CN101538071B

CN101538071B - 节能型海水制淡装置

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Publication number: CN101538071B
Application number: CN2009100489464A
Authority: CN
Inventors: 倪忠德; 倪文华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: CN101538071A

Abstract

节能型海水制淡装置，利用太阳能和装置本身自然形成的真空使海水沸腾，产生的蒸汽经冷凝后生成所需的蒸馏水。装置包括海水溢池、蒸发器，其间设海水流进、流出水管，管端设阀门，海水溢池上设溢流口；包括淡水溢池、冷凝器，淡水溢池上设与淡水池相通的溢流口。冷凝器包括壳体、冷凝盘管，壳体上连接海水进、出水管；冷凝管两端通过管路与蒸发器、淡水溢池相连。蒸发器内腔上半部的空间为第一真空腔，淡水管上端内腔至冷凝管上端外管路内腔的空间为第二真空腔；两真空腔通过管路相连。海水进水管上接有初始海水进水支管及其进水阀，并连接海水泵组。淡水池上方设淡水泵组，其进、出口端通过淡水出水管相连通，淡水出水管上设淡水供应口。

Description

节能型海水制淡装置

技术领域

本发明属于海水制淡技术领域，涉及海水制淡装置，尤其是一种节能型海水制淡装置。

背景技术

现有技术中，对于海水的淡化所采用的方法有沸腾法、闪蒸法、反渗透法等多种。

沸腾法，主要是采用沸腾蒸馏的原理，从海水中制取淡水，海水在装置中经沸腾、蒸发、分离和冷凝等过程而转化为淡水。

闪蒸法，通常为多级的，其原理主要是：在一定的压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降压使海水闪急蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下的海水，温度降到相应的饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其闪急蒸发，再冷凝而得到淡水。

此法尤其适合于大型和超大型淡化装置，并主要在海湾国家使用。

反渗透法，是60年代发展起来的一项新的薄膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中(如原水)，施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的。

上述几种方法都免不了要利用：燃料和锅炉等加热装置，真空泵或压力泵等动力装置，这就使得其海水淡化装置整体结构复杂，能源消耗大，单位吨淡水成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足或缺陷，提供一种节能型海水制淡装置。它无需使用锅炉及燃料，仅仅依靠太阳热能和装置本身自然形成的真空，使海水沸腾产生蒸汽，蒸汽经冷凝后即生成可供人们生活用的蒸馏水。不仅工作效率高、节省能源，且成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种节能型海水制淡装置，它包括一蒸发器，该蒸发器上分别设有液位计、温度计、真空表的接口；还包括一冷凝器，该冷凝器包括壳体、设置在壳体内的冷凝管；其特征在于，

所述的蒸发器下方设有一海水溢池，蒸发器与海水溢池之间设有相互连通的海水管，海水管的上部为与蒸发器内腔相通的阳光直射管；

所述的冷凝器下方设有一淡水溢池；冷凝器与淡水溢池之间设有相互连通的淡水管；

所述的海水管与冷凝器的壳体相连，淡水管与冷凝器的冷凝管相连；

所述蒸发器内腔的液面相对于海水溢池的液面高差与足以使蒸发器内腔上半部形成真空状态时的水柱高度相适配，使蒸发器内腔上半部的空间构成第一真空腔；

所述淡水管内腔的液面相对于淡水溢池的液面高差与足以使淡水管上端内腔至冷凝管上端外管路内腔形成真空状态时的水柱高度相适配，使淡水管上端内腔至冷凝管上端外管路内腔的空间构成第二真空腔；

所述的第一、第二真空腔通过外管路相互连通，该外管路上设有至少二个进水阀。

上述的节能型海水制淡装置，其中，

所述连通第一、第二真空腔的外管路整体呈逆时针旋转90°的T字形，T字形管路的三个交汇端各设有一进水阀。

所述的蒸发器上设有一与第一真空腔相连通的出汽口，第二真空腔的冷凝管上端外管路段设有一进汽口。

所述第一真空腔的出汽口上连接有一汽体排放管路，该汽体排放管路上依次连接有第一蒸汽阀、备用真空泵、第二蒸汽阀，该汽体排放管路的管端与大气相通。

所述第一真空腔的出汽口与第二真空腔的进汽口之间连接有一真空度增强管路，该真空度增强管路上依次连接有第一蒸汽阀、备用真空泵、第三蒸汽阀。

所述的海水溢池上设有一海水溢流口，该海水溢流口与海水相连通；

所述的淡水溢池上设有一淡水溢流口，该淡水溢流口与一淡水池相连通。

所述的海水管包括海水进、出水管，该海水进、出水管的管端设置有海水进、出水阀。

所述的海水进水管与连接第一、二真空腔的外管路之间设有一初始海水进水支管，该初始海水进水支管的管路上设有一初始海水进水阀；位于初始海水进水支管之后的海水进水管的管路上设有一海水阀。

所述海水进水管的管路上近海水液面的上方连接有一带电动机的海水泵组；

所述的淡水池内设有一淡水出水管，其管路上连接有一淡水泵组；该淡水泵组包括淡水进、出口端，其淡水出口端的管路上连接有一带淡水供应口的支管，该支管的管路上设有一淡水出水阀。

所述的淡水出水管上还连接有一初始淡水进水支管；该初始淡水进水支管的管端与初始海水进水管相连，其管路上设有一初始淡水阀。

所述的淡水管上分别设有液位计、真空表的接口。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.由于本发明涉及的海水制淡装置利用天然的太阳能作为能源，无需使用加热设备，因而省去了加热所需燃料的能源消耗，尤其还消除了因加热设备过压而产生爆炸等危险因素。

2.减少了现有技术的制淡装置中所使用的动力设备，节省了电力。也因此而减少了对于加热等设备的日常维护费用，从而降低了单位吨淡水的生产成本。

3.由于其制淡原理科学，装置整体结构简单合理，易于实施，可满足远离大陆的居民、部队、企事业单位对淡水的需求。特别是如西沙，南沙等群岛以及内陆的某些地方的居民需求。

本发明甚至还可用于普通水如河水的提纯处理以及污水的净化处理等。

附图说明

通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。

附图是本发明节能型海水制淡装置的基本工作原理结构示意图。

图中：1-海水；2-海水溢池；3-带电动机海水泵组；4a-海水流进水阀；4b-海水流出水阀；5-海水进水管；5a-初始海水进水管；HG-第一真空腔形成真空时其海水液面的高度；7-海水出水管；8-阳光直射管；9-蒸发器；A-第一真空腔；10-第一蒸汽阀；11-进水阀；12-进水阀；13-与第一真空腔相通的出汽口；L-冷凝器；14-冷凝器壳体；15-真空表接口；16-温度计接口；17-冷凝器的冷凝管；B-第二真空腔；W-连接第一、二真空腔的外管路；18-带有淡水供应出口的淡水支管；18a-初始淡水进水管；19-带电动机淡水泵组；20-淡水管；20a-淡水出水管；DG-第二真空腔形成真空时其淡水液面的高度；21-淡水池；22-淡水出水阀；23-淡水溢池；24-进水阀；25-淡水；26-水位计接口；28-备用真空泵；29-第三蒸汽阀；30-第二蒸汽阀；31-与第二真空腔相通的进汽口；38-海水阀；40-初始海水阀；41-初始淡水阀；42-淡水出口阀；Hj-蒸发器的海水流进水管；Hc-蒸发器的海水流出水管；P-气体排放管路；Z-真空度增强回路。

具体实施方式

参见附图，本发明涉及的节能型海水制淡装置，是利用太阳热能和制淡装置本身自然形成的真空使海水沸腾，产生蒸汽，蒸汽经冷凝后生成蒸馏水。

本发明涉及的节能型海水制淡装置，主要包括一海水溢池2、设置在海水溢池2上方的蒸发器9；蒸发器9与海水溢池2之间设有相互连通的海水进、出水管Hj、Hc，海水进、出水管Hj、Hc的上部为与蒸发器9的内腔相通的阳光直射管8；进、出水管Hj、Hc的管端设有海水进、出水阀4a、4b；如图中所示，该海水溢池2上设有与海水1相连通的海水溢流口。

还包括一淡水溢池23、设置在淡水溢池23上方的冷凝器L；如图中所示，该淡水溢池23上设有淡水溢流口，该淡水溢流口与一淡水池21相连通。

冷凝器L主要包括壳体14、设置在壳体内的冷凝管17；壳体14的一端与海水的进水管5相连通，其另一端与海水的出水管7相连通；冷凝管17的上端通过外管路与蒸发器9的内腔相连通，其下端通过淡水管20与淡水溢池23相连通。

蒸发器9内腔的海水液位相对于海水溢池2的液面之间的高差与足以使蒸发器9的内腔上半部形成真空状态时的水柱高度相适配，使蒸发器9内腔上半部的空间构成第一真空腔A；

淡水管20内腔的淡水液位相对于淡水溢池23内的液面之间的高差与足以使淡水管20上端至冷凝管17上端外管路的内腔形成真空状态时的水柱高度相适配，使淡水管20上端至冷凝管17上端外管路内腔的空间构成第二真空腔B；

第一、第二真空腔A、B之间通过外管路W相互连通，该外管路W上设有至少二个进水阀；

本实施例中，蒸发器9内腔的海水液位相对于海水溢池2的液面之间的高差HG大致可在9米～10.33米之间，即可使蒸发器9的内腔上半部空间形成真空状态；

淡水管20内腔的液位相对于淡水溢池23的液面之间的高差DG大致可在9米～10.33米之间，即可使淡水管20上端内腔至冷凝管17上端外管路内腔的空间形成真空状态；

海水进水管5与通往第一真空腔A的管路之间设有一初始海水进水支管5a，该支管5a的管路上设有一初始海水进水阀40，通往第一真空腔A的管路接口处至少设有一进水阀；位于初始海水进水支管5a之后的海水进水管的管路上设有一海水阀38。

海水进水管5的管路上近海水1液面的上方连接有一带电动机的海水泵组3。

淡水池21的上方设有一淡水泵组19，该淡水泵组19包括淡水进、出口端，其淡水进、出口端之间通过与淡水池相连的淡水出水管20a相连通；淡水泵组19淡水出口端的淡水出水管上连接有一带淡水供应口的淡水支管18，该支管18的管路上设有一淡水出口阀42。

淡水泵组19淡水出口端的淡水出水管上还连接有一初始淡水进水支管18a；该初始淡水进水支管18a的出口端与初始海水进水管5a相连，该支管18a的管路上设有一初始淡水阀41。

蒸发器9上分别设有与第一真空腔A相连通的至少一个液位计、温度计、真空表接口26、16、15。

淡水管20的顶部设有至少一个液位计、真空表的接口26、15。

本实施例中，如图中所示，蒸发器9、淡水管20内的液面上、下分别设有一液位计接口26。

连通第一、第二真空腔A、B的外管路W其整体呈逆时针旋转90°的T字形，T字形外管路W的三个交汇端各设有一进水阀11、12、24。

蒸发器9上设有一与第一真空腔A相连通的出汽口13，与第二真空腔B相通的冷凝管上端外管路段设有一进汽口31。

本发明节能型海水制淡装置的工作原理大致如下：

1、第一真空腔A内真空的形成

首先，关闭海水进水阀4a、阀4b，同时开启进水阀11、阀12，关闭进水阀24、海水阀38，同时关闭阀第一蒸汽阀10、第三蒸汽阀29，开启初始海水阀40、并利用带电动机海水泵组3经海水进水管5、初始海水进水管5a注入海水至蒸发器9的内腔，直至满溢；

接着，关闭进水阀12，关闭初始海水阀40、进水阀11，开启海水阀38，然后，分别开启海水进水阀4a、阀4b，此时，第一真空腔A内则会自然形成真空状态。

2、第二真空腔B内真空的形成

首先，关闭进水阀11，此时，初始海水阀40已经处于关闭状态，分别打开进水阀12、初始淡水阀41、进水阀24，关闭淡水出口阀42、淡水出水阀22，利用淡水泵19经初始淡水进水管18a向第二真空腔B内注入淡水25，直至溢出；

接着，关闭进水阀12，打开淡水出水阀22，冷凝器L的冷凝管17内自然形成真空度，第二真空腔B形成真空度时的淡水高度DG。最后，打开进水阀11、阀24，此时，第一真空腔A与第二真空腔B相互连通为一体，其内腔则自然形成真空。

本发明的冷凝器L可选用合适的市场品替代。

3、生成蒸馏水的过程和条件

首先，关闭蒸汽阀10、进水阀12，打开进水阀11、进水阀24，此时，第一、二真空腔A、B即与冷凝管17内腔相互连通，成为一体。第一、二真空腔A、B中的真空度在0.1-0.2绝对压力下(真空度90％-80％)，海水被阳光加热到44-60℃即可沸腾。如果第一、二真空腔A、B在0.05绝对压力下(真空度95％)，蒸发器9及其海水进出水管的直射管段8中的海水1被图中箭头所示方向的阳光照射后，加热到32℃则即可产生沸腾。从而替代了锅炉和真空泵的作用。

第一真空腔A内的海水经过日光的加热在真空状态下汽化成蒸汽，真空度下降，则第一真空腔A内的海水面也随之下降；第一真空腔A内的蒸汽扩散到冷凝管17的内腔，经过冷却，凝结成淡水25，经淡水溢池23流到淡水池21中储存起来。

4、实现连续循环制淡的过程

第一真空腔A内的海水面由于汽化而下降；又由于冷凝器L中凝水的作用，使真空度提高，从而又使海水面上升。就这样，一边蒸发，一边凝结，不断蒸发，不断凝结。形成一个连续循环的海水制成淡水的过程。

第一、二真空腔A、B内的真空度也稳定在与当时工况相匹配的某一数值。(例如第一真空腔A中海水表面温度为50摄氏度，而绝对压力为0.15大气压。)同时，第一真空腔A内海水面的不断波动、不断蒸发，使海水比重增加从而流向、流出海水阀4a、4b。同时，比重轻的海水补充进第一真空腔A中。第一真空腔A中的海水不断蒸发，又能不断自动补充。随着蒸发器9中海水1的不断蒸发，其液面也随之下降。由于蒸发器9中保持有一定的真空度，所以海水会自动由海水溢池2补充到蒸发器9的内腔中，以保持其液位的稳定。而海水溢池2中的液面由于冷凝器L中的冷却水通过海水出水管7得到不断的补充，也保持液面的稳定。(多余的海水1流出海水溢池2外。)

也由于蒸发器9中的海水1不断蒸发，盐分越来越高，比重大的海水通过蒸发器的海水出水管Hc流出；而比重小的海水经蒸发器的海水进水管Hj自动补充到蒸发器9中。所以蒸发器9中的海水液位和比重都能自动达到相对应的动态平衡。即第一真空腔A中的海水可以不断地蒸发，又能不断地自动补充。

本发明的装置运行中，由于海水1中溶解有各种气体，在蒸发器9中析出，从而，会造成蒸发器9的第一真空腔A中的真空度降低。若是要抽去这些气体，则可以在第一真空腔A的出汽口13上连接有一汽体排放管路P，该汽体排放管路P上依次连接有第一蒸汽阀10、备用真空泵28、第二蒸汽阀30，该汽体排放管路P的管端与大气连通。

操作时，只需开启蒸汽阀10，开启蒸汽阀30，启动真空泵28，至少关闭阀12及阀29，即可将海水中溶解的各种气体通过气体排放管路P沿图中的箭头方向排放至大气中，以维持真空腔A、B内的真空度。

如果装置运行中，蒸发器9内的海水1或由于温度不够，或由于真空度不够，而未能产生沸腾，则可在出汽口13与进汽口31之间连接一真空度增强管路Z，该真空度增强管路Z上依次连接有第一蒸汽阀10、备用真空泵28、第三蒸汽阀29。

操作时，可先开启第一蒸汽阀10、第三蒸汽阀29，关闭第二蒸汽阀30、进水阀24，启动真空泵28，以强制提高蒸发器9的第一真空腔A中的真空度使之沸腾。这是一种提高蒸发器真空度和提高淡水产量的常态运行状态；如果，关闭第一蒸汽阀10、第三蒸汽阀29，关闭真空泵28，开启进水阀24，则恢复到制淡装置的自然蒸发和凝结状态。而关闭真空泵28，则可以降低制淡装置的运行成本。也即降低了生产淡水的成本。

本发明的海水泵组3的作用主要有两个：一是系统启动时向进水阀12注水时使用；二是系统运行时将冷凝器9作为冷却水泵时使用。而维持海平面水位只须将冷凝器L出口的海水注入海水溢池2即可。故海水泵组3和淡水泵组19，考虑备件在内各两套即可。

本系统的必要技术条件是：管系，阀门及其它器件须具备优良的耐腐蚀性，装置整体组装后，进行1.5kg/cm2.水密和气密性试验，24小时以上不渗漏。形成的真空度能达到90％以上，太阳能水温能达到45℃以上。冷凝器L中的冷却水水温应足够低，例如能达到20℃以下，当第一真空腔A中的真空度不够足或蒸发器9内的水温不够高时，依靠备用真空泵28可强制提高第一真空腔A中的真空度使之沸腾。

总之，第一真空腔A中要有相对高的真空度，蒸发器9内要具备相对高的水温，同时，冷凝器L中要具备相对低温的冷却水是本发明海水制成淡水的必备条件。

终上所述，由于本发明的正常运行主要是依靠靠太阳的能量，因此，在具体实施的过程中，可根据实际需要将几个或几十个，乃至几百个制淡装置单元并联起来使用，以此来控制制淡量的大小。

从全球性的节能降耗发展趋势来看，太阳能制淡装置有其自身的独特性和不可替代性；正如：在有强大的火力发电，水力发电和核能发电的今天，仍然越来越有“风力发电”这个小个子存在必要的道理是一样的。

Claims

1.一种节能型海水制淡装置，它包括一蒸发器，该蒸发器上分别设有液位计、温度计、真空表的接口；还包括一冷凝器，该冷凝器包括壳体、设置在壳体内的冷凝管；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

11.根据权利要求1所述的节能型海水制淡装置，其特征在于，

所述的淡水管上分别设有液位计、真空表的接口。