CN112323912A

CN112323912A - 一种淡水制备系统及方法

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Publication number: CN112323912A
Application number: CN202011128632.8A
Authority: CN
Inventors: 麻震; 黄贤准; 胡一鸣; 胡树森; 曾令旭; 张学斌
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明提供一种淡水制备系统，包括热湿气体引入装置、热湿气体输送管道、热湿气体冷凝装置、淡水收集器及淡水输出装置，所述热湿气体引入装置设置在海面上，所述热湿气体输送管道与所述热湿气体引入装置相连通，所述热湿气体冷凝装置设置在海平面以下且与所述热湿气体输送管道相连，所述淡水收集器通过输水管道与所述热湿气体冷凝装置相连，所述淡水输出装置包括输水管道和水泵，所述水泵通过所述输水管道与所述淡水收集器相连。本发明的结构简单，利用上述制备系统制备淡水可减低能耗，节约成本。

Description

一种淡水制备系统及方法

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种淡水制备系统及方法。

背景技术

淡水是人类生存不可或缺的资源，我国淡水资源匮乏，不仅人均占有量少而且地域分布不均。近年来，随着沿海经济的不断发展，淡水的需求量迅速增加，而现有的淡水供应能力不能满足其快速发展的需求，淡水供水量缺口很大。淡水资源不足的问题在越来越多的国家出现，也受到各国的关注。由于地球表面约70％为海洋所覆盖，因此海水资源极其丰富。为此，人们开发了多种海水淡化方法，包括热力蒸馏及反渗透膜等。其中，传统的热力蒸馏法方法虽简单可靠，但消耗能量巨大而制得淡水量少，且在蒸馏过程中产生的锅垢清理困难，残留下的高盐度水排放时热损失大；而反渗透膜法所使用的反渗透膜材质价格较高，长时间使用会产生老化，破损的现象，且单独的膜分离技术功能有限，需要与其他分离技术共同使用，制备成本比较高。

发明内容

针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种淡水制备系统及方法，用于解决淡水制备能耗高、成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种淡水制备系统，包括：

热湿气体引入装置，设置在海平面上；

热湿气体输送管道，与所述热湿气体引入装置相连；

热湿气体冷凝装置，设置在所述海平面以下，且所述热湿气体冷凝装置与所述热湿气体输送管道相连；

淡水收集器，与所述热湿气体冷凝装置相连；及

淡水输出装置，包括：

输水管道，一端与所述淡水收集器相连；及

水泵，与所述输水管道的另一端相连。

于本发明的一实施例中，所述热湿气体引入装置为U型管，所述U型管包括第一管道和第二管道，所述第一管道的高度大于所述第二管道的高度。

于本发明的一实施例中，所述U型管的第二管道上设置加热装置。

于本发明的一实施例中，所述加热装置为太阳能加热装置，所述太阳能加热装置包括多块太阳能加热板，所述太阳能加热板沿所述U型管的第二管道口的圆周方向设置。

于本发明的一实施例中，所述热湿气体输送管道为所述U型管的第二管道。

于本发明的一实施例中，所述热湿气体冷凝装置包括：

热交换壳片，设置在所述U型管底部外壁上；及

金属过滤网，设置在所述U型管底部内侧。

于本发明的一实施例中，所述淡水收集器设置在所述热湿气体冷凝装置的下方，且所述淡水收集器通过输水管道与所述U型管连通。

本发明的第二个方面是提供一种淡水制备方法，包括以下步骤：

提供一淡水制备系统，其中，所述的淡水制备系统为以上所述的任一淡水制备系统；

利用所述淡水制备系统制备淡水。

于本发明的一实施例中，淡水制备方法具体包括以下步骤：

海平面上空的热湿气体进入所述热湿气体引入装置；

进入所述热湿气体引入装置的所述热湿气体通过所述热湿气体输送管道进入所述热湿气体冷凝装置；

进入所述热湿气体冷凝装置的所述热湿气体凝结成淡水进入所述淡水收集器储存；

所述淡水收集器储存的淡水经所述淡水输出装置输出使用。

于本发明的一实施例中，所述热湿气体引入装置为U型管，所述U型管两端的高度不同，所述热湿气体利用所述U型管两端管道由于高度差所产生的压强差将海平面上的热湿气体引入所述U型管内。

根据流体力学，距离海平面越高的地方风速越大，而由伯努利方程P+ρv²/2+ρgh＝c(常量)，其中，P为流体压强、ρ为流体密度，v为流体速度，对于气体，伯努利方程可简化P+ρv²/2＝c(常量)知流体的风速越大，压强越小，所以U型管较高一端上方的压强小，U型管较低一端的管道上方的压强大，故，海平面上空的热湿气体从U型管较低一端的管道进入。

如上所述，本发明提供一种淡水制备系统，通过热湿气体引入装置将海面上的热湿气体吸入淡水制备系统，经热湿气体冷凝装置凝结成淡水进入淡水收集箱储存，当需要使用淡水时可通过水泵抽出。该系统利用海水温差将海面上的热湿气体转化为淡水资源储存，对能源消耗少，节能环保。其中热湿气体引入装置采用两端具有高度差的U型管，根据伯努利定律，利用U型管两端的高度差产生的压强差将海面上的热湿气体引入，减少能耗；在U型管较低一端的管口处安装加热装置，可对吸入的热湿气体进一步加热，提高热湿气体的凝结效率，采用太阳能加热装置，利用太阳能加热，进一步节省能耗；热湿气体的冷凝装置包括热交换壳片和金属过滤网，热交换壳片设置在U型管底部管道外壁上，可加速热量交换速率，金属过滤网设置在U型管管道底部的内壁上，利用金属过滤网的孔隙可增大与热湿气体的接触面积以达到快速散热降温的效果。本发明的淡水制备系统结构简单，可控性强，利用本发明的淡水制备系统制备淡水，可减少能源消耗，节能环保。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1显示为本发明的淡水制备系统的结构示意图。

图2显示为本发明的淡水制备方法的流程图。

图3显示为图2的淡水制备步骤的流程图。

附图标记

1 热湿气体引入装置

11 U型管

111 第一管道

112 第二管道

2 热湿气体输送管道

3 热湿气体冷凝装置

31 热交换壳片

32 多孔金属过滤网

4 淡水收集器

5 淡水输出装置

51 输水管道

52 水泵

6 太阳能加热装置

7 海平面

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

本发明提供一种淡水制备系统及基于该淡水制备系统的制备方法，淡水制备系统结构简单，利用该制备系统制备淡水，可减少能耗，节能环保。

请参阅图1，本发明提供一种淡水制备系统，包括热湿气体引入装置1、热湿气体输送管道2、热湿气体冷凝装置3、淡水收集器4及淡水输出装置5，其中，热湿气体引入装置1设置在海平面7上，可将海平面7上空的热湿气体吸入淡水制备系统内；热湿气体输送管道2与热湿气体引入装置1相连通，用来运输进入热湿气体引入装置1的热湿气体；热湿气体冷凝装置3与热湿气体输送管道2的末端相连，且热湿气体冷凝装置3设置在海水面以下，深层海水的温度低于表层海水的温度，利用深海冷水与海面温水的温差可使热湿气体快速凝结成水滴；淡水收集器4设置在热湿气体冷凝装置3的下方，通过输水管道与热湿气体冷凝装置3相连，经热湿气体冷凝装置3凝结后的液滴通过输水管道进入淡水收集器4；淡水输出装置5包括输水管道51和水泵52，输水管道51一端与淡水收集器4相连，另一端与水泵52相连，通过水泵52可从淡水收集器4内提取淡水，以供使用。

请参阅附图1，在一实施例中，热湿气体引入装置1为两端高度不同的U型管11，U型管11包括第一管道111和第二管道112，第一管道111的底部与第二管道112的底部相连通，且第一管道111的高度大于第二管道112的高度，两者之间的高度差越大，U型管两端的压强差越大，越有利于热湿气体的进入。为了节约成本，安装U型管11时，U型管11的底部位于海水面以下，可提高热湿气体的冷凝效率，第二管道112的高度可设置为高于海平面0.2～1米，第一管道111高出海平面的距离小于20米，在此范围内即能达到热湿气体制备淡水的目的，又能节约成本，避免海水倒灌入U型管内。在本实施例中，第二管道112即为热湿气体输送管道2，热湿气体的冷凝装置3安装在U型管11的底部，淡水收集器4安装在U型管11的下方，通过输水管道与U型管11连通。海平面7上空的热湿气体从第二管道112口进入U型管，沿着第二管道112向下行走至U型管11的底部，利用海水温差及热湿气体的冷凝装置3凝结成小液滴，进入淡水收集器4。

请参阅附图1，在又一实施例中，为了进一步提升热湿气体的温度，提高热湿气体的凝结效率，在U型管11的第二管道112口处设置加热装置，例如太阳能加热装置6，太阳能加热装置6包括多个太阳能加热板，太阳能加热板沿着U型管11的第二管道112口的圆周方向均匀分布，太阳能加热板可将太阳能转变为热能给进入U型管11第二管道112内的热湿气体加热，进一步提高热湿气体的温度，增加热湿气体前后的温差，增大凝结效率。

请参阅附图1，在另一实施例中，热湿气体冷凝装置3包括热交换壳片31和金属过滤网32，热交换壳片31设置在U型管11底部管道的外壁上，可加快热量交换的速率，提高凝结效率，金属过滤网32设置在U型管11底部管道的内部，金属过滤网32例如可选择多孔金属过滤网，金属过滤网32内部的孔隙，可增大热湿气体的接触面积，以达到快速散热降温的效果。

参见附1和附图2，本发明另一方面还提供一种淡水制备方法，包括一下步骤：

S1、提供一淡水制备系统；

S2、利用所述淡水制备系统制备淡水。

其中，淡水制备系统包括热湿气体引入装置1、热湿气体输送管道2、热湿气体冷凝装置3、淡水收集器4及淡水输出装置5，热湿气体引入装置1设置在海面上；热湿气体输送管道2与热湿气体引入装置1相连通；热湿气体冷凝装置3与热湿气体输送管道2的末端相连，且热湿气体冷凝装置3设置在海水面以下；淡水收集器4设置在海水面以下，淡水收集器4位于热湿气体冷凝装置3的下方，通过输水管道与热湿气体冷凝装置3相连；淡水输出装置5包括输水管道51和水泵52，输水管道51一端与淡水收集器4相连，另一端与水泵52相连，水泵52设置在岛屿上，通过水泵52可从淡水收集器4内提取淡水，以供使用。

参见附1和3，淡水制备的方法具体包括以下步骤：

S21、将海平面7上空的热湿气体引入热湿气体引入装置1；

S22、进入所述热湿气体引入装置1的所述热湿气体通过所述热湿气体输送管道2进入所述热湿气体冷凝装置3；

S23、进入所述热湿气体冷凝装置3的热湿气体凝结成淡水进入所述淡水收集器4储存；

S24、所述淡水收集器4储存的淡水经所述淡水输出装置5输出使用。

参加图1和图3，步骤S21中的热湿气体引入装置1为一两端高度不同的U型管11，根据流体力学，距离海平面越高的地方风速越大，而由伯努利方程P+ρv²/2＝c(常量)，其中，P为流体压强、ρ为流体密度，v为流体速度，知流体的流速越大，压强越小，所以U型管较高一端上方的压强小，U型管较低一端的管道上方的压强大，故，海平面上空的热湿气体从U型管较低一端的管道进入。，为了提升进入U型管内热湿气体的温度，增加热湿气体的冷凝效率，U型管11的第二端112的端口设置太阳能加热装置6，太阳能加热装置6可将太阳能转化为热能加热热湿气体。

参见图1和图3，步骤S22中的热湿气体输送管道2为U型管11的第二管道112，热湿气体输送管道2可将进入U型管11内的热湿气体从海平面7上方运往海平面7以下，可确保热湿气体输送至热湿气体冷凝装置3中。

参见图1和图3，步骤S23中的热湿气体冷凝装置3安装在U型管11的底部，热交换壳片31安装在U型管11底部管道的外壁上，金属过滤网32安装在U型管11底部管道内部，金属过滤网32可选择多孔金属过滤网，多孔金属过滤网的孔隙可增大热湿气体的接触面积，可快速散热降温，热交换壳片31，可加快热交换速率，提高热湿气体的凝结效率。热湿气体通过冷凝装置可快速凝结成水滴进入淡水收集器4内。

参见图1和图3，步骤S24中的淡水输出装置5，包括输水管道51和水泵52，水泵52设置在岛屿上，水泵52通过输水管道51与淡水收集器4相连，当需要使用淡水时，只需打开水泵即可从淡水收集器4中抽取淡水。

综上所述，本发明的淡水制备系统结构简单，基于该制备系统的淡水制备方法将海面上空的热湿气体转化成淡水资源，能源消耗少，淡水制备率高。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种淡水制备系统，其特征在于，包括：

热湿气体引入装置，设置在海平面上；

热湿气体输送管道，与所述热湿气体引入装置相连；

淡水收集器，与所述热湿气体冷凝装置相连；及

淡水输出装置，包括：

输水管道，一端与所述淡水收集器相连；及

水泵，与所述输水管道的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的淡水制备系统，其特征在于，所述热湿气体引入装置为U型管，所述U型管包括第一管道和第二管道，所述第一管道的高度大于所述第二管道的高度。

3.根据权利要求2所述的淡水制备系统，其特征在于，所述U型管的第二管道上设置有加热装置。

4.根据权利要求3所述的淡水制备系统，其特征在于，所述加热装置为太阳能加热装置，所述太阳能加热装置包括多块太阳能加热板，所述太阳能加热板沿所述U型管的第二管道口的圆周方向设置。

5.根据权利要求2所述的淡水制备系统，其特征在于，所述热湿气体输送管道为所述U型管的第二管道。

6.根据权利要求2所述的淡水制备系统，其特征在于，所述热湿气体冷凝装置包括：

热交换壳片，设置在所述U型管底部外壁上；及

金属过滤网，设置在所述U型管底部内部。

7.根据权利要求6所述的淡水制备系统，其特征在于，所述淡水收集器设置在所述热湿气体冷凝装置的下方，且所述淡水收集器通过输水管道与所述U型管连通。

8.一种淡水制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一淡水制备系统，所述淡水制备系统为权利要求1至7任一所述的淡水制备系统；

利用所述淡水制备系统制备淡水。

9.根据权利要求8所述的淡水制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将海平面上空的热湿气体引入所述热湿气体引入装置；

所述淡水收集器储存的淡水经所述淡水输出装置输出使用。

10.根据权利要求9所述的淡水制备方法，其特征在于，所述热湿气体引入装置为U型管，所述U型管两端的高度不同，所述U型管两端管道的高度差所产生的压强差将所述海平面上空的热湿气体引入所述U型管内。