CN115159621A - 一种利用海洋温差的海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用海洋温差的海水淡化系统，包括：密闭容器，密闭容器位于海底，密闭容器上设有浓海水出口、排水口、深海水进口和输送管，浅海水进口，浅海水进口位于海洋表面；反渗透组件与深海水进口和浓海水出口连接；中继水箱与反渗透组件的淡水出口连接；加压泵与中继水箱连接；进水电磁阀与加压泵连接；输送器的内部设有活塞、蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器均位于活塞的下方，输送器的顶部设有进水口和出水口，且进水口和出水口均位于活塞的上方，进水口与进水电磁阀连接；出水电磁阀分别与出水口和输送管连接；三通电磁阀分别与浅海水进口、深海水进口、蒸发器和冷凝器连接。该能耗低、结构简单、维护成本低。

Description

一种利用海洋温差的海水淡化系统

技术领域

本发明涉及一种海水淡化系统，尤其是一种利用海洋温差的海水淡化系统。

背景技术

海水淡化主要采用反渗透淡化，反渗透海水淡化技术利用反向渗透原理，将海水压力增大至渗透压以上，使水分子通过反渗透膜并与盐分及杂质分离，从而获得淡水。反渗透海水淡化投资及运行成本较低、装置紧凑、占地较少、操作简单、易于维修。

深海水淡化中主要通过输送泵将淡水输送至岸边的储水箱。由于输送距离长，输送的落差大，因此输送泵为主要耗能部件。因此降低输送泵的能耗成为海水淡化系统降低能耗的关键所在。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用海洋温差的海水淡化系统，利用深海的压力能驱动反渗透组件产生淡水，淡水通过输送器运到海平面，输送器则由海洋温差能辅助驱动，从而无需高能耗的输送泵，极大的降低了能耗，从而降低了海水淡化的成本。具体技术方案为：

一种利用海洋温差的海水淡化系统，包括：密闭容器，所述密闭容器位于海底，所述密闭容器上设有浓海水出口、排水口、深海水进口和输送管，浅海水进口，所述浅海水进口位于海洋表面；反渗透组件，所述反渗透组件与所述深海水进口和所述浓海水出口连接；中继水箱，所述中继水箱与所述反渗透组件的淡水出口连接；加压泵，所述加压泵与中继水箱连接；进水电磁阀，所述进水电磁阀与所述加压泵连接；输送器，所述输送器的内部设有活塞、蒸发器和冷凝器，所述蒸发器和所述冷凝器均位于所述活塞的下方，所述输送器的顶部设有进水口和出水口，且所述进水口和所述出水口均位于所述活塞的上方，所述进水口与所述进水电磁阀连接；出水电磁阀，所述出水电磁阀分别与所述出水口和输送管连接；及三通电磁阀，所述三通电磁阀分别与所述浅海水进口、所述深海水进口、所述蒸发器和所述冷凝器连接；所述反渗透组件、所述中继水箱、所述加压泵、所述输送器均位于所述密闭容器内。

优选的，所述活塞上设有真空腔。

优选的，所述活塞包括：顶板，所述顶板活动插在所述输送器的内部，且位于所述进水口和所述出水口的下方；连接板，所述连接板固定在顶板的下方；及底板，所述底板固定在所述连接板的底部，且所述底板的面积大于所述顶板的面积，所述蒸发器和所述冷凝器均位于所述底板的下方。

进一步的，所述冷凝器位于所述蒸发器的上方。

优选的，所述输送器的内部还装有工质，所述工质位于所述活塞的下方，所述工质为二氧化碳气体。

优选的，还包括过滤装置，所述过滤装置分别安装在所述深海水进口和所述浅海水进口上。

优选的，还包括热源泵，所述热源泵与所述排水口和所述蒸发器和所述冷凝器连接。

优选的，还包括循环泵，所述循环泵分别与所述深海水进口和所述反渗透组件连接。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种利用海洋温差的海水淡化系统采用海水温差进水淡水的输送，无需能耗大的输送泵，极大的降低了能耗，并且系统结构简单、经济性和环保性高、制作难度小、维护成本低。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是输送器的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

输送器16是一个将热能直接转化为机械能的装置，其主要由活塞22、冷凝器19和蒸发器18组成。活塞22下方的是工质20的空间，活塞22上方空间则是吸入和排出淡水的空间。当工质20被交替地蒸发和冷凝时，将推动活塞22上下移动，从而将淡水交替地吸入和排出输送器16。输送器16排出淡水的压力由工质20的性质和热源温度共同决定。而海洋蕴含的巨大海洋温差能，则可以作为输送器16的驱动力。

表层海水为热源，根据工作地点及季节不同，温度为15℃～30℃，深海水温度为冷源，温度为4～8℃。

如图1和图2所示，一种利用海洋温差的海水淡化系统，包括浅海水进口2、密闭容器10以及均安装在密闭容器10内的反渗透组件12、中继水箱5、加压泵6、进水电磁阀71、输送器16、出水电磁阀72、三通电磁阀17、过滤装置3、热源泵15和循环泵9。

密闭容器10位于海底11，密闭容器10上设有浓海水出口13、排水口14、深海水进口8输送管，密闭容器10为内部设备提供所需工作环境，保护其不受海水侵蚀及海洋生物干扰。密闭容器10内部压力为大气压。

浅海水进口2位于海洋表面1，用于吸入温度高的海水。过滤装置3分别安装在深海水进口8和浅海水进口2上。过滤装置3可以去除海水中的杂质和污染物，以保护反渗透组件12的反渗透膜，提高反渗透效果。过滤装置3采用微滤预处理方案。

反渗透组件12为RO组件，由多个膜元件经过串联和并联组成，连接形式根据海水水质、RO组件回收率设计值、水质要求、膜元件性能等因素共同决定。反渗透组件12与深海水进口8和浓海水出口13连接。其中，深海水进口8与反渗透组件12之间还装有循环泵9，循环泵9用于克服过滤装置3和RO组件的压力损失。

中继水箱5与反渗透组件12的淡水出口连接。反渗透组件12连续产生淡水，而输送器16间歇性地提升淡水，因此需要中继水箱5来暂时储存尚未被提升的淡水。中继水箱5的大小根据系统设计容量确定，中继水箱5能够储存反渗透组件12一个工作日产生的淡水。

输送器16的顶部设有进水口和出水口，输送器16的内部设有活塞22、蒸发器18和冷凝器19，蒸发器18和冷凝器19均位于活塞22的下方，且冷凝器19位于蒸发器18的上方。进水口通过进水电磁阀71与加压泵6连接，加压泵6与反渗透组件12的淡水出口连接。出水口通过出水电磁阀72与输送管连接，输送管与岸边的储水箱4连接。活塞22包括顶板、连接板和底板，其中顶板和底板分别位于连接板的顶部设底部，顶部和底板均活动插在输送器16的内部，并且顶板与底板之间为真空腔21。顶板位于进水口和出水口的下方。底板的面积大于顶板的面积，蒸发器18和冷凝器19均位于底板的下方。工质20位于活塞22的下方，工质20为二氧化碳气体。活塞22形成“工”字形，表面积上小下大，当下面的工质20以某一压力蒸发时，传递给淡水的压力将大于蒸发压力。当活塞22受力平衡时，上下表面的压强之比等于表面积的反比，在淡水压力相同时，工质20的蒸发压力可以更低，因此输送器16可以在更深海域工作。同时工质20的选择范围将进一步增大，更加降低产水能耗，提高工质20的环保性。加压泵6使淡水压力增加至某一数值后送入输送器16，在输送器16的冷却过程中推动活塞22向下移动。工质20冷凝压力由工质20自身压力和加压泵6压力共同提供。热源泵15与排水口14和蒸发器18和冷凝器19连接。热源泵15用于克服表面热水管道以及输送器16内换热器的压力损失。

输送器16的工质20选择二氧化碳。工质20充入压力设计值以系统单位产水耗电量最小为目标来确定。

三通电磁阀17分别与浅海水进口2、深海水进口8、蒸发器18和冷凝器19连接。进水口和出水口由电磁阀控制其开启或闭合。蒸发器18和冷凝器19的换热面积不同，冷凝器19位于蒸发器18上方。由三通电磁阀17来控制蒸发器18和冷凝器19交替工作。

输送器16冷热源交替输入由两个串联的三通电磁阀17联动控制，当地冷海水作为RO组件进水和输送器16冷源共用一个进水口，可简化系统结构，减少过滤装置3使用，减少制造和维护成本。

冷凝器19和蒸发器18均布置于输送器16底部，降低制造难度。

具体每部分的工作过程如下：

1、反渗透海水淡化子系统

反渗透是渗透的反过程，是一种以压力差为动力，从溶液中分离溶剂的膜分离操作。不同溶液所需的压力差不同，海水反渗透所需压力差为5.5MPa～7.0MPa。

此系统将反渗透膜被放置于足够深度处，进料海水自身压力即可满足RO组件要求。因此传统RO系统中的高压泵可被省去，系统耗能大幅降低。

2、淡水提升子系统

淡水提升子系统用于将淡水输送至海平面，由输送器16和辅助泵组成。

输送器16由海洋温差能驱动。输送器16循环可分为两个过程：

加热过程：海平面的热海水通过保温管道引入输送器16，加热工质20，使其由液态蒸发为气态，推动活塞22向上移动。加热过程中，输送器16关闭淡水进口，打开淡水出口，加压泵6停止工作。

冷却过程：深海的冷海水进入输送器16，工质20由气态被冷凝为液态。同时加压泵6增压淡水并推动活塞22向下移动。工质20的冷凝压力等于工质20自身压力与进入输送器16的淡水压力即加压泵6扬程之和。冷却过程中，输送器16的淡水入口打开，出口关闭；加压泵6工作。

交替循环以上过程，将淡水不断输送至海平面。

输送器16活塞22为“工”字形，可扩大系统的工作深度范围和工质20选择范围，提高系统的环境适应性、经济性和环保性。

冷热源进入输送器16采用两个串联三通电磁阀17连锁控制，减少一个冷海水进口及相应过滤装置3，系统结构更简单，减少制造和维护成本。

蒸发器18与冷凝器19均布置于输送器16底部，降低制造难度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，包括：

密闭容器(10)，所述密闭容器(10)位于海底(11)，所述密闭容器(10)上设有浓海水出口(13)、排水口(14)、深海水进口(8)和输送管，

浅海水进口(2)，所述浅海水进口(2)位于海洋表面(1)；

反渗透组件(12)，所述反渗透组件(12)与所述深海水进口(8)和所述浓海水出口(13)连接；

中继水箱(5)，所述中继水箱(5)与所述反渗透组件(12)的淡水出口连接；

加压泵(6)，所述加压泵(6)与中继水箱(5)连接；

进水电磁阀(71)，所述进水电磁阀(71)与所述加压泵(6)连接；

输送器(16)，所述输送器(16)的内部设有活塞(22)、蒸发器(18)和冷凝器(19)，所述蒸发器(18)和所述冷凝器(19)均位于所述活塞(22)的下方，所述输送器(16)的顶部设有进水口和出水口，且所述进水口和所述出水口均位于所述活塞(22)的上方，所述进水口与所述进水电磁阀(71)连接；

出水电磁阀(72)，所述出水电磁阀(72)分别与所述出水口和输送管连接；及

三通电磁阀(17)，所述三通电磁阀(17)分别与所述浅海水进口(2)、所述深海水进口(8)、所述蒸发器(18)和所述冷凝器(19)连接；

所述反渗透组件(12)、所述中继水箱(5)、所述加压泵(6)、所述输送器(16)均位于所述密闭容器(10)内。

2.根据权利要求1所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，所述活塞(22)上设有真空腔(21)。

3.根据权利要求1所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，所述活塞(22)包括：

顶板，所述顶板活动插在所述输送器(16)的内部，且位于所述进水口和所述出水口的下方；

连接板，所述连接板固定在顶板的下方；及

底板，所述底板固定在所述连接板的底部，且所述底板的面积大于所述顶板的面积，所述蒸发器(18)和所述冷凝器(19)均位于所述底板的下方。

4.根据权利要求3所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，所述冷凝器(19)位于所述蒸发器(18)的上方。

5.根据权利要求1所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，所述输送器(16)的内部还装有工质(20)，所述工质(20)位于所述活塞(22)的下方，所述工质(20)为二氧化碳气体。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，还包括过滤装置(3)，所述过滤装置(3)分别安装在所述深海水进口(8)和所述浅海水进口(2)上。

7.根据权利要求1至5任一项所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，还包括热源泵(15)，所述热源泵(15)与所述排水口(14)和所述蒸发器(18)和所述冷凝器(19)连接。

8.根据权利要求1至5任一项所述的一种利用海洋温差的海水淡化系统，其特征在于，还包括循环泵(9)，所述循环泵(9)分别与所述深海水进口(8)和所述反渗透组件(12)连接。

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