CN113562800A

CN113562800A - 一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统

Info

Publication number: CN113562800A
Application number: CN202110760514.7A
Authority: CN
Inventors: 季旭; 陈盈旭; 李艳; 李吉淑; 杨边凤; 乐茜蓉
Original assignee: Yunnan Normal University
Current assignee: Yunnan Normal University
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2021-10-29

Abstract

本发明提出了一种利用反射镜增强聚热式太阳能海水淡化系统，主要包括阀门，金属发生管，液位计，压力表，金属三通，双层玻璃盖板，蒸汽输出管，聚热集能板，不锈钢保温外壳，铁架，保温箱，水泵，净水箱，汽水分离器，冷凝器，冷水箱，储液箱，和必要的连接管道；首先利用CPC集热器中传热工质和聚光集热器加热海水所产生的蒸汽，在第一个冷凝器中对海水进行预加热，并将冷凝器所在的保温箱中的海水加热至70℃以上。在下一个冷凝器中将海水加热至70℃以下，最后从冷凝器中流出，进行收集储藏。其中已经预加热至70℃以上的海水直接输送至聚光集热器中进行加热至沸腾，并收集其中产生的高温水蒸汽用于对低于70℃的海水加热，水蒸气进行两个阶段的冷凝放热后，同样进行收集储藏。

Description

一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统

技术领域

本发明为利用太阳能对海水进行淡化的系统，其特点是多次利用蒸汽的余热对未脱盐的盐水进行预加热，从而提高热能的利用效率。属于太阳能热利用领域。

背景技术

能源是社会进步的重要保障之一，而如今能源危机已经成为全球面临的重大问题之一。随着全球工业化的推进以及人类生活水平的提高，对于淡水资源的需求也日益增加。我国虽然资源丰富，但是淡水资源危机的问题也日益凸显。我国人口数量为全球人口数量的22%，而淡水占有量仅为全球淡水量的8%，我国因为淡水资源问题，给人民和社会也造成了巨大的损失。近年以来，平均每年由于淡水而造成的社会损失高达200亿元，对人民造成影响的案例更是数不胜数。而我国海水资源较为丰富，因此利用新能源技术对海水资源进行淡化是具有全局意义的重要举措。

在各类新能源中，使用较为广泛且容易获取的为太阳能，通过接受太阳辐射转化为可利用的能源。此项技术在太阳能热水器上已经得到了广泛的应用。但是存在的问题是当工质加热至沸点，形成大量的水蒸气，水蒸气冷凝的过程所释放的热量未能加以利用，造成了能量的浪费。而本设备将水蒸汽冷凝过程中释放的热量用于加热未淡化的海水，从而提升海水的初始温度，不仅使得淡化的时间缩短，也提高了能量的利用效率。

发明内容

本发明的目的在于利用太阳能提供热源，使得该系统中多个部件可产生蒸汽，并利用蒸汽冷凝过程中释放的热量对海水进行预加热。在工作过程中，首先使用复合抛物面聚光器加热工质（本系统中工质为导热油）达到较高温度。利用换热器换热出热能，加热海水至沸腾，产生水蒸汽。此处产生的水蒸气通过换热器，对即将进入聚热器的海水进行预加热，使其温度达到70℃以上。继而冷凝后的淡水（30-40℃）流入下一换热装置中，对下一处的海水再次进行预加热。此次预加热只能使海水的温度略高于环境温度，需要再一次利用初始高温水蒸气进行加热。

而在聚热器中，因为沸腾而产生的温度较高，可以对上述加热温度小于70℃的水进行加热，使换热箱中海水的温度大于70℃。而后将已加热的海水输入到各个换热装置中，继续加热产出水蒸气，并利用高温蒸气加热海水，蒸汽经过放热之后冷凝成为淡水。

上述步骤可以实现利用水蒸气冷凝时释放的热量对淡水进行多次预加热，提升海水产蒸汽的工作效率。

一种余热多效利用的太阳能产蒸汽系统，主要由传热工质箱、循环泵、保温材料、导热管、真空管、聚光板、保温管道、原液存储箱、金属发生器、聚热集能板、布液器、换热盘管、小型风机、滤网、换热箱、冷凝器、液位观察器、和必要的连接管道所组成。

通过传热工质对海水进行初步加热，所产生的水蒸气通过管道输送至其他设备的换热箱中，并利用水蒸气冷凝至淡水的过程中释放出的热量，对不同设备中的海水进行预加热。这一步骤使得海水在聚热器中进行加热之前的初始温度就已经达到了70度，极大提高了设备的工作效率和淡水的产出效率。

所述传热工质箱内的工质为沸点较高的液体，将该液体通入换热盘管内对海水进行加热，其温度可以达到80℃-250℃。并通过循环泵在CPC加热器、换热箱、传热工质箱三个设备之中进行循环，对海水进行加热，产生水蒸气。

所述CPC加热器为复合抛面聚光器，该设备根据边缘光学原理设计的非成像聚光装置。可以大幅提升有效光照的角度范围，达到较为理想的聚光比。

所述循环泵，是与CPC集热器连接，并对传热工质进行循环加热，从而提高海水的温度。

所述保温材料是为了减少设备中工质的能量流失。

所述导热管是为了更好的传递热能，尽可能减少能量传递过程中的能量消耗。

所述聚光板为复合抛面聚光器的部件之一，为了更好的接收多角度的太阳辐射，提升太阳能利用效率。

所述原水箱中，装有未蒸发冷却的海水原液。

所述换热盘管中通入的是沸腾时产生的高温水蒸气，在导流的同时对未加热的海水进行预加热。

所述金属发生管内的工质为待蒸发的海水。在聚热集能板开始工作时，打开连接金属发生管与保温水箱的阀门，对其进行工质输入。

所述聚热集能板，与金属发生管采用管板式焊接，放置于不锈钢保温外壳内，并使用双层玻璃盖板进行封装，当聚热集能板接收太阳光线时即开始工作将热量传递至金属发生管，使之加热管内工质。

所述聚热集能装置是利用较大面积的聚热集能板收集太阳辐射能后，高效的汇集至金属蒸汽发生管，使金属蒸汽发生管能够达到110℃。

所述液位观察器，在进行工质输入时，根据连通器原理，对装置内部的液体含量进行调整，提高设备的工作效率。

所述压力表，对金属发生管内工质沸腾时的压力进行监测，压力表不仅能够保证设备处于安全的状况中运行，还能通过调整内部的压力，提高设备的工作效率。

所述水泵，在一天的海水淡化过程后，在设备内部会有固体盐垢。通过使用水泵进行冲洗，除去了结晶等固体对于下次工作的影响，延长了设备的寿命。

所述冷凝器，在金属发生管对海水加热产生中高温蒸汽后，通过蒸汽输出管进入冷凝器冷凝成淡水，由储液箱进行储存。

所述汽水分离器，由于金属发生管内压力较大，在将淡水蒸汽输送至冷凝管的过程中，会有部分海水由于压力等原因进入到淡水储存装置中。应及时将气体和液体进行分离，进行有效的淡化。

所述聚热集能板、阀门、压力表、液位计、金属发生管、冷凝器、水泵、保温箱、汽水分离器、储液箱、冷水箱、净水箱、蒸汽输出管、金属发生管，以设定顺序连接构成循环回路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本设备主要通过CPC复合抛面聚光器和聚热器对浓海水进行加热，并将两处产生的水蒸气导入不同的换热箱中，对未加工的浓海水进行预加热，使海水的初始温度达到70℃左右。充分利用水蒸气冷凝过程中释放的能量，不仅降低了将海水加热至沸腾所需的能量，也提升了蒸发提取淡水的效率；

2.另一方面，复合抛物面聚光器在不进行太阳能跟踪时，即可加热工质至150℃的中高温。

附图说明

图1：一种余热多效利用的太阳能产蒸汽系统。

如图1所示，一种余热多效利用太阳能产蒸汽系统，主要包括，传热工质箱（1-1），循环泵（1-2），保温材料（1-3），导热管（1-4），真空管（1-5），聚光板（1-6），保温管道（1-7），原水箱（1-8），布液器（1-9），换热盘管（1-10），小型风机（1-11），滤网（1-12），蒸汽温差发电组件（1-13），电源（2-1），原液储存箱（2-3），增压扬程泵（2-5），金属发生管（2-8），不锈钢保温外壳（2-9），冷凝换热管（2-17、2-26、2-27、2-28），阀门（2-2、2-4、2-6、2-11、2-12、2-13、2-14、2-16、2-18、2-19、2-23、2-28），金属发生管（图一中：2-20），聚热集能板（2-21），液位观察器（2-24）和必要的连接管道。

具体实施方式

本发明多次利用蒸汽的余热对未淡化的浓盐水进行加热，从而提高热能的利用效率。下面将结合说明书附图对本发明进行详细说明：

在传热工质经过CPC集热器加热之后，保温箱内的海水达到沸腾的状态，所产生的水蒸气通过滤网（1-12）后进入冷凝管（2-26）中，并开始对冷凝管所在的保温箱内的海水进行预加热，此阶段可将保温箱内的海水加热至70℃以上。而后进入冷凝管(2-27)中，对第二个冷凝管所在的保温箱内的海水进行预加热，此阶段可将保温箱内海水的温度进行加热，但温度在70℃以下。在对不同保温箱的两个阶段的加热工作后，水蒸气冷凝成为液态淡水，从冷凝管中流出，进行收集储藏。

在上述阶段中，海水经过第一阶段的加热之后，温度达到70℃以上，便流入了聚光集热器中。在聚光集热器中，海水沸腾之后产生的水蒸气由金属发生管（2-20）进入冷凝管（2-17）中，并对冷凝管所在的保温箱中的海水进行预加热，使次保温箱中的海水温度大于70℃。经过冷凝放热后的淡水与第一阶段冷凝的淡水一同进入第二阶段的冷凝管中。

Claims

1.一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统，其特征在于，主要由传热工质箱（1-1），循环泵（1-2），保温材料（1-3），导热管（1-4），真空管（1-5），聚光板（1-6），保温管道（1-7），原水箱（1-8），布液器（1-9），换热盘管（1-10），小型风机（1-11），滤网（1-12），蒸汽温差发电组件（1-13），电源（2-1），原液储存箱（2-3），增压扬程泵（2-5），金属发生管（2-8），不锈钢保温外壳（2-9），金属发生管（2-20），聚热集能板（2-21），液位观察器（2-24），冷凝换热管，阀门，和必要的连接管道。

2.根据权利要求1所述的一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统，其特征在于，使用CPC对传热工质加热产生水蒸气；将产生的高温水蒸气导入换热盘管中，对海水预加热并使其温度达到70℃以上。

3.根据权利要求1所述的一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统，其特征在于，在聚光集热器加热模块中，将高于70℃的海水引流至聚光集热器中的金属反应管中加热至沸腾；聚光集热器中产生的高温水蒸气再次导入各个换热盘管中与未淡化的海水进行冷凝换热，最后对冷凝成为液体的淡水进行收集储藏。

4.根据权利要求1所述的一种余热多效利用的太阳能蒸汽系统，其特征在于，利用CPC集热器中传热工质和聚光集热器加热海水所产生的蒸汽，在第一个冷凝器中对海水进行预加热，并将冷凝器所在的保温箱中的海水加热至70℃以上；在下一个冷凝器中将海水加热至70℃以下，最后从冷凝器中流出，进行收集储藏；其中预加热至70℃以上的海水直接输送至聚光集热器中进行加热至沸腾，并收集其中产生的高温水蒸汽用于对低于70℃的海水加热，水蒸气进行两个阶段的冷凝放热后，同样进行收集储藏。