CN206232487U - 海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海水淡化装置，包括内置有植物的半密闭式蒸发大棚、第一冷凝模块、淡水收集模块和注水模块，第一冷凝模块部分内设于蒸发大棚中，蒸发大棚内还设有第二冷凝模块，第一、第二冷凝模块分别与淡水收集模块连接，注水模块与第二冷凝模块连接。与现有技术相比，本实用新型提供的海水淡化装置，高效节能收集水蒸气，并提高海水淡化速率。

Description

海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种海水淡化装置。

背景技术

从海水中取得淡水的过程谓海水淡化，是实现水资源利用的开源增量技术。海水淡化利用海水脱盐生产淡水，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。目前全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。从大的分类来看，主要分为蒸馏法(热法)和膜法两大类，热法是通过吸收热量将海水进行蒸馏，再将水蒸气凝结，最终得到蒸馏水。膜法是一种利用压差驱使海水“通过”一种矿物质无法通过的模，最终得到不含矿物质的水。其中低温多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。其中，

(一)低温多效蒸馏法

低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的蒸馏淡化技术，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入首效，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，然后通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。低温多效蒸馏技术具有节能、海水预处理要求低、淡化水品质高等优点，主要发展趋势为提高首效温度，提高装置单机造水能力；采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。

(二)反渗透膜法

通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜将海水与淡水分隔开。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，但此时该渗透系统处于一个动态平衡，如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能，它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40，但海水预处理要求高。

(三)多级闪蒸法

是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急骤蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。多级闪蒸技术成熟、运行可靠、装置产量大等优点，但能耗偏高，故其主要发展趋势为提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。

综上，在进行“盐”水分离的过程中，上述方法均存在所需成本太高的问题，或需要消耗大量的能量，或对海水预处理要求过高。

现在利用红树类植物的蒸腾作用进行海水淡化工艺(生态法)是一门较为新颖的科研思路，在世界范围内已经出现了几个设计方案，但是还停留在图纸甚至假设阶段。限制生态法海水淡化发展的主要困难是：目前还没有一种高效且节能的方案有效收集植物蒸腾作用产生的水蒸气；大棚内密闭空间的空气中水蒸气浓度极高，将降低植物的蒸腾速率。故目前生态法海水淡化项目仅限于实验室中，还无法实现工业化及产业化。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够高效节能收集水蒸气，并提高海水淡化速率的海水淡化装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供的海水淡化装置包括内置有植物的半密闭式蒸发大棚、第一冷凝模块、淡水收集模块和注水模块，第一冷凝模块部分内设于蒸发大棚中，蒸发大棚内还设有第二冷凝模块，第一、第二冷凝模块分别与淡水收集模块连接，将蒸发大棚中植物蒸腾作用产生的水蒸气进行冷凝，并将冷凝后的凝结水收集至淡水收集模块，注水模块与第二冷凝模块连接，向第二冷凝模块内注入海水，确保第二冷凝模块中的海水与蒸发大棚内的空气进行热交换。

优选地，蒸发大棚由经防腐处理的钢质材料和透光面较好的钢化玻璃建成。

优选地，蒸发大棚开设有若干通风门，保证淡化水收集过程之后棚内的通风，避免影响植物蒸腾速率。

优选地，采用无土栽培技术种植红树类植物，用大量鹅卵石将红树根部固定。

优选地，蒸发大棚还设有隔板，将蒸发大棚分为水蒸气收集室和海水仓，水蒸气收集室内含红树根部以上部分、部分第一冷凝模块和第二冷凝模块，海水仓设有通水口，保障海水流通。

更优选地，隔板密封处理，以确保海水仓中的海水与水蒸气收集室中的空气隔离，防止水蒸气凝结后再次落入海水中。

优选地，第一冷凝模块包括排风扇和水蒸气凝结器，水蒸气凝结器包括依次连接的进气管、若干凝结单元和出气管，凝结单元设有出水管，出水管与淡水收集模块连接，以收集水蒸气凝结器内产生的凝结水，排风扇安装在水蒸气凝结器的出气管内，以控制水蒸气的流动速度，从而实时调节进气管外的水蒸气浓度。

更优选地，凝结单元包括一凝结管和至少一连接管。

进一步，出水口安装于凝结管或连接管上。

进一步，连接管选自弯管或半弯管。

作为一种实施方案，当水蒸气凝结器包括一个凝结单元时，凝结管两端通过半弯管分别与进气管和出气管连接。

作为另一种实施方案，当水蒸气凝结器由两个或两个以上凝结单元组装而得时，相邻两凝结管通过弯管连接，类似地，水蒸气凝结器两侧的凝结管两端分别通过半弯管与进气管和出气管连接。

更优选地，凝结单元置于海水中，进气管与出气管部分置于空气中，即水蒸气凝结器的进气管口与出气管口均高于凝结单元。

更优选地，排风扇安装在水蒸气凝结器的出气管口。

更优选地，排风扇装有太阳能板，为排风扇提供动力；此时，风扇功率大小根据太阳光强度自主调节。

优选地，第二冷凝模块装置包括同圆心套接的冷凝单元和收集单元，冷凝单元由呈放射状分布的冷凝管和冷凝管固定环组成，冷凝管固定环连接于冷凝管放射端且设有至少一个海水进水管，冷凝管汇集端设有海水出水管，海水从海水进水管流入冷凝单元，从海水出水管流出冷凝单元，从而完成一个热交换循环，即可利用海水与空气间的温度差产生冷凝水；收集单元由呈放射状分布的弧形片组成，收集单元的弧形片位于冷凝单元的冷凝管下，以收集冷凝管上产生的冷凝水。

更优选地，冷凝单元的冷凝管与水平面之间的夹角为0°～180°，即冷凝单元的冷凝管非水平设置，促使冷凝单元表面的小水珠迅速汇集直至坠落至收集单元上。

更优选地，收集单元与冷凝单元平行设置，也即是说，竖直方向，弧形片与冷凝管上下平行。

更优选地，冷凝管汇集端的出水管内设有海水管专用阀门。

为了更好地完成热交换，冷凝单元优选由薄壁铜管焊接而成。

作为一种优选方案，冷凝管为8根；更优选地，冷凝管均匀分布，以与周围空气均匀地进行热交换。

对应地，收集单元的弧形片也均匀设置8根，对应设置于冷凝管一侧，收集冷凝水。

更优选地，收集单元由涂有防腐涂料的树脂材料构成。

更优选地，弧形片横截面为1/3圆环，防止冷凝效率高时冷凝水溢流。

更优选地，在收集单元汇集处也开有出水管，与淡水收集模块的管路相接。

进一步，作为一种优选方案，出水管套接于冷凝单元的出水管外。

更优选地，第二冷凝模块置于海水淡化系统中大棚内的各植物之间，有效降低植物周围水蒸气浓度，提高植物蒸腾效率。

优选地，淡水收集模块包括一凝结水储水仓及其连接管路，以收集第一、第二冷凝模块产生的淡水。

更优选地，凝结水储水仓口还安装有过滤装置与单向水阀。

优选地，注水模块包括控制器、太阳能水泵和管系温度监控器，可根据冷凝管内海水温度控制海水注入频率，智能化间断供水，实现低能耗。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、第一冷凝模块无需外接电源，排风扇由太阳能板提供电能；

2、为了将水蒸气通过第一冷凝模块的速率控制在合理的范围，风扇功率不宜过大，本申请中排风扇功率大小可根据棚外太阳光强度自主调节，确保随着太阳光越强，棚中水蒸气越浓时，风扇功率也越大，这样实时调节棚内水蒸气浓度，有益于对棚中水蒸气浓度的调节从而加快植物蒸腾速率；

3、第一冷凝模块的冷凝单元浸没在海水中的主体工作段为“蛇型”，以增加富含水蒸气的空气在管道中的行程，以此提高冷凝效果；

4、由于第一冷凝模块水蒸气凝结器的圆形截面，凝结水会快速汇集到一起形成水流，而水蒸气凝结器下部所接的出水管可以将水流导进出凝结水储水仓；

5、由于凝结水储水仓浸泡在海水中，过滤装置与单向水阀可以确保凝结水不会再次蒸发；

6、本申请提供的第一冷凝模块包括多个凝结单元，可根据生态法海水蒸发大棚的形状、大小自由组装，节约成本；

7、本装置可保证蒸发大棚内的空气流通，保证棚内空气质量有益于植物生长；

8、建立水泵供水与管系温度的反馈系统，智能化间断供水实现低能耗，市场上常见的太阳能板即可完成对海水泵的供电；

9、第二冷凝模块位于植物蒸腾部位周围，可以快速降低植物蒸腾部位周围水蒸气浓度，加快植物蒸腾速率；

10、第二冷凝模块可根据生态法海水淡化棚的形状、大小、植物数量来自由设置安装数目，方便实现海水淡化装置的注水模块与淡水收集模块的整合；

11、无需电能或化石能源：利用海洋植物自身的蒸腾作用与排盐功能，实现由海水到水蒸气的转化过程，这一过程理论上淡化过程所需的能量完全来自阳光，无需像热法、膜法那样需要大量的热能或电能；

12、运营成本低：海水本身富含各种植物生长所需的营养，只要维持系统内的海水拥有足够的流通性，红树类植物便能茁壮成长，不需要额外施肥，相较于热法与膜法而言，这种方法几乎没有维护成本；

13、环境友好：无论是热法还是膜法的海水淡化工厂，都会对周边环境造成影响，只能尽量的做到不影响绿化，而本申请在实现海水淡化的同时，工厂本身就是一个生态花园；

14、无二次污染：无论是热法还是膜法的海水淡化工厂，均会产生一种废弃物“浓盐水”，而本申请为生态法，其本身的特点决定其不会产生“浓盐水”；

15、具多种经济效益：除了主要产品淡水外，红树可以入药、用于雕刻，红树林下适于养殖多种鱼类，可以实现创收手段多样化。

附图说明

图1为本实用新型提供的海水淡化装置示意图；

图2为本实用新型第一冷凝模块水蒸气凝结器结构示意图；

图3为本实用新型第二冷凝模块结构示意图；

图4为本实用新型实施例第二冷凝模块冷凝单元结构示意图；

图5为本实用新型实施例第二冷凝模块收集单元结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，在海岸上建立一个四角开设通风门的蒸发大棚1，大棚由经防腐处理的钢质材料和透光面较好的钢化玻璃建成，蒸发大棚内安装有密封隔板11，将蒸发大棚分为水蒸气收集室和海水仓，以确保海水仓中的海水与水蒸气收集室中的空气隔离，防止水蒸气凝结后再次落入海水中。海水仓设有通水口，保障海水流通，水蒸气收集室内采用无土栽培技术种植红树类植物(本实施例中为秋茄)，用大量鹅卵石将红树根部固定，将第二冷凝模块3区间设置在秋茄树冠周围，保证每个第二冷凝模块3之间的空间可以至少容纳一棵秋茄，可以快速降低秋茄树冠周围水蒸气浓度，加快秋茄蒸腾速率。

图2为第一冷凝模块2结构示意图，如图2所示，第一冷凝模块2包括排风扇21和水蒸气凝结器22，水蒸气凝结器22包括依次连接的进气管221、若干凝结单元222和出气管223，排风扇21安装在水蒸气凝结器22的出气管口，以控制水蒸气凝结器22内水蒸气的流动速度，排风扇21装有太阳能板，为排风扇提供动力，风扇功率大小根据太阳光强度自主调节，与水蒸气大棚壁上的单向换气口配合保持棚内空气的流通，从而实时调节海水淡化大棚内的水蒸气浓度，提高植物蒸腾效率；凝结单元222的凝结管2222通过半弯管2232分别与进气管221和出气管223连接，每个凝结管2222下部均安装有出水管2221，出水管2221通过管路与凝结水储水仓4(即淡水收集模块)连接，以收集水蒸气凝结器22内产生的凝结水，凝结水储水仓口还安装有过滤装置与单向水阀。本实施例中，水蒸气凝结器22由3个凝结单元222组合而成，每个凝结单元222的凝结管2222两两之间由弯管2231连接，最外侧两凝结管2222两端通过半弯管2232分别与进气管221和出气管223连接；每个凝结管2222下部均安装有出水管2221，凝结单元222置于海水平面以下，进气管口设于蒸发大棚内，出气管口设于蒸发大棚外，进气管口与出气管口均置于海水平面以上。

图3为本实用新型第二冷凝模块3结构示意图，第二冷凝模块3包括同圆心套接的冷凝单元31和收集单元32，冷凝单元31由呈放射状均匀分布的八根薄壁铜管(即冷凝管)311和一冷凝管固定环312组成，冷凝管固定环312连接于薄壁铜管放射端且设有两个海水进水管313，薄壁铜管汇集端设有海水出水管314，海水从海水进水管313流入冷凝单元31，从海水出水管314流出冷凝单元31，从而完成一个热交换循环，即可利用海水与空气间的温度差产生冷凝水，海水出水管314内设有海水管专用阀门(图中未示出)，以在需要时调整海水流速；冷凝单元31连接有自动注水单元(图中未示出)，自动注水单元包括太阳能水泵和管系温度反馈器，可根据薄壁铜管内海水温度实时调节海水注入速度，智能化间断供水，实现低能耗。收集单元32由呈放射状均匀分布的八个弧形片321组成，弧形片321为涂有防腐涂料的树脂材料，收集单元32的弧形片321平行设置于冷凝单元31的薄壁铜管311正下方，以收集薄壁铜管311上产生的冷凝水，较佳地，弧形片横截面为1/3圆环，防止冷凝效率高时冷凝水溢流；类似地，在收集单元汇集处也开有出水管322，与凝结水储水仓的管路相接，出水管322套接于冷凝单元的出水管外。

注水模块包括控制器、太阳能水泵和管系温度监控器，可根据冷凝管内海水温度控制海水注入频率，智能化间断供水，实现低能耗。

本实施例的工作原理是：

1、利用海水常年温度低于空气温度的特点，建立一套高效的“海水-空气热交换系统”；

2、排风扇工作时棚内的空气进入冷凝单元中，由于冷凝单元浸泡在相对温度较低的海水中，空气中的水蒸气会慢慢凝结成液态水。

3、第二冷凝模块的两个海水进水管连接着由太阳能板提供动力的海水泵，第二冷凝模块工作时海水泵向冷凝单元内注入海水直至注满，此时第二冷凝模块的出水口阀门处于常闭状态；

4、冷凝单元中加入温度监控器，当冷凝单元温度超过规定值时控制系统自动触发：排水口阀门打开直至冷凝单元中海水排净；海水排净后注水泵重新注入海水，至冷凝单元内水温达到规定值，停止换水流程；

5、海水水温常年低于空气温度，相对低温度的第二冷凝模块的冷凝单元可以使周围的水蒸气快速凝结于冷凝管表面，第二冷凝模块位于乔木类红树树冠周围，可降低树冠周围的空气湿度促使红树植物的蒸腾作用增强；

6、第二冷凝模块的冷凝单元与水平面成一个较大的角度，促使冷凝单元表面的小水珠迅速汇集直至坠落至收集单元上。

7、第二冷凝模块将凝结的淡水收集到一起，输送到淡水储存系统内；

每天白天，通过红树植物的蒸腾作用，大量海水转变为水蒸气并被密闭在“水蒸气收集室”之中，每天晚上，利用昼夜温差与冷凝模块共同作用，将水蒸气液化成液态水并收集起来。到了清晨，将大棚的换气门打开，通风换气。周而复始，无需任何额外的能源，这个红树生态系统就可以源源不断的进行海水淡化。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (23)

1.海水淡化装置，其特征在于：包括内置有植物的半密闭式蒸发大棚、第一冷凝模块、淡水收集模块和注水模块，第一冷凝模块部分内设于蒸发大棚中，蒸发大棚内还设有第二冷凝模块，第一、第二冷凝模块分别与淡水收集模块连接，注水模块与第二冷凝模块连接。

2.权利要求1所述的装置，其特征在于：蒸发大棚开设有若干通风门。

3.权利要求1所述的装置，其特征在于：蒸发大棚还设有隔板，将蒸发大棚分为水蒸气收集室和海水仓，水蒸气收集室内含植物根部以上部分、部分第一冷凝模块和第二冷凝模块，海水仓设有通水口。

4.权利要求3所述的装置，其特征在于：隔板密封处理。

5.权利要求1所述的装置，其特征在于：第一冷凝模块包括排风扇和水蒸气凝结器，水蒸气凝结器包括依次连接的进气管、若干凝结单元和出气管，凝结单元设有出水管，出水管与淡水收集模块连接，排风扇安装在水蒸气凝结器的出气管内。

6.权利要求5所述的装置，其特征在于：凝结单元包括一凝结管和至少一连接管。

7.权利要求6所述的装置，其特征在于：出水口安装于凝结管或连接管上。

8.权利要求6所述的装置，其特征在于：连接管选自弯管或半弯管。

9.权利要求7所述的装置，其特征在于：当水蒸气凝结器包括一个凝结单元时，凝结管两端通过半弯管分别与进气管和出气管连接。

10.权利要求7所述的装置，其特征在于：当水蒸气凝结器由两个或两个以上凝结单元组装而得时，相邻两凝结管通过弯管连接，水蒸气凝结器两侧的凝结管两端分别通过半弯管与进气管和出气管连接。

11.权利要求5所述的装置，其特征在于：水蒸气凝结器的进气管口与出气管口均高于凝结单元。

12.权利要求5所述的装置，其特征在于：排风扇安装在水蒸气凝结器的出气管口。

13.权利要求5所述的装置，其特征在于：排风扇装有太阳能板。

14.权利要求1所述的装置，其特征在于：第二冷凝模块装置包括同圆心套接的冷凝单元和收集单元，冷凝单元由呈放射状分布的冷凝管和冷凝管固定环组成，冷凝管固定环连接于冷凝管放射端且设有至少一个海水进水管，冷凝管汇集端设有海水出水管，收集单元由呈放射状分布的弧形片组成，收集单元的弧形片位于冷凝单元的冷凝管下。

15.权利要求14所述的装置，其特征在于：冷凝单元的冷凝管非水平设置。

16.权利要求14所述的装置，其特征在于：收集单元与冷凝单元平行设置。

17.权利要求14所述的装置，其特征在于：弧形片横截面为1/3圆环。

18.权利要求14所述的装置，其特征在于：在收集单元汇集处也开有出水管，与淡水收集模块的管路相接。

19.权利要求18所述的装置，其特征在于：出水管套接于冷凝单元的出水管外。

20.权利要求14所述的装置，其特征在于：第二冷凝模块置于海水淡化系统中大棚内的各植物之间。

21.权利要求1所述的装置，其特征在于：淡水收集模块包括一凝结水储水仓及其连接管路。

22.权利要求21所述的装置，其特征在于：凝结水储水仓口还安装有过滤装置与单向水阀。

23.权利要求1所述的装置，其特征在于：注水模块包括控制器、太阳能水泵和管系温度监控器。