TWI711585B - 節能型鹽水淡化系統 - Google Patents

Abstract

一種節能型鹽水淡化系統，用來從一鹽水供應源取得鹽水並加以淡化以產生出淡水，該系統包括一鹽水磁化裝置，設置於一進水口，用以將該鹽水磁化以產生磁化鹽水；一鹽水過濾裝置，耦接該鹽水磁化裝置，用來過濾該磁化鹽水；一鹽水預加溫裝置，耦接該鹽水過濾裝置，用來加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水達到一中等溫度；一鹽水再加溫裝置，耦接該鹽水預加溫裝置，加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水維持在一比較高溫範圍；一霧化裝置，耦接該鹽水再加溫裝置，將該具有比較高溫的磁化鹽水霧化成混合霧；以及一冷凝裝置，耦接該霧化裝置，從該混合霧中萃取出淡水；其中，該冷凝裝置所需的冷凝水是從該鹽水供應源抽取的鹽水。

Description

節能型鹽水淡化系統

本發明是關於一種鹽水淡化系統，特別是關於一種具節能設計的節能型鹽水淡化系統。

地球上絕大部份的水是以海水的形式存在，約佔地表的97%，然而海水為鹽水，無法做為飲用或灌溉之用水，換言之，地球表面上自然存在的淡水僅佔3%，且大多的淡水也以冰河的形式存在地表之上，因此，將鹽水轉換為可用的淡水的技術具有極大的應用需求。

現有的鹽水淡化的技術主要分為蒸發法和薄膜法兩大類，蒸發法的基本原理，是將鹽水直接以減壓加熱的方式，使其鹽水在比較低溫的條件下即可以被蒸發，蒸發後即有大量的蒸氣冒出，之後人類再以不同的蒸發方式與冷凝方式，來達成不同冷凝淡水速度與結果，這些方法包括多效蒸發法、多級閃化法和蒸氣壓縮法，但以這些方法製造淡水時，仍會消耗掉相當多的能量來產生蒸氣；薄膜法主要有逆滲透法和電透析法兩種，雖然基本原理上都是以半透膜來過濾鹽水，使鹽水中的鹽離子被半透膜阻攔，而讓水份子直接通過半透膜而得到淡水，然而，由於鹽離子的尺寸很小，因此習知薄膜法需使用孔洞極小的半透膜，技術難度高，維護成本也高。

有鑑於此，如何有效的將鹽水轉換為淡水，實為業界有待解決 的問題。

本發明提出一種節能型鹽水淡化系統，用來從一鹽水供應源取得鹽水並加以淡化以產生出淡水，該系統包括一鹽水磁化裝置，設置於一進水口，用以將該鹽水磁化以產生磁化鹽水；一鹽水過濾裝置，耦接該鹽水磁化裝置，用來過濾該磁化鹽水；一鹽水預加溫裝置，耦接該鹽水過濾裝置，用來加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水達到一中等溫度；一鹽水再加溫裝置，耦接該鹽水預加溫裝置，加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水維持在一比較高溫範圍；一霧化裝置，耦接該鹽水再加溫裝置，將該具有比較高溫的磁化鹽水霧化成混合霧；以及一冷凝裝置，耦接該霧化裝置，從該混合霧中萃取出淡水；其中，該冷凝裝置所需的冷凝水是從該鹽水供應源抽取的鹽水。

本發明還提出另一種節能型鹽水淡化系統，用來從一鹽水供應源取得鹽水並加以淡化以產生出淡水，該系統包括一鹽水磁化裝置，設置於一進水口，用以將該鹽水磁化以產生磁化鹽水；一鹽水過濾裝置，耦接該鹽水磁化裝置，用來過濾該磁化鹽水；一鹽水預加溫裝置，耦接該鹽水過濾裝置，用來加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水達到一中等溫度；一霧化裝置，耦接該鹽水預加溫裝置，將該具有中等溫度的磁化鹽水霧化成混合霧；一混合霧加溫裝置，耦接該霧化裝置，加熱該混合霧以使該混合霧維持在一比較高溫範圍；以及一冷凝裝置，耦接該鹽水再加溫裝置，冷凝該混合霧中以萃取出淡水；其中，該冷凝裝置所需的冷凝水是從該鹽水供應源抽取的鹽水。

在本發明提出之節能型鹽水淡化系統的一實施例中，該鹽水預加溫裝置實質上是該冷凝裝置的一部份。較佳者，該冷凝裝置包括一淡水萃取裝置以及一鹽水萃取裝置，且淡水萃取裝置同時做為該鹽水預加溫裝置。

在本發明提出之節能型鹽水淡化系統的一實施例中，該鹽水再加溫裝置可以是太陽能熱水器、電熱器或者是瓦斯熱水器的組合。

在本發明提出之節能型鹽水淡化系統的一實施例中，更包括一再磁化裝置，設置在該磁化鹽水的流經路徑上，以對該磁化鹽水進行第二次磁化。

在本發明提出之節能型鹽水淡化系統的一實施例中，該混合霧加溫裝置是一太陽能熱媒油產生器。

上述實施例的優點之一在於降低整體系統運作所需的動能，利用鹽水經磁化後的特點，直接抽取鹽水(海水)做為系統中萃取淡水所需的冷卻水，達到更進一步節能的效果，並配合其他綠能，例如太陽能方式的加溫設計，將整體系統的耗能降到最低。

10‧‧‧鹽水磁化裝置

11‧‧‧鹽水過濾裝置

12‧‧‧鹽水預加溫裝置

13‧‧‧鹽水再加溫裝置

14‧‧‧比較高溫鹽水霧化裝置

15‧‧‧淡水萃取裝置

16‧‧‧濃鹽水萃取裝置

21‧‧‧鹽水磁化裝置

22‧‧‧鹽水過濾裝置

23‧‧‧鹽水預加溫裝置

24‧‧‧鹽水再加溫裝置

25‧‧‧比較高溫鹽水霧化裝置

26‧‧‧冷凝裝置

261‧‧‧常溫淡水萃取裝置

262‧‧‧淡水收集槽

263‧‧‧常溫鹽水萃取裝置

264‧‧‧鹽水收集槽

30‧‧‧強磁鐵

31‧‧‧鹽水過濾裝置

32‧‧‧鹽水儲存槽

33‧‧‧抽水泵

34‧‧‧強磁鐵

35‧‧‧淡水萃取裝置

351‧‧‧混合霧冷凝裝置

352‧‧‧淡水收集槽

353‧‧‧水龍頭

36‧‧‧冷凝水輸出管

37‧‧‧鹽水排出控制閥

38‧‧‧預加溫鹽水流量控制閥

39‧‧‧鹽水再加溫裝置

40‧‧‧比較高溫鹽水霧化裝置

402‧‧‧噴嘴

403‧‧‧熱風機

404‧‧‧混合霧收集槽

405‧‧‧空氣壓縮機

406‧‧‧空氣流量控制閥

41‧‧‧混合霧輸送管

42‧‧‧抽風機

43‧‧‧濃鹽水萃取裝置

431‧‧‧減壓冷凝管

432‧‧‧濃鹽水收集槽

433‧‧‧除霧網

434‧‧‧抽風機

435‧‧‧廢氣排出口

436‧‧‧濃鹽水排出口

51‧‧‧鹽水磁化裝置

52‧‧‧鹽水過濾裝置

53‧‧‧鹽水預加溫裝置

54‧‧‧鹽水霧化裝置

55‧‧‧混合霧加溫裝置

56‧‧‧淡水萃取裝置

57‧‧‧濃鹽水萃取裝置

61‧‧‧鹽水磁化裝置

62‧‧‧鹽水過濾裝置

63‧‧‧鹽水預加溫裝置

64‧‧‧鹽水霧化裝置

65‧‧‧混合霧加溫裝置

66‧‧‧冷凝裝置

661‧‧‧淡水萃取裝置

662‧‧‧淡水收集槽

663‧‧‧常溫鹽水萃取裝置

664‧‧‧鹽水收集槽

701‧‧‧混合霧加溫裝置

7015‧‧‧太陽能熱媒油產生器

703‧‧‧淡水收集槽

708‧‧‧淡水萃取裝置

711‧‧‧鹽水萃取裝置

712‧‧‧幫浦

810‧‧‧太陽能熱媒油產生器

811‧‧‧儲油桶

812‧‧‧幫浦

813‧‧‧集熱板

814‧‧‧集熱油桶

815‧‧‧幫浦

816‧‧‧熱媒油鍋爐

817‧‧‧幫浦

第一圖是本發明所提出之節能型鹽水淡化系統第一實施例的方塊圖；第二圖為第一圖之實施例的一個變化例的方塊圖；第三圖繪示根據本發明提出之節能型鹽水淡化系統一實施例的示意圖；第四圖是根據本發明之節能型鹽水淡化系統一實施例的流程圖；第五圖是根據本發明提出之節能型鹽水淡化系統第二實施例的方塊圖；第六圖為第五圖之實施例的一個變化例的方塊圖； 第七圖為冷凝裝置一實施例的示意圖；以及第八圖為第七圖之太陽能熱媒油產生器一實施例的示意圖。

第一圖是本發明所提出之節能型鹽水淡化系統第一實施例的方塊圖。鹽水(例如海水)輸入到鹽水磁化裝置10而被磁化，再進入鹽水過濾裝置11過濾，以濾除磁化鹽水中之雜質；磁化並過濾後的鹽水在鹽水預加溫裝置12加熱至中等溫度，例如攝氏20度~40度；之後，已具有中等溫度的磁化鹽水進入到鹽水再加溫裝置13，進一步加熱成比較高溫的磁化鹽水；比較高溫鹽水霧化裝置14可以是氣壓式噴嘴或超音波噴嘴，用來將比較高溫之磁化鹽水霧化成比較高溫混合霧；淡水萃取裝置15則藉由抽取海水當成冷凝水，來冷凝比較高溫混合霧，使萃取得到淡水，接著再使剩餘霧進入濃鹽水萃取裝置16，利用減壓冷凝管路與除霧網配合，將剩餘霧轉換為濃鹽水，此濃鹽水亦被稱為滷水。

在本實施例中，鹽水過濾裝置11採用較簡單且成本較低的簡單過濾裝置，在不同應用環境下，也可視需要選用更精密的過濾裝置

第二圖為第一圖之實施例的一個變化例，鹽水(例如海水)經鹽水磁化裝置21磁化後，再進入鹽水過濾裝置22過濾，以濾除磁化鹽水中之雜質；磁化並過濾後的鹽水在鹽水預加溫裝置23加熱至中等溫度，例如攝氏20度~40度；接著，具中等溫度的鹽水被輸入到鹽水再加溫裝置24，加溫到比較高溫後再於比較高溫鹽水霧化裝置25以氣壓式噴嘴或超音波噴嘴霧化成混合霧，再輸入到冷凝裝置26。冷凝裝置26包括常溫淡水萃取裝置261、淡水收集槽262、常溫鹽水萃取裝置263及濃鹽水收集槽264，混合霧於常溫淡水萃取裝 置261以第一壓力與第一溫度冷凝萃取出淡水，並儲存在淡水收集槽262。萃取過淡水之剩餘霧再送往常溫鹽水萃取裝置263，以第二壓力與第二溫度萃取出濃鹽水，存入濃鹽水收集槽264，其中該第一溫度及該第二溫度可以是攝氏0度~40度，此一溫度與鹽水淡化系統引入之當地海水溫度有關。

經強力磁化後的鹽水，在加溫時與冷凝時皆能降低水垢的產生現象。在本實施例中，鹽水預加溫裝置23可選用太陽能熱水器做為加溫裝置。

第三圖繪示根據本發明提出之節能型鹽水淡化系統一實施例的示意圖，在本實施例中，鹽水送水口直接連接海水，並在鹽水送水口(例如水管的輸入端)裝設強磁鐵30，對流經過的鹽水進行第一次磁化，磁化後之鹽水再經過鹽水過濾裝置31過濾掉一般雜質後，送往鹽水儲存槽32儲存。抽水泵33用來抽取鹽水儲存槽32內儲存之鹽水，並使鹽水流經強磁鐵34，進行第二次磁化後，先輸送到淡水萃取裝置35中的混合霧冷凝裝置351做為冷凝水，用以冷凝從抽風機42吹送過來之加溫後的混合霧。兩次磁化後的鹽水在此階段做為冷凝水的同時，也被加溫後的混合霧加熱，變成具有一中等溫度的預加溫鹽水；具中等溫度的預加溫鹽水存在冷凝水輸出管(預加溫鹽水加溫後輸出管)36中，由預加溫鹽水流量控制閥38控制將系統後續需要的霧化輸入水量調節提供給鹽水再加溫裝置39，多餘的鹽水則經由鹽水排出控制閥37排回海中。鹽水再加溫裝置39可以是太陽能熱水器、電熱器或者是瓦斯熱水器的組合，用來將具有中等溫度之預加溫鹽水，加熱至所需要的比較高溫再提供給比較高溫鹽水霧化裝置40。比較高溫鹽水霧化裝置40可以依需求配置鹽水加壓裝置401、噴嘴402配合空氣壓縮機405經空氣流量控制閥406所傳送而來的高壓空氣，將具有比較高溫之鹽水霧化成包括鹽水霧成份及淡水霧成份的混 合霧並容置在混合霧收集槽404，為使此混合霧的溫度維持在比較高溫的範圍內，本實施例還配置熱風機403來提供吹送混合霧所需的風量，熱風機403可以為太陽能熱風機，電熱風機，或是瓦斯熱風機；此比較高溫之混合霧再經抽風機42抽取而送往淡水萃取裝置35，經由混合霧冷凝裝置351以一第一溫度與一第一壓力冷凝萃取出淡水成份，並儲存於淡水收集槽352，使用者可藉由水龍頭353取用；剩餘具高濃度鹽水成份且溫度低於比較高溫的的較低溫剩餘霧，再送至濃鹽水萃取裝置43，經減壓冷凝管431以一第二溫度與一第二壓力萃取出濃鹽水儲存在濃鹽水收集槽432內，並可經濃鹽水排出口436排出系統；在此實施例中，該第一溫度不同於該第二溫度，該第一壓力不同於該第二壓力。

第四圖是根據本發明之節能型鹽水淡化系統一實施例的流程圖，包括：步驟S501：磁化從海中抽取之鹽水；步驟S502：將磁化後之鹽水送往混合霧冷凝裝置做為冷凝水，同時預加溫到一中等溫度；步驟S503：對具有中等溫度的鹽水以節能加熱手段(例如高溫型太陽能熱水器)進行再加熱以升溫到比較高溫(例如80℃~85℃)；步驟S504：將比較高溫磁化鹽水以壓力式噴嘴或超音波噴嘴霧化成包括鹽水霧與淡水霧之比較高溫混合霧；步驟S505：將比較高溫混合霧輸入混合霧冷凝裝置進行冷凝以萃取出淡水；步驟S506：將冷凝萃取出淡水後之剩餘霧送入濃鹽水萃取裝 置之減壓冷凝管及除霧網以收集濃鹽水。

第五圖是根據本發明提出之節能型鹽水淡化系統第二實施例的方塊圖，在本實施例中，輸入到系統中的鹽水經鹽水磁化裝置51獲得磁化效果、再通過鹽水過濾裝置52進行基本過濾後，於鹽水預加溫裝置53先加熱到中等溫度，接著就以超音波噴嘴等機制於鹽水霧化裝置54中霧化成具有中等溫度的混合霧，之後再由混合霧加溫裝置55加熱到比較高溫，再輸入到淡水萃取裝置56冷凝取得淡水，剩餘霧再送入濃鹽水萃取裝置57冷凝成濃鹽水。

第六圖是第五圖之實施例的變化例，與第二圖近似地，鹽水經鹽水磁化裝置61磁化後，通過鹽水過濾裝置62，進入鹽水預加溫裝置63先加熱到中等溫度，再由鹽水霧化裝置64霧化成具有中等溫度的混合霧，接著，在混合霧加溫裝置65升溫達到比較高溫，再輸入到冷凝裝置66。冷凝裝置66包括淡水萃取裝置661、淡水收集槽662、鹽水萃取裝置663及濃鹽水收集槽664，比較高溫混合霧先經由淡水萃取裝置661以第一壓力與第一溫度冷凝萃取出淡水，並儲存在淡水收集槽662。萃取過淡水之剩餘霧再送往鹽水萃取裝置663，以第二壓力與第二溫度萃取出濃鹽水，存入濃鹽水收集槽664。

第七圖為冷凝裝置一實施例的示意圖，請同時參照第六圖，鹽水霧化裝置64所產生之具中等溫度的混合霧被輸入到混合霧加溫裝置701，混合霧加溫裝置701的加熱能量由太陽能熱媒油產生器7015提供，具有足夠溫度的熱媒油通過加熱管使混合霧升溫達到所需溫度，升溫後的混合霧再進入到淡水萃取裝置708，淡水萃取裝置708的冷凝水是由幫浦712抽取鹽水(海水)來提供，萃取出的淡水儲存在淡水收集槽703，剩餘霧再吹送到鹽水萃取裝置711，萃取出濃鹽水並排出廢氣。

第八圖為第七圖之太陽能熱媒油產生器一實施例的示意圖，在本實施例中，太陽能熱媒油產生器810主要由集熱板813、集熱油桶814、儲油桶811及熱媒油鍋爐816組成，並藉由幫浦812、815及817推動熱媒油的流動。幫浦815將熱媒油從儲油桶811抽出並送至熱媒油鍋爐加熱(此情況，是當冬天或太陽能之加熱量不足時，可經由本熱媒鍋爐將循環油加熱之)使達到比較高溫，再由幫浦817將具有比較高溫的熱媒油送入混合霧加溫的加熱管，之後再流回儲油桶811，同時，幫浦812也將儲油桶中的熱媒油輸送到集熱板813及集熱油桶814，藉由太陽能提供之溫度使整個系統中的熱媒油維持在一個穩定的比較高溫度，以降低熱媒油鍋爐816需耗費的熱能，並縮短使熱媒油達到比較高溫所需的加熱時間。

以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍，而不以前述實施例內容為限。

10‧‧‧鹽水磁化裝置

11‧‧‧鹽水過濾裝置

12‧‧‧鹽水預加溫裝置

13‧‧‧鹽水再加溫裝置

14‧‧‧比較高溫鹽水霧化裝置

15‧‧‧淡水萃取裝置

16‧‧‧濃鹽水萃取裝置

Claims (16)

1. 一種節能型鹽水淡化系統，用來從一鹽水供應源取得鹽水並加以淡化以產生出淡水，該系統包括：一鹽水磁化裝置，設置於一進水口，用以將該鹽水磁化以產生磁化鹽水；一鹽水過濾裝置，耦接該鹽水磁化裝置，用來過濾該磁化鹽水；一鹽水預加溫裝置，耦接該鹽水過濾裝置，用來加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水達到一中等溫度；一鹽水再加溫裝置，耦接該鹽水預加溫裝置，加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水維持在一比較高溫範圍；一霧化裝置，耦接該鹽水再加溫裝置，將該具有比較高溫的磁化鹽水霧化成混合霧；以及一冷凝裝置，耦接該霧化裝置，從該混合霧中萃取出淡水；其中，該冷凝裝置所需的冷凝水是從該鹽水供應源抽取的鹽水，該中等溫度介於攝氏20度~40度之間，該比較高溫介於攝氏80度~85度之間。
2. 如請求項1之鹽水淡化系統，其中該冷凝裝置包括一淡水萃取裝置以及一鹽水萃取裝置，且淡水萃取裝置同時做為該鹽水預加溫裝置。
3. 如請求項1之鹽水淡化系統，其中該霧化裝置包括加壓裝置及噴嘴。
4. 如請求項1之鹽水淡化系統，其中該鹽水再加溫裝置可以是太陽能熱水器、電熱器或者是瓦斯熱水器的組合。
5. 如請求項1之鹽水淡化系統，更包括一再磁化裝置，設置在該磁化鹽水的流經路徑上，以對該磁化鹽水進行第二次磁化。
6. 如請求項5之鹽水淡化系統，其中該鹽水磁化裝置及該再磁化裝置是由強磁鐵實現。
7. 如請求項2之鹽水淡化系統，更包括一鹽水排出控制閥，用來將多餘的冷凝水排出該系統。
8. 一種節能型鹽水淡化系統，用來從一鹽水供應源取得鹽水並加以淡化以產生出淡水，該系統包括：一鹽水磁化裝置，設置於一進水口，用以將該鹽水磁化以產生磁化鹽水；一鹽水過濾裝置，耦接該鹽水磁化裝置，用來過濾該磁化鹽水；一鹽水預加溫裝置，耦接該鹽水過濾裝置，用來加熱該磁化鹽水以使該磁化鹽水達到一中等溫度；一霧化裝置，耦接該鹽水預加溫裝置，將該具有中等溫度的磁化鹽水霧化成混合霧；一混合霧加溫裝置，耦接該霧化裝置，加熱該混合霧以使該混合霧維持在一比較高溫範圍；以及一冷凝裝置，耦接該鹽水再加溫裝置，冷凝該混合霧中以萃取出淡水；其中，該冷凝裝置所需的冷凝水是從該鹽水供應源抽取的鹽水，該中等溫度介於攝氏20度~40度之間，該比較高溫介於攝氏80度~85度之間。
9. 如請求項8之鹽水淡化系統，其中該冷凝裝置包括一淡水萃取裝置以及一鹽水萃取裝置，且淡水萃取裝置同時做為該鹽水預加溫裝置。
10. 如請求項8之鹽水淡化系統，其中該霧化裝置包括加壓裝置及噴嘴。
11. 如請求項8之鹽水淡化系統，其中該鹽水再加溫裝置可以是太陽能熱水 器、電熱器或者是瓦斯熱水器的組合。
12. 如請求項8之鹽水淡化系統，更包括一再磁化裝置，設置在該磁化鹽水的流經路徑上，以對該磁化鹽水進行第二次磁化。
13. 如請求項12之鹽水淡化系統，其中該鹽水磁化裝置及該再磁化裝置是由強磁鐵實現。
14. 如請求項8之鹽水淡化系統，更包括一鹽水排出控制閥，用來將多餘的冷凝水排出該系統。
15. 如請求項8之鹽水淡化系統，其中該混合霧加溫裝置是一太陽能熱媒油產生器。
16. 一種節能型鹽水淡化方法，用來將海水淡化以產生出淡水，包括下列步驟：磁化從海中抽取之鹽水；將磁化後之鹽水做為一混合霧冷凝裝置的冷凝水，同時預加溫到一中等溫度；對具有該中等溫度的該磁化後鹽水以節能加熱手段進行再加熱以升溫到一比較高溫；將具有該比較高溫的磁化鹽水霧化成一具有比較高溫的混合霧；將該具有比較高溫的混合霧輸入到該混合霧冷凝裝置進行冷凝以萃取出淡水；以及從冷凝萃取完淡水後之剩餘霧萃取出濃鹽水，其中，該中等溫度介於攝氏20度~40度之間，該比較高溫介於攝氏80度~85度之間。

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