新型太阳能海水淡化装置 CPC 匹配研究

1　引言

 

　　由于陆地淡水资源的紧缺,海水淡化已经越来越为世界各沿海国家所重视。常用的海
水淡化方法如蒸馏法,离子交换法,电渗析法,反渗透膜法等,要消耗大量的电力和燃料。太阳
能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重
视。目前常见的太阳能海水淡化系统以蒸馏法为主,也存在一定问题,如一般采用自然对流,
热效率不高;水蒸气未被充分利用,造成能量损失等。近年来,由于太阳能集热器技术的发展,
集热器与常规海水淡化装置的联合运行是研究的热点。科威特等国家已经做出了有益的尝
试,

—

但目前已有的装置普遍存在效率不高的问题。本文提出了一种新型高效太阳能 空调

—海水淡化复合装置的模型,论述了该系统的运行原理。将太阳能作为该装置的主要热源,
可以节约大量常规能源。研究了淡水产量与海水喷淋量、海水喷淋温度的关系,进而对与海
水淡化装置联合运行的 CPC 太阳能集热器系统进行了设计,取得了最大淡水产量下 CPC
太阳能集热器吸收体的最佳直径。

　　2　系统的组成及原理

　　211　组成

　　太阳能海水淡化与组合式空调系统由三大部件组成: CPC 太阳能集热器,空调与海水
淡化装置。其中系统以 CPC 太阳能集热器作为海水淡化装置的主要热源,见图 1。由于本文
主要研究基于该系统产水特性的 CPC 太阳能集热器设计,其空调- 除湿功能在此不再赘述。

　　212　原理分析

　　首先,被抽入 CPC 太阳能集热器的冷海水经 CPC 吸收太阳辐射加热后,流出的已是高
温海水。

　　高温海水与回流热海水在高温混合室( 5)混合后进入海水淡化装置,然后通过喷淋盘,
均匀地喷淋到两级高效蒸发器(7)上。由于高效蒸发器特殊的蜂窝结构,其表面积较大,因而
热海水的蒸发面积很大。风机(6)送入的高速气流经过高效蒸发器,将高温海水不断蒸发的
水蒸气送入冷凝装置

　　(8)。水蒸气经蛇形管管壁与冷海水换热,在冷凝作用下,水蒸气液化为水滴。水滴不断会
聚,成股流下,收集可得到淡水。因为高温水蒸气不能在一级冷凝装置中完全冷凝,我们将海
水淡化装置设计成两级立式结构。在风扇的作用下,未冷凝的水蒸气强制对流,进入下一级
的高效蒸发器- 冷凝器。如此循环,充分利用了余热,大大提高了热效率。喷淋到两级高效蒸
发器未蒸发的热海水流出后被收集,然后导出海水淡化室。为充分利用这部分海水的热量,
我们将之导入空调的蒸发器中降温,然后流入海水淡化器的冷凝装置,在蛇形管中流过,与
管外高温的水蒸气换热以使水蒸气冷凝,然后进入空调的冷凝器。这部分的海水虽然低于
流出太阳能集热器的海水温度,但由于水蒸气的换热和空调冷凝器的放热,温度还是比较高
的。使之流入混合室,与流出太阳能集热器的热海水混合, 充分利用了余热。整个系统主要
以 CPC 太阳能集热器作为热源,可以极大的节约常规能源。