CN213680233U - 一体式海水净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一体式海水净化装置，包括电源部、控制部、净化部、检测部和储存部，其中，电源部为控制部和检测部供电，净化部对输入的海水进行淡化，检测部对净化部中的未净化海水、净化后淡水和净化后废液均进行检测并反馈给控制部，储存部对未净化海水、净化后淡水和净化后废液分别进行存储。本实用新型使用气隙式模块组装置，不同模块组装置间相互配合使得运输蒸汽并冷凝的效率得以提高，并且气隙装置为需要启动的装置提供了运行环境，提高了净化装置的有效利用率和整体装置的协调性。

Description

一体式海水净化装置

技术领域

本实用新型属于海水淡化领域，具体涉及一种一体式海水净化装置。

背景技术

目前的海水淡化技术仍处于起步阶段，我国作为水资源需求量大国，近年来对海水淡化研究也投入了大量的精力，而我国海水淡化技术采用的主要是膜法脱盐中的反渗析技术，占比约达到市场份额的65％。

膜蒸馏法具有蒸馏液纯净、常压操作、设备简单、对外部热源要求低的优点，但对于膜蒸馏海水淡化技术，其中所应用到的疏水多孔膜是限制膜蒸馏海水淡化技术大规模商业化应用的重要因素，为了提高膜疏水特性，需要在膜材料的选择和制备过程中进行相关处理，增加制膜成本，维护过程也十分困难。

现有技术的缺点：目前海水淡化系统仍处于起步阶段，对于一些需要多用途低成本或需要大规模应用的缺淡水地区难以生产和净化，且目前世界上使用的海水淡化设备偏于简易，大多数海水淡化系统依赖于大型火力发电厂，没有相应的实用性强和具有低能耗、高效能的一体式综合的海水淡化系统。因此我们做出了相应的改进。

实用新型内容

鉴于以上存在的技术问题，本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种较完备的整体装置(集供能、蒸馏、冷凝、净化、清洁为一体)为海水净化或其它相关水资源净化方面提供了一种成熟且系统搭配性更好，耐用性更高的水资源净化技术解决方案。

具体采用如下的技术方案：

包括电源部、控制部、净化部、检测部和储存部，其中，电源部为控制部和检测部供电，净化部对输入的海水进行淡化，检测部对净化部中的未净化海水、净化后淡水和净化后废液均进行检测并反馈给控制部，储存部对未净化海水、净化后淡水和净化后废液分别进行存储；

所述净化部包括三层净化膜板、加热器、隔温板、壳体、冷凝板、金属隔板、冷水流道板、入料管道、淡水管和废液管；加热器设置在最上方；三层净化膜板、隔温板、冷凝板、金属隔板和冷水流道板均设置在壳体内；三层净化膜板由依次设置的电纺纳米纤维层、微孔层和背衬层组成；

所述控制部包括三个电磁阀，分别用于未净化海水、净化后淡水、净化后废液，通过入料管道、淡水管和废液管输出；

所述检测部包括三个流量计，分别用于未净化海水、净化后废液、净化后淡水的流量数据的监控；

所述储存部包括海水罐、淡水罐和废液罐，分别储存未净化海水、净化后淡水和净化后废液；

所述三层净化膜板和加热器构成蒸发结构，冷水流道板与其中流动的低温海水构成低温冷凝结构，在装置运行的过程中，低温海水从海水罐通过电磁阀控制沿入料管道流入冷水流道板底部，沿流道向上流动，在低温冷凝结构的顶部流出后，在装置顶部设置的加热部加热，再流经蒸发结构的三层净化膜板中，自上而下流过蒸发结构；

未净化的海水从入料管道进入海水流道，海水流道旁设置冷水流道板，冷水流道板与三层净化膜板之间为淡水流道，三层净化膜板的另一侧为废液流道，未净化的海水在三层净化膜板中流动，冷水流道板和冷凝板表层空气中的水蒸气处于饱和状态，由于三层净化膜板温度高于冷凝流道板，水蒸气在电纺纳米纤维层表面空气中的浓度高于冷凝板表面，表现为三层净化膜板上水蒸气分压大于冷凝板上水蒸气分压，水蒸气在这个压差的驱动下从三层净化膜板的电纺纳米纤维层侧蒸发扩散，穿过微孔层和背衬层，在冷凝板上冷凝产生淡水。

优选地，还包括清洁部，对储存部进行去水垢及残渣。

优选地，所述清洁部包括设置在废液罐中的pH检测器和海水罐上设置的清洁口，pH检测器测定废液罐中液体的pH值，通过清洁口向海水罐中注入缓蚀剂和酸洗液。

优选地，所述缓蚀剂包括有机膦、共聚物及铜缓蚀剂。

优选地，所述电源部包括风力发电装置、蓄电池、太阳能发电装置和电压変换器，其中，风力发电装置和太阳能发电装置为蓄电池充电，电压变换器对蓄电池的电压进行变换后供给控制部和检测部。

优选地，所述电纺纳米纤维层的接触角为140°-160°。

优选地，所述电纺纳米纤维层的孔径在0.05μm-5.0μm。

优选地，所述电纺纳米纤维层由二氧化钛制备而成。

优选地，所述微孔层包括聚乙烯醇缩醛泡沫材料。

优选地，所述电磁阀由继电器控制开关。

采用本实用新型至少具有如下的有益效果：

1、提供了一种集供能、蒸馏、冷凝、净化、收集、存储、输送、清洁控制为一体的系统设计方案；

2、本实用新型使用气隙式模块组装置，不同模块组装置间相互配合使得运输蒸汽并冷凝的效率得以提高。并且气隙装置为需要启动的装置提供了运行环境，提高了净化装置的有效利用率和整体装置的协调性；

3、本实用新型使用风光一体式供能设置，并且由于气隙式模块的设置，相比简单的热蒸馏法热源要求极低，利用露点蒸发，其操作温度低于沸点，能够减少了操作过程中能量的消耗，热量可以由太阳能、地热能或风能等清洁能源提供；

4、本实用新型设计了一种三层净化膜板结构，电纺纳米纤维层的外表面邻近进料海水，而背衬层的外表面是面对冷凝板的馏出物侧，微孔层403用作过滤器，去除蒸气中的污染物；

5、设置了电磁阀、水流流量计作为控制和检测，三个电磁阀分别用于未净化海水、净化后淡水、净化后废液，控制输送；三个流量计分别用于未净化海水、净化后废液、净化后淡水数据的监控；

6、设置了清洁部采用酸洗的方式除去净水系统的水垢等废弃物质，在海水罐上预留的清洁口注入缓蚀剂，并保持海水淡化装置内部处于系统内冷态循环；酸洗液配好后，打开清洁口慢慢注入酸洗液；测定废液罐中液体的pH，当此处pH满足要求时，停止加酸保持系统循环，实时监控pH酸度做好记录，清洗干净后电磁阀开启输送废水至废液罐，向海水罐内注入新鲜海水；从废液罐的pH检测器检查液体是否为酸性，排掉所有流出液，直至排出液pH值与原海水相同。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的一体式海水净化装置的结构框图；

图2为本实用新型具体实施例的一体式海水净化装置的净化原理示意图；

图3为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的整体结构示意图；

图4为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的净化部结构示意图；

图5为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的三层净化膜板结构示意图；

图6为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的电路部的直流电源电路原理图；

图7为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的控制部中单片机电路原理图；

图8为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的电磁阀驱动电路原理图；

图9为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的电源部供能流程示意图；

图10为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的海水输送净化流程示意图；

图11为本实用新型一具体实施例的一体式海水净化装置的清洁部清洁流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-5，本实用新型公开了一种一体式海水净化装置。

参见图1，包括电源部10、控制部20、净化部30、检测部40和储存部50，其中，电源部10为控制部20和检测部40供电，净化部30对输入的海水进行淡化，检测部40对净化部30中的未净化海水、净化后淡水和净化后废液均进行检测并反馈给控制部20，储存部50对未净化海水、净化后淡水和净化后废液分别进行存储；

净化部30包括三层净化膜板1、加热器3、隔温板303、壳体306、冷凝板4、金属隔板302、冷水流道板2、入料管道5、淡水管304和废液管305；加热器3设置在最上方；三层净化膜板1、隔温板303、冷凝板4、金属隔板302和冷水流道板2均设置在壳体306内；三层净化膜板1由依次设置的电纺纳米纤维层401、微孔层403和背衬层402组成；

控制部20包括三个电磁阀205、209、211，分别用于未净化海水、净化后淡水、净化后废液，通过入料管道5、淡水管304和废液管305输出；

检测部40包括三个流量计204、208、210，分别用于未净化海水、净化后废液、净化后淡水的流量数据的监控；

储存部50包括海水罐212、淡水罐206和废液罐207，分别储存未净化海水、净化后淡水和净化后废液；

三层净化膜板1和加热器3构成蒸发结构，冷水流道板2与其中流动的低温海水构成低温冷凝结构，在装置运行的过程中，低温海水从海水罐212通过电磁阀控制沿入料管道5流入冷水流道板2底部，沿流道向上流动，在低温冷凝结构的顶部流出后，在装置顶部设置的加热部加热，再流经蒸发结构的三层净化膜板1中，自上而下流过蒸发结构；

未净化的海水从入料管道5进入海水流道301，海水流道301旁设置冷水流道板2，冷水流道板2与三层净化膜板1之间为淡水流道14，三层净化膜板1的另一侧为废液流道12，未净化的海水在三层净化膜板1中流动，冷水流道板2和冷凝板4表层空气中的水蒸气处于饱和状态，由于三层净化膜板1温度高于冷凝流道板，水蒸气在电纺纳米纤维层401表面空气中的浓度高于冷凝板4表面，表现为三层净化膜板1上水蒸气分压大于冷凝板4上水蒸气分压，水蒸气在这个压差的驱动下从三层净化膜板1的电纺纳米纤维层401侧蒸发扩散，穿过微孔层403和背衬层402，在冷凝板4上冷凝产生淡水。

形成的气隙式海水淡化器主要由相对放置的平行板组成，参见图3和图4，为六组淡化器的实施例，对应的三层净化膜板1、冷水流道板2和冷凝板4均设置6个，入料管道5设置了6个入口，参见图2三层净化膜板1和加热器3构成蒸发结构，而冷水流道板2与其中流动的低温海水构成低温冷凝结构，在装置运行的过程中，低温海水从海水罐212通过海水电磁阀211控制沿底部入料管道5流入冷水流道板2底部，冷水流道板2中形海水流道301，海水沿海水流道301向上流动，在冷水流道板2的顶部流出后，在装置顶部设置的加热器3加热，后沿流道流经蒸发结构的三层净化膜板1中，自上而下流过蒸发结构。

待净化海水在三层净化膜板1中流动时，冷水流道板2和冷凝板4表层空气中的水蒸气都处于饱和状态，由于三层净化膜板1温度高于冷凝流道板，水蒸气在三层净化膜板1电纺纳米纤维层401表面的空气中的浓度高于冷凝板4表面，表现为三层净化膜板1上水蒸气分压大于冷凝板4上水蒸气分压，水蒸气在这个压差的驱动下从三层净化膜板1左侧蒸发经扩散穿过空气间隙在冷凝板4上冷凝产生淡水。水在三层净化膜板1上蒸发时带走潜热，流体温度降低，水蒸气扩散经过气隙在冷凝板4上放出潜热加热冷凝板4右侧的低温海水，实现能量回收利用。由于蒸发和冷凝的潜热大致相同，所以在相同高度位置上三层净化膜板1与冷凝板4中的流体温差保持不变，该温差的存在使得水的蒸发冷凝过程在整个高度方向上都在进行。该装置的加热温度低于水的沸点，三层净化膜板1和冷凝器之间只要有温差的存在就会产出淡水。处理后的淡水经淡水流道14流出至淡水管304，再输送到淡水罐206中储存，废液经废液流道12流出至废液管305，再输送到废液罐207中储存。

参见图5所示为本实用新型中使用的三层净化膜板1滤膜结构，电纺纳米纤维层401由TiO2制备而成，除直径小之外，还具有孔径小、孔隙率高、纤维均一性好的优点之外，此种纤维层还具有强耐腐蚀性，与疏水性，性质稳定；微孔层403主要材质为聚乙烯醇缩醛泡沫材料，该材料为一种开孔结构的白色泡沫塑料，具有优良的亲水性，并能快速吸水，吸液能力远高于棉纱，且柔韧、强度好、又可进行消毒；背衬层402主要结构为硬质板，增强三层滤膜强度。

电纺纳米纤维层401的外表面邻近进料溶液，而背衬层402的外表面是面对冷凝板4的馏出物侧。微孔层403用作过滤器，去除蒸气中的污染物。海水三层净化膜板1左侧蒸发，经过滤后的蒸气在气隙冷凝层中扩散，并在温度较低的冷凝板4的表面冷凝。本实用新型所应用的滤膜结构在流动溶液侧添加电纺纳米纤维层401，使三层净化膜板1的疏水性大大增加，并因此三层净化膜板1可以有效且有效地用于膜蒸馏中，微孔层403中的空隙受到疏水性更高的电纺纳米纤维层401的有效保护。在三层净化膜板1中，液-气界面在流动溶液与电纺纳米纤维层401邻接的边界处的膜孔的入口处形成，而液-液界面在微孔层403与背衬层402邻接的边界处的膜孔的入口处形成。在液-气界面处，流动溶液邻接电纺纳米纤维层401，并且水分子通过气隙冷凝室扩散到冷凝板4。

本实用新型三层净化膜板1结构使用静电纺丝技术在微孔层403的第一表面上形成静电纺纳米纤维层401，通过将电纺纳米纤维层401沉积到微孔层403的第一表面上，当设置电纺纳米纤维层401的接触角在140°至160°之间时，膜的疏水性大大增加。由于形成在微孔层403上的电纺纳米纤维层401的极高的疏水性，微孔层403将不容易被水淹没。电纺纳米纤维层401的孔径在0.05μm至5.0μm之间，由于电纺纳米纤维层401的孔隙率和孔径，空气被困在孔隙之间，在电纺纳米纤维层401内形成气泡，气泡充当热绝缘体，防止流动溶液和进料溶液之间的热传递，从而有效地减少了热量损耗，提高能量利用率。

参见图6，为电源部10中的直流电源部10分，二极管D1-D4形成的整流电路负责将电源变压器输出的交变电信号变换成脉动的直流电输出给滤波电路使用，而整流电路主要利用二极管的单向导电性完成整流。根据整流方式不同，整流电路可以由一个或多个整流二极管构成。

滤波电路中，是整流电路输岀的直流脉动信号。变化的直流脉动输入信号使电路中的电容器两端电压或流经电感器的电流发生变化，通过抑制直流脉动信号的变化趋势，电容器C1-C6或电感器可以将直流脉动信号中的部分纹波滤除，达到平滑输入信号的目的。

线性直流稳压电源多采用线性集成稳压器件进行稳压。用线性集成稳压器件设计的稳压电路具有外围电路简单、输出电压稳定、纹波系数小、电路噪声低等优点。

U1和U2可采用LM78XX系列和LM79XX系列三端集成稳压器，是最常用的固定输出集成线性稳压器件。其中，LM78XX系列稳压器件的输出电压为正电压；LM79XX系列稳压器件的输出电压为负电压。并且LM78XX系列和LM79XX系列三端集成线性稳压器件内部均设有短路保护和过热保护电路，可以预防因电路瞬时过载而造成的器件永久性损坏。

参见图7为控制部20中单片机的电路原理图，单片机AT89C52的PIN9 RST连接复位电路，复位电路由电容C3、按键开关S1、电阻R33组成。当复位开关S1按下时，VCC由开关接到到RST引脚，RST引脚电平由低电平变高电平，从而使得单片机复位。如果由于开关抖动，S1在闭合还没有达到两个机器周期时就被断开，电容C3和电阻R33将提供一个RC充电延时，单片机的复位端则将维持高电平一直到延时结束。复位后单片机重置内部所有的数据，并从0000H开始执行所有的程序段。

参见图8，为电磁阀驱动电路原理图，本实用新型使用光耦合器U4做隔离，光耦合器U4前端截单片机的P10，输出控制三极管Q1，Q1集电极接继电器线圈，继电器使用12V电源，继电器的输出通过端子接出。

当P10为高电平的时候，光耦合器不导通，三极管Q1基极为高电平，三极管导通，继电器通电，闭合。

当P10为低电平的时候，光耦合器导通，三极管Q1基极为低电平，三极管不导通，继电器不通电，断开。

根据以上，从而控制电磁阀的开关。

电源部10作为供能系统，包括风力发电装置201、太阳能发电装置202和蓄电池203，其供能流程图参见图9，包括海水净化、数据上传、运行情况、充电请求、风力或太阳能发电和充电监测等。

参见图10，为海水输送回收流程图，结合图3，海水罐212为整套装置提供净化物料，通过入料管道5为装置输送未净化海水，海水流量计210监测海水流量。数字显示控制面板215连接电脑216调控海水淡化的原料供应，通过控制海水电磁阀211控制海水进出的多少。净化完成后淡水、废液经淡水管304和废液管305输送，分别通过控制淡水电磁阀205、废液电磁阀209以及淡水流量计204和废液流量计208检测，储存在淡水罐206和废液罐207中。

本实用新型清洁部采用酸洗的方式除去装置中水垢等废弃物质，在海水罐212上预留的清洁口213注入缓蚀剂，并保持海水淡化装置内部处于系统内冷态循环。酸洗液配好后，打开清洁口213慢慢注入酸洗液，测定废液罐207中液体的pH，当此处pH满足要求时，停止加酸保持系统循环，实时监控pH酸度做好记录。净化装置清洗干净后废液电磁阀209开启输送废水至废液罐207。向海水罐212内注入新鲜海水，通过废液罐207中设置的pH检测器214检查系统内液体是否为酸性，排掉所有流出液，直至排出液pH与原海水相同。之后彻底冲洗系统，排掉所有流出液。流程图参见图11。

本实用新型所采用的缓蚀剂主要是由有机膦、共聚物及铜缓蚀剂等组成，包括：氨基三甲叉膦酸，聚丙烯酸，酸洗缓蚀剂。对碳钢、铜及铜合金都具有良好的缓蚀性能，对碳酸钙、磷酸钙有优秀的阻垢分散性能。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本实用新型的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (9)

1.一种一体式海水净化装置，其特征在于，包括电源部、控制部、净化部、检测部和储存部，其中，电源部为控制部和检测部供电，净化部对输入的海水进行淡化，检测部对净化部中的未净化海水、净化后淡水和净化后废液均进行检测并反馈给控制部，储存部对未净化海水、净化后淡水和净化后废液分别进行存储；

所述净化部包括三层净化膜板、加热器、隔温板、壳体、冷凝板、金属隔板、冷水流道板、入料管道、淡水管和废液管；加热器设置在最上方；三层净化膜板、隔温板、冷凝板、金属隔板和冷水流道板均设置在壳体内；三层净化膜板由依次设置的电纺纳米纤维层、微孔层和背衬层组成；

所述控制部包括三个电磁阀，分别用于未净化海水、净化后淡水、净化后废液，通过入料管道、淡水管和废液管输出；

所述检测部包括三个流量计，分别用于未净化海水、净化后废液、净化后淡水的流量数据的监控；

所述储存部包括海水罐、淡水罐和废液罐，分别储存未净化海水、净化后淡水和净化后废液；

所述三层净化膜板和加热器构成蒸发结构，冷水流道板与其中流动的低温海水构成低温冷凝结构。

2.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，还包括清洁部，对储存部进行去水垢及残渣。

3.如权利要求2所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述清洁部包括设置在废液罐中的pH检测器和海水罐上设置的清洁口，pH检测器测定废液罐中液体的pH值，通过清洁口向海水罐中注入缓蚀剂和酸洗液。

4.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述电源部包括风力发电装置、蓄电池、太阳能发电装置和电压変换器，其中，风力发电装置和太阳能发电装置为蓄电池充电，电压变换器对蓄电池的电压进行变换后供给控制部和检测部。

5.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述电纺纳米纤维层的接触角为140°-160°。

6.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述电纺纳米纤维层的孔径在0.05μm-5.0μm。

7.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述电纺纳米纤维层由二氧化钛制备而成。

8.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述微孔层包括聚乙烯醇缩醛泡沫材料。

9.如权利要求1所述的一体式海水净化装置，其特征在于，所述电磁阀由继电器控制开关。

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