摘 要

随着人口的急速增长和社会经济的发展，人类对于淡水资源的需求日益见涨。同时由于利用不可再生能源生产淡水资源对环境有着恶劣的影响，淡水污染日益加剧，陷入了淡水资源缺乏的怪圈。所以人类社会开始着重开发可再生资源，使淡水资源的匮乏得到解决，其中最为有效的解决办法就是太阳能的海水淡化技术。经过多年的发展，太阳能海水淡化技术已经基本成熟，一些工业装置在性能指标上已经基本合格。另外在一些远离陆上电网的偏远地区或者海上移动载体（如船用救生艇），太阳能海水淡化技术是一个解决它们淡水供应不足的重要方法。

通过了解了文献中不同种类的太阳能海水淡化装置的设计与研究，以及国内外的海水淡化技术的发展和太阳能技术的发展,并在掌握了基本的传热学原理之后，本文提出了一种太阳能光热-光电海水淡化装置设计，利用太阳能电池模组的电加热和太阳能真空管的集热为整个装置进行提供能量输入，同时利用蒸馏原理对海水进行蒸发，使水蒸气进入冷凝器经过水平管束的表面冷凝形成淡水后被收集到淡水水柜。另一方面，为了提高整个装置的能量利用效率，将冷凝器冷却水出口和蒸馏器的保温水箱相连接，通过冷却水的回收利用实现了水蒸气汽化潜热的循环利用。

最后对于装置在太阳能真空管和电池板的能量输入功率、对流换热以及散热方面进行定性和定量的计算，绘出了整个装置的CAD三维建模，对于装置的基本轮廓和结构设计进行理想化模拟。同时根据工业上所要求的规格，将一些重要部件根据三维建模和理论计算进行基本的细化选型。

关键词：海水淡化；太阳能光热光电；太阳能真空管

Abstract

With the rapid growth of population and the development of social economy, human demand for fresh water resources is increasing day by day. At the same time, because of the use of non renewable energy production of fresh water resources have a bad impact on the environment, fresh water pollution is becoming more and more intensified, and it is caught in the vicious circle of lack of fresh water resources. So human society began to focus on the development of renewable resources, so that the lack of fresh water resources to be resolved, one of the most effective solutions is the solar desalination technology. After years of development, the solar desalination technology has been basically mature, some industrial equipment in the performance indicators have been basically qualified. In addition to some remote areas of far away the land power grid or offshore mobile carrier (such as marine lifeboat), solar desalination technology is an important way to solve their lack of fresh water supply.

By understanding the design and research of different types of solar desalination plant in the literature, and the development of seawater desalination technology at home and abroad and the development of solar energy technology, and after mastering the basic principles of heat transfer, this paper presents a solar optic-electro and optic-thermall seawater desalination device design, energy input is provided for the whole device by using the electric heating of the solar cell module and the heat collection of the solar energy vacuum tube, at the same time, the distillation principle is used to carry out the evaporation of seawater, the distillation principle on the water evaporation, so that the water vapor enters the condenser through a horizontal tube bundle surface condensation forming fresh water is collected to fresh water tank. On the other hand, in order to improve the energy efficiency of the whole device, condenser cooling water outlet and the distillatory thermal insulation water tank is connected, through the recycling cooling water use to achieve the recycling of water vapor latent heat of vaporization.

Finally, the qualitative and quantitative calculation of solar energy vacuum tube and battery plate input power, convective heat transfer and heat dissipation is carried out, the CAD 3D modeling of the whole device is presented, the basic outline and structure design of the device are simulated. At the same time, according to the requirements of industry specifications, so that some important based on three-dimensional modeling and theoretical calculation carried out basic thinning type selection.

Key Words：Sea water desalination；solar optic-electro and optic-thermal；Solar vacuum tube

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的意义 1

1.2 海水淡化的一般方法 1

1.3 太阳能海水淡化技术及国内外现状 1

1.3.1 太阳能海水淡化介绍 1

1.3.2 太阳能海水淡化的优点和问题 2

1.4 太阳能海水淡化装置的能源利用 3

1.5 论文的主要研究内容 4

第2章 太阳能光热-光电海水淡化装置原理 5

2.1 太阳能光热光电海水淡化装置结构 5

2.1.1 太阳能光热光电海水淡化装置基本结构及特点 5

2.1.2 太阳能光热光电海水淡化装置基本流程及工作原理 7

2.2 本章小结 8

第3章 太阳能海水淡化装置的计算与设计 9

3.1 装置选材的理论估算 9

3.1.1 太阳能电池板和太阳能真空集热管的能量效率 9

3.1.2 冷凝器及其他配件的理论计算 11

3.2 对流换热计算以及传热计算 13

3.3 本章小结 14

第4章 太阳能海水淡化装置的散热与设计 15

4.1 装置的散热计算 15

4.2 装置的三维建模设计 16

4.3 本章小结 18

第5章 总结与展望 19

参考文献 21

致谢 23

附录 24

第1章 绪论

1.1 课题的意义

淡水是地球上的宝贵资源，水对人体的健康有着至关重要的作用。就如今而言，淡水资源的紧缺已经成为重要问题，水源对于某些地区和国家意味着生活方式的改变，对于某些地区和国家意味着生存和死亡。由于现代工业的发展，不计其数的淡水资源被破坏，同时淡水资源的需求却在与日俱增。如何解决淡水资源的困局，是全世界都要面对的难题。

对于人类社会来说，水源危机并不是指的缺水，而是缺淡水，所以实则为淡水危机。一般来说在全球的所有水资源中，淡水资源不足3%，由于全球温度回暖，冰川和冰山融化在海洋中以及湖泊和河流的污染，淡水的数量还在不断下降。

然而，海洋有全部水资源的97%，所以通过海洋来获取淡水资源是现代技术发展之后大规模开辟新的水源的主要途径。海水淡化是解决21世纪淡水资源紧缺的主要措施。

1.2 海水淡化的一般方法

一般来说，从海水中取出淡水或者去除海水中的盐分都可以达到海水淡化的目的，实际上海水淡化过程也基本可以分为这两大类。目前，海水淡化的实际应用主要以前一类为主，只有电渗析法和离子交换法属于后面一类。

从海水中分离出淡水：蒸馏（蒸发）法、冷冻法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法。