CN102424438A - 海水淡化系统及海水淡化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海水淡化系统，具体地，涉及一种能耗低、环保、成本低并能轻松实现向高海拔提灌淡化的海水系统。此外，本发明还涉及一种海水淡化方法。本发明海水淡化系统中的温室大棚能充分提高对太阳能的利用效率；并通过烟囱效应将湿热空气输送到高海拔地区；再通过冷凝装置抽提湿热空气中的淡水，不仅可以不需要利用其他的能源对海水进行加热，且可以直接将海水中的潮湿空气抽提到地势较高的地区，极大的降低了能耗及海水淡化成本。

Description

海水淡化系统及海水淡化方法
技术领域
本发明涉及一种海水淡化系统，具体地，涉及一种能耗低、环保、成本低并能轻松实现向高海拔提灌淡化的海水系统。此外，本发明还涉及一种海水淡化方法。
背景技术
世界淡水资源日渐匮乏，有鉴于此，人们不断发展海水淡化技术，以能够将海水转换为人类能够利用的淡水。
目前，海水淡化方法主要有：蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法。其中蒸馏法以其工艺简单的优点而被广泛的应用。所谓的蒸馏法就是将经过预处理后的海水加热到一定的温度后，使海水产生蒸汽，进而冷凝蒸汽从而获得淡水。例如：现有的低温高效海水淡化装置即是利用火电厂汽轮机的抽汽预处理后的海水加热到68度左右，然后采用闪蒸技术将此温度的海水闪蒸汽化，并冷凝海水蒸汽从而得到淡水。在现有的海水淡化系统中，对海水进行加热一般通过两种方法：第一，利用能源(例如电力、煤炭、液化气等)通过专门的加热装置对海水进行加热；第二，利用汽轮机的抽汽来加热海水。但是这两种方法存在明显的缺点，例如利用能源通过专门的加热装置对海水进行加热会造成能源的巨大消耗，这无疑会显著增加海水淡化的成本，使得获得的海水淡化无法广泛的普及；再如，利用汽轮机的抽汽来加热海水，这会造成汽轮机的工作效率下降，影响汽轮机的功率输出，使得汽轮机不能正常工作，而且，对于纯凝式汽轮机组来说，若利用汽轮机的抽汽来加热海水，需要对汽轮机进行改造，这会增加技术方面的风险和成本。综上，现有的采用蒸馏法进行海水淡化的系统及方法存在如下缺陷：能耗大且成本高，淡化的海水如果需要向高海拔地区供水，还需要耗能抽提，也无法充分的利用太阳能自然资源。
另外，一般来说，离海岸越远、海拔越高就越干旱缺水。目前，一旦高海拔地区缺水，主要采用如下方式来改善用水问题：先将海水从海洋抽提送到干旱的高海拔地区，然后再对海水进行淡化处理。不仅耗能巨大，且程序复杂，还易污染环境。
发明内容
本发明的目的之一在于：提供一种海水淡化系统。该海水淡化系统能够充分的利用太阳能，有效地淡化海水，不仅能耗低、成本低、环保并能轻松实现向高海拔地区提灌淡水。
本发明的目的之二在于：提供一种海水淡化方法，该海水淡化方法能够充分的利用太阳能，有效地淡化海水，不仅能耗低、成本低、环保并能轻松实现向高海拔地区提灌淡水。
本发明的目的之一是通过如下方案来实现的：海水淡化系统，包括其特征在于：包括温室大棚、输气烟囱及冷凝装置，所述的温室大棚在海面上形成一个密闭的空间，所述的输气烟囱包括输入端及输出端，其输入端连接于温室大棚顶部最高点的输出端，其输出端连接于冷凝装置的输入端，输气烟囱依山势走向从温室大棚顶部的输出端延伸到位于高海拔地区上的冷凝装置的输入端。
作为本发明的一种改进，所述的温室大棚，其顶部成拱形或三角形，与输气烟囱输入端连接的部位为大棚顶的最高端。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚的棚壁，包括内层和外层，所述的外层为透明保温层，其用透明隔热材料制成，以便更好的吸收太阳能、防止热能流失；所述的内层为吸热加温层，其采用黑色吸热材料制成，以便更高效的利用太阳能，加热温室大棚内的空气及表层海水。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚内还可设置电加热系统，以保证阴天或夜间，本专利海水淡化系统仍能正常工作。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚的面积可以根据设计的需水量建造，温室大棚的面积越大，产生的湿热空气就越多，为下一步获得较多的淡水提供条件。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚其底面外形可以是圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形或不规则形。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚顶部的垂直高度大于当地海水潮汐的最高水位1至50米。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚其周边墙下部为柔性材料制作，柔性墙体高度大于海水潮汐最高水位，温室大棚周边柔性墙底部连接有浮筒，浮筒漂浮海上，随海水潮汐起伏，形成一个较为密闭的空间，以防止温室内热能外泄。
作为本发明的另一改进，所述的温室大棚其周边柔性墙底部有进气通道，以利于填补因温室大棚内湿热空气被抽提而亏欠的空气。
作为本发明的一种改进，所述的输气烟囱其包括向阳部分及背阴部分，所述向阳部分为透明保温层，所述的背阴部分包括输气烟筒内向阳面的吸热加温层及输气烟囱外背阴面的保温绝热层。其中向阳部分的透明保温层采用透明隔热材料制成，以便太阳能更好的加热输气烟囱内的空气，提高湿热空气的上浮速度，背阴部分向阳的内表面吸热加温层采用黑色吸热材料制成，以便更好的吸收太阳能，通过热辐射加热烟囱内空气，提高湿热空气的上浮速度；背阴部分的外表面保温绝热层采用保温隔热材料制成。
作为本发明的另一改进，所述的输气烟囱内设有电加热系统，以保证阳光不足、阴天或夜间时，该淡化系统仍能正常工作。
作为本发明的另一改进，所述的输气烟囱横截面可以是圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形或不规则形。
作为本发明的再一改进，所述的冷凝装置需要的冷源可以从高海拔地区的天然低温环境中获得，尤其是夜间或寒冷的季节可以很好的利用周围的冷源。
作为本发明的再一改进，所述的冷凝装置需要的冷源可以通过电力制冷装置获得，尤其是日照强时或夏季可以提高冷凝装置的工作效率。
作为本发明的再一改进，在所述的输气烟囱内设有风道式风能发电机，其可利用烟囱内高速上升的气流发电，既可以为需电的冷凝装置供电又可以在输气烟囱内或温室大棚内加强的电加热系统供电。
本发明的目的之二是通过如下技术方案来实现的：海水淡化方法，其特征在于：利用本发明的海水淡化系统进行海水淡化。
具体步骤为：1)根据需要的淡水量建造一个温室大棚：大棚的面积可以根据需水量设计，面积越大产生的湿热空气越多，为下一步制备较多的淡水提供条件，利用温室大棚的透光保温特性，提高对太阳能的利用效率，形成大棚内较高的温度。大棚内温度越高，越有易于海水中淡水的蒸发；越有易于提高大棚内空气的含湿量，为下一步获得更多的冷凝水提供条件；大棚内温度越高，大棚内湿热空气向上运动的动能就越大，湿热空气沿输气烟囱向上运行速度就越快，既可以为在输气烟囱中的风道式风力发电机提供更多的发电条件，也可以为将潮湿空气提升到较高的高度创造条件。
2)修建一条依山势走向从温室大棚顶部的输出端延伸到高海拔地区的输气烟囱：输气烟囱越高、越垂直越好，最好依山而建，以便为收集储存淡水提供方便。根据烟囱效应的原理，烟囱连接温室大棚端的输出端与连接冷凝器端的输入端高差越大、温室大棚内外空气的温差越大，烟囱内湿热空气上浮运行的能量就越大，湿热空气在烟囱内的运行速度就越快，向烟囱出口输送的含水气体也就越多。烟囱输出端海拔越高，所产生的淡水获得的势能也就越大，为淡化水自流到高海拔地区创造条件，或者减少向更高的地区提灌淡化水所消耗的能量。
3)在输气烟囱输出端连接一套冷凝装置：由于海拔越高空气越干燥，水分越易挥发，因此必须在输气烟囱出口处设置一套冷凝装置，以便高效的将湿热空气中的水分凝集出来，防止水分的挥发。冷凝装置可以借助高海拔地区的低温环境提供冷源，也可以通过电力制冷提高冷凝装置的工作效率。
本发明所取得的有益效果：本发明海水淡化系统中的温室大棚能充分提高对太阳能的利用效率；并通过烟囱效应将湿热空气输送到高海拔地区；再通过冷凝装置抽提湿热空气中的淡水，不仅可以不需要利用其他的能源对海水进行加热，且可以直接将海水中的潮湿空气抽提到地势较高的地区，极大的降低了能耗及海水淡化成本。
附图说明
图1为本发明海水淡化系统的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的海水淡化系统作进一步的详细阐述：
参见图1，本发明的海水淡化系统，海水淡化系统，包括温室大棚1、输气烟囱2及冷凝装置3，所述的输气烟囱2包括输入端4及输出端5，其输入端4连接于温室大棚1顶部最高点的输出端，其输出端5连接于冷凝装置的输入端，输气烟囱依山势走向从温室大棚顶部的输出端延伸到位于高海拔地区上的冷凝装置的输入端，所述的温室大棚内设有透气吸热加温网6。
优选地，所述的温室大棚，其面积可以根据设计需水量建造，温室大棚的面积越大，产生的湿热空气就越多，为下一步获得较多的淡水提供条件，其顶部成拱形或三角形，与输气烟囱输入端连接的部位为大棚顶的顶部。
优选地，温室大棚的棚壁，包括内层和外层，所述的外层为透明保温层7，其用透明隔热材料制成，以便更好的吸收太阳能、防止热能流失；所述的内层为吸热加温层8，其采用黑色吸热材料制成，以便更高效的利用太阳能。加热温室大棚内的空气及表层海水。
优选地，所述的温室大棚内还可设置电加热系统，以保证阴天或夜间，本专利海水淡化系统仍能正常工作。
优选地，所述的温室大棚其底面外形可以是圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形或不规则形。
优选地，所述的温室大棚的顶部距海平面垂直高度大于当地海水潮汐的最高水位1至50米。
优选地，所述的温室大棚其周边墙下部为柔性材料制作，柔性墙体高度大于海水潮汐最高水位，温室大棚周边柔性墙底部连接有浮筒，浮筒漂浮海上，随海水潮汐起伏，形成一个较为密闭的空间，以防止温室内热能外泄。
优选地，所述的温室大棚其周边柔性墙底部有进气通道，以利于填补因温室大棚内湿热空气被抽提而亏欠的空气。
优选地，所述的输气烟囱其包括向阳部分及背阴部分，所述向阳部分包括外层透明保温层，所述的背阴部分包括输气烟筒内向阳面的吸热加温层及输气烟囱外背阴面的保温绝热层。其中向阳部分的透明保温层采用透明隔热材料制成，以便太阳能更好的加热输气烟囱内的空气，提高湿热空气的上浮速度，背阴部分向阳的内表面吸热加温层采用黑色吸热材料制成，以便更好的吸收太阳能，通过热辐射加热烟囱内空气，提高湿热空气的上浮速度；背阴部分的外表面保温绝热层采用保温隔热材料制成。
优选地，所述的输气烟囱内设有电加热系统，以保证阳光不足、阴天或夜间时，该淡化系统仍能正常工作。
优选地，所述的输气烟囱横截面可以是圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形或不规则形。
优选地，所述的冷凝装置需要的冷源可以从高海拔地区的天然低温环境中获得，尤其是夜间或寒冷的季节可以很好的利用周围的冷源。
优选地，所述的冷凝装置需要的冷源可以通过电力制冷装置获得，尤其是日照强时或夏季可以提高冷凝装置的工作效率。
优选地，在所述的输气烟囱内设有风道式风能发电机，其可利用烟囱内高速上升的气流发电，既可以为需电的冷凝装置供电又可以在输气烟囱内或温室大棚内加强的电加热系统供电。
下面详细阐述下利用本发明的海水淡化系统进行海水淡化的方法：
具体步骤为：1)根据需要的淡水量建造一个温室大棚：大棚的面积可以根据需水量设计，面积越大产生的湿热空气越多，为下一步制备较多的淡水提供条件，利用温室大棚的透光保温特性，提高对太阳能的利用效率，形成大棚内较高的温度。大棚内温度越高，越有易于海水中淡水的蒸发；越有易于提高大棚内空气的含湿量，为下一步获得更多的冷凝水提供条件；大棚内温度越高，大棚内湿热空气向上运动的动能就越大，湿热空气沿输气烟囱向上运行速度就越快，既可以为在输气烟囱中的风道式风力发电机提供更多的发电条件，也可以为将潮湿空气提升到较高的高度创造条件。
2)修建一条连接温室大棚到高空的输气烟囱：输气烟囱越高、越垂直越好，最好依山而建，以便为收集储存淡水提供方便。根据烟囱效应的原理，烟囱连接温室大棚端的输出端与连接冷凝器端的输入端高差越大、温室大棚内外空气的温差越大，烟囱内湿热空气上浮运行的能量就越大，湿热空气在烟囱内的运行速度就越快，向烟囱出口输送的含水气体也就越多。烟囱输出端海拔越高，所产生的淡水获得的势能也就越大，为淡化水自流到高海拔地区创造条件，或者减少向更高的地区提灌淡化水所消耗的能量。
3)在输气烟囱输出端连接一套冷凝装置：由于海拔越高空气越干燥，水分越易挥发，因此必须在输气烟囱出口处设置一套冷凝装置，以便高效的将湿热空气中的水分凝集出来，防止水分的挥发。冷凝装置可以借助高海拔地区的低温环境提供冷源，也可以通过电力制冷提高冷凝装置的工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不仅以上限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.海水淡化系统，其特征在于：包括温室大棚、输气烟囱及冷凝装置，所述的温室大棚在海面上形成一个密闭的空间，所述的输气烟囱包括输入端及输出端，其输入端连接于温室大棚顶部最高点的输出端，其输出端连接于冷凝装置的输入端，输气烟囱依山势走向从温室大棚顶部的输出端延伸到位于高海拔地区上的冷凝装置的输入端。
2.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚，其顶部成拱形或三角形。
3.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚的棚壁，包括内层和外层，所述的外层为透明保温层，其用透明隔热材料制成。
4.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚内还可设置电加热系统。
5.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚其底面外形可以是圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形或不规则形。
6.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚顶部的垂直高度大于当地海水潮汐的最高水位1至50米。
7.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的温室大棚其周边墙下部为柔性材料制作，柔性墙体高度大于海水潮汐最高水位，温室大棚周边柔性墙底部连接有浮筒，浮筒漂浮海上。
8.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的输气烟囱其包括向阳部分及背阴部分，所述向阳部分为透明保温层，所述的背阴部分包括输气烟筒内向阳面的吸热加温层及输气烟囱外背阴面的保温绝热层。
9.如权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的输气烟囱内设有电加热系统。
10.海水淡化方法，其特征在于：利用如权利要求1至9任一海水淡化系统进行海水淡化，具体步骤为：a、根据需要的淡水量建造一个温室大棚；b)修建一条依山势走向从温室大棚顶部的输出端延伸到高海拔地区的输气烟囱；c)在输气烟囱输出端连接一套冷凝装置。
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