CN104150548B - 一种海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水淡化系统，具体地说是一种提高海水蒸馏效率的海水淡化系统。具体的为一种海水淡化装置，包括引入海水的海水入口，浓海水出口及加热装置，所述的海水从所述海水入口进入，所述的海水入口连接至加热装置的得热侧，所述得热侧连通至蒸发器，该蒸发器还连接有蒸汽排出口及浓海水排出口，在所述蒸发器中设置有与海水接触的多孔介质材料，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口排出；另一部分浓海水从所述的浓海水出口排出。通过在蒸发器设置具有超大比表面积的多孔介质材料，其与海水结触的过程中，在多孔介质材料与海水接触的表面形成一层气层，通过多孔介质材料增大海水的蒸馏面积，也就增加了海水单位时间的蒸馏量。

Description

一种海水淡化系统

技术领域

本发明涉及一种海水淡化系统，具体地说是一种提高海水蒸馏效率的海水淡化系统。

背景技术

地球上大约97％的水资源是海水，而且，另外2％来自冰川，水资源的缺乏日益成文全球性的战略资源问题，为了解决水资源日益紧张，世界各国已经把目光转向海洋，进行海水淡化的研究。而我国的人均淡化水资源量仅为世界人均占有量的1/4，排在世界第121位，被联合国列为13个最贫水国之一。利用海水是解决我国水资源危机的重要措施之一。向大海要水是解决沿海(近海)以及海岛，船只等淡水资源缺乏领域缺水的现实选择。目前海水淡化的主要方法有蒸馏法、膜法、冷冻法等。其中蒸馏法主要有多级闪蒸法、多效蒸馏法、压气蒸馏法、太阳能蒸馏法等；膜法主要包括反渗透、电渗析法等。虽然海水淡化方法很多，但是目前真正形成产业规模的只有多级闪蒸法、多效蒸馏法、蒸汽压缩法和反渗透法。每种方法都有不足，存在工艺复杂、能耗大、产水水质差、操作不方便、易结垢、运营成本高、产水率不稳定等等问题。需要一种实现简便，有效提高海水蒸发效率和热能利用率的海水淡化系统。

发明内容

针对传统海水淡化方法存在的不足，实现高效蒸馏海水淡化，投资小、运营成本低、出水率稳定、无有害物质排放、低能耗、无需消耗大量电能等效果，本发明提供一种海水淡化装置，包括引入海水的海水入口，浓海水排出口及加热装置，其特征在于：所述的海水从所述海水入口进入，所述的海水入口连接至加热装置的得热侧，所述得热侧连通至蒸发器，该蒸发器还连接有蒸汽排出口及浓海水排出口，在所述蒸发器中设置有与海水接触的多孔介质材料，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口排出；另一部分浓海水从所述的浓海水排出口排出。

所述蒸发器的蒸汽排出口连接有真空装置，该真空装置使蒸发器及水蒸气排出通路保持真空。

所述的蒸发器包括喷射阀，所述的海水经喷射泵加压驱动，从所述喷射阀喷射在所述多孔介质材料上；或者所述蒸发器包括喷射阀，所述的海水经喷射泵加压驱动，从所述喷射阀喷射于再分配孔板上，经再分配孔板滴落到所述多孔介质材料上。

所述的真空装置与蒸发器的蒸汽排出口之间还设置有冷凝器，所述的海水入口连接至冷凝器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至所述加热装置；所述冷凝器的散热侧与水蒸气接触形成冷凝淡水，该冷凝淡水经过淡水泵排至淡水箱。

所述的海水入口与加热装置得热侧之间还连接有预热器，所述的海水入口连接至预热器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至所述的加热装置；所述预热器的散热侧连通蒸发器浓海水排出口和浓海水排出口。

所述的海水入口顺序连接冷凝器得热侧、预热器得热侧和所述加热装置得热侧，至蒸发器海水入口，所述冷凝器中水蒸气冷凝散热；所述预热器的散热侧连通蒸发器浓海水排出口和浓海水排出口。

所述的加热装置的加热侧为热流体泵驱动的热流体；或者所述的加热装置的加热侧为太阳能集热器。所述的冷凝器与海水入口之间连接有过滤器。

本发明的另一个目的在于提供一种海水淡化系统控制方法，海水淡化系统包括引入海水的海水入口，浓海水排出口及加热装置，其中，海水从所述海水入口进入，海水入口连接至加热装置的得热侧，该得热侧连通至蒸发器，该蒸发器还连接有蒸汽排出口及浓海水排出口，在蒸发器中设置有与海水接触的多孔介质材料，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口排出；另一部分浓海水从所述的浓海水排出口排出。还包括连接至蒸发器的蒸汽排出口的真空机构，该真空机构使蒸发器及水蒸气排出通路保持真空。且该真空机构与蒸发器的蒸汽排出口之间还设置有冷凝器，蒸发器和冷凝器形成相对密封的空间，这里的相对密封的空间指没有外部的空气进入到该空间内，一旦抽真空后，只有蒸发器内的水蒸气产生于该空间中，海水入口连接至冷凝器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至加热装置；冷凝器的散热侧形成冷凝淡水经过淡水泵排至淡水箱。且在蒸发器和冷凝器形成相对密封的空间，控制方法顺序包含如下步骤：

a、开启真空机构，在蒸发器和冷凝器中形成真空；

b、当在冷凝器中持续形成淡水后，关闭真空泵。

在海水淡化过程中，当所述的密封空间真空不足时，开启真空装置。

本发明的蒸发器与冷凝器相连，冷凝器的顶部通过管道接真空装置，通过真空装置使冷凝器和蒸发器内获得一定的真空度，形成负压。在蒸发器内，采用较低的压力是为降低海水的饱和蒸汽压，从而在比较低的温度和比较低的压力下，海水就能迅速的蒸发，减少整个过程的能量消耗，增加蒸发量，提高系统的淡水产量。

附图说明

图1为本发明一种实施例的海水淡化系统的系统图；

图2为本发明另一种实施例的海水淡化系统的系统图。

图中：1-蒸发器、2-冷凝器、3-加热装置、4-预热器、5-淡水箱、6-过滤器、7-真空装置、8-热流体泵、9-浓海水泵、10-淡水泵、11-海水入口、12-浓海水排出口、13-热流体入口、14-热流体出口、15-多孔介质材料、16-喷射阀、17-再分配孔板、18-喷射泵、19-太阳能集热器、20-蒸汽排出口。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行界定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形或改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围之内。

如图1所示，本发明提供一种海水淡化系统，包括引入海水的海水入口11，浓海水排出口12及加热装置3，所述的海水从所述海水入口11进入，所述的海水入口11连接至加热装置3的得热侧，所述得热侧连通至蒸发器1，该蒸发器1还连接有蒸汽排出口20及浓海水排出口12，在所述蒸发器1中设置有与海水接触的多孔介质材料15，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口20排出；另一部分浓海水从所述的浓海水排出口12排出。浓海水通过浓海水泵9加压排出系统，海水喷射泵18把海水从海水入口11吸入，经过加热装置3进行吸热，并加压喷入到蒸发器1中。在本实施例中，加热装置3采用太阳能集热器19作为热源，经太阳能集热器19加热后的热介质从热流体入口13进入加热装置3，散热后的热介质从热流体出口14返回太阳能集热器19。本领域技术人员可以理解的是，加热装置3的作用是对进入的海水进行加热，并达到适宜的温度，具体的加热方式可以有多种形式，比如采用电加热、或者直接用太阳能集热器的加热部进行加热。在本实施例中采用热介质作为中间换热介质，并采用热流体泵8驱动，使得加热能力不会受到加热装置3的位置影响，太阳能集热器19可以采用很多组，从而应用于较大的海水淡化系统。

进一步的，在蒸发器1中设置有超大比表面积的多孔介质材料15吸附海水，其与海水接触的表面形成一层气层，通过多孔介质材料增大海水的蒸馏面积，也就增加了海水单位时间的蒸馏量。对于整个系统而言，也即降低了系统运行的启动温度，对于提高系统的适用范围有利。

再进一步的，蒸发器1包括喷射阀16，海水经喷射泵18加压驱动，从上述喷射阀16喷射在所述多孔介质材料上。采用该种形式可以加大海水的粒化程度，增加海水的表面积，为与多孔介质材料接触准备条件，提高与多孔介质材料接触时的蒸馏效率。

本发明的另一种实施例，蒸发器1的蒸汽排出口20连接有真空装置7，该真空装置7使蒸发器1及水蒸气排出通路保持真空。蒸发器1内与水蒸气通路是密闭的，真空装置7可以是真空泵或风机等，可以在蒸发器1中形成持续的真空度，当海水在蒸发器中蒸发出水蒸气后，水蒸气会挤压原有的空气被真空装置7排出到系统外。采用真空装置7可以有效的降低蒸发器1中的水蒸气分压，提高海水蒸发成水蒸气的效率，降低海水的蒸发温度，使海水在低温减压状态下蒸发，特别是与多孔介质材料的超大表面积结合，水分子在多孔介质材料上脱附而蒸发，从而增大单位时间的蒸发量，可以显著提高淡水产率。具体的如图2所示，真空装置7连接至蒸发器1，蒸发器1中的气体经真空装置7抽吸，排出到系统外。

本发明的另一种实施例，图2所示，真空装置7与蒸发器1的蒸汽排出口20之间还设置有冷凝器2，海水入口11连接至冷凝器2的得热侧，该得热侧的海水排出口连接至加热装置3；冷凝器2的散热侧与水蒸气接触形成冷凝淡水，该冷凝淡水经过淡水泵10排至淡水箱5。在冷凝器2与海水入口11之间连接有过滤器6。采用该过滤器6可以减少海水中的污染物进入到系统中。通过设置冷凝器1可以提高海水的温度，降低加热装置处的能量消耗，同时可以提高整个系统的效率。另外，海水温度较低，而且一定水深以下的海水温度常年变化较小，可以冷凝形成稳定的冷凝淡水。通过冷凝器的散热侧可以降低蒸发器1与冷凝器散热侧连通的真空区域内的水蒸气分压，而海水的温度决定了冷凝器散热侧能够形成的水蒸汽分压大小，冷凝器的散热能力决定了淡水生成能力的大小。此处所得的淡水通过淡水泵10输送到淡水箱5。采用冷凝器把系统中温度最低的海水进行了加热，同时水蒸气向海水散热冷凝出淡水，实现海水淡化的目的。

本发明的另外一个目的在于提供一种海水淡化系统控制方法，海水淡化系统包括引入海水的海水入口，浓海水排出口及加热装置，其中，海水从所述海水入口进入，海水入口连接至加热装置的得热侧，该得热侧连通至蒸发器，该蒸发器还连接有蒸汽排出口及浓海水排出口，在蒸发器中设置有与海水接触的多孔介质材料，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口排出；另一部分浓海水从所述的浓海水排出口排出。还包括连接至蒸发器的蒸汽排出口的真空机构，该真空机构使蒸发器及水蒸气排出通路保持真空。且该真空机构与蒸发器的蒸汽排出口之间还设置有冷凝器，蒸发器和冷凝器形成相对密封的空间，这里的相对密封的空间指没有外部的空气进入到该空间内，一旦抽真空后，只有蒸发器内的水蒸气产生于该空间中，海水入口连接至冷凝器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至加热装置；冷凝器的散热侧形成冷凝淡水经过淡水泵排至淡水箱。且在蒸发器和冷凝器形成相对密封的空间，控制方法顺序包含如下步骤：

a、开启真空机构，在蒸发器和冷凝器中形成真空；

b、当在冷凝器中持续形成淡水后，关闭真空泵。

步骤a，使得蒸发器和冷凝器形成的相对密封的空间中的空气被真空装置不断排出到系统外，随着水蒸气的持续产生，空间中的主要气体为水蒸气，空气对水蒸气的冷凝的影响会显著降低；

步骤b，当相对封闭的空间中的空气减小到很低，会易于持续的产生淡水，这时候，冷凝器成为主要的降低水蒸气分压的部件，可以关闭真空泵，因为这时侯真空泵排出的主要气体为水蒸气，会是一种浪费。

可以理解的，如果真空不足的的情况出现时，还是可以再开启真空装置来满足淡水加工的需要。

本发明的另一个实施例，如图2所示，海水入口11与加热装置3的得热侧之间还连接有预热器4，海水入口11连接至预热器4的得热侧，该得热侧海水排出口连接至所述的加热装置3；该预热器的散热侧连通蒸发器1的浓海水排出口和浓海水排出口12。蒸发器1的浓海水温度较高，直接排出系统会形成较大的热能浪费，也会形成热污染，通过与海水进行热交换，一方面可以提高海水进入加热装置3之前的温度，另外也减少了向外排放热量，减少热污染。进一步的，预热器4的得热侧可以与冷凝器得热侧的排出口相连接，这样可以提高进入预热器4的得热侧的海水温度，也即提高了预热器4得热侧排出口的海水温度，可以进一步提高进入加热装置3的海水温度，提高了系统的热效率。

本发明的另一个实施例，如图2所示，蒸发器1包括喷射阀16，海水经喷射泵18加压驱动，从上述喷射阀16喷射于再分配孔板17上，经再分配孔板滴落到所述多孔介质材料15上。采用该种形式可以加大海水的粒化程度，增加海水的表面积，再分配孔板17可设计成适宜于多孔介质材料配合的形式，经过孔板进行再分配，使其比较均匀地散落在下面的多孔介质材料材料上面，增加水蒸气蒸馏效率。

以图2作为一个整体的方案看，海水入口11顺序连接冷凝器2得热侧、预热器4得热侧和加热装置3得热侧，至蒸发器1的海水入口，在冷凝器1中水蒸气冷凝散热；在预热器4的散热侧连通蒸发器浓海水排出口和浓海水排出口12。这样可以实现海水被梯度加热，从而提高了系统的热效率，同时，使得水蒸气得到了冷凝，浓海水的排出热污染减小，使得系统的综合利用效率提升。

Claims (7)

1.一种海水淡化系统，包括引入海水的海水入口，浓海水排出口及加热装置，其特征在于：所述的海水从所述海水入口进入，所述的海水入口连接至加热装置的得热侧，所述得热侧连通至蒸发器，该蒸发器还连接有蒸汽排出口及浓海水排出口，在所述蒸发器中设置有与海水接触的多孔介质材料，一部分海水蒸发成水蒸气从所述的蒸汽排出口排出；另一部分浓海水从所述的浓海水排出口排出；所述蒸发器的蒸汽排出口连接有真空装置，该真空装置使蒸发器及水蒸气排出通路保持真空；所述蒸发器包括喷射阀，所述的海水经喷射泵加压驱动，从所述喷射阀喷射于再分配孔板上，经再分配孔板滴落到所述多孔介质材料上；所述的真空装置与蒸发器的蒸汽排出口之间还设置有冷凝器，所述的海水入口连接至冷凝器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至所述加热装置；所述冷凝器的散热侧与水蒸气接触形成冷凝淡水，该冷凝淡水经过淡水泵排至淡水箱。

2.根据权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的海水入口与加热装置得热侧之间还连接有预热器，所述的海水入口连接至预热器的得热侧，该得热侧海水排出口连接至所述的加热装置；所述预热器的散热侧连通蒸发器浓海水排出口和浓海水排出口。

3.根据权利要求2所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的海水入口顺序连接冷凝器得热侧、预热器得热侧和所述加热装置得热侧，至蒸发器海水入口，所述冷凝器中水蒸气冷凝散热；所述预热器的散热侧连通蒸发器浓海水排出口和浓海水排出口。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的加热装置的加热侧为热流体泵驱动的热流体；或者所述的加热装置的加热侧为太阳能集热器。

5.根据权利要求4所述的海水淡化系统，其特征在于：所述的冷凝器与海水入口之间连接有过滤器。

6.权利要求1-5中任一项所述的海水淡化系统的控制方法，所述的海水淡化系统在蒸发器和冷凝器形成相对密封的空间，其特征在于，顺序包含如下步骤：

a、开启真空装置，在蒸发器和冷凝器中形成真空；

b、当在冷凝器中持续形成淡水后，关闭真空装置。

7.根据权利要求6所述的海水淡化系统的控制方法，其特征在于：当所述的密封空间真空不足时，开启真空装置。