CN102363531A - 热量循环式节能低成本海水淡化 - Google Patents

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Abstract

热量循环式节能低成本海水淡化属于海水淡化低温蒸馏法，目前流行的是低温多效蒸馏海水淡化法。此方法消耗热量的多少直接关系到耗能和成本，在此条件下提出“热量自循环式海水淡化法”解决淡化中热源消耗问题。本申请涉及一种低温低压海水淡化热循环系统，系统只需要一个海水的初始启动温度，此外整个系统不依赖外来热量。包括蒸发室、冷凝室、抽气机、换热管及各部分的进出口。其特征是冷凝室在下方，具有排气孔和液体排出孔，冷凝室与换热管内部腔体连接，并共同开口于系统上方的蒸汽进口；蒸发室位于系统上方，换热管外部贯穿于蒸发室的海水之中，蒸发室腔体密封并开口于系统上方的蒸汽出口；蒸汽进口和蒸汽出口与抽气机或真空泵相连。此方法能达到节能和降低海水淡化成本的目的。

Description

热量循环式节能低成本海水淡化
技术领域：低压低温热循环式海水淡化
背景技术：
目前的海水淡化技术有反渗透压的“膜”法和利用蒸发原理的“热”法，“热”法中目前流行的是低温蒸馏法，即主要是低温多效蒸馏海水淡化法。蒸馏海水淡化方法即“热”法要消耗热量，消耗热量的多少直接关系到耗能的多少和海水淡化的成本，因此利用发电厂排出的废热进行海水淡化，是理想的低温多效蒸馏方法。
发明内容：
目前的海水淡化技术有反渗透压的“膜”法和利用蒸发原理的“热”法，“热”法中目前流行的是低温蒸馏法，即主要是低温多效蒸馏海水淡化法。蒸馏海水淡化方法即“热”法要消耗热量，消耗热量的多少直接关系到耗能的多少和海水淡化的成本，因此利用发电厂排出的废热进行海水淡化，是理想的低温多效蒸馏方法。就是说，海水淡化中的“热”法依赖于热源，热源的成本直接决定海水淡化的成本。在这种情况下，除了电场附近能建立大规模的海水淡化场外，其他利用太阳能、风能等产生的热能进行海水淡化只是理论上可行，实际上几乎不可能，因为海水蒸发需要消耗大量的汽化潜热，单靠太阳能和风能提供热量的方法进行大规模的海水淡化是不现实的，其主要原因就是水分的蒸发需要消耗大量的汽化潜热，除了电厂余热以外，几乎没有大量的其他废弃热源或大量可再生热能可供利用，因此，如何改进“热”法海水淡化的工艺，使之成为真正低耗能的“海水淡化”方法，解决需要大量汽化潜热的问题，成为将来电厂以外的海水淡化方法的首选。
海水淡化方法在自然界就自然存在，比如万里晴空下的夏天海洋有大量的水蒸气蒸发，其中吸收海水的汽化潜热，带有热量的水蒸气在空气中逐步上升，到一定高度达到过饱和遇冷形成水滴，放出汽化潜热，形成降水，降下的水就是淡化后的海水，这就是自然界海水淡化的过程。但要模拟自然界的这种海水淡化模式是不可能的，主要是规模、成本和不可控制性，但是，利用一种方法完全可以实现水蒸气汽化和凝结，实现热量在系统中循环，达到理论上“热”能零能耗海水淡化的目的。
本申请涉及一种低温低压海水淡化热循环系统，在这个系统中海水的汽化潜热和凝结潜热达到平衡，并在系统中往复循环，系统只需要一个初始启动热量达到海水的初始温度，整个系统不依赖外来热量。具体包括蒸发室、冷凝室、抽气机、换热管及各部分的进出口。其特征是冷凝室在下方，具有排气孔和液体排出孔，冷凝室与换热管内部腔体连接，并与换热管共同开口于系统上方的蒸汽进口；蒸发室位于系统上方，里面是需要蒸发的海水和海水上方的汽化仓，换热管外部贯穿于海水之中，蒸发室腔体密封并开口于系统上方的蒸汽出口；蒸汽进口和蒸汽出口与抽气机或真空泵相连。
蒸发室内部的海水在抽气机或真空泵的作用下，气体不断排出，形成负压，即低于外界大气压，海水在低气压下蒸发，蒸发后的低温水蒸汽在抽气机或真空泵的作用下由蒸汽进口进入换热管和冷凝室，形成高压，温度较高，并通过换热管与低温海水换热发生冷凝，冷凝水逐渐在冷凝室下方聚集，由液体排出口排出，形成淡水。而蒸汽凝结释放出的汽化潜热依然被换热管外的海水吸收并重新在低压下蒸发消耗汽化潜热，这样汽化潜热在冷凝室和蒸发室之间通过换热管得到循环使用，达到热量平衡，而淡水却在抽气机或真空泵的作用下源源不断的产生，形成不依赖外界环境的热量循环系统。根据外界温度可适当选择系统保温或不保温，利于热量积累和循环，充分达到节能和降低海水淡化成本的目的。
附图说明
附图1为热量循环式系统结构示意图。图2为分层换热管俯视图。图3为分层换热管的结构示意图。其中1、冷凝室；2、液位计或感应探头；3、液体排出口；4、气体排出口；5、蒸发室；6、换热管；7、蒸汽出口；8、抽气机或真空泵；9、蒸汽进口；11、分层换热管进口；12、分层换热管出口；13、上层换热管；14、中层换热管；15、下层换热管；16、分层换热管之间的连接管。
具体实施方式
结合附图进行一下说明：
图1为本申请文件系统结构示意图，其中蒸发室(5)位于上方，冷凝室(1)位于下方，蒸汽进口(9)与换热管(6)相连，换热管(6)内腔与冷凝室(1)相连，蒸汽在抽气机(8)的作用下由蒸汽进口(9)进入换热管(6)，换热管(6)内的蒸汽在蒸发室(5)内的海水换热作用下发生凝结，凝结水流入冷凝室(1)底部储存，达到一定液位后由液体排出口(3)排出。蒸发室(5)内的海水在抽气机(8)的作用下在低压下汽化，并吸收海水的热量，海水温度降低，海水通过与换热管(6)的热交换吸收热量用以补偿由于汽化减少的热量，而换热管(6)内的蒸汽通过与换热管(6)外低温海水的热交换发生凝结，形成“淡水”，这种淡水盐度含量极少。
蒸发室(5)和冷凝室(1)都需要承压密封，其中换热管(6)内腔可以看做是冷凝室的一部分，换热管内腔起到的是冷凝室的作用，在系统中换热管内腔和冷凝室(1)是分不开的，由于换热管(6)内腔较小，没有把内腔标识为“冷凝室”，但换热管内腔起到了“冷凝”作用是这种热循环式海水淡化的显著特点。
热交换管(6)可以为螺旋状盘管，也可以为图2和图3标识的“分层式换热管”，分层式换热管主要考虑大型海水淡化装置的海水温度分层现象及与海水的充分热交换，分层式换热管可以有无数层，图中仅标识了三层，其中每一层可根据循环路径选择倾斜方向，倾斜方向利于水流方向，也可以水平，在抽气机的压力作用下倾斜变得不重要。因此以水平为主。层与层之间的连接管(16)在图中可以在中间，也可以在边缘，但必须是顺应水流方向。
排气孔(4)的作用是开始冷凝室(1)空气含量较高时用于排出空气。在运行起始时需打开排出空气。
为了提高蒸发速度，可以改变常温蒸发，比如把蒸发器里的海水加热到摄氏60度，只需很少的压力就可以使海水沸腾蒸发，因此海水淡化时可以给定蒸发器里的海水一个蒸发温度，为防止盐结晶，可控制在初始温度70度以下、运行循环温度60度以下蒸发。
由于此类海水淡化方式只需要提供动力来形成负压蒸发，所以可以用风力提供动力。
如果蒸发室不用负压蒸发，要在常压下蒸发就需要达到常压下的水的沸腾值，要外界提供热源作为蒸发动力，也同样需要这种循环结构，不过需要系统严格保温。用另一句话说就是：冷凝器的蒸汽进口和蒸发器的蒸汽出口之间的抽气机或真空泵可以由高温蒸汽来取代。
在蒸发室内，海水的注入或浓盐水的排出，说明书附图中没有表示，在现实操作中可加入海水进口和浓盐水出口，但需要在蒸发时保持相对密封。
简单总结：热量循环式节能低成本海水淡化系统包括蒸发室、冷凝室、抽气机、换热管及各部分的进出口，其特征是冷凝室在下方，具有排气孔和液体排出孔，冷凝室与换热管内部腔体连接，并共同开口于系统上方的蒸汽进口；蒸发室位于系统上方，具有海水进口和浓盐水排出口，换热管外部贯穿于蒸发室的海水之中，蒸发室腔体密封并开口于系统上方的蒸汽出口；蒸汽进口和蒸汽出口与抽气机或真空泵相连。
循环式海水淡化与低温多效蒸馏海水淡化法区别有以下几点：
1，外加热量区别：热循环式海水淡化可以外加热源也可以不加，外加热源是不必要的条件。而低温多效蒸馏海水淡化法外加热源是必要必须的条件。
2，抽气泵的区别：热循环式海水淡化通过抽气泵抽出的气体含有蒸发水汽并全部凝结。低温多效蒸馏海水淡化法中抽气泵抽出的气体并不一定用于凝结，只是为了保持蒸发室的低气压。
3，热量循环区别：热循环式海水淡化通过抽气泵抽出的气体含有的汽化潜热全部回收，而低温多效蒸馏海水淡化法中抽气泵抽出的水蒸气所含汽化热没有被回收。

Claims (5)

1.热量循环式节能低成本海水淡化系统包括蒸发室、冷凝室、抽气机、换热管及各部分的进出口，其特征是冷凝室在下方，具有排气孔和液体排出孔，冷凝室与换热管内部腔体连接，并共同开口于系统上方的蒸汽进口；蒸发室位于系统上方，具有海水进口和浓盐水排出口，换热管外部贯穿于蒸发室的海水之中，蒸发室腔体密封并开口于系统上方的蒸汽出口；蒸汽进口和蒸汽出口与抽气机或真空泵相连。
2.根据权利要求1所属的一种热量循环式节能低成本海水淡化系统，其特征是：蒸发器里的海水加热至起始蒸发温度，起始蒸发温度为摄氏70度以下。
3.根据权利要求1所属的一种热量循环式节能低成本海水淡化系统，其特征是：抽气机或真空泵动力由风能提供。
4.根据权利要求1所属的一种热量循环式节能低成本海水淡化系统，其特征是：连接蒸发器和冷凝器的换热管为分层式换热管。
5.根据权利要求1所属的一种热量循环式节能低成本海水淡化系统，其特征是：冷凝器的蒸汽进口和蒸发器的蒸汽出口之间的抽气机或真空泵可以由高温蒸汽来取代。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107364912A (zh) * 2017-07-06 2017-11-21 郭俊杰 常压海水淡化锅炉
CN108483545A (zh) * 2018-06-08 2018-09-04 北京态金科技有限公司 海水淡化系统
CN110054244A (zh) * 2019-03-14 2019-07-26 南京大学 一种基于具有高吸光性能木头太阳能水蒸气产生系统
CN115536093A (zh) * 2017-08-02 2022-12-30 笹仓机械工程有限公司 造水装置

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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