申请日 20181029
公开（公告）日 20210129
IPC分类号 C02F1/14; C02F103/08
摘要
本发明提供了一种真空系统，包括真空维持装置，装置采用密封结构，以维持装置内部压力，利用文丘里原理抽真空，使装置内部压力降低从而降低海水蒸发时的沸点；文丘里管放置在海水出口处，海水一部分经过处理后进入罐体内用于淡化，占多数的另一部分直接排出，在排出的过程中通过文丘里管，利用冷水流动时，横截面突然缩小导致流速增大而产生的压差带走罐内的空气，维持罐体内低压状态。本发明将冷凝器导出的废水引流至文丘里管再导出，文丘里管一端与主罐体相通，利用文丘里原理将空气抽出，维持低温蒸馏所需真空度，有效地减少能耗。本设计将冷凝部分与抽真空部分巧妙结合，简化了设备，无需再额外接真空泵抽真空，提高了设备综合使用性能，显著降低了使用能耗。
权利要求书
1.一种海水淡化系统，所述系统包括蒸发系统、冷凝系统和淡水收集系统，海水在蒸发系统进行蒸发产生蒸汽，然后蒸汽在冷凝系统进行冷凝变成淡水，然后淡水通过淡水收集系统进行收集，其特征在于，所述蒸发系统包括太阳能集热器和环路热管，所述环路热管蒸发端吸收太阳能，然后在冷凝端与海水进行换热，使海水蒸发；
所述冷凝系统包括冷凝器，所述冷凝器包括冷水入口、冷水出口、均温板、板式冷凝部件，所述板式冷凝部件包括多个平行的隔离横板，相邻的隔离横板之间形成冷水流道，所述冷水流道内设置扰流板，所述扰流板是弯曲板，所述扰流板设置在冷水流道中间且距离隔离横板一定距离，所述扰流板延伸方向与隔离横板平行；所述均温板的一端设置在板式冷凝部件的上部和下部，所述均温板的远离板式冷凝部件的另一端设置翅片；均温板内部设置封闭空腔，空腔内侧设置毛细结构；冷水入口、冷水出口分别设置在板式冷凝部件相对的侧部；所述扰流板上设置通孔；
所述淡水收集系统包括接水盘，所述接水盘位于冷凝器的下部，用于收集冷凝器冷凝产生的冷凝水；
冷凝器、接水盘和环路热管的冷凝端从上到下依次布置；
所述海水淡化系统还包括真空系统，所述冷凝器、上接水盘、下接水盘和环路热管的冷凝端设置在真空系统中，所述真空系统包括真空维持装置，装置采用密封结构，以维持装置内部压力，利用文丘里原理抽真空，使装置内部压力降低从而降低海水蒸发时的沸点；文丘里管放置在海水出口处，海水一部分经过处理后进入罐体内用于淡化，占多数的另一部分直接排出，在排出的过程中通过文丘里管，利用冷水流动时，横截面突然缩小导致流速增大而产生的压差带走罐内的空气，维持罐体内低压状态；
文丘里管一端A口是液体进口，另一端C口是液体出口，B处与A口相连，截面积缩小，会使B处流速增加，D口设置在B处下端，与B处连通，D口压力减小，从而将空气从D口排走；利用从排出的海水接A口，D口与罐体相连，C口排水，以达到把真空罐抽真空的目的；
D口与淡水收集罐相连，而淡水收集罐与真空罐整体气体相通，将装置内空气带出，维持真空环境。
说明书
一种真空系统以及海水淡化系统
技术领域
本发明涉及环路热管、太阳能和海水淡化领域，尤其涉及一种利用太阳能的环路热管及其海水淡化系统。
背景技术
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括太阳能、海水淡化领域，例如太阳能的利用等。
中国海岛超过1万个，但大多数因匮乏淡水无法居住，有常住居民者不足500个，制约海岛开发、国防等功能。国家发改委、国家海洋局于2017年底联合印发的《海岛海水淡化工程实施方案》提出，到2020年，有效缓解海岛居民用水问题，改善人居环境，使海水淡化成为严重缺水海岛地区主要供水方式之一，基本满足海岛不断提升的生活、生产用水需求。
针对上述问题，我们提出一种以相变强化传热机理为基础，应用环路热管技术、板式CPL毛细泵技术、新型散热片式扰流蒸发器以及一体化VC板翅片冷凝器实现低温低能耗运行的桌面级大小太阳能海水淡化系统，并创新性地采用文丘里管抽真空方式，简化设备的同时大幅降低能耗。系统采用风-光互补供能系统，适用于电力匮乏且淡水资源短缺的条件复杂地区。最后，上位机操作平台连接嵌入式芯片控制节点开关和采集装置节点传感器数据也显著降低了操作难度，实现无人值守，远程操控和设备的全自动化运行。
发明内容
本发明提供了一种新式的海水淡化系统，利用太阳能和环路热管相结合，利用反重力热管的性能及其拓展的换热面积，从而解决前面出现的技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海水淡化系统，所述系统包括蒸发系统、冷凝系统和淡水收集系统，海水在蒸发系统进行蒸发产生蒸汽，然后蒸汽在冷凝系统进行冷凝变成淡水，然后淡水通过淡水收集系统进行收集，
所述蒸发系统包括太阳能集热器和环路热管，所述环路热管蒸发端吸收太阳能，然后在冷凝端与海水进行换热，使海水蒸发；
所述冷凝系统包括冷凝器，所述冷凝器包括冷水入口、冷水出口、均温板、板式冷凝部件，所述板式冷凝部件包括多个平行的隔离横板，相邻的格式横板之间形成冷水流道，所述冷水流道内设置扰流板，所述扰流板是弯曲板，所述扰流板设置在冷水流道中间且距离隔离横板一定距离，所述扰流板延伸方向与隔离横板平行；所述均温板的一端设置在板式冷凝部件的上部和下部，所述均温板的远离板式冷凝部件的另一端设置翅片；均温板内部设置封闭空腔，空腔内侧设置毛细结构；冷水入口、冷水出口分别设置在板式冷凝部件相对的侧部；
所述淡水收集系统包括上接水盘和下接水盘，所述上接水盘位于冷凝器下部，位于下接水盘上部，上接水盘中间开孔，最外端的端部设置向上的竖直部，与竖直部相连的是水平部，以及沿着水平部向内部延伸的向上的倾斜部；所述水平部设置孔，以供淡水流入到下接水盘；所述下接水盘包括中部的孔部，所述孔部连接淡水收集箱；
所述海水淡化系统还包括真空系统，所述冷凝器、上接水盘、下接水盘和环路热管的冷凝端设置在真空系统中。
冷凝器、上接水盘、下接水盘和环路热管的冷凝端从上到下依次布置。
作为优选，还包括海水循环喷淋系统，所述海水循环喷淋系统设置在真空系统中，所述海水循环喷淋系统包括循环喷淋泵、雾化喷淋头以及循环管路，雾化喷淋头设置在冷凝端的上部；循环喷淋泵将真空系统中的海水泵入到雾化喷淋头，然后在喷淋到冷凝端。
作为优选，所述蒸发端是板式结构，所述太阳能集热器包括太阳能集热板，所述蒸发端的上表面贴在在太阳能集热板的下表面。
作为优选，所述蒸发端是板式结构，所述蒸发端的上表面就是太阳能集热板。
作为优选，所述冷凝端是管板式换热结构，包括进口集管、出口集管、进口换热管、出口换热管和板组，所述进口集管连接进口换热管，所述换热管连接对应的板组，所述板组是由两块板组合在一起形成的换热通道，所述板组连接出口换热管，出口换热管连接出口集箱，来自蒸发端的蒸汽通过进口集管进入进口换热管，然后通过进口换热管进入板组，然后通过板组再进入出口换热管，然后通过出口集管排出。所述进口换热管、出口换热管和板组是换热的主要部件，作为优选，所述进口集管和出口集管也参与换热。所述冷凝端浸泡在海水中或者通过喷淋装置将海水喷淋到冷凝端进行换热。
作为优选，所述进口换热管为多根，每根进口换热管对应一个板组。所述多个板组是平行的间隔开的结构。作为优选，所述出口换热管为多根，每根出口换热管对应一个板组。
作为优选，还包括真空系统，所述真空系统包括真空罐，所述冷凝器、上接水盘和下接水盘、冷凝端设置在真空罐内。
作为优选，罐体内设置海水浓度检测装置，用于检测海水的浓度，控制器根据检测的海水浓度自动控制排海水。
与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：
1)本发明提供了一种新式的海水淡化系统，利用太阳能和环路热管相结合，利用环路热管的性能，提高海水淡化的利用。
2)本发明研发了新式的淡水收集装置，通过设置上下的接水盘，能够实现淡水的快速收集，避免淡水浪费。
3)将CPL技术与海水淡化相结合。根据相变换热原理，创新性地将在很小温差下可远距离传递很大的热量的CPL毛细泵与海水淡化设备相结合，并采用板式设计，使得传热效率较传统对流换热模式提高4倍左右，大幅提高传热效率。
4)创新型结构的冷凝器与降膜蒸发器。冷凝器采用片式结构设计，结合均温板与翅片，VC腔内附着烧结网状结构，实现相变换热，使热量在平面内快速均匀扩散，并通过翅片结构大幅增加与水蒸汽接触面积，提高换热效率，较传统翅片结构增加约15％传热效率。此外，自设计新型散热片式扰流蒸发器，多片式结构并联排列，大幅增加了与雾化喷淋海水的接触面积，经实测增加了20％的传热效率。
5)文丘里管实现废水抽真空。将冷凝器导出的废水引流至文丘里管再导出，文丘里管一端与主罐体相通，利用文丘里原理将空气抽出，维持低温蒸馏所需真空度，有效地减少能耗。本设计将冷凝部分与抽真空部分巧妙结合，简化了设备，无需再额外接真空泵抽真空，提高了设备综合使用性能，显著降低了使用能耗。
6)本发明采用新式结构稳流装置，通过正方形和正八边形，使得形成的正方形孔和正八边形孔的边形成的夹角都是大于等于90度，从而使得流体能够充分流过每个孔的每个位置，避免或者减少流体流动的短路。本发明通过新式结构的稳流装置将两相流体分离成液相和气相，将液相分割成小液团，将气相分割成小气泡，抑制液相的回流，促使气相顺畅流动，起到稳定流量的作用，具有减振降噪的效果。相对于现有技术中的稳流装置，进一步提高稳流效果，而且制造简单。
本发明具有广泛的应用前景。
1)产品极大地降低能耗，有显著地运行成本优势。本设备运行能耗约9000千焦每吨，约为传统多级闪蒸、多级蒸馏模式运行能耗的1/4，节能优势显著，较其他海水淡化方式每年能节省约42万元。
2)设备占地仅1.2㎡，是现有普通海水淡化装置的五分之一。目前市面上的海水淡化设备主要以日产千吨淡水的大型、超大型设备为主，不能应用在渔船、小海岛等面积狭小场所。而本设备创新采用新型技术，极大地减小了占地面积，弥补了市场空白。
3)使用稳定清洁能源。我国海岛主要分布在南海，该地带光照时间长、辐射强烈，适合发展和推广太阳能海水淡化装置，应用太阳能清洁能源无污染，符合国家环保政策方针。
本发明节能减排效益分析
1)在装置能源获取方面。小型海水淡化装置消耗能源主要来自于太阳能，据资料可知地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369W/m2，在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2，在我国南海海岛等赤道附近区域辐射强度更大，太阳能资源非常丰富，相比消耗日趋匮乏的石油资源本装置采用太阳能补给能源成功实现了环保新能源的有效利用。
2)在淡水生产效益及二次污染方面。本装置淡水日产量为120升，相当于饮用矿泉水240瓶，可以供给约50个成年人日常饮用，这不仅省去了受天气因素影响的船运淡水的麻烦，更能每年节省约512吨柴油，减少81000万升二氧化碳排放，完美实现节能减排的效果。
本装置还可解决盐碱湖周围居民淡水饮用问题，相比一路上要大量排放各种污染尾气的车运淡水，本装置可实现零排放的盐水淡化且无二次污染，节约燃油资源保护生态环境的同时也有效减少了有害气体的排放。
3)在装置运行效率方面。从装置机械构造来看本装置采用的CPL毛细泵利用相变换热原理，与现有对流换热相比，传热效率提升了4倍左右；原创设计一体化VC板翅片冷凝器，显著地增大了传热接触表面积，较传统翅片结构增加了15％传热效率；选用新型散热片式扰流蒸发器，并联排列大幅增加了传热面积，增加了20％的传热效率。效率的增加即意味着单位能耗的减少，据有效测算本装置吨水耗能仅为9000KJ，占同等条件下反渗透法淡化方式能耗的62.5％、多效蒸馏淡化方式能耗的20％、多效蒸馏淡化方式能耗的18％，节能效果显著。
5)在装置控制方式方面。从操作方式来看，本装置为全自动运行、一键启停，免去了对人工操作的依赖，且全年只需维护一次，极大的减少了人工能耗，节省了为控制和维护装置而产生的多种非必要能耗。
6)在装置获取淡水水质方面。本装置产水经威海市质监局检验，达生活饮用水标准。减少了获取淡水所需要的能源开支，且取得淡水水质好，不需要二次净化，节约成本的同时也节省了净水过程中的能源消耗。
发明人 （郭春生;卓超杰;毛泽田;李佳航;王铁信;）