去年八月份，我在各大论坛上发表过《太阳能海水淡化方案和汽轮机改进的设想》一文。网络就是社会的缩影，我上网和到论坛的时间也有好几年，既认识了一些朋友，也招来了若干网络小丑和疯狗的忌恨。此文一出，它们乘机起哄、嘲笑、谩骂、造谣、污蔑，猖狂地进行人身攻击。某些所谓知名论坛（注：不是强国论坛）的管理也非常糟糕，完全不会，甚至不屑于去分辨正常的争论和超越底线、破坏规则的网络暴力和网络流氓，也不去制止、惩罚这些丑类和败类，自己严重渎职，却把责任推给网友“自行解决”，或者貌似“公正”地各打五十大板，反指无辜者破坏社区安宁。网络现实就是这样，虽有好人，更有无赖、骗子、打手、心理变态者和精神病患者。这是一群生活在嫉妒和仇恨中的怪物，嫉妒和仇恨是他们存在的唯一意义和理由，而所谓的嫉妒和仇恨，很可能只是因为别人的文章写得比他们好，得到的赞许比他们多。这些人的智商连常识也不会懂得半点，当然更不知新见解为何物。他们不会为任何人做举手之劳，却总想有许多许多“雷锋”，好占尽便宜。当然，他人、社会不可能这样便宜他们，于是他们永远只会叼念着他人的“剥削”，社会的“不公”。总之，他们活在这个世上是多余的，最好的下场是自己挖个坑跳下去，省人省事。对于一个负责任的管理者来说，要么你别开论坛，要么你自己就要加强管理。说穿了，那些渎职者也是一群愚蠢、自私、阴暗的家伙，或者干脆，他们就是乐得白看热闹。对于这样的无耻小人和渎职者，我除了一如既往地鄙视，当然也不会让他们得逞，不会让那些想白看热闹的人看得那么轻易。本文的初稿去年九月份就写好了，但我一直压着不发，就是要看看，也让大家看看那些宵小会猖獗到什么程度，那些管理员会渎职到什么程度。结果不出所料，但却是我最不愿看到的。

这里要特别感谢改革论坛的xinnanqiu网友，对拙作提出了很多宝贵意见和进行了认真讨论。本文是重要论文，请各位网友仔细阅读，踊跃评论。我相信具备基本大学物理知识和高中数学知识的人都能看得懂；如有错误，也能指出。下面言归正传。

一、对前文错误或有争议部分的更正和说明

1. 关于违反热力学第二定律的问题

这是原文最主要的错误。原文设想的核心是利用蒸汽回送重新加热原汽化池的海水，这是不可能实现的。因为如果蒸汽的温度和海水的温度一样，热传导就不具有确定的方向性。通俗地说就是，如果有部分蒸汽凝结成水，放出热量加热海水，那么同时也会有部分已经凝结成水珠的蒸汽，吸收热量重新汽化而使海水变冷。最后水的汽化热依然是要太阳能提供，这样淡水的产出就很少了。

要使热传导具有确定的方向性，不仅需要传导两端具有足够的温差，而且这两端必须分别是独立的热源和冷源――一个放热，一个吸热，不可能热源和冷源兼具一身。据此，汽化热的重复利用还是可以实现的，只是实现的方法和效率有所不同。

小丑和疯狗们智商太低，更加不会明白的是，原文虽然存在一些错误和缺点，但它的精粹之处在于提出了这样一个重要思路或方向：汽化热能否重复利用？如何重复利用？如能，则重复利用N次，相当于汽化热减少到1/N，淡水产出增加到N倍。实际上，热力学第二定律只是证明这个汽化热不能无限次重复利用（原文的方案相当于此），但并没有否定汽化热在一定条件下可以有限次重复利用。如果重复的次数N可以做到很大，那就和无限次差不多了。

2. 原设计只有热量输入，没有热量输出，无法实现系统的热平衡和保持确定的温差

这是原文的第二大错误。不过，解决的方法并不复杂，可以将淡水池埋在地下或海平面以下，利用大地和大海实现冷端散热；最简单的方法是，使输出的淡水高于环境温度并导走，这就实现了能量的平衡。

3. 热交换部分的效率、成本和技术复杂性问题

一般人会认为温差小的情况下，传热的成本也很大，例如使用的热交换金属导管数量很大，等等。这是一种没有经过严密思考和精确计算的想当然。很遗憾，中国人就是喜欢这样想当然，就是这样的坏习惯。发生这种问题的原因，一是没有搞清楚蒸汽导管内传热的机理，二是受传统思维局限所致。下文的讨论和计算将证明，在巧妙的设计下，热交换器的成本并不大，技术也不复杂，完全符合经济性要求。

4. 真空对汽化池材料、结构的技术要求问题

虽然水的汽化只和温度及所处环境中水蒸汽的含量有关，和空气的其他成份无关，但空气的存在会阻碍水蒸汽的扩散，并减小混合气体（空气和水蒸汽）对外界环境（传热对象）的温度差。这样封闭空间中的水蒸汽达到饱和状态的时间就很长，而且传热效率很低。因此真空是需要，但这并不一定意味着结构上的困难。普通的灯泡、热水瓶等都是抽真空，需要很厚的外壳吗？这里的关键是物体的尺寸和表面积。因为大气压是压强的概念，如果尺寸较小，外表面积也小，那么真空对材料和结构的要求就不会很高，也不会很复杂。除各汽化池因容积问题必须有较大的尺寸和较高的机械强度外，各输热导管，包括最顶层直接接受太阳能的导管，承受的大气压都不会很大。顶层由并排的导管直接接受太阳能加热也是目前太阳能热水器广泛采用的方式，并早已有了各种实用的真空式太阳能热水器。

5. 汽轮机效率的计算和提高的问题

我依然认为我的计算方法是正确的。因为普通的热机效率公式，或者说“卡诺循环”的效率公式，是在假设工质为理想气体下得到的。如果水在汽轮机内没有经过相变过程，没有汽化热的问题，始终保持气态，才可以简单地套用这个公式。在工质存在相变和汽化热的情况下，应直接比较输出能量和输入能量的大小，因为这才是“效率”的原始定义。蒸汽机、汽轮机之类的外燃式动力装置，之所以使用水做工质，主要有两个原因：1)纯水在高温下化学性质很稳定，可以直接通过提高喷嘴温度来提高输出功率和效率，而不产生其他不利影响；2)水在常温下是液态，可以大大简化卡诺循环后段的气体压缩、复原过程――冷却使蒸汽凝结成水就行。

如果有一种工质，其他方面和水一样，工作条件也相同，但汽化热比水少一半，那么常规汽轮机的理论最高效率将从48%提升到4.18x(580-50)/[4.18x(580-20)+2253.02/2]=64%，增幅约1/3。因此，寻找或研发出一种比水更好的工质是提高汽轮机效率的最直接途径，有关部门应抓紧这方面的工作。

有人说我将热源和冷源混在一起了，这并不确实。按上次的流程图，高温蒸汽流作功后变成低温蒸汽，低温蒸汽再凝结成水，释放的能量使水锅炉或贮水池中的水再蒸发。这里存在两个相变过程，具有明确的物质分界面，因而蒸汽流的流动方向是确定的。问题是这样产生的蒸汽流是否具有足够的速度和密度？是否能通过简单的加热、加压程序使之符合汽轮机作功的要求？这一点我不确定。请在火电厂工作，并熟悉该项技术的网友解答一下。如果这两个问题都能有简单办法解决，那么大幅提高汽轮机效率就是可行的。

前文请参阅：

二、多级汽化原理与系统的能量、质量平衡

如下图一:

其中，A池即前端，直接接受外界的能量输入，可以是太阳能，也可以是其他，例如汽轮机的蒸汽余热等。B、C、D、E不接受外界能量输入，而从上一级输入能量，并向下一级输出能量。F池即末端，与环境直接连接，因此它的温度就是环境温度，如有需要它可向环境放出能量或吸收能量。A池在太阳照射下温度升高，与下级池产生温差。由于温度越高，水的饱和蒸汽压也越大，因而A池的水蒸汽压将比下级池高，45℃水蒸汽由A池向B池流动（注意：管内流动，不直接进入B池）。在流动过程中，由于温差效应和热交换，到B池的出口处，这些水蒸汽将放出它绝大部分的热量，凝结成40℃的水。与此同时，B池吸收到能量，将有另一部分水被汽化，同样由于温差和蒸汽压不平衡，B池产生的40℃水蒸汽将向C池流动，从而将能量一级级地传递下去，余类推。到末端F池，将排出20℃的蒸汽，此蒸汽所含有的汽化热大体和整个系统的输入能量即太阳能相等，但却得到了5路淡水，比直接蒸发海水多4倍的输出。在稳定状态下，每一级都实现输入、输出的能量平衡和质量平衡，并且各级之间保持适当的温差，例如5℃。

每增加一级，就多一路淡水输出，这可叫做多级汽化淡水倍增技术，等效于水的汽化热减小了。N级串联，水的等效汽化热将降到1/(N-1)。不过，级数也不是越多越好。当N很大时，等效汽化热的减小有限，却需要提高最前端（A池）的温度，以提供足够的温差，这样就要增加系统的能量输入，从而增加整个系统对外辐射、传导的能量损耗；或者维持首末端温度不变（即总温差不变），就需要减少每级的温差，这就增大了每级热交换单元的成本。目前常见的太阳能热水器将水加热到比环境温度高20℃～30℃是普遍可行的，故假设最前端温度为45℃，环境温度为20℃；而下一节的计算将证明，5℃小温差下的热交换技术上和经济上都是可行的。

仍设我国的太阳能密度平均每年5000兆焦耳/平米。夜间当然是没有太阳能的，所以年平均日照时间为12小时/天，相当于太阳能的输入平均功率为5x10^9÷365÷12÷3600=317.1焦耳/秒，就是317.1瓦。可见还是相当可观的，不利用实在可惜。此能量将在各层之间100%地转换，这里不必考虑损耗的问题，因为所谓损耗也必然是以热量的形式释放，而再为各层所吸收。因此，每一层要输入、输出的能量，即交换的功率都是317.1瓦，其中绝大部分是蒸汽和水之间的交换，一小部分是不同温度的水之间的交换。

输出的每一路淡水，质量上相当于太阳能直接将水升温到45℃然后再汽化所能产生的水蒸汽质量，这个数字是每平米每天1370万÷[4.18x(45-20)+2441.12]=5382克。由于常温下汽化热2441.12焦耳/克是不变的，所以，蒸汽―水交换部分占2441.12/[4.18x(45-20)+2441.12]=95.9%，304.1瓦；水－水交换仅占4.1%，12.9瓦。水－水热交换不仅功率小，而且可以充分利用金属材料的优良导热性能，问题的关键在于蒸汽－水交换部分的效率和成本如何。

继续看图一。可以发现，各层注入海水的方式，并不是直接注入20℃的海水，而是使它流经下层，逐级预热，再注入相应的某层中。这样做的目的是为了保证各层温差相等和输入、输出的能量和质量平衡。

以C层为例。如果是直接注入20℃海水，那么将存在以下能量和质量的输入、输出关系：

先看蒸汽。由于蒸汽所含有的汽化热相等，因此输入、输出的汽化热互相抵消，不影响C层的能量平衡。同时，排出的蒸汽质量上（准确地说是体积上）可由注入的海水填补，因此该层的质量是可以平衡的。不过，40℃的水蒸汽和35℃水蒸汽的能量差等于同质量的水5℃的能量差。因此，计算除汽化热外的能量输入输出关系时，可将水蒸汽都视为同质量的水。上层形成的高温淡水也逐级流经（但不注入）下层，为的是充分利用这些能量加热各层海水。

于是C层的能量输入是两路40℃的水，一路20℃的水，共2x40+1x20=100个单位；C层的能量输出是三路35℃的水，共3x35=105个单位，得失相抵净负5个单位能量。这样，C层的温度将不断下降，使得上层对自己的能量输入增大，而自己对下层的能量输出减少，直至达到新的平衡点。这个平衡点可能比35℃低得多。同样地，在没有平衡措施的情况下，各层也不能维持相等的温差，有些层将比期望的温度低，另一些层将比期望的温度高，这样能量顺利转换的条件就被破坏。最后每路淡水的产量将以温差最小的那两层为准，因为整个系统在能量传递上相当于串联，某一环节的破坏将是对整个系统的破坏。

但如果采用图一的供水方式，C层的能量平衡就实现了：

输入两路40℃的水，两路30℃的水，因此共2x40+2x30=140个单位；输出四路35℃的水，共4x35=140个单位。输入能量＝输出能量，因此该层将稳定地维持在35℃。注意，这里的输入和输出是指能量上的输入和输出，如果质量上，只有一路30℃海水是直接注入C池，其他只是流经C池。注入的海水是为了补偿蒸汽输出的质量损失。

其他层的情况类推。除首、末两层外，每一层的输入、输出能量都是相等的。首、末层之所以不用考虑，是因为它们是直接与外界连接的，是“主动层”，它们的能量输入、输出必然相等――如果A层接受的太阳能较高，它就会产生更多的高温蒸汽向下一级输出；如果F层接受的能量多，它将向环境转移能量，例如通过地基传热。其他层则是“被动层”，如不采取特别措施，由它们自己平衡，温差相等是不能保证的。

事实上，如果首层A和末层F的温度是确定的，那么这种供水方式下，设A、F两池的温度为已知数a、f，其他B、C、D、E四池分别为未知数w、x、y、z，得到方程组：

a+x=2w；2w+2y=4x；3x+3z=6y；4y+4f=8z。

解之，可得：w=a-(a-f)/5；x=a-2*(a-f)/5；y=f+2*(a-f)/5；z=f+(a-f)/5。

因此每层之间稳定地保持(a-f)/5的温差，使能量转换可以充分地进行，这样淡水产量才能达到最大。

需要说明的是，这个系统在夏季阳光辐射强的时候，能提供的总温差和级间温差也大，因而转换的热量也大，产出淡水也多。当然，冬季阳光辐射最弱，产出淡水最少，但一般北方地区的冬季反而不是最缺水的季节，因为有大量积雪可用，而且地表水的蒸发损失本身就低。

为什么首层A不也采用这种预热供水的方式呢？因为首层是后面各层的能量来源，预热并不能减少这些水对A层的能量消耗，这是利用温差和多次蒸发的方法制淡水所必须付出的代价；并且，如果A层的供水也在B层预热，下面各层的能量输入输出就无法做平了。

另外，既然末层F不需要预热，并且它的能量输入输出可以由外界直接平衡，那么上层的淡水流经这一层也是没有必要的。这些淡水的温度比环境温度高一些，可以另作其它用途，尽量不浪费能量。例如，可以直接作为太阳能热水器的输入淡水。

有人可能会怀疑：小温差下饱和水蒸汽的压力差也小，流动速度不会很快吧？热量传递不是也应和气流速度有关的吗？能在短时间内传输这么多热量吗？

这种疑问是没有理解传热的真正物理过程。我们可以完全不用考虑蒸汽流的速度是快是慢，只要热交换单元的结构、材料是确定的，一定的传热面积和一定的温差下，两端可转换的功率就完全确定了。只有当输入的水蒸汽数量大于热交换单元所能转换的最大数量时，多出的部分才不能凝结成水，而继续作为水蒸汽向下一级排放。微观上可以这样解释：水蒸汽含有较大的动能，这些蒸汽分子如果撞击在金属导管或内壁上，可能是非完全弹性碰撞，于是蒸汽分子动能减少凝结成水，而失去的能量就传递给导管；如果是与空气分子或低温蒸汽分子碰撞，那就是完全弹性碰撞，要么这些蒸汽分子的动能不损失，要么就是传递给其他分子，由它们再去撞击金属导管壁和传递能量。气体分子很多，碰撞很频繁，常温常压下1cm3的气体中有2700亿亿个分子，而每个分子1秒钟内要与其他分子发生几十亿次碰撞，因此完全不必担心高能分子的能量最后会不会传到导管和池水中。

必须注意，水蒸汽因饱和气压差产生的流动是许多个分子的集体迁移，和单个水蒸汽分子的运动是不同的；但对传递能量和进行热交换有意义的是单个分子的运动速度，而不是许多个分子的集体迁移速度。换句话说，即使存在饱和气压差，但如果蒸汽流经的地方和管壁没有温度差，热量传递也是不能实现的。总之，由于外界能量以水蒸汽的形式不断输入，这些能量是不会创生和毁灭的，只会在不同物质、不同形式之间互相转化。因此，上级高温蒸汽最后激发出本级相同质量的低温蒸汽，而自己凝结成水；本级低温蒸汽向下级输出，就是能量向下级传递，而本级保持平衡。

产出价值：5路淡水输出，每路每天5382g，故全年共5.382*5*365=9822.15KG，或9.82215吨。这是指每平米集热面积的年输出量。以终端用户水价6元/吨估计，为58.93元。热交换单元共5层，每层产出淡水价值为11.79元/年*平米。这个数字尚未包括其他副产品的价值，例如浓缩卤水和海盐等。不过，既然这个系统的主要作用是制淡水，也可以作为下面估算成本－效益的基础。

三、热辐射、热传导和热交换单元的设计

一般人通常认为，小温差下热量传递一定需要使用大量金属材料，因而即使技术上可行，也缺乏经济效益。产生这种错误印象的原因在于，他们完全没有搞清楚导管内水蒸汽传热的机理，将两种散热方式――热传导和热辐射混淆了。于是看到一个普通的几十瓦的电子设备散热器也要用大量的铝或铜，就以为热传导需要那么多金属材料。其实，电子散热器散热的主要方式是热辐射，而不是热传导――晶体管先将自己的热量传给散热器，由于散热器表面积相对于晶体管很大，大大增加了对外的热量辐射，这样晶体管就能实现自身的温度平衡。空气是热的不良导体，通过热传导而散发出去的热量是很小的。

每个物体每时每刻都在对外辐射能量，但同时也在吸收外界的辐射能量。当物体的温度高于环境时，辐射出去的能量多于吸收到的能量，该物体的温度逐渐下降，直至和环境相同。这时辐射和吸收就平衡了。反之，如果物体的温度低于环境，那么它吸收的能量将多于辐射的能量，该物体的温度不断升高，直至和环境相同，此时吸收和辐射也是平衡的。

一般地，物体的净热辐射功率，即对外辐射率与吸收率的差，可以用以下公式表示：Q=a*S*(T^4-T0^4)。a是一个物理常数，a=5.67*10^-8W/(m2*K^4)，T是物体温度，T0是环境温度，这里的温度采用绝对温标，即多少K，S是物体的表面积。如T0=0K，这个公式就变成绝对黑体的辐射公式，一般大学物理教材上也有，但没有上述净辐射的通用公式。这个通式是我自己推测出来的，经多次验算符合事实。可以看到，物体的辐射功率正比于表面积，也正比于物体温度的四次方和环境温度的四次方之差。如大大增加物体的表面积，就能大大加强对外热辐射，这就是散热器的原理。

例一：一个单面面积为500cm2，厚度为2.5mm的铝质散热器，按手册给出的数据，其在电子线路中使用时的热阻约为2℃/W。试说明它的散热技术指标的由来。

解：热阻2℃/W，即相对于环境的温升如为20℃，可以耗散出去的热量功率是10W。手册通常设定使用环境温度为20℃，而最大温升为25℃，即T0=293.2K，T=313.2K，总表面积大致等于单面的两倍，即S=0.1m2，于是，Q=5.67*10^-8*0.1*(313.2^4-293.2^4)=12.66W。与手册给出的数据很接近。之所以有2.66W的误差，是手册考虑到一般情况下散热器上没有装风扇，因此散热器周围的空气温度会比环境温度略高，这样散热器的辐射功率就有所减少。比如散热器周围空气的温度实际是25℃，那么计算出来的Q=9.725W。再考虑厚度方向的少量热辐射，就和手册完全一致了。通常，电子散热器都带有很多散热翼和凹凸的槽，这样可以增加辐射面积，而不致使散热器所占的体积过大。安装风扇的主要目的也是降低散热器周围的空气温度，增加热辐射功率，而不是这些流动的空气本身能“传导”或“对流”多少热量。风扇产生的气流将较热的空气带走，补充较冷的空气，散热器的热辐射量就能得以维持。因此，在电脑机箱内使用风扇，必须保证足够的通风口数量和尺寸，否则是没有多大意义的。

这里顺便提醒一下读者，普通商用级电子元件如大功率三极管等的允许最高集电极温度为70℃，但这个温度只是它的“不损坏”温度，而不是“正常工作”温度，必须特别注意两者的不同。要使器件和电路保持正常工作状态，一般要求它的最高温度不超过50℃。考虑到不少情况下使用环境温度都会超过20℃，例如达到25℃，因此通常的电子技术手册都会规定散热器的最大温升为25℃。

那么，如果散热方式是热传导，要使用多少金属材料呢？以铝为例，铝的导热系数735千焦耳/米*小时*度，即λ=2042W/m*℃。仍然使用2.5mm厚的铝板，并维持传热两端实际温差15℃不变，那么温度梯度D=15/0.0025=6000K/m。由热传导公式Q=λ*D*S，得10=2042*6000*S，S=0.82*10-6m2，即0.82mm2，一平方毫米都不到！这就是为什么一些高端的CPU采用水冷方式散热，可以大大增加散热效率，大大减少散热器尺寸，并且大大降低表面温度，因为此时散热器的主要散热方式已经从热辐射变为热传导了。

例二：有一外径8mm，内径6mm，长500cm的铝管，浸没于20℃的水中。管内抽真空，一端通入30℃的水蒸汽，这些水蒸汽在另一端全部凝结成20℃的水。试计算该管的总热量传递功率。

解：这根铝管的热量传统有辐射和传导两种方式，应分别计算它们的传热功率，然后相加。

对于热辐射方式，由于金属是良导热体，可以认为铝管的内表面就是20℃，即293.2K；管内水蒸汽的平均温度是25℃，即298.2K；铝管的内表面积为3.1416*0.6*500=942.5cm2=0.09425m2。

故热辐射功率为：

Q1=a*S*(T^4-T0^4)=5.67*10^-8*0.09425*(298.2^4-293.2^4)=2.764W。

对于热传导方式，低真空下气体分子运动速度很快，碰撞很频繁，平均自由程远小于容器尺寸，通常可认为此时气体的导热系数和常压相同。对于此例，直接引用大气的导热系数λ=0.0233 W/m*K为管中水蒸汽的导热系数。在管长方向，可求得温度梯度D=10℃/500cm=2K/m，而且可认为管内水蒸汽的温度梯度各方向上处处相等，故靠近铝管的内表面处水蒸汽的温度梯度也为2K/m。

故热传导功率为：

Q2=λ*S*D=0.0233*0.09425*2=0.004392W，总传热功率Q=Q1+Q2=2.768W，Q1/Q2=629.3。

本例说明，在通常的散热结构下冷却水蒸汽，即使有较大的两端温差（如10℃），热辐射的功率仍远大于热传导的功率，相差近三个数量级。此时，虽然铝的导热系数很高，热传导的功率容量很大，但水蒸汽本身的热传导能力太小，能以热传导方式到达铝管的热量很少，铝的优良导热性能被浪费了。如果注入过多的水蒸汽，由于系统的传热能力有限，大部分水蒸汽将从出口逃逸，不能凝结成水。

即使将这条管子分为若干段，所增加的热传导能量依然较小，对热交换单元的功率和效率提高改善不大。这样为了传输每平米317.1W的太阳能，仅热交换单元本身的造价就很高，回本时间将在100年以上，缺乏经济性和实用性可言。具体计算就不赘述了，有兴趣的读者可以自己动手算一算。

因此，要充分发挥金属材料的热传导性能，就必须改变散热器结构。由Q=Q1+Q2=S*[a*(T^4-T0^4)+λ*D]，如果每层汽化池的外形不变，水蒸汽的导热系数是物理常数，也变不了，那就只能设法增加热辐射面积和热传导面积S（这两个面积实际是同一个面积），与及池内水蒸汽的温度梯度D。

如图二，热交换单元为立方体，内部有许多纵横交错和穿心排列的导热铝枝。内壁边长214mm，壁厚2mm；铝枝直径2mm，间隔4mm。先排X方向（YZ平面），可排35*35枝；再排Y方向（XZ平面），可排35*36枝；最后Z方向（XY平面）36*36枝，共3781支。

每个热交换单元共需用铝：(21.8^3-21.4^3)+3781*(3.142*0.1^2*21.4)=3102cm3。铝的密度为2.7g/cm3，价格约23000元/吨，故共8375g，材料成本193.6元。

总热交换面积S=21.4^2*6+3781*3.142*(0.2*21.4-2*0.1^2)=60409cm2=6.0409m2。

由于铝的导热能力很强，可以认为这些铝枝和交换器内壁的温度和汽化池海水相同，例如20℃。假设从入口处注入一定数量的25℃水蒸汽，而且这些水蒸汽在铝枝和内壁全部凝结成20℃淡水，并由出口流出。由于铝枝阵列的影响，与及腔内宽敞的形状，离交换面（铝枝和内壁）最远的那些区域水蒸汽温度就是25℃，而腔内平均温度为22.5℃。那么怎样求温度梯度呢？

当然可以用微积分的方法，但比较麻烦。一个简捷的方法是，将所有铝枝和内壁等效成一个大的扁平容器的一面，而离它们最远、最高温度的那些区域就是另一面。这个扁平容器的高度h很容易得到：

腔内空间总体积V=21.4^3-3781*(3.142*0.1^2*21.4)=7258cm3；

等效高度h=7258/60409=0.12015cm；温度梯度D=5/0.0012015=4161.5K/m；

Q1=6.0409*5.67*10^-8*(295.7^4-293.2^4)=87.44W，Q2=6.0409*0.0233*4161.5=585.74W；

Q=Q1+Q2=673.18W，Q1:Q2=1:6.699，可见热传导功率已经占主导地位。

要转换全部蒸汽功率，每平米每层需这样的热交换器304.1/673.18=0.4517个（即2.214平米*层用一个），87.46元；回本时间为87.46/11.79=7.418年，已在可以接受的水平。规模化生产可以使这个成本进一步降低。即使算上其他结构成本和基建成本、维护成本，整体回本时间控制在10年以内是非常可能的。

理论上，导热铝枝越细，排列越密，热交换的能力就越大。之所以要选取上面这些数据，是考虑到：

1) 最大的水滴直径约1~2mm，铝枝直径2mm，可以保证这些水滴能在铝枝上形成和聚集，并顺着铝枝流下来，不会因为直径太小而吸附在铝枝上，影响出水量和传热效果；

2) 同方向铝枝间隔4mm，这样水滴流下时就不会挂在两条铝枝之间形成堵塞，不同方向的铝枝不会产生这个问题，因此可以取2mm；

3) 铝枝应有一定的直径和强度，可以加强结构，确保热交换单元能承受抽真空的压力。

使用时，可令立方体的一条大对角线与汽化池的底面垂直，这样每个方向上的铝枝和侧壁形成的水滴都能顺利向下流动，如图二。要在咸水环境中长期使用，可选择耐腐蚀的铝合金，及作适当的表面处理。

四、多级汽化方案的注意问题、其他用途和重大意义

1.集热板最高温度和平均倾角的计算：

对于顶层来说，由于它必须尽量接受太阳能，其表面积是很难减少的。这样，通过辐射而散失的热量也会较大，而顶层温度也可能达不到要求。仍以1平米为例，热辐射按双面计算，仍设环境温度为20℃，顶层温度为45℃，Q=5.67x10^-8*2*(318.2^4-293.2^4)=324.5W，比太阳能平均每平米的输入功率317.1W还大。这就说明，如不采取措施，多数时间下水温是无法由20℃提高到45℃的；即使少数时间可以达到，也不会再有多余的太阳能来汽化海水。但最普通的平板式太阳能热水器，只要有足够的阳光照射，也能使水温升30℃甚至更高。这是怎么回事呢？

原因在于这些平板集热器并不是平铺在地上，而是有一个倾斜角度。尤其在北方地区，本来太阳的角度就比较低。这样相当于有效的集热面积（阴影部分）大大增加，而使用的集热板面积大大减少，从而大幅提高了输入能量密度，并大幅减少了对外辐射损失，因而最高温升可以大幅提高。对于本方案来说，由于必须充分利用太阳能和减少辐射，集热导管本身应敷以吸热涂料，而导管阵列背对太阳的另一面应设一反光板，这样可以将50%的辐射反射回导管。

那么，要达到前文的设计要求，集热导管阵列的平均倾角是多少？等效集热面积又是多大？

设集热导管阵列的单面面积是1平米，它的倾角是θ，形成的阴影部分面积（等效集热面积）是S。因此，输入的太阳能功率为317.1*S瓦，而辐射损失可以只算单面，为324.5/2=162.25瓦。净输入功率应等于无辐射损失时每平米的设计输入功率，即317.1瓦。Q=317.1S-162.25=317.1，S=1.512平米。也就是说，应不断调节集热管阵列的倾角θ，使它的阴影部分面积保持在1.5倍自身面积左右。

对于民用设备来说，一日内不停调整是很麻烦也不可能实现的。但几天调整一次，令每天的平均值接近此数，则完全可以做到。以北纬40度地区为例（相当于京津一带），白天平均气温20℃的日子大概在4月下旬～5月上旬，离夏至有2个月左右。北回归线在北纬23.5度，由直射赤道到直射北回归线，共经过3个月，故此时太阳直射北纬23.5/3=7.83度的地方。北纬40度地区，正午的太阳角度为90-(40-7.83)=57.83度，而白天的平均太阳角度为57.83/2=28.92度。于是得到这样一个三角形：它的底边为1.512，一个倾角为28.92度，另一倾角为θ，与θ相邻的另一边长为1。

设另一边长为x，那么：H=1*sinθ=x*sin28.92；L=1.512=1*cosθ+x*cos28.92。利用(sinθ)^2+(cosθ)^2=1，解得x=2.006，θ=104.05度；或x=0.641，θ=18.06度。似乎两种角度都可用，但第一种会使早晨和傍晚的日影过长，而正午又太短，安装上也有不便，一般可取第二种。在需要保留天台作活动场地时，也可取第一种；如取第二种，必须有较高的架空。这样的倾角在早晨和傍晚，可产生大于1.512倍的阴影面积，补偿了环境温度低和阳光辐射强度弱的不足；正午时分环境温度较高，阳光辐射强度较大，则可自动减少等效集热面积，从而使整天能量输入和淡水产量维持基本稳定。

2.多级汽化技术的经济效益和社会效益：

一座20层，每层4户，每户建筑面积90平米（连摊分）的中等住宅大楼，楼顶面积为360平米。如全部利用，则等效标准集热面积为360/1.512=238.1平米。实际上可利用的程度通常更大，因为阴影覆盖的地方会超过顶层面积。就以238.1平米算，日均制水238.1*5.382*5=6407KG，一月制水192.2吨。仍以北方城市居民人均月用水7吨计，可供应27.5人；以户均3.5人计约为8户，相当于整个楼层的10%。虽然仅靠太阳能淡化制水是不够的，但可作为一种补充、备用和应急手段，并使日常水费下降10%左右，同时提供暖水和起到遮光隔热的作用，可见还是很有意义的。楼层越少，建筑面积越大，效益越明显。

同样的技术如用在火电厂剩余蒸汽制水，那效益就大得很了。一个中等技术水平的100万千瓦火电厂，发电效率只有35%，这意味着输入的能量（煤或其它）为286万千瓦，其中186万千瓦大部分（70%以上）以剩余水蒸汽的形式散失了。如何利用蒸汽作功、发电后的余热仍然是一个大问题。传统的“热电联产”浪费很大（热量在长距离传输中非常容易散失），效果有限，实在不是一个好办法，充其量是一个不是办法的办法。尤其是夏天时候，产出热气也没有多少用途。但如改作多级汽化制淡水，仍以5级，每级温差5℃计算，则日制水(186*0.7/317)*5.382*5=11.1万*千KG，月均制水332万吨，足可供应一个近50万人的中等城市。此处仍未计入副产品卤水、海盐等的产值。

并且，本文提出的散热器设计方法，如能在火电厂应用，将大大减少使用的金属材料数量，从而大大降低其运营成本和生产成本，提高其竞争力，并为减轻居民电费负担创造有利条件。当然，也非常符合中央一再强调的降低能耗、循环经济和建设节约型社会的号召。

结论：太阳能和火电厂小温差多级汽化制淡水，不仅技术上没有问题，经济上也符合成本效益要求，完完全全是一个利国利民、意义重大的优秀方案。

在这里特别重申：反对任何单位或个人将本文所述的“多级汽化”、“散热器设计”、“质量－能量平衡”等关键技术申请专利，我也不会这样做，但保留对以上技术的首创权和著作权，并呼吁有关部门尽快进行试验和推广工作。

五、新型传统电源与开关电源

做了那么多公益事业，现在到广告时间了，呵呵。

长期以来我在思考一个问题，能否对现有传统电源和开关电源进行重大的改进？所谓“重大的改进”，除了主要技术指标（如输出功率和效率等）的大幅提高外，当然也要方法简单，成本节约，稳定性、可靠性和安全性增强或至少不降低，否则是没有意义的。

传统电源，即工频变压器式整流－稳压电源，书本上说最大的问题是效率太低，实际应用上，往往最大的问题是过于笨重。这里主要的原因是工频的频率太低，只有50/60Hz。这个标准是100多年前制订的，早已远远落后于时代发展的需要。由于频率太低，必然要使用大量的铁芯，这是它笨重的主要原因；由于频率太低，为了感应一定的电压就必须绕很多圈，这是它效率低的主要原因。可能有人认为工频变压器的铁芯损耗能量很多（即所谓“铁损”），其实这是误解。对于传输一两千赫兹以下的正弦波，现在最普通的硅钢片也不会产生很大的铁损，否则胆机（电子管扩音机）用的音频输出变压器就无从谈起。工频变压器最主要的损耗来自“铜损”，即绕组，尤其初级绕组的电阻损耗。例如一个标称视在功率（输入功率）50VA的变压器，通常它的初级绕组也有2000匝左右，约200欧。那么当输入为50VA时，该绕组的电阻损耗就有(50/220)^2*200=10.33W。即使不算任何其他损耗，输出端能得到的有用功率不到40W。

但传统电源最大的优点是稳定性、可靠性高，如不算稳压部分（这部分取决于晶体管的耐用性），比普通开关电源至少高一个数量级。很多搁置了二三十年的变压器，一通电还能正常使用。这是普通开关电源望尘莫及的――不是它不能造到这种可靠性，而是这样的话，它的成本将指数式上升，不是一般用户所能承受的。当然，传统电源在安全性、电磁污染等方面也远比开关电源优越。除了短路故障外，一般不会发生其他故障，也没有电磁波辐射污染环境等问题。

如果能将传统电源的工作频率提高到200Hz甚至更高，一切问题都变得很简单。2000Hz以下可认为铁芯变压器的功率传输能力与频率成正比，因为此时“铁损”尚不显著。因此一个50VA的变压器铁芯，在200Hz下可以传输最大200W的功率。同时，感应所需的绕组匝数可减少到500匝，并且可采用更粗线径的导线，整体初级绕组电阻可下降到20欧。这样它的效率将从小于80%提高到大于90%，这是各自最大输出功率时的比较。如后者也只输出40W的功率，效率将近乎100%。

变频并不复杂，但我的要求却很不简单：不采用任何大功率、控制性的半导体器件，如三极管、场效应管和可控硅等。这些器件都是“不可靠”的器件，因为必须有大电流通过很薄的反向偏置的PN结，长年累月，必然破坏其物理结构。如果采用这样的器件，电源的稳定性、可靠性将和开关电源在同一水平，还不如直接造开关电源。所以，只能采用电阻、电容、电感等无源器件，与及二极管。二极管之所以也被认为是“可靠”的，因为它只在正向偏置下通过大电流，反向偏置基本截止，对PN结的破坏力小得多。

经过多次修改和试验，这种无大功率控制器件，具有实用价值的50Hz变200Hz电源终于制造出来了，样机输出可达500W，完全满足一般应用场合。而且，它比传统方式的工频变压器电源在体积、重量、成本、效率上都有较大改善，而在稳定性、可靠性、安全性上不低于传统方式。

再来说开关电源。目前开关电源的主要问题除了稳定性、可靠性不足外，继续小型化和高频化也遇到很大障碍。不是做不到，而是做到的话成本太高，并且晶体管和磁性元件的功率损耗和发热也是大问题。因此通常市售的开关电源使用频率不会超过100~200kHz。经我长期研究，这个障碍的主要原因在于前人对于晶体管和磁性元件的特性理解有缺陷和盲点，因而设计的电路自然不会正确。如采用我的设计方案，可在保持原用器件不变的情况下，至少提高2倍的工作频率和输出功率，也已造出样机。

这两种新电源理论上造到输出数千瓦不是问题。不过，技术细节我就不透露了。有兴趣合作生产者请先来邮与我联系：drugengmen@sohu.com