太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统的制作方法

本实用新型属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统。

背景技术：

众所周知，液体受热产生汽液分离，污水气液分离可以得到更高品质的好水。这个方式俗称“蒸馏提纯”。利用真空管太阳能作为热源进行海水淡化，被公认是最节能的方式之一。太阳能加热液体有两种常见模式：一种是直接加热，一种是间接加热。常见的家用真空管太阳能热水器就属于直接加热模式。

一种直接加热海水蒸发的太阳能模组，在真空管内直接盛满海水，海水通过真空管内壁直接吸热。根据热力升原理，真空管内的热力向上传送，在蒸发罐内海水发生表面蒸发，汽化水的热量被蒸发罐上层的低温原海水吸收，汽化水冷凝后流出，就可得到淡水。该方法结构简单，不需要外部动力就可得到淡水。其最大的缺点是：由于表面温差过大，海水极容易在真空管内壁结垢，造成热效率快速下降。另外在结构上，真空管是单端开口，除垢难度极大，甚至是不可能。需要耗费大量的人力物力。

一种间接换热的太阳能集热器模组，在太阳能真空管内有U型管换热器；太阳能可以把U型管内的液体加热。通过动力循环，再经过蒸发塔内的换热器，可以使塔内的海水吸热蒸发，经过冷凝罐放热后得到淡水。塔内的海水浓度越来越高，逐步对原海水放热后放出。显而易见的是该方法需要有一个动力循环泵，泵强迫驱动U型管内的介质流动，实现太阳能集热器与蒸发塔换热器之间的热交换。其明显的不足之处：一是强迫动力循环需要消耗较大的电力能量；二是大长度的循环管路，热损失较大，系统热效率低；三是需要耐高温循环介质，系统设备投资大、成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，无需循环泵驱动的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统包括蒸发塔，所述的蒸发塔内设有膨胀喷射式雾化蒸发器，所述的膨胀喷射式雾化蒸发器与太阳能空气管式热膨胀集热器相连接，所述的蒸发塔内设有位于膨胀喷射式雾化蒸发器下方且能够将膨胀喷射式雾化蒸发器喷出的水滴蒸发为蒸汽的表面溅射蒸发器，所述的表面溅射蒸发器与太阳能空气直热式集热器相连接，所述的蒸发塔的上部连接有能够将蒸汽冷凝的汽化水冷凝换热器。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的膨胀喷射式雾化蒸发器包括呈阵列式固定在高温高压管两侧的且与高温高压管相连通的若干列管，所述的列管上设有雾化喷头。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的表面溅射蒸发器包括蒸发器本体，所述的蒸发器本体内开有空气室，所述的空气室通过管路与太阳能空气直热式集热器相连通，所述的蒸发器本体的表面为瓦楞式蒸发面，所述的瓦楞式蒸发面之间通过折流板相连接。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的太阳能空气管式热膨胀集热器包括汇流联箱，所述的汇流联箱内设有管式热膨胀发生器，所述的管式热膨胀发生器和汇流联箱之间形成换热腔，所述的汇流联箱的两侧分别连接有若干呈阵列式排列且与换热腔相连通的真空集热管。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的太阳能空气直热式集热器包括汇流联箱，所述的汇流联箱的两侧分别连接有若干呈阵列式排列的真空集热管，所述的真空集热管的内腔与汇流联箱的内腔相连通，所述的汇流联箱的两端分别设有固定法兰。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的太阳能空气管式热膨胀集热器和膨胀喷射式雾化蒸发器之间通过高温高压管相连接，所述的高温高压管上设有依次串联的压力控制电动阀、流量调节电动阀和过压保护阀组，所述的高温高压管上设有相互并联的监控元件P1、监控元件Q1和监控元件T1，所述的压力控制电动阀与监控元件P1相连接，所述的流量调节电动阀分别与监控元件P1、监控元件Q1和监控元件T1相连接。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的蒸发塔的下部连接有浓海水多效换热器组，所述的浓海水多效换热器组和太阳能空气管式热膨胀集热器之间通过管路相连接，该管路上设有水位调控阀组和监控元件P2，所述的水位调控阀组和监控元件P2分别与控制机构相连接。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的浓海水多效换热器组与汽化水冷凝换热器相连接，所述的汽化水冷凝换热器与原海水补液箱相连接，所述的原海水补液箱内设有监控元件H8，所述的监控元件H8与控制机构相连接。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的浓海水多效换热器组的浓海水的总出口上接有浓度电磁阀，所述的蒸发塔上设有监控元件H4，所述的浓度电磁阀和监控元件H4分别与控制机构相连接。

在上述的太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统中，所述的汽化水冷凝换热器上开有淡汽水进口，所述的淡汽水进口的轴心线与垂直线之间形成夹角α，所述的汽化水冷凝换热器的壳体的轴心线与水平面之间形成夹角β，所述的夹角α和夹角β的大小相等。

与现有的技术相比，本太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统的优点在于：无需循环泵驱动，依靠容积膨胀压力进行喷射闪蒸蒸发，利用自由落体进行溅射蒸发，利用气液换热进行表面蒸发，并进行多级换热进热回收，即不消耗任何常规驱动力就可以使海水或者苦咸水等非生活用水发生气液分离产出淡水和浓水，与传统强迫动力系统相比，集热效率高，运行能耗低，无噪音，能够连续输出，安装方便，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的结构示意图。

图2是本实用新型提供的蒸发系统结构原理总图。

图3是本实用新型提供的膨胀喷射式雾化蒸发器的结构示意图。

图4是本实用新型提供的表面溅射蒸发器的结构示意图。

图5是本实用新型提供的表面溅射蒸发器的剖视图。

图6是本实用新型提供的太阳能空气管式热膨胀集热器的结构示意图。

图7是本实用新型提供的太阳能空气管式热膨胀集热器的剖视图。

图8是本实用新型提供的太阳能空气直热式集热器的结构示意图。

图9是本实用新型提供的太阳能空气直热式集热器的剖视图。

图10是本实用新型提供的浓海水多效换热器组的剖视图。

图11是本实用新型提供的汽化水冷凝换热器的剖视图。

图中，蒸发塔1、膨胀喷射式雾化蒸发器2、太阳能空气管式热膨胀集热器3、表面溅射蒸发器4、太阳能空气直热式集热器5、汽化水冷凝换热器6、高温高压管7、列管8、雾化喷头9、空气室10、瓦楞式蒸发面11、折流板12、汇流联箱13、管式热膨胀发生器14、真空集热管15、固定法兰16、压力控制电动阀17、流量调节电动阀18、过压保护阀组19、浓海水多效换热器组20、水位调控阀组21、原海水补液箱22、浓度电磁阀23、淡汽水进口24。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-11所示，本太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统包括蒸发塔1，蒸发塔1内设有膨胀喷射式雾化蒸发器2，膨胀喷射式雾化蒸发器2与太阳能空气管式热膨胀集热器3相连接，蒸发塔1内设有位于膨胀喷射式雾化蒸发器2下方且能够将膨胀喷射式雾化蒸发器2喷出的水滴蒸发为蒸汽的表面溅射蒸发器4，表面溅射蒸发器4与太阳能空气直热式集热器5相连接，蒸发塔1的上部连接有能够将蒸汽冷凝的汽化水冷凝换热器6。

太阳能空气管式热膨胀集热器3、压力控制电动阀17、过压保护阀组19、流量调节电动阀18、膨胀喷射式雾化蒸发器2、蒸发塔1、浓海水多效换热器组20、水位调控阀组21构成一个海水热膨胀喷射雾化回路。工作中，当太阳光连续照射时，太阳能空气管式热膨胀集热器3内的海水吸热膨胀，温度与压力逐渐升高，逐步进入饱和状态。当达到压力控制电动阀17的设定压力时，电动阀打开，海水通过管路进入蒸发塔1，经过膨胀喷射式雾化蒸发器2，产生汽水分离。分离后的汽化水向上进入汽化水冷凝换热器6，水滴向下流向表面溅射蒸发器4。

在这个过程中，首先是密闭在太阳能空气管式热膨胀集热器3内的海水，静态地吸收了热量，由于体积膨胀产生了压力，具备了对外做功的能量，它能够不需要外部动力时就可产生一定的动能。这部分能量在蒸发塔1内，通过膨胀喷射式雾化蒸发器2向外界释放出来，物理现象就是“气液分离”。

太阳能空气直热式集热器5、表面溅射蒸发器4、蒸发塔1构成一个表面溅射式蒸发。工作中，当太阳光连续照射时，太阳能空气直热式集热器5内的空气被加热，逐步膨胀向外向上传递到表面溅射蒸发器4的空气室，并加热蒸发器表面，使得蒸发器的表面具有很高的温度。当膨胀喷射式雾化蒸发器2分离出的液态海水，滴落在表面溅射蒸发器4上时，水滴瞬间吸收部分热量，发生气液分离，完成溅射蒸发。分离出的淡水汽向上进入汽化水冷凝换热器6，分离出的浓水向下流向浓海水多效换热器组20。在这个过程中，太阳能空气直热式集热器5吸收热，根据“热力升”现象，空气热流向上，直接加热表面溅射蒸发器4的蒸发表面。同样的它不需要任何外部驱动力，就实现了热能量传递。由于空气的热容量较小，内腔温度要比太阳能空气管式热膨胀集热器3升温速度快得多，且使得表面溅射蒸发器4的蒸发表面比喷射温度高许多。这个温差满足了溅射蒸发的必要条件，表面溅射蒸发器4的表面温度越高，与液体的温差越大，溅射蒸发效果越好。

其中，膨胀喷射式雾化蒸发器2包括呈阵列式固定在高温高压管7两侧的且与高温高压管7相连通的若干列管8，列管8上设有雾化喷头9。雾化喷头9的喷射轴垂直向上，且雾化喷头9相互之间的距离相等。表面溅射蒸发器4包括蒸发器本体，蒸发器本体内开有空气室10，空气室10通过管路与太阳能空气直热式集热器5相连通，蒸发器本体的表面为瓦楞式蒸发面11，瓦楞式蒸发面11之间通过折流板12相连接。瓦楞式蒸发面11是一些分布均匀的凹凸斜平面，其的法线与蒸发器本体的轴线成一定倾斜角。瓦楞式蒸发面11的特点是增大蒸发面积，一定的喷射量时，减少单位面积的液体密度，提高蒸发效率。折流板12的功用是增加液体在瓦楞式蒸发面11的滞留时间，提高蒸发效率。折流板12底部有方型板孔，目的是防止污垢沉积。

其中，太阳能空气管式热膨胀集热器3包括汇流联箱13，汇流联箱13内设有管式热膨胀发生器14，管式热膨胀发生器14和汇流联箱13之间形成换热腔，汇流联箱13的两侧分别连接有若干呈阵列式排列且与换热腔相连通的真空集热管15。太阳能空气管式热膨胀集热器3在汇流联箱13内增加了一根盛满液体的管段，这根管段伸出汇流联箱13端部，与固定法兰16连接，就形成了管式热膨胀发生器14。这样空气首先作为吸热介质，向管式热膨胀发生器14传热，海水作为最终受热介质直接吸热。太阳能空气管式热膨胀集热器3的连接法兰的内径与管式热膨胀发生器12的内通径相同。其中，连接法兰包括丝接法兰和焊接法兰。当把丝接法兰拆下后，管式热膨胀发生器14可以从焊接法兰的一端抽出，进行清洗维护。

其中，太阳能空气直热式集热器5包括汇流联箱13，汇流联箱13的两侧分别连接有若干呈阵列式排列的真空集热管15，真空集热管15的内腔与汇流联箱13的内腔相连通，汇流联箱13的两端分别设有固定法兰16。太阳能空气直热式集热器5的真空集热管15，以空气做吸热传热介质，以汇流联箱13做输送热流道。两端均为固定法兰16，连接太阳能热源阵列，空气介质串通于各个太阳能集热器。空气作为传送热介质需要向表面溅射蒸发器4远距离输送。

其中，太阳能空气管式热膨胀集热器3和膨胀喷射式雾化蒸发器2之间通过高温高压管7相连接，高温高压管7上设有依次串联的压力控制电动阀17、流量调节电动阀18和过压保护阀组19，高温高压管7上设有相互并联的监控元件P1、监控元件Q1和监控元件T1，压力控制电动阀17与监控元件P1相连接，流量调节电动阀18分别与监控元件P1、监控元件Q1和监控元件T1相连接。

本太阳能热驱动喷射溅射多效复合式海水淡化系统设有一组状态控制与保护功能组件。它是由执行元件压力控制电动阀17、流量调节电动阀18、过压保护阀组19、水位调控阀组21、浓度电磁阀23与状态监控元件Q1、T1、T2、P1、P2、H4、N4有序串接或者并接在流体回路中组成。其功能是对工作运行状态实时控制与保护。其中，压力控制电动阀17串接在膨胀喷射式雾化蒸发器2的总进口处。工作时的主要功能是按照设定的压力范围进行开启、关闭。这个压力信号与执行信号由监控元件P1测定与给定。流量调节电动阀18串接在压力控制电动阀17与过压保护阀组19之间，工作时的主要功能是通过调整阀的开口度来调整流量，其目的是保证在设定的温度、压力范围内使得喷射蒸发有一个较好的气液分离比例。其开度指令信号由监控元件P1、Q1、T1共同给定。

其中，蒸发塔1的下部连接有浓海水多效换热器组20，浓海水多效换热器组20和太阳能空气管式热膨胀集热器3之间通过管路相连接，该管路上设有水位调控阀组21和监控元件P2，水位调控阀组21和监控元件P2分别与控制机构相连接。水位调控阀组21串接在太阳能空气管式热膨胀集热器3和浓海水多效换热器组20之间。并与浓海水多效换热器组20有电器联动性。工作时的主要功能是当监控元件P2压力低于一定值，且温度T2高于一定值时，说明太阳能空气管式热膨胀集热器3缺少液体。指令水位调控阀组21打开补充液体。当蒸发塔1水位降低到设定水位时，监控元件H4发出执行信号，水位调控阀组21打开补充液体。浓海水多效换热器组20与汽化水冷凝换热器6相连接，汽化水冷凝换热器6与原海水补液箱22相连接，原海水补液箱22内设有监控元件H8，监控元件H8与控制机构相连接。原海水补液箱22接在系统海水的总进口。水位由监控元件H8监控。当水位调控阀组21打开补液时，原海水补液箱22内水位降低；达到设定水位时，监控元件H8指令补充原海水。浓海水多效换热器组20的浓海水的总出口上接有浓度电磁阀23，蒸发塔1上设有监控元件H4，浓度电磁阀23和监控元件H4分别与控制机构相连接。浓度电磁阀23接在浓海水的总出口，当浓度达到排放设定值时，监控元件N4检测并发出指令信号，浓度电磁阀23打开放液。当监控元件H4检测到蒸发塔1水位高于设定值时，强行指令浓度电磁阀23打开放液。

其中，汽化水冷凝换热器6上开有淡汽水进口24，淡汽水进口24的轴心线与垂直线之间形成夹角β2，汽化水冷凝换热器6的壳体的轴心线与水平面之间形成夹角β3，夹角β2和夹角β3的大小相等。减少气体的流动的局部阻力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。