CN101766920A - 一种利用深层海水为冷媒制取淡水的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用深层海水为冷媒制取淡水的方法，它不需要消耗大量的能量获得低温，而是采用海平面以下一定深度的，温度相对恒定的低温海水作为冷媒，通过冷凝器将储存在空气中的水分子凝聚并收集起来供生产及生活使用。它在制取淡水时仅消耗冷媒水泵与冷凝器轴流风机所需的电能，较其它公知的方法节约了大量的能源，本方法所需设备构造简单、造价低廉，维护方便，可为船舶、海上平台、海岛及沿海地区提供大量廉价、优质的淡水。

Description

一种利用深层海水为冷媒制取淡水的方法

技术领域

本发明涉及一种淡水制取方法，特别涉及一种冷凝制取淡水的方法。

背景技术

目前，公知的淡水制取方法大致分为四种，即：蒸馏法、冷冻法、电渗析法、反渗透法。蒸馏法淡化过程的实质就是海水气化重新冷凝的过程。冷冻法：即将海水冷冻使之结冰，在液态海水变成固态冰的同时盐及其他物质被分离出去。电渗析法：该法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的间隔，施加电场，隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩海水得以分离。反渗透法：通常又称超过滤法，是一种膜分离淡化法。它是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，在压力作用下将海水与淡水分隔开。在实际应用中，蒸馏法、冷冻法、电渗析法都需要消耗大量的能源，显然不符合发展低碳经济的要求，而反渗透法则对设备的技术及循环系统要求较高，不适合淡水的大量制取。

发明内容

本发明的目的在于，创造一种利用冷凝法从空气中获取淡水的方法，它不需要消耗大量的能量来获得低温，而是采用海平面以下一定深度的，温度相对恒定的低温海水作为冷媒，通过冷凝器将储存在空气中的水分子凝聚并收集起来供生产及生活使用。本发明所需设备构造简单、造价低廉，便于维护，它在制取淡水时仅消耗冷媒水泵与冷凝器轴流风机所需的电能，从而为船舶、海上平台、海岛及沿海地区提供大量廉价、优质的淡水。

在全球倡导低碳经济的背景下，低温也是一种可利用的能量资源。我们知道：海水温度在垂直方向上的变化，是随着深度的增加而降低的。海水深度与温度变化的关系存在着三层典型的结构：上层为混合层，深度为20～200米，此层中温度是均匀变化的；其下一层叫温跃层，此层温度急剧下降；最下层位于温跃层下，海水的温度较平稳地下降。水温由表面向深层递减，在1000米以上垂直温差较大，尤其以200米以上变化较剧烈，主要是受季节及海面风浪的影响。在水深350米以下为恒温层，随深度增加，水温逐渐下降，500～1000米深处的海水温度为4～7℃，在1000米以下垂直温差较小，大致深度每增加1000米，温度降低1～2℃，在水深3000～4000米处，温度达到1～2℃。实验证明：在海平面下350米左右处及以下的海水几乎不受海面风浪与季节的影响，也就是说这个层面的海水温度只与深度有关而与风浪及季节无关，故称为恒温层。

另外在大气中，不同温度下水蒸气可以占空气体积的0％～4％。空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化，每一立方米空气可以在10℃下溶解9.41克水，在30℃下溶解30.38克水，当温度达到40℃时可溶解51克水。也就是说，如果海平面的气温为30℃而作为冷媒的深层海水的水温在10℃以下，则通过冷凝法从一立方米空气中就可获取约20克也就是20毫升的淡水，海平面气温与作为冷媒的深层海水的温差越大从一立方米空气中可获取的淡水就越多。

对于海平面来说，随着垂直深度的下降其与海平面的温差就越大，但是当水深达到350米至1000米区间时温度下降的趋势逐渐趋缓，1000米以下则下降更加缓慢，随着深度的不断增加取水管长度也在增加，同时，抽取海水的功耗与成本也相应大幅增加，并且，还易受到海域海底深度的限制，因此在具体的实施过程中可根据海平面的气温及海域海底的地理环境选取不同的取水深度，如海平面气温较高时取水深度浅一点，海平面气温较低时取水深度可深一些，在保证冷凝器冷媒水与海平面气温有足够的温差的基础上，平衡温差与取水深度的成本从而获得最佳的能效比。一般来说温差在20～40℃时可获得较高的能效比。举例说：当海平面气温在35℃时若要获取25℃的温差则需要10℃的冷媒海水，根据海水垂直温度变化的规律，所需取水深度约为海平面下350米左右。通常取水水深在200～1000米之间便可满足大部分季节所需的温差，气候较热的区域则不受季节的影响。

需要说明的是，虽然作为冷媒的海水取自深海，将其提升至海平面所需的动能(作功)＝(取水位置海水的密度-海平面海水的密度)×所提升的高度，由于海水的密度受压力的影响较小而受温度的影响较大，又因为所取深层海水与表层海水的温差一般为20℃～30℃，其密度变化不大，所以用于提升冷媒海水的水泵所消耗的功率是非常小的，当然，水泵所消耗的功率还与所提升的冷媒海水的量有关。

本发明创造是这样实现的：采用冷凝器将空气中所含的水分凝聚为淡水，本方法所述冷凝器所采用的冷媒为海平面以下深层的低温海水，它是将一根取水管放入海平面以下一定深度，抽取2℃～25℃低温海水送入冷凝器，经过循环以降低冷凝器的温度。所抽取海水的温度取决于海平面气温，其与海面气温的温差应不小于10℃，温差越大从每单位体积的空气中所获取的淡水就越多，但相应取水深度就越深。当空气通过冷凝器时，由于温差的作用使通过冷凝器的空气低于露点，其中所含的水分便凝聚在冷凝器的翅片上，并在重力的作用下流向冷凝器的底部，通过管道将冷凝水收集起来供生产及生活使用。在冷凝器的空气入口或空气出口装有轴流风机以提高空气流速，在冷凝器下部的基座平台，沿水平方向设有转向机构，该机构能够作360°旋转，以确保冷凝器的进风口处于迎风方向以提高能效。由于经过本发明获取的淡水来自海平面的空气层，几乎没有污染，因此水质优于自然界的雨水。本方法在制取淡水时仅消耗冷媒水泵与冷凝器轴流风机所需的电能，较其他方法节约了大量的能源。

具体实施方式

所述的冷凝器可安装在船舶、海上漂浮平台、钻井平台、海岛或大陆沿海的陆地上，其构造与公知的空调机室外冷凝器没有实质的区别，冷凝器空气通过方向的横截面可以是矩形、圆形、对称或不对称多边形，体积根据需要可大可小，设置一根深层海水取水管(可以是软管)，其进水口在海平面200米以下，并可根据需要调节取水深度，视取水时海面气温而定，应确保冷凝器的温差不低于10℃，取水口加装滤网防止吸入海洋生物，取水管的外部应包裹有保温隔热层，通过水泵将取自深层的低温海水送入冷凝器的冷媒进口，经过循环以降低冷凝器的温度，在冷凝器的空气入口装有轴流风机以提高空气流速，分布于冷凝管上的冷凝器翅片应为垂直安装以便于冷凝水在重力的作用下流向冷凝器的底部，在冷凝器的底部安装有冷凝水收集盘，通过管道将收集到的淡水输送到储水容器。在冷凝器下部的基座平台，沿水平方向设有转向机构，该机构能够作360°旋转以便确保冷凝器的进风口处于迎风方向以提高能效。从冷凝器流出的冷媒海水没有受到任何污染，可以直接排入大海。

Claims (4)

1.一种利用深层海水为冷媒制取淡水的方法，采用冷凝法将空气中所含的水分凝聚为淡水，其特征在于：本方法所述冷凝器采用的冷媒为海平面以下深层的低温海水，它是将一根取水管放入海平面以下一定深度，抽取2℃～25℃的低温海水送入冷凝器，经过循环以降低冷凝器的温度。

2.根据权利要求1所述的利用深层海水为冷媒制取淡水的方法，其特征是：所抽取海水的温度取决于海面气温，其与海面气温的温差应不小于10℃，温差越大，从每单位体积的空气中所获取的淡水就越多，但相应取水深度就越深。

3.根据权利要求1所述的利用深层海水为冷媒制取淡水的方法，其特征是：在所述冷凝器下部的基座平台，沿水平方向设有转向机构，该机构能够作360°旋转。

4.根据权利要求1所述的利用深层海水为冷媒制取淡水的方法，其特征是：所述冷凝器空气通过方向的横截面可以是矩形、圆形、对称或不对称多边形。