低能耗常溫海水淡化裝置的製作方法

2023-04-30 09:57:41 1

專利名稱：低能耗常溫海水淡化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及海水淡化技術領域，具體地說，涉及一種在真空或者負壓狀態下 進行低能耗常溫海水淡化裝置。
背景技術：
地球表面2/3的面積被水覆蓋，但水儲量的97%為海水和苦鹹水，這些水是很豐 富的。但是，要利用海水必須經過淡化。目前，全世界有一百二十多個國家和地區採用海水 或苦鹹水淡化技術取得淡水。據統計，海水淡化裝置與生產量以每年10%以上的速度在增 加。亞洲國家如日本、新加坡、韓國、印尼與中國等也都積極發展或應用海水淡化做為替代 水源，以增加自主水源的數量。目前，海水淡化的技術主要有蒸餾、凍結、反滲透、離子遷移、化學法等辦法。現行 海水淡化技術耗電耗能，雖然意義重大，但就目前經濟技術水平而言，海水淡化的成本還是 比較高，而且工藝複雜，投資額大。下面對目前海水淡化技術進行簡單的介紹最簡單的方法就是蒸餾法，將水蒸發而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結冰，在液態淡水變成固態的冰 的同時，鹽被分離了出去。兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法雖然簡單，但是會消耗 大量的能源，並在容器內產生大量的沉澱物(海水中鹽的礦物質)，相反得到的淡水卻並不 多。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用。到上個世紀中葉，一種新的海水淡化方式問世了，這就是反滲透法。這種方法利用 半透膜來達到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下，半透膜允許溶液中的溶劑通過，而不 允許溶質透過。由於海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開，淡水會通過半透膜擴散 到海水的一側，從而使海水一側的液面升高，直到一定的高度產生壓力，使淡水不再擴散過 來。這個過程是滲透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要對半透膜中的海水施以壓力， 就會使海水中的淡水滲透到半透膜外，而鹽卻被膜阻擋在海水中。這就是反滲透法。這種 方法主要問題在於半透膜容易被水體裡的異物堵塞。現在，人們對傳統的蒸餾法也進行了改進。通常，水在常溫常壓下要加熱到100°C 才沸騰，產生大量的水蒸氣。傳統的蒸餾法只考慮了通過升高溫度獲得水蒸氣的方式，耗能 甚巨。而新的方法是將氣壓降下來，把經過適當加溫的海水，送入人造的真空蒸餾室中，海 水中的淡水會在瞬間急速蒸發，全部變成水蒸氣。許多這樣的真空蒸餾室連接起來，就組成 了大型的海水淡化工廠。針對這種新型的蒸餾法進行淡化海水，許多人提出了自己的技術 方案。見中國專利申請號為98208392.0的中國實用新型專利說明書，其公開了一種 「負壓蒸髮式海水淡化裝置」。其主要由淡化罐、真空泵和淡水容器組成，淡化罐包括罐體 和上蓋；罐體上部敞口，其內腔裝設有若干豎直的板狀網，其靠上管壁有連通真空泵的抽吸 管，其下端有可啟、閉的密封的取鹽門；上蓋有空腔的夾層結構，上頂有進水管，下底平面上分布有若干滴水管，上蓋以底面法蘭邊與罐體頂面對應法蘭邊墊有環形密封墊，以螺栓螺 母成密封緊固連接；本實用新型採用真空泵抽吸產生負壓使海水蒸發，結構簡單，設備可大 可小，海水淡化速度快，淡化成本較低。上述利用抽真空或者負壓、低壓狀態下真空淡化海水或汙水的技術雖然具有一定 的可行性，但這些技術方案均是用真空泵一直持續不斷地抽出密封體內的水汽，再把真空 泵抽出的水汽冷凝成淡水。其造成的問題就是1、真空泵本身能耗很高，將真空泵一直處於 工作狀態，需要消耗較大的電能等高品位能源。2、真空泵的抽氣過程是需要潤滑油且與抽 出的氣體混在一起的，所以在真空泵上有一個分離和回收潤滑油的裝置。如果用它抽水汽， 很快真空泵就會磨損壞掉。見中國專利申請號為98225969.7的中國實用新型專利說明書，其公開了一種 「真空管太陽能海水淡化器」，也是採用同樣的原理進行海水淡化處理。另外，見中國專利申 請號為99244690. 2的實用新型專利也公開了 「一種低壓蒸餾(蒸發)海水淡化裝置」。這類技術的問題是沒考慮到水體中溶有大量的空氣，水源在負壓下不斷逸出的空 氣使淡化過程不能持續或效率極低，還有蒸發和冷凝的溫差裝置也不完善，設想的可行性、 可操作性較差而且結構複雜、成本較高。所以現行這些技術如果進行實用化和產業化還有很多現實問題需要解決。本發明人正是在總結上述技術方案的不足後，經過自己多年的研究和測試，提出 如下的技術方案。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種具有低常規 能耗的低能耗常溫海水淡化裝置。為解決上述技術問題，本實用新型採用了如下的技術方案該裝置包括一熱端 海水罐，該海水罐用於容置待淡化的海水；一低溫端冷凝器，其用於進入低溫端冷凝器內的 水蒸氣冷凝為液態水；一冷凝水淡水罐，用於收集經低溫端冷凝器冷凝的液態水；上述的 熱端海水罐、低溫端冷凝器和冷凝水淡水罐通過設有閥門的管道連通，並且於該管道裝置 中設置有一與真空泵連接的抽真空接口，用於對管道內的空間進行抽真空處理；上述的熱 端海水罐所處的環境溫度較低溫端冷凝器所處環境的溫度高，且熱端海水罐所處的環境溫 度至少在4°C以上。所述的熱端海水罐通過表層海水或者工業餘熱、太陽能集熱等加熱；所述的低溫 端冷凝器通過深層海水或者遮陽降溫裝置保持在相對熱端更低溫環境。所述熱端海水罐為不鏽鋼材質製作的容器，其外部設置有罐體加強肋條、內部有 加強換熱管、下部有析出鹽類螺杆提取裝置、上部有乏空氣海水注入口及與低溫端冷凝器 連通的具有閥門的水汽出氣管道。所述熱端海水罐的加熱源為表層溫熱水或工業餘熱或太陽能集熱等低品位熱水， 熱端海水罐內的海水是乏空氣海水，乏空氣海水是指水裡含空氣量極少的水，可以通過密 封罐體抽真空或常壓下將水加熱至沸騰以排出水中所溶解的空氣即可；所述的低溫端冷凝 器的冷卻採用增大與冷源接觸面積的冷凝裝置，冷源可以是深層低溫水或遮陽的低溫環境 或者風冷裝置。[0020] 所述的與真空泵連接的抽真空接口設置於熱端海水罐、低溫端冷凝器和冷凝淡水 罐之間的管道上。 所述的冷凝淡水罐底部裝有設置有閥門的淡水提取口。本實用新型採用上述技術方案後，首先，其無需過多使用額外的生物質或化石或 電等高品位能源驅動整個裝置的汽化、淡化工作，其熱端海水罐與低溫端冷凝器之間的溫 度差利用不同水層的溫度差，加快海水沸騰蒸發過程。其次，該技術方案中，真空泵僅僅在 裝置工作前短時運行，當裝置裡的空氣含量很低後，真空泵就停止工作，這樣就可以減小真 空泵的磨損和能耗，並且也無需增設油水分離設施，結構簡化。最後，本實用新型處於常溫 下工作，整個工作過程主要是泵水的能耗，並且可以產生足夠量的淡化水，相對於現有海水 淡化技術，其更加環保、節能、低碳，運行簡易而且安全。

圖1是本實用新型的原理圖。 具體實施例參見圖1，本實用新型其工作的原理是首先整個海水淡化過程在一個封閉的管道空間內進行，該封閉空間的起始點是一 個熱端海水罐4，將待處理的乏空氣海水注入該熱端海水罐4內，該熱端海水罐4處於溫度 高於4°C的較熱環境中。這裡所說的乏空氣海水是指空氣含量很低的海水。該乏空氣海 水的獲取可以是在淡化處理前經開放式加熱或密閉罐預抽真空處理，已去除水中所溶解的 絕大部分空氣的海水。這樣，海水在汽化過程中，沸點降低，效率將大大提高。其次，處於熱端海水罐4內的乏空氣海水在真空或者負壓環境下沸騰汽化，汽化 的水汽通過管道進入低溫端冷凝器8內凝結成液態水，該低溫端冷凝器8處於一個較熱端 海水罐4溫度低的環境中。最後，凝結的液態水通過管道流入冷凝淡水罐11內。上述方法中，在開始海水淡化前，應對整個管道空間進行抽真空處理，令所淡化的 海水處於真空或者負壓環境，以降低海水沸點。在整個淡化過程中，只要熱端海水罐4的溫度高於低溫端冷凝器8，且熱端溫度在 4°C以上，則在乏空氣真空環境中，熱端海水罐4中的海水不斷地汽化，水汽進入低溫端水 汽冷凝器8中不斷地被冷凝，再流入下端冷凝淡水罐11形成液態淡水，而且此過程不需對 管道持續抽真空，只須保持熱端和冷端的溫差即可持續淡化海水。上述方法中，為了保持熱端和冷端的溫差，需要一定的加熱或降溫措施，而本實用 新型採用的是利用自然環境中形成的溫差來實現，無需外設其他高品位能源的加溫或降溫 設施。具體方法是所述熱端海水罐4的加熱源為表層溫熱水1或工業餘熱或太陽能集熱 等低品位熱水；所述的低溫端冷凝器8的冷卻採用增大與冷源接觸面積的冷凝裝置，冷源 可以是深層低溫水或遮陽的低溫環境或者風冷裝置。本方法中其熱端海水罐4與低溫端冷 凝器8之間的溫度差利用不同水層的溫度差實現的。或者利用太陽能或風冷等自然條件形 成的加溫或降溫效果，從而減少高品位能源的使用。見圖1，本實用新型低能耗常溫海水淡化裝置具體採用的一實施例為該裝置包括熱端海水罐4、低溫端冷凝器8、冷凝水淡水罐11以及將其連通的管道。具體而言，熱端海水罐4用於容置待淡化的海水，其為不鏽鋼材質製作的容器，其 外部設置有罐體加強肋條6、內部有加強換熱管2、下部有析出鹽類螺杆提取裝置5、上部有 乏空氣海水注入口 3及與低溫端冷凝器8連通的具有閥門6的水汽出氣管道。低溫端冷凝器8與水汽儲氣管道連通，所述的低溫端水汽冷凝器8的冷卻採用增 大與冷源接觸面積的冷凝裝置，冷源可以是深層低溫水或遮陽的低溫環境等。另外，熱端海 水罐4所處的環境溫度較低溫端冷凝器8所處環境的溫度高，且熱端海水罐4所處的環境 溫度至少在4°C以上。所述的冷凝淡水罐11底部裝有設置有閥門的淡水提取口 12。上述的熱端海水罐4、低溫端冷凝器8和冷凝水淡水罐11通過設有閥門的管道連 通，並且於該管道裝置中設置有一與真空泵連接的抽真空接口 10，用於對管道內的空間進 行抽真空處理。該與真空泵連接的抽真空接口 10設置於熱端海水罐4、低溫端冷凝器8和 冷凝淡水罐11之間的管道上，熱端海水罐4通過表層海水或者太陽能加熱；所述的低溫端冷凝器8通過深層海 水或者降溫裝置保持在低溫環境。具體而言，熱端海水罐4的加熱源為表層溫熱水1或工 業餘熱或太陽能集熱等低品位熱水，熱端海水罐4內的海水是乏空氣海水；所述的低溫端 冷凝器8的冷卻採用增大與冷源接觸面積的冷凝裝置，冷源可以是深層低溫水或遮陽的低 溫環境或者風冷裝置。使用本裝置時，首先，在管路中設有預抽真空接口 10，特別之處在於只在加注海水 之前和加注後抽真空數分鐘，目的在於去除管路裝置中的絕大部分空氣，而不是用於抽出 其中的水汽。然後將待處理的乏空氣海水注入該熱端海水罐4內，該熱端海水罐4處於溫 度高於4°C的較熱環境中。由於整個管道空間內氣壓下降，海水沸點溫度降低，在真空環境 下，4°C以上環境海水就會快速沸騰汽化，產生蒸汽，通過管道進入低溫端冷凝器8內遇冷 凝結成液態水，該低溫端冷凝器8處於一個較熱端海水罐4溫度低的環境中。最後，凝結的 液態水通過管道流入冷凝淡水罐11內。海水持續淡化時不須對管道抽真空，只須保持熱端海水罐4和低溫端冷凝器8的 溫差即可使之正常運行。水的汽化熱量來自於熱端海水罐4外的低品位熱源(因水在真空 中的沸點降低至4°C以上)，在管路中因冷凝器的冷卻作用，水汽在低溫端冷凝器8外冷凝 形成液態水，體積變小導致此處水汽壓降低，熱端海水汽化的水汽流過來補充，如此源源不 斷地將海水淡化。熱端海水罐4內的海水由於不斷的汽化，海水中的鹽或其他礦物質將會析出，如 果累積到一定量後，可以通過熱端海水罐4下部的螺杆提取裝置5將鹽或其他礦物質提取 出來。當冷凝淡水罐11內淡化水收集到一定量後，可以通過其底部裝有的淡水提取口及閥 門將淡化水提取出來。提取時須用吸力大於1個大氣壓或揚程高於10米的水泵或活塞泵。 另外，為了便於觀察，熱端海水罐4、冷凝淡水罐11上應設置水位計以及溫度傳感器等。
權利要求1.低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於該裝置包括一熱端海水罐G)，該熱端海水罐(4)用於容置待淡化的海水或待處理普通水；一低溫端冷凝器(8)，其用於將進入低溫端冷凝器(8)內的水蒸氣冷凝為液態水；一冷凝水淡水罐(11)，用於收集經低溫端冷凝器(8)冷凝的液態水；上述的熱端海水罐G)、低溫端冷凝器(8)和冷凝水淡水罐(11)通過設有閥門的管道 連通，並且於該管道裝置中設置有一與真空泵連接的抽真空接口(10)，用於對管道內的空 間進行抽真空處理；上述的熱端海水罐(4)所處的環境溫度較低溫端冷凝器(8)所處環境的溫度高，且熱 端海水罐(4)所處的環境溫度至少在4°C以上。
2.根據權利要求1所述的低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於所述的熱端海水罐 (4)通過表層海水或者太陽能加熱；所述的低溫端冷凝器(8)通過深層海水或者降溫裝置 保持在與熱端相比的低溫環境。
3.根據權利要求1所述的低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於所述熱端海水罐(4) 為不鏽鋼材質製作的容器，其外部設置有罐體加強肋條(6)、內部有加強換熱管O)、下部 有析出鹽類螺杆提取裝置( 、上部有乏空氣海水注入口 C3)及與低溫端冷凝器(8)連通的 具有閥門(6)的水汽出氣管道。
4.根據權利要求2所述低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於所述熱端海水罐(4) 的加熱源為表層溫熱水(1)或餘熱或太陽能集熱等低品位熱水，熱端海水罐內的海水 是乏空氣海水；所述的低溫端冷凝器(8)的冷卻採用增大與冷源接觸面積的冷凝裝置，冷 源可以是深層低溫水或遮陽的低溫環境或者風冷裝置。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於所述的 與真空泵連接的抽真空接口(10)設置於熱端海水罐(4)、低溫端冷凝器(8)和冷凝淡水罐 (11)之間的管道上，並設置有自動或手動閥門。
6.根據權利要求5所述低能耗常溫海水淡化裝置，其特徵在於所述的冷凝淡水罐 (11)底部設置有閥門的淡水提取口(12)。
專利摘要本實用新型公開了一種在真空或者負壓狀態下進行低能耗常溫海水淡化裝置。該裝置包括用於容置待淡化的海水的海水罐；其用於將水蒸氣冷凝為液態水的一低溫端冷凝器；用於收集經低溫端冷凝器冷凝的液態水的一冷凝水淡水罐；上述的熱端海水罐、低溫端冷凝器和冷凝水淡水罐通過設有閥門的管道連通，並且於該管道裝置中設置有一與真空泵連接的抽真空接口，用於對管道內的空間進行抽真空處理。本實用新型採用上述技術方案後，其無需過多使用額外的生物質或化石或電等高品位能源驅動整個裝置的汽化、淡化工作，其熱端海水罐與低溫端冷凝器之間的溫度差利用不同水層的溫度差，加快海水沸騰蒸發過程。本實用新型處於常溫下工作，整個工作過程主要是泵水的能耗，並且可以產生足夠量的淡化水，相對於現有海水淡化技術，其更加環保、節能、低碳，運行簡易而且安全。
文檔編號C02F103/08GK201850150SQ20102028519
公開日2011年6月1日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者何斌 申請人:何斌