气从
顶部带出蒸发器，再进入表冷器进行降温减湿；为了避免海水槽内的海水过度 浓縮，排污阀保持一定的开度或定期排污，蒸发和排放的海水由自动补水阀进 行补充。相对于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果本实用新型使海水淡化在一套封闭循环设备中完成，可有效防止淡水受外 界环境的污染，系统操作方便，结构简单；蒸发器及表冷器均为紧凑式高效传 热传质设备，整个系统运行时只有一台引风机和一台热水循环泵、 一台海水循 环泵动力设备，由于动力设备少，整套设备能耗低、效率高。
图1具有横管降膜蒸发器和橫管式表冷器的太阳能海水淡化装置结构示 意图；图2为图1中海水淡化系统结构式意图；图3为蒸发器内的管道排列示意图。 图中示出1.太阳能集热器2.蓄热水箱3、 17.热水循环泵4.圆盘管式换热器 5.海水自动补水阀6.喷淋系统7.收水器8.蛇形盘管换热器9.海水循 环泵10.鼓风机11.淡水排放阀12.排污阀13.温差控制仪14.辅助加 热器15.蒸发器16.表冷器I太阳能集热系统II海水淡化系统具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型要求 保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。如图1所示，带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置包 括太阳能集热系统I和海水淡化系统II;所述太阳能集热系统I包括太阳能集 热器1，太阳能集热器1通过热水循环泵3与蒸发器15内的圆盘管式换热器4
连通。太阳能集热系统I还包括蓄热水箱2和温差控制仪13，温差控制仪13 分别与太阳能集热器1、热水循环泵3和蓄热水箱2电连接。蓄热水箱2与热 水循环泵17连接，并通过管道并接在太阳能集热器1与蒸发器15连接的管道 上，蓄热箱2内设有辅助电加热器14。蓄热水箱既可在太阳辐射充足时用来 储存热量，又可以在太阳辐射不足时作为辅助热源，或在连续阴雨天时作为热 源(此时由电加热器补充热量)，为蒸发器内的海水蒸发淡化提供热量。如图l、 2所示，海水淡化系统II包括蒸发器15和表冷器16。蒸发器15 为水平圆盘管式蒸发式器，其上端设有喷淋系统6，喷淋系统6上端设有收水 器7。喷淋系统由布水管道和多个大流量防堵式喷嘴组成；喷嘴材质为ABS工 程塑料，布水管道材质为PVC。收水器由防腐蚀的PVC材料制成，挡板流道呈 型，在收水器7上端，蒸发器15通过管道与表冷器16连接，表冷器 16内设蛇形盘管换热器8，蛇形盘管换热器8—端与喷淋系统6连接，另一端 通过海水循环泵9与蒸发器内下端的海水连通；该海水淡化装置还包括鼓风机 10，鼓风机10 —端与蒸发器15连接，另一端与表冷器16连接。所述太阳能 海水淡化装置还包括自动补水阀，自动补水阀与蒸发器下端的海水槽连接。太 阳能海水淡化装置还包括排污阀12，所述排污阀位于蒸发器底部，以保持一 定的排水量以免海水槽内的海水过度浓縮。表冷器16器底部的为淡水池，淡 水池与淡水排放阀11连接。表冷器16材质为镀锌碳钢管，也可为不锈钢管或 V型槽管冷凝强化管。蒸发器15采用聚苯希塑料管换热器，可提高耐腐蚀性。位于蒸发器15内的海水喷淋系统6、海水补偿系统和海水循环泵9、位于 表冷器16内的冷凝蛇形盘管8构成海水循环及补给系统。海水补偿系统主要 包括海水自动补水阀。如图3所示，水平圆盘管式换热器为(t) 25X1. 0mm聚苯希塑料管盘绕而成， 盘管错排排列，排列间距为横向间距S4.3cLt，纵向间距B4.5cU， cLt为塑 料管外径。热水走管内，空气和喷淋海水则走管间，顶部设有收水器，以防海
水被高速流动空气吸走。工作时，集热系统循环泵将集热器l (或蓄热水箱2)出来的高温水(可 通过温差控制仪设定集热器出口热水温度8crc时循环泵启动，7crc时循环泵停止，在热水循环泵停止时，风机和海水循环泵也停止工作)送到蒸发器的错 排圆盘式聚苯希塑料管换热器4内，与喷淋在管外的海水进行换热。同时强制 对流的空气与海水进行逆流式热湿交换，将部分海水蒸发，空气达到或接近饱和，并从蒸发器15顶部排出输送到表冷器16中。未蒸发的海水回落到底部的 海水槽中，经海水循环泵9送到表冷器16的冷凝盘管8，再返回蒸发器15的 喷淋系统6进行喷淋循环。蒸发器15的海水槽中通过自动补水阀5控制海水 补给，保持一定水位。排污阀12则保持一定的开度，以保持一定的排水量以 免海水槽内的海水过度浓縮。被鼓风机10压送到蒸发器15内的高温饱和湿空 气，从蒸发器15上端通过管道进入表冷器16内，与表冷器16的冷凝盘管8 内海水进行换热，降温降湿(冷凝)，获得淡水并积聚到表冷器16器底部的淡 水池中。当太阳能集热量有富余时，可以将热量储存在蓄热水箱(通过温差控制器 13控制循环泵的启停)，当遇上连续阴雨天或太阳能集热量不足时，可以启动 蓄热箱2内的辅助电加热器。由于集热温度较高，选用高温段效率较高的热管真空管集热器，采用10 管式①70X1800，也可采用其他热管真空管集热器，还可采用U型管集热器； 热水循环泵选用grundfos公司UP Basic热水循环泵；海水循环泵选用上海凯 通水泵厂生产的UHB-ZK型盐水泵；圆盘管式换热器由d)25X 1.0mm聚苯希塑 料管盘绕而成，错排排列；蛇形盘管换热器采用不锈钢管，也可用铝管或碳钢 管加工制成，铝管和碳钢管要求作内外防腐处理；海水自动补水阀采用不锈钢 浮球阀；收水器(挡水板)选用PVC材料的"- "型通道挡水板，厚度120mm; 鼓风机采用天津隆泰风机开发有限公司的DZ-13管道式送风机，采用铝合金可
调试叶片；温差控制仪可采用德国Steca公司生产的TR0704智能温差控制仪； 喷嘴采用精密模塑制造的ABS工程塑料喷嘴，喷嘴应具有良好的均匀喷淋水能 力和防堵性能；蒸发器和表冷器外壳采用镀锌板。本实用新型海水淡化系统采用的是封闭式系统，携带淡水的空气在蒸发 器和表冷器之间循环，从而有效防止环境的污染；从蒸发器顶部出来的高温潮 湿空气进入表冷器，发生降温降湿过程，冷凝后的淡水进入表冷器底部的淡水 池；循环风机设置在入口风管段，从而减少潮湿对风机的影响，延长风机使用 寿命。本实用新型主要热源采用太阳能，从而减少了对高品位能源的依赖；太 阳能的采集采用热管真空管，可提供较高温度的热水，并且由于热管内不走热 水，减少了集热器的散热损失。整个系统运行时只有一台引风机和一台热水循 环泵、 一台海水循环泵动力设备，引风机为水蒸气载体-空气提供动力；由于 动力设备少，整个系统电耗比传统海水淡化系统和热泵式海水淡化系统低，具 有较高的淡水产出率。
权利要求1、带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置，其特征在于该装置包括太阳能集热系统和海水淡化系统两个子系统；所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，太阳能集热器通过热水循环泵与蒸发器内的圆盘管式换热器连通；所述海水淡化系统包括蒸发器和表冷器；所述蒸发器为水平圆盘管式蒸发式器，其上端设有喷淋系统，喷淋系统上端设有收水器；表冷器内设蛇形盘管换热器，蛇形盘管换热器一端与喷淋系统连接，另一端通过海水循环泵与蒸发器内下端的海水连通；该海水淡化装置还包括鼓风机，鼓风机一端与蒸发器连接，另一端与表冷器连接。
2、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述收水器由防腐蚀的PVC材料制成，挡板流道呈"型， 气流经过时需要多次改变流向，使水的飘逸率小于0. 001%。
3、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述喷淋系统由布水管道和多个大流量防堵式喷嘴组成；喷 嘴材质为ABS工程塑料，布水管道材质为PVC。
4、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和橫管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述表冷器材质可以采用镀锌碳钢管、不锈钢管或V型槽 管冷凝强化管和其它表面冷凝强化换热管。
5、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述太阳能集热系统还包括蓄热水箱，蓄热水箱通过管道并 接在太阳能集热器与蒸发器连接的管道上。
6、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述蒸发器内的水平圆盘管式换热器为(i) 25 X 1. 0mm聚苯希 塑料管盘绕而成，盘管错排排列，排列间距为横向间距S=1.3d。ut，纵向间距 B=1.5d。ut，其中(Lt为塑料管外径。
7、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述太阳能海水淡化装置还包括自动补水阀，自动补水阀与 蒸发器下端的海水槽连接。
8、 根据权利要求1带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化 装置，其特征在于所述太阳能海水淡化装置还包括排污阀，所述排污阀位于蒸 发器底部，以保持一定的排水量以免海水槽内的海水过度浓縮。
9、 根据权利要求1所述带有横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海 水淡化装置，其特征在于采用了封闭的风循环系统和海水循环系统过程完成海 水蒸发及冷却淡化，不易被环境污染。
专利摘要本实用新型公开了带横管降膜蒸发器和横管式表冷器的太阳能海水淡化装置。该装置包括太阳能集热系统和海水淡化系统两个子系统；太阳能集热系统包括太阳能集热器，太阳能集热器通过热水循环泵与蒸发器内的圆盘管式换热器连通；海水淡化系统包括蒸发器和表冷器；蒸发器为水平圆盘管式蒸发式器，其上端设有喷淋系统，喷淋系统上端设有收水器；表冷器内设蛇形盘管换热器，蛇形盘管换热器一端与喷淋系统连接，另一端通过海水循环泵与蒸发器内下端的海水连通；该海水淡化装置还包括鼓风机，鼓风机一端与蒸发器连接，另一端与表冷器连接。本实用新型具有系统流程简单、耐腐蚀、高效节能的特点，适用于小型海水淡化系统。
文档编号C02F1/14GK201052976SQ20072005069
公开日2008年4月30日 申请日期2007年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者朱冬生, 涂爱民 申请人:华南理工大学