TWI429599B - 水資源處理裝置 - Google Patents

Description

水資源處理裝置

本發明係關於一種水資源處理裝置，特別是一種於低溫低壓環境之中，去除水中雜質而可純化水質之水資源處理裝置。

傳統多係以蒸餾法作為易蒸發液體與非揮發性物質分離的較佳處理手段，舉凡海水淡化或廢水處理等之應用皆是以此為基礎。

以海水淡化而言，其多係利用多級閃化、蒸汽壓縮、多效蒸餾及逆滲透等方法，以將海水分離成低含鹽量之淡水及高含鹽量之鹵水。請參閱第1圖所示，如中華民國公告第M303203號專利案，其係揭示一種海水淡化裝置9，該海水淡化裝置9係於一基座91上設有一真空泵92、一抽水單元93、一真空腔體94、一冷凝腔體95及一存水槽96。該真空泵92係以一風車97為動力源；該抽水單元93包含一抽水管931及一抽水泵932，該抽水管931一端置於海水中成為抽水端，其另一端則成為汽化端，且該抽水管931中段形成一第一吸熱盤管9311，以及盤繞於該真空泵92之第二吸熱盤管9312；該真空腔體94包覆設置在該抽水管93之汽化端外部，且其底部形成一排水口941；該冷凝腔體95包覆設置在該抽水管93之第一吸熱盤管9311外部，並連通該真空泵92及真空腔體94，該冷凝腔體95連接該真空泵92一端成為出口端，並於出口端設一濾水網951，且該冷凝腔體95底部則另連通該存水槽96。

藉此，透過該抽水泵932汲取海水，使海水經由該抽水管931之抽水端流向汽化端，且藉由該真空泵92之運轉，係使該冷凝腔體95及真空腔體94成低壓環境，以迫使經該第一排熱管9311及第二排熱管9312預熱之海水，可自該抽水管931之汽化端噴出，並經閃化現象而產生低含鹽度之水蒸氣，當水蒸氣進入該冷凝腔體95後，便可凝結為淡水而儲存於存水槽96。同時，蓄積於該真空腔體94底部之高含鹽度鹵水，則可經該排水口941適時排出。

然而，習知海水蒸餾過程仍需以相對高低溫差，方能完成海水蒸散後水蒸氣冷凝之效果。因此，為了維持足以冷凝水蒸氣之高低溫差，勢必要依賴額外動力耗損所生成之熱源，方可持續供海水閃蒸並冷凝為淡水，故易造成海水淡化裝置9之成本負擔。觀之，縱使上述習知專利案採用風力作為自然動能，替代傳統電力驅動之費能，但依賴風力驅動真空泵92之效能卻遠不及電力驅動之穩定，以致該真空腔體94與冷凝腔體95無法維持絕對的低壓環境，海水便不易於該真空腔體94內閃蒸，故僅依賴真空泵92之廢熱及海水之冷凝熱，就欲使大量海水冷凝為淡水並不是容易，從而造成海水淡化效率之不彰。

有鑑於此，確實有必要發展一種可用於海水淡化或廢水處理之水資源處理裝置，以能持續於穩定的低溫低壓環境中完成水質之純化，並解決如上所述之各種問題。

本發明主要目的乃改善上述缺點，以提供一種水資源處理裝置，其係能夠產生穩定之低溫低壓環境，以利易蒸散液體可於低耗能情況之下閃蒸，而除去液中雜質並完成水質純化者。

本發明次一目的係提供一種水資源處理裝置，係能夠於常溫之下，使大量易蒸散液體閃蒸並冷凝，以省去外部動力驅動加熱之耗能，從而提升水資源處理效率並降低作業成本之負擔者。

為達到前述發明目的，本發明之水資源處理裝置，係包含：一內管，依序分為一入風段、一前區低壓段及一緩衝段，該前區低壓段自該入風段呈縮徑延伸至該緩衝段，該緩衝段之徑寬大於該前區低壓段之徑寬；一外管，套設於該內管之外，並與該內管共同圍設有一閃蒸空間，且該外管設一注水孔及一排液孔，該注水孔及排液孔皆與該閃蒸空間相連通；一冷凝槽，設於該閃蒸空間，並環繞該內管之前區低壓段，該冷凝槽以一入水管連通該閃蒸空間，並以另一出水管供該冷凝槽之純水排出；及一調節件，設於該內管之前區高壓段，用以控制該內管與冷凝槽之連通與否。

其中，該內管設置有數貫穿狀之熱傳件，該熱傳件係呈間隔地貫穿該內管，並分佈於該前區低壓段，且延伸至該冷凝槽內。

其中，該內管開設有一氣流交換孔，該氣流交換孔貫穿該內管管壁，並位於該前區低壓段，用以交換該內管與冷凝槽內之氣流。

其中，該調節件組設於該內管管壁內，並對應該內管之氣流交換孔，且調節件包含一抵擋部及一彈性部，該彈性部抵撐於該抵擋部一側，且該抵擋部另一側則用以抵頂於該氣流交換孔。

其中，該內管之緩衝段係區分為一高壓段、一緩衝低壓段及一出風段，該緩衝低壓段自該高壓段呈縮徑延伸至該出風段。且，該內管另設有一發電件，該發電件設置於該內管之緩衝低壓段。

其中，該外管一端相接於該內管之入風段，且該外管另一端則相接於該內管之出風段，以共同圈設該閃蒸空間。

其中，該入風段與前區低壓段之面積比尤其係為20：1；該緩衝段與前區低壓段之面積比尤其係為20：1。

其中，該外管設有至少一注水孔及至少一排液孔，該注水孔及排液孔皆與該閃蒸空間相連通，且該排液孔係設置於該外管相接於該內管之處。

其中，該冷凝槽係具有一凝水空間、至少一入孔及至少一出孔，該入孔及出孔皆與該凝水空間相連通，以由該入孔導入於該閃蒸空間閃蒸之水蒸氣，並由該出孔導出於該冷凝槽凝結之水。

其中，該入水管一端連接於該入孔，且其另一端則為連通該閃蒸空間之自由端，該出水管一端連接於該出孔，且其另一端則為連通外界之自由端。且，該入水管之自由端另設一濾網。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明水資源處理裝置可以適用於海水淡化，以及各種工業、漁牧養殖、農林廢水等水質純化作業，以有效率地汲取並純化可再利用之水資源，藉此供應民生用水、公共給水、灌溉用水及工業用水之所需，從而減緩並解決水資源供需失衡甚至不足之問題。

請參照第2圖所示，其係為本發明一較佳實施例，該水資源處理裝置係包含一內管1、一外管2、一冷凝槽3及一調節件4。該外管2係套設於該內管1之外，該冷凝槽3則置於該內管1與外管2之間，並在該冷凝槽3環繞之內管1管壁設有該調節件4，以由該調節件4控制該冷凝槽3與內管1之連通與否。

該內管1依序分為一入風段11、一前區低壓段12及一緩衝段13，該前區低壓段12自該入風段11呈縮徑延伸至該緩衝段13，該緩衝段13之徑寬大於該前區低壓段12之徑寬。換言之，該前區低壓段12係相對該入風段11及緩衝段13呈縮徑，以使該前區低壓段12與入風段11及緩衝段13之間皆具相對壓力差，藉此加快流經該前區低壓段12之氣流流速，並使氣流呈低溫低壓型態為佳。其中，該入風段11與前區低壓段12之面積比尤其係為20：1；且，該緩衝段13與前區低壓段12之面積比尤其係為20：1。本實施例之內管1還開設有一氣流交換孔14，該氣流交換孔14貫穿該內管1管壁，並位於該前區低壓段12，用以交換該內管1與冷凝槽3內之氣流，藉此達該內管1與冷凝槽3之壓力平衡狀態[特別指低壓狀態]為佳。

特別地，該內管1還可設置有數貫穿狀之熱傳件15，該熱傳件15可以是如金屬片等任何能導熱之構件。於本實施例中，該熱傳件15係呈間隔地貫穿該內管1，並分佈於該前區低壓段12，以能延伸至該冷凝槽3內為佳。藉此，係能透過該熱傳件15對該冷凝槽3及內管1作熱交換，以供水蒸氣於該冷凝槽3內降溫而凝結為水。

除上述之外，本發明水資源處理裝置亦可選擇將該內管1之緩衝段13加以區分為一高壓段131、一緩衝低壓段132及一出風段133，該緩衝低壓段132自該高壓段131呈縮徑延伸至該出風段133，即該緩衝低壓段132相對該高壓段131及出風段133呈縮徑，以加快流經該緩衝低壓段132之氣流流速為佳。於此情況下，該內管1另設有一發電件16，該發電件16可以是受氣流驅動的一風機，本實施例之發電件16設置於該內管1之緩衝低壓段132，以由高速氣流驅動該發電件16，從而供作發電之用。

該外管2套設於該內管1之外，並與該內管1共同圍設有一閃蒸空間21，該閃蒸空間21用以供容納易蒸散液體。其中，該外管2一端相接於該內管1之入風段11，且該外管2另一端則相接於該內管1之緩衝段13，特別係相接於該內管1之出風段133為佳。其中，該外管2設有至少一注水孔22及至少一排液孔23，該注水孔22及排液孔23皆與該閃蒸空間21相連通，本實施例係開設有對應的二注水孔22及二排液孔23，且該排液孔23較佳係設置於該外管2相接於該內管1出風段133之處，以利將高含鹽量之鹵水予以排出。特別地，該注水孔22另接設一水位控制件[未繪示]，該水位控制件可以是如馬桶水箱之控水機構，以能依該閃蒸空間21內的海水水位高低，從而適時自該入水孔22導入海水為主，係屬熟習該技藝之人士可輕易理解並加以應用，不需加以限制亦不在此詳細說明。

該冷凝槽3設於該閃蒸空間21，並環繞該內管1之前區低壓段12。特別如第2圖所示，該冷凝槽3位於該內管1之入風段11與高壓段131之間，且該冷凝槽3係供該內管1之前區低壓段12貫穿，並使該數熱傳件15分佈於該冷凝槽3內為佳。於本實施例中，該冷凝槽3係以一入水管T1連通該閃蒸空間21，並以另一出水管T2供該冷凝槽3之純水排出。其中，該冷凝槽3係具有一凝水空間31、至少一入孔32及至少一出孔33，該入孔32及出孔33皆與該凝水空間31相連通，本實施例係開設有對應的二入孔32及二出孔33，以由該入孔32導入於該閃蒸空間21閃蒸之水蒸氣，並由該出孔33導出於該冷凝槽3凝結之水。承上所述，該入水管T1一端連接於該入孔32，且其另一端則為連通該閃蒸空間21之自由端；該出水管T2一端連接於該出孔33，且其另一端則為連通外界之自由端，甚至該出水管T2另一端亦可連通一蓄水槽[未繪示]。

特別地，當欲處理之水資源為各式廢水，舉凡工業廢水、漁牧廢水、農林灌溉廢水等，以必須去除水中雜質時，還可選擇於另設一濾網34，該濾網34係容置於該閃蒸空間21內，並對應結合於該注水孔22處。其中，該濾網34可依欲處理之水資源含雜量不同，選擇適當之網孔尺寸，以確保透過該濾網34可有效濾除其中雜質為佳。

該調節件4設於該內管1之前區高壓段12，用以控制該內管1與冷凝槽3之連通與否。請一併參閱第2及3圖所示，該調節件4組設於該內管1管壁內，並對應該內管1之氣流交換孔14，用以調節該氣流交換孔14的開啟與否。其中，該調節件4可以是任意型態之單向閥或逆止閥，如第4圖所示，本實施例之調節件4較佳係包含一抵擋部41及一彈性部42，該彈性部42抵撐於該抵擋部41一側，且該抵擋部41另一側則用以抵頂於該氣流交換孔14，以由該彈性部42供該抵擋部41朝遠離或靠近該氣流交換孔14之方向呈往復推移。在此，僅提供如第4圖所示之調節件4較佳之實施態樣，以能調節該氣流交換孔14的開啟與否，並使該內管1與冷凝槽3之間達壓力平衡為主，於此技術概念之下，並不加以限制該調節件4之實施態樣。

請參閱5圖所示，當本發明水資源處理裝置於實際使用，以進行去除水中雜質而純化水質時，係可先由該注水孔22導入欲處理之水資源，以注入該閃蒸空間21內。

在此，係以海水淡化進行作動簡單說明，當海水被引入該閃蒸空間21後，遂可開始通風於該內管1，使風產生之氣流由該內管1之入風段11流通至前區低壓段12，以迫使經過該前區低壓段12之氣流因管徑驟縮及與該高壓段131之間產生的極大壓力差，而能加快其中氣流的流動速度，使氣流快速通過該前區低壓段12後呈低溫低壓；此時，該冷凝槽3內之壓力明顯較該內管1大，勢必會如第6圖所示，因壓力作用迫使該調節件4朝該內管1內部方向推移，以隨該調節件4之抵擋部41遠離，從而開啟該氣流交換孔14，使得該內管1與冷凝槽3內之氣流壓力瞬間交換而達平衡，以此便能保持該冷凝槽3內的相對低壓環境；續之，當該冷凝槽3呈低壓環境後，係可通過與該閃蒸空間21相連通之入水管T1，以使該閃蒸空間21同樣呈現低壓環境，於此情況下，該閃蒸空間21內的海水蒸散溫度係隨之降低，以能於低壓環境中瞬間閃蒸，而產生大量含鹽度極低之水蒸氣。

請再閱第5圖所示，飄散於該閃蒸空間21內之水蒸氣遂可自該入水管T1流入該冷凝槽3之凝水空間31；此時，由於貫穿該內管1的數熱傳件15係呈低溫狀態，以致進入該冷凝槽3內之水蒸氣，遂可於該凝水空間31內因低溫作用而凝結為水，再自該出孔33導出凝結水，並流通於該出水管T2，以導入該蓄水槽。另一方面，於該閃蒸空間21內經閃蒸後殘餘之高鹽度鹵水，便可自該排液孔23予以排出，藉此完成海水淡化而取得可用淡水之作業。

更甚者，當流通於該內管1之氣流經由該高壓段131，朝該緩衝低壓段132通過時，由於該緩衝低壓段132相對該高壓段131及出風段133呈縮徑，故可增加氣流通過之流動速度，以由氣流帶動該發電件16而產出電能，從而作為其他用電之所需，達到能源有效利用之功效。

綜上所述，本發明水資源處理裝置之主要技術特徵在於：藉由該內管1於不同區段的管徑變化，遂能改變氣流通過時的流速，以相對影響氣流於不同區段的溫度及壓力狀態，迫使氣流通過相對縮徑之前區低壓段12時，係能夠因氣流流速的提升而呈現低溫低壓，以便透過該調節件14及熱傳件15有效調節該冷凝槽3及閃蒸空間21內的環境型態亦呈低溫低壓。如此一來，容置於該閃蒸空間21內之易蒸發液體，便可於穩定的低壓環境之下閃蒸，以省去傳統供電加熱所需之耗能，進而降低作業成本之負擔；甚至，於該閃蒸空間21內快速閃蒸之低鹽度水蒸氣，更能經該入水管T1流通於該凝水空間31內，以於該凝水空間31之低溫環境，或是在碰觸低溫熱傳件15時，即刻冷凝為凝結水，以有效完成水資源淡化或去雜之作業，達到提升水資源處理效率，以及較佳水資源純化品質之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．內管

11．．．入風段

12．．．前區低壓段

13．．．緩衝段

131．．．高壓段

132．．．緩衝低壓段

133．．．出風段

14．．．氣流交換孔

15．．．熱傳件

16．．．發電件

2．．．外管

21．．．閃蒸空間

22．．．注水孔

23．．．排液孔

3．．．冷凝槽

31．．．凝水空間

32．．．入孔

33．．．出孔

34．．．濾網

4．．．調節件

41．．．抵擋部

42．．．彈性部

T1．．．入水管

T2．．．出水管

[習知]

9．．．海水淡化裝置

91．．．基座

92．．．真空泵

93．．．抽水單元

931．．．抽水管

9311．．．第一吸熱盤管

9312．．．第二吸熱盤管

932．．．抽水泵

94．．．真空腔體

941．．．排水口

95．．．冷凝腔體

96．．．存水槽

97．．．風車

第1圖：習知海水淡化裝置之結構示意圖。

第2圖：本發明水資源處理裝置之結構示意圖。

第3圖：本發明水資源處理裝置之局部放大示意圖。

第4圖：本發明水資源處理裝置之局部構件示意圖。

第5圖：本發明水資源處理裝置之作動示意圖。

第6圖：本發明水資源處理裝置之局部放大作動圖。

1．．．內管

11．．．入風段

12．．．前區低壓段

13．．．緩衝段

131．．．高壓段

132．．．緩衝低壓段

133．．．出風段

14．．．氣流交換孔

15．．．熱傳件

16．．．發電件

2．．．外管

21．．．閃蒸空間

22．．．注水孔

23．．．排液孔

3．．．冷凝槽

31．．．凝水空間

32．．．入孔

33．．．出孔

34．．．濾網

4．．．調節件

T1．．．入水管

T2．．．出水管

Claims (13)

1. 一種水資源處理裝置，係包含：一內管，依序分為一入風段、一前區低壓段及一緩衝段，該前區低壓段自該入風段呈縮徑延伸至該緩衝段，該緩衝段之徑寬大於該前區低壓段之徑寬；一外管，套設於該內管之外，並與該內管共同圍設有一閃蒸空間，且該外管設一注水孔及一排液孔，該注水孔及排液孔皆與該閃蒸空間相連通；一冷凝槽，設於該閃蒸空間，並環繞該內管之前區低壓段，該冷凝槽以一入水管連通該閃蒸空間，並以另一出水管供該冷凝槽之純水排出；及一調節件，設於該內管之前區高壓段，用以控制該內管與冷凝槽之連通與否。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水資源處理裝置，其中，該內管設置有數貫穿狀之熱傳件，該熱傳件係呈間隔地貫穿該內管，並分佈於該前區低壓段，且延伸至該冷凝槽內。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該內管開設有一氣流交換孔，該氣流交換孔貫穿該內管管壁，並位於該前區低壓段，用以交換該內管與冷凝槽內之氣流。
4. 如申請專利範圍第3項所述之水資源處理裝置，其中，該調節件組設於該內管管壁內，並對應該內管之氣流交換孔，且該調節件係包含一抵擋部及一彈性部，該彈性部抵撐於該抵擋部一側，且該抵擋部另一側則用以抵頂於該氣流交換孔。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該內管之緩衝段係區分為一高壓段、一緩衝低壓段及一出風段，該緩衝低壓段自該高壓段呈縮徑延伸至該出風段。
6. 如申請專利範圍第5項所述之水資源處理裝置，其中，該內管另設有一發電件，該發電件設置於該內管之緩衝低壓段。
7. 如申請專利範圍第5項所述之水資源處理裝置，其中，該外管一端相接於該內管之入風段，且該外管另一端則相接於該內管之出風段，以共同圈設該閃蒸空間。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該入風段與前區低壓段之面積比尤其係為20：1。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該緩衝段與前區低壓段之面積比尤其係為20：1。
10. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該外管設有至少一注水孔及至少一排液孔，該注水孔及排液孔皆與該閃蒸空間相連通，且該排液孔係設置於該外管相接於該內管之處。
11. 如申請專利範圍第1或2項所述之水資源處理裝置，其中，該冷凝槽係具有一凝水空間、至少一入孔及至少一出孔，該入孔及出孔皆與該凝水空間相連通，以由該入孔導入於該閃蒸空間閃蒸之水蒸氣，並由該出孔導出於該冷凝槽凝結之水。
12. 如申請專利範圍第11項所述之水資源處理裝置，其中，該入水管一端連接於該入孔，且其另一端則為連通該閃蒸空間之自由端，該出水管一端連接於該出孔，且其另一端則為連通外界之自由端。
13. 如申請專利範圍第12項所述之水資源處理裝置，其中，該入水管之自由端另設一濾網。