CN101249989A - 深层低温海水冷却降压海水淡化法及其装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种海水淡化方法，利用表层海水和深层海水的温度差促使海水蒸发和水蒸气凝结。基本原理是：利用太阳能加热表层海水，并通过降低气压，使海水在较低的温度下沸腾。再将蒸汽注入到一个密闭容器中，经过低温深层海水冷却后，凝结为淡水。在水蒸气大量凝结的同时，密闭容器中的气压降低，低气压又有利于海水的再次沸腾，这个过程可以循环进行，淡水随之源源不断地生产出来。这种方法的优点是在低气压条件下，海水可以在较低的温度下沸腾，因此消耗的能源少，成本低，适合于大规模生产，具有很大的商业价值。

Description

深层低温海水冷却降压海水淡化法及其装置

发明领域

本发明涉及一种蒸馏法海水淡化技术，同时提供了该方法所使用的装置。

背景技术

淡水资源紧张是全世界面临的严重问题之一，海水淡化是解决这一问题的根本途径。目前应用较多的蒸馏法，需要用电能或燃料进行蒸馏，这样蒸馏取得淡水的成本高。天津海水淡化与综合利用研究所设计的低温蒸馏海水淡化设备，它是利用电厂、化工厂的低品位余热或电能生产蒸馏水，这种技术的应用有很大的局限性，意味者大多数城市需要用电能进行海水淡化，同时还存在着淡化成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减少能源消耗、降低淡化成本的方法。

表层海水与深层海水存在一个较大的温度差。在100多米深的水面下，海水温度常年稳定在1℃～4℃，而在温带和热带海域，夏季表层海水的水温一般是20℃～30℃，经过太阳能加热后，水温还可以进一步提高到50℃～70℃。本方法利用这个温度差进行海水淡化，原理如下：

一方面，利用太阳能或其它方式加热表层海水，进一步提高其温度；另一方面，使用温度较低的深层海水冷却水蒸汽，使其凝结，得到淡水。同时，根据饱和水汽压随着温度的降低而降低的原理，气压会降低。又根据气压越低，沸点越低的原理，海水的沸点会随之降低。海水在低温下沸腾，所产生的蒸汽经过低温深层海水冷凝后，可以再次产生淡水和低气压，这个过程可以循环进行，淡水随之源源不断地生产出来。

上述方法中，低气压是保证海水在较低温度下沸腾的关键，而深层的低温海水又是降低气压的关键，气压是通过低温深层海水对水蒸汽的冷凝而降低的，深层海水的温度很低，可以大幅度降低气压，这能有效降低海水的沸点。

为实现上述过程，本发明提供一套装置，它包括：

一个用于收集太阳能以加热导热介质的装置，它包括一条导热介质的输入管和一条导热介质的输出管。

一个用于抽取深层低温海水的装置，它包括一台抽水设备和一条隔热管道。隔热管道的一端稍高于海面，另一端位于海面以下百米深的海水中，只要在管道的上端抽水，深层海水就会在水压的作用下，沿着管道，源源不断地上升到海面上，所以深层海水并不需要从深海中抽取，在海面上抽水即可。这样可以节约电力，因为在海面上抽水，消耗的电能很少。

本发明的核心装置是蒸发室/凝结室，蒸发室体积较小，位于凝结室的下面，高温表层海水在此蒸发成水蒸气；凝结室是密闭的，体积较大，在蒸发室的上面，水蒸气在此冷却凝结为淡水。两者之间有阀门，水蒸气通过阀门可以从蒸发室进入凝结室。蒸发室内部有加热管道，加热管道连接太阳能集热装置，可以加热蒸发室中的海水，蒸发室是隔热的，蒸发室还有一个表层海水入口和一个高浓度海水出口；凝结室内部所有部件均是由对水不浸润的材料制成，这种材料使冷凝水能尽快汇集到凝结室的底部并流出，从而避免影响导热效果。凝结室内表面是光滑的，凝结室中有一个可以上下运动的活塞，当活塞上下运动时，可以改变凝结室的气压大小，当蒸发室的海水温度较低时，可以向上驱动活塞，降低气压，使海水沸腾。活塞向下运动，还可以把附着在凝结室内壁上的细小水珠汇集到凝结室的底部。活塞还可以排出凝结室中的空气。凝结室铺设冷却管道，低温海水流经管道时，可以冷却凝结室中的蒸汽。凝结室还有一个淡水出口和一个空气出口。

设备运行时，首先将表层海水注入蒸发室，然后排出凝结室中的空气，将活塞移动到凝结室的最下端，再将太阳能集热装置中的高温导热介质注入加热管道，加热海水，然后活塞向上运动，降低气压，使海水沸腾，当活塞运动到达凝结室最上端时，凝结室中充满了蒸汽，再将低温海水注入冷却管道，冷却蒸汽，使之凝结，获得淡水并降低气压，淡水沿着不不浸润的内壁，汇集到凝结室的下端并流出。在凝结室的低气压条件下，蒸发室中的海水经加热后会再次沸腾。上述过程不断循环，即可源源不断地生产出淡水。工作时，为了不影响降气压的效果，凝结室中的空气应尽量排出。

上述方法通过采取冷凝降压措施，降低了海水的沸点，使其在远远低于100℃的温度下沸腾，因此大大减少了能源消耗，降低了成本。有较强的商业价值，适合大规模的推广应用。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

附图是蒸发室/凝结室的剖面图

实施方式

本装置包括：

一个常见的太阳能热水器，它包括一条导热介质的输入管和一条导热介质的输出管。

一个用于从深海抽取低温海水的装置，它包括一台抽水机和一条隔热管道。低温海水从海面下100米深的地方获取。

一个密闭的圆柱形容器，其内部按照10∶1的比例分成上下两部分。下面部分是蒸发室1，蒸发室内部铺有隔热材料，上面部分是凝结室2。两部分通过阀门3相连通，蒸汽可以通过阀门3从蒸发室进入凝结室。蒸发室内部有加热管道6，蒸发室的上端还有一个表层海水入口10，下端有一个高浓度海水出口11；凝结室中有一个可以上下运动的活塞5，活塞上有阀门4。围绕凝结室的外表面铺设冷却管道7，低温海水流经管道时，可以冷却凝结室中的蒸汽，凝结室的最下端有一个淡水出口9，最上端有一个空气出口8。凝结室还有一个驱动活塞运动的电机(图中未画出)。

设备运行时，首先将表层海水注入蒸发室，排出凝结室中的空气，将活塞5移动到凝结室的最下端，关闭阀门3、阀门4、海水出口11、淡水出口9，打开空气出口8。然后将太阳能热水器中的热水注入加热管道6，加热海水，当海水的温度接近沸点时，打开阀门3，通过活塞5的向上运动，降低气压，降低海水的沸点并使之沸腾，水蒸气从阀门3进入凝结室，当活塞5运动到达凝结室最上端时，凝结室中充满了蒸汽，此时关闭阀门3，停止沸腾。再将低温海水注入冷却管道7，冷却蒸汽，使之凝结，获得淡水并降低气压，淡水沿着不浸润的内壁，汇集到凝结室的下端，通过淡水出口9流出。海水经加热后，在低气压下再次沸腾。上述过程不断循环进行，淡水不断地产生出来。一段时间后，蒸发室中的海水含盐度升得较高时，打开海水出口11，排出蒸发室中的高浓度海水，换成新鲜海水；当凝结室内壁上附着有较多细小水珠时，活塞5向下运动，使水珠汇集到凝结室的底部；当凝结室中的空气较多时，打开空气出口8，活塞5向上运动，排出空气；当凝结室的气压不够低时，启动电机，驱动活塞向上运动，降低气压。

虽然上面结合附图对本发明的一个示例性实施例作了具体说明，但是本发明的范围并不仅仅限于此实施例，在本发明的构思下，可以根据具体的使用环境和技术要求对该实施例做各种改进，例如为了提高热能利用率，可以首先将表层海水注入冷却管道对蒸汽预冷却，这样既可以冷却蒸汽，又可以提高表层海水的温度，然后再将深层低温海水注入管道进一步冷却水蒸气；还可以把多级蒸发室/凝结室串联，用上一级排出的高温海水加热下一级的低温表层海水，这样可以提高热能的利用率；还可以使用热泵加热表层海水，或联合使用热泵和太阳能。

Claims (4)

1.一种海水淡化法，通过加热海水，同时降低气压来降低海水沸点，使海水在低温下沸腾，然后冷却水蒸汽，使之凝结，从而得到淡水，其特征是：利用深层低温海水冷凝水蒸汽。

2.根据权利要求1所述的海水淡化法，其特征是：通过使水蒸汽冷凝来降低气压。

3.根据权利要求1所述的海水淡化法设计的一种海水淡化装置，包括一个凝结室，水蒸气在其中凝结为淡水，其特征是：凝结室是密闭的，并且有冷却装置；凝结室中排出了空气，只有水蒸气。

4.根据权利要求2所述的海水淡化装置，其特征是：凝结室内部的所有部件均采用对水不浸润的材料制成。

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