一種海水淡化系統的制作方法

一種海水淡化系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種海水淡化系統，具體地說是一種提高海水蒸餾效率的海水淡化系統。具體的為一種海水淡化裝置，包括引入海水的海水入口，濃海水出口及加熱裝置，其特征在于：所述的海水從所述海水入口進入，所述的海水入口連接至加熱裝置的得熱側，所述得熱側連通至蒸發器，該蒸發器還連接有蒸汽排出口及濃海水排出口，在所述蒸發器中設置有與海水接觸的多孔介質材料，一部分海水蒸發成水蒸氣從所述的蒸汽排出口排出；另一部分濃海水從所述的濃海水出口排出。通過在蒸發器設置具有超大比表面積的多孔介質材料，其與海水結觸的過程中，在多孔介質材料與海水接觸的表面形成一層氣層，通過多孔介質材料增大海水的蒸餾面積，也就增加了海水單位時間的蒸餾量。
【專利說明】一種海水淡化系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種海水淡化系統，具體地說是一種提高海水蒸餾效率的海水淡化系 統。

【背景技術】
[0002] 地球上大約97%的水資源是海水，而且，另外2%來自冰川，水資源的缺乏日益成文 全球性的戰略資源問題，為了解決水資源日益緊張，世界各國已經把目光轉向海洋，進行海 水淡化的研究。而我國的人均淡化水資源量僅為世界人均占有量的1/4,排在世界第121 位，被聯合國列為13個最貧水國之一。利用海水是解決我國水資源危機的重要措施之一。 向大海要水是解決沿海(近海）以及海島，船只等淡水資源缺乏領域缺水的現實選擇。目前 海水淡化的主要方法有蒸餾法、膜法、冷凍法等。其中蒸餾法主要有多級閃蒸法、多效蒸餾 法、壓氣蒸餾法、太陽能蒸餾法等；膜法主要包括反滲透、電滲析法等。雖然海水淡化方法很 多，但是目前真正形成產業規模的只有多級閃蒸法、多效蒸餾法、蒸汽壓縮法和反滲透法。 每種方法都有不足，存在工藝復雜、能耗大、產水水質差、操作不方便、易結垢、運營成本高、 產水率不穩定等等問題。需要一種實現簡便，有效提高海水蒸發效率和熱能利用率的海水 淡化系統。


【發明內容】

[0003] 針對傳統海水淡化方法存在的不足，實現高效蒸餾海水淡化，投資小、運營成本 低、出水率穩定、無有害物質排放、低能耗、無需消耗大量電能等效果，本發明提供一種海水 淡化裝置，包括引入海水的海水入口，濃海水出口及加熱裝置，其特征在于：所述的海水從 所述海水入口進入，所述的海水入口連接至加熱裝置的得熱側，所述得熱側連通至蒸發器， 該蒸發器還連接有蒸汽排出口及濃海水排出口，在所述蒸發器中設置有與海水接觸的多孔 介質材料，一部分海水蒸發成水蒸氣從所述的蒸汽排出口排出；另一部分濃海水從所述的 濃海水出口排出。
[0004] 所述蒸發器的蒸氣排出口連接有真空裝置，該真空裝置使蒸發器及水蒸氣排出通 路保持真空。
[0005] 所述的蒸發器包括噴射閥，所述的海水經噴射泵加壓驅動，從所述噴射閥噴射在 所述多孔介質材料上；或者所述蒸發器包括噴射閥，所述的海水經噴射泵加壓驅動，從所述 噴射閥噴射于再分配孔板上，經再分配孔板滴落到所述多孔介質材料上。
[0006] 所述的真空裝置與蒸發器的蒸氣排出口之間還設置有冷凝器，所述的海水入口連 接至冷凝器的得熱側，該得熱側海水排出口連接至所述加熱裝置；所述冷凝器的散熱側與 水蒸氣接觸形成冷凝淡水，該冷凝淡水經過淡水泵排至淡水箱。
[0007] 所述的海水入口與加熱裝置得熱側之間還連接有預熱器，所述的海水入口連接至 預熱器的得熱側，該得熱側海水排出口連接至所述的加熱裝置；所述預熱器的散熱側連通 蒸發器濃海水出口和濃海水出口。
[0008] 所述的海水入口順序連接冷凝器得熱側、預熱器得熱側和所述加熱裝置得熱側， 至蒸發器海水入口，所述冷凝器中水蒸氣冷凝散熱；所述預熱器的散熱側連通蒸發器濃海 水出口和濃海水出口。
[0009] 所述的加熱裝置的加熱側為熱流體泵驅動的熱流體；或者所述的加熱裝置的加熱 側為太陽能集熱器。所述的冷凝器與海水入口之間連接有過濾器。
[0010] 本發明的另一個目的在于提供一種海水淡化系統控制方法，海水淡化系統包括引 入海水的海水入口，濃海水出口及加熱裝置，其中，海水從所述海水入口進入，海水入口連 接至加熱裝置的得熱側，該得熱側連通至蒸發器，該蒸發器還連接有蒸汽排出口及濃海水 排出口，在蒸發器中設置有與海水接觸的多孔介質材料，一部分海水蒸發成水蒸氣從所述 的蒸汽排出口排出；另一部分濃海水從所述的濃海水出口排出。還包括連接至蒸發器的蒸 氣排出口的真空機構，該真空機構使蒸發器及水蒸氣排出通路保持真空。且該真空機構與 蒸發器的蒸氣排出口之間還設置有冷凝器，蒸發器和冷凝器形成相對密封的空間，這里的 相對密封的空間指沒有外部的空氣進入到該空間內，一旦抽真空后，只有蒸發器內的水蒸 氣產生于該空間中，海水入口連接至冷凝器的得熱側，該得熱側海水排出口連接至加熱裝 置；冷凝器的散熱側形成冷凝淡水經過淡水泵排至淡水箱。且在蒸發器和冷凝器形成相對 密封的空間，控制方法順序包含如下步驟： a、 開啟真空機構，在蒸發器和冷凝器中形成真空； b、 當在冷凝器中持續形成淡水后，關閉真空泵。
[0011] 在海水淡化過程中，當所述的密封空間真空不足時，開啟真空裝置。
[0012] 本發明的蒸發器與冷凝器相連，冷凝器的頂部通過管道接真空裝置，通過真空裝 置使冷凝器和蒸發器內獲得一定的真空度，形成負壓。在蒸發器內，采用較低的壓力是為降 低海水的飽和蒸汽壓，從而在比較低的溫度和比較低的壓力下，海水就能迅速的蒸發，減少 整個過程的能量消耗，增加蒸發量，提高系統的淡水產量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明一種實施例的海水淡化系統系統圖； 圖2為本發明另一種實施例的海水淡化系統的系統圖。
[0014] 圖中：1-蒸發器、2-冷凝器、3-加熱裝置、4-預熱器、5-淡水箱、6-過濾器、7-真空 裝置、8-熱流體泵、9-鹽水泵、10-淡水泵、11-海水入口、12-濃鹽水出口、13-熱流體入口、 14-熱流體出口、15-多孔介質材料材料、16-噴射嘴、17-再分配孔板、18-噴射泵、19-太陽 能集熱器、20-水蒸汽出口。 具體實施例
[0015] 下面結合實施例及其附圖對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施例僅僅 是對本發明的實施方式進行的描述，并非對本發明的范圍進行界定，在不脫離本發明設計 精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形或改進，均 應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍之內。
[0016] 如圖1所示，本發明提供一種海水淡化系統，包括引入海水的海水入口 11,濃海水 出口 12及加熱裝置3,所述的海水從所述海水入口 11進入，所述的海水入口 11連接至加熱 裝置3的得熱側，所述得熱側連通至蒸發器1，該蒸發器1還連接有蒸汽排出口 20及濃海水 排出口 12,在所述蒸發器1中設置有與海水接觸的多孔介質材料15, 一部分海水蒸發成水 蒸氣從所述的蒸汽排出口 20排出；另一部分濃海水從所述的濃海水出口 12排出。濃海水 通過濃海水泵9加壓排出系統，海水噴射泵18把海水從海水入口 11吸入，經過加熱裝置3 進行吸熱，并加壓噴入到蒸發器1中。在本實施例中，加熱裝置3采用太陽能集熱器19作 為熱源，經太陽能集熱器19加熱后的熱介質從熱流體入口 13進入加熱裝置3,散熱后的熱 介質從熱流體出口 14返回太陽能集熱器19。本領域技術人員可以理解的是，加熱裝置3的 作用是對進入的海水進行加熱，并達到適宜的溫度，具體的加熱方式可以有多種形式，比如 采用電加熱、或者直接用太陽能集熱器的加熱部進行加熱。在本實施例中采用熱介質作為 中間換熱介質，并采用熱流體泵8驅動，使得加熱能力不會受到加熱裝置3的位置影響，太 陽能集熱器19可以采用很多組，從而應用于較大的海水淡化系統。
[0017] 進一步的，在蒸發器1中設置有超大比表面積的多孔介質材料15吸附海水，其與 海水接觸的表面形成一層氣層，通過多孔介質材料增大海水的蒸餾面積，也就增加了海水 單位時間的蒸餾量。對于整個系統而言，也即降低了系統運行的啟動溫度，對于提高系統的 適用范圍有利。
[0018] 再進一步的，蒸發器1包括噴射閥16,海水經噴射泵18加壓驅動，從上述噴射閥 16噴射在所述多孔介質材料上。采用該種形式可以加大海水的粒化程度，增加海水的表面 積，為與多孔介質材料接觸準備條件，提高與多孔介質材料接觸時的蒸餾效率。
[0019] 本發明的另一種實施例，蒸發器1的蒸氣排出口 20連接有真空裝置7,該真空裝 置7使蒸發器1及水蒸氣排出通路保持真空。蒸發器1內與水蒸氣通路是密閉的，真空裝 置7可以是真空泵或風機等，可以在蒸發器1中形成持續的真空度，當海水在蒸發器中蒸發 出水蒸氣后，水蒸氣會擠壓原有的空氣被真空裝置7排出到系統外。采用真空裝置7可以 有效的降低蒸發器1中的水蒸氣分壓，提高海水蒸發成水蒸氣的效率，降低海水的蒸發溫 度，使海水在低溫減壓狀態下蒸發，特別是與多孔介質材料的超大表面積結合，水分子在多 孔介質材料材料上脫附而蒸發，從而增大單位時間的蒸發量，可以顯著提高淡水產率。具體 的如圖2所示，真空裝置7連接至蒸發器1，蒸發器1中的氣體經真空裝置7抽吸，排出到系 統外。
[0020] 本發明的另一種實施例，圖2所示，真空裝置7與蒸發器1的蒸氣排出口 20之間 還設置有冷凝器2，海水入口 11連接至冷凝器2的得熱側，該得熱側的海水排出口連接至加 熱裝置3 ;冷凝器2的散熱側與水蒸氣接觸形成冷凝淡水，該冷凝淡水經過淡水泵10排至 淡水箱5。在冷凝器1與海水入口 11之間連接有過濾器6。采用該過濾器6可以減少海水 中的污染物進入到系統中。通過設置冷凝器1可以提高海水的溫度，降低加熱裝置處的能 量消耗，同時可以提高整個系統的效率。另外，海水溫度較低，而且一定水深以下的海水溫 度常年變化較小，可以冷凝形成穩定的冷凝淡水。通過冷凝器的散熱側可以降低蒸發器1 與冷凝器散熱側連通的真空區域內的水蒸氣分壓，而海水的溫度決定了冷凝器散熱側能夠 形成的水蒸汽分壓大小，冷凝器的散熱能力決定了淡水生成能力的大小。此處所得的淡水 通過淡水泵10輸送到淡水箱5。采用冷凝器把系統中溫度最低的海水進行了加熱，同時水 蒸氣向海水散熱冷凝出淡水，實現海水淡化的目的。
[0021] 本發明的另外一個目的在于提供一種海水淡化系統控制方法，海水淡化系統包括 引入海水的海水入口，濃海水出口及加熱裝置，其中，海水從所述海水入口進入，海水入口 連接至加熱裝置的得熱側，該得熱側連通至蒸發器，該蒸發器還連接有蒸汽排出口及濃海 水排出口，在蒸發器中設置有與海水接觸的多孔介質材料，一部分海水蒸發成水蒸氣從所 述的蒸汽排出口排出；另一部分濃海水從所述的濃海水出口排出。還包括連接至蒸發器的 蒸氣排出口的真空機構，該真空機構使蒸發器及水蒸氣排出通路保持真空。且該真空機構 與蒸發器的蒸氣排出口之間還設置有冷凝器，蒸發器和冷凝器形成相對密封的空間，這里 的相對密封的空間指沒有外部的空氣進入到該空間內，一旦抽真空后，只有蒸發器內的水 蒸氣產生于該空間中，海水入口連接至冷凝器的得熱側，該得熱側海水排出口連接至加熱 裝置；冷凝器的散熱側形成冷凝淡水經過淡水泵排至淡水箱。且在蒸發器和冷凝器形成相 對密封的空間，控制方法順序包含如下步驟： a、 開啟真空機構，在蒸發器和冷凝器中形成真空； b、 當在冷凝器中持續形成淡水后，關閉真空泵。
[0022] 步驟a，使得蒸發器和冷凝器形成的相對密封的空間中的空氣被真空裝置不斷排 出到系統外，隨著水蒸氣的持續產生，空間中的主要氣體為水蒸氣，空氣對水蒸氣的冷凝的 影響會顯著降低； 步驟b，當相對封閉的空間中的空氣減小到很低，會易于持續的產生淡水，這時候，冷凝 器成為主要的降低水蒸氣分壓的部件，可以關閉真空泵，因為這時侯真空泵排出的主要氣 體為水蒸氣，會是一種浪費。
[0023] 可以理解的，如果真空不足的的情況出現時，還是可以再開啟真空裝置來滿足淡 水加工的需要。
[0024] 本發明的另一個實施例，如圖2所示，海水入口 11與加熱裝置3的得熱側之間還 連接有預熱器4,海水入口 11連接至預熱器4的得熱側，該得熱側海水排出口連接至所述的 加熱裝置3 ;該預熱器的散熱側連通蒸發器1的濃海水出口和濃海水出口 12。蒸發器1的 濃海水溫度較高，直接排出系統會形成較大的熱能浪費，也會形成熱污染，通過與海水進行 熱交換，一方面可以提高海水進入加熱裝置3之前的溫度，另外也減少了向外排放熱量，減 少熱污染。進一步的，預熱器4的得熱側可以與冷凝器得熱側的排出口相連接，這樣可以提 高進入預熱器4的得熱側的海水溫度，也即提高了預熱器4得熱側排出口的海水溫度，可以 進一步提1?進入加熱裝置3的海水溫度，提1?了系統的熱效率。
[0025] 本發明的另一個實施例，如圖2所示，蒸發器1包括噴射閥16,海水經噴射泵18加 壓驅動，從上述噴射閥16噴射于再分配孔板17上，經再分配孔板滴落到所述多孔介質材料 15上。采用該種形式可以加大海水的粒化程度，增加海水的表面積，再分配孔板17可設計 成適宜于多孔介質材料配合的形式，經過孔板進行再分配，使其比較均勻地散落在下面的 多孔介質材料材料上面，增加水蒸氣蒸餾效率。
[0026] 以圖2作為一個整體的方案看，海水入口 11順序連接冷凝器2得熱側、預熱器4 得熱側和加熱裝置3得熱側，至蒸發器1的海水入口，在冷凝器1中水蒸氣冷凝散熱；在預 熱器4的散熱側連通蒸發器濃海水出口和濃海水出口 12。這樣可以實現海水被梯度加熱， 從而提高了系統的熱效率，同時，使得水蒸氣得到了冷凝，濃海水的排出熱污染減小，使得 系統的綜合利用效率提升。
【權利要求】
1. 一種海水淡化系統，包括引入海水的海水入口，濃海水出口及加熱裝置，其特征在 于：所述的海水從所述海水入口進入，所述的海水入口連接至加熱裝置的得熱側，所述得熱 側連通至蒸發器，該蒸發器還連接有蒸汽排出口及濃海水排出口，在所述蒸發器中設置有 與海水接觸的多孔介質材料，一部分海水蒸發成水蒸氣從所述的蒸汽排出口排出；另一部 分濃海水從所述的濃海水出口排出。
2. 根據權利要求1所述的海水淡化系統，其特征在于：所述蒸發器的蒸氣排出口連接 有真空裝置，該真空裝置使蒸發器及水蒸氣排出通路保持真空。
3. 根據權利要求1所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的蒸發器包括噴射閥，所述 的海水經噴射泵加壓驅動，從所述噴射閥噴射在所述多孔介質材料上；或者所述蒸發器包 括噴射閥，所述的海水經噴射泵加壓驅動，從所述噴射閥噴射于再分配孔板上，經再分配孔 板滴落到所述多孔介質材料上。
4. 根據權利要求2所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的真空裝置與蒸發器的蒸 氣排出口之間還設置有冷凝器，所述的海水入口連接至冷凝器的得熱側，該得熱側海水排 出口連接至所述加熱裝置；所述冷凝器的散熱側與水蒸氣接觸形成冷凝淡水，該冷凝淡水 經過淡水泵排至淡水箱。
5. 根據權利要求1所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的海水入口與加熱裝置得 熱側之間還連接有預熱器，所述的海水入口連接至預熱器的得熱側，該得熱側海水排出口 連接至所述的加熱裝置；所述預熱器的散熱側連通蒸發器濃海水出口和濃海水出口。
6. 根據權利要求2所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的海水入口順序連接冷凝 器得熱側、預熱器得熱側和所述加熱裝置得熱側，至蒸發器海水入口，所述冷凝器中水蒸氣 冷凝散熱；所述預熱器的散熱側連通蒸發器濃海水出口和濃海水出口。
7. 根據權利1-6中任一項所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的加熱裝置的加熱 側為熱流體泵驅動的熱流體；或者所述的加熱裝置的加熱側為太陽能集熱器。
8. 根據權利要求7所述的海水淡化系統，其特征在于：所述的冷凝器與海水入口之間 連接有過濾器。
9. 一種海水淡化系統控制方法，所述的海水淡化系統如權利要求4,且在蒸發器和冷 凝器形成相對密封的空間，其特征在于，順序包含如下步驟： a、 開啟真空裝置，在蒸發器和冷凝器中形成真空； b、 當在冷凝器中持續形成淡水后，關閉真空泵。
10. 根據權利要求9所述的海水淡化系統控制方法，其特征在于：當所述的密封空間真 空不足時，開啟真空裝置。
【文檔編號】C02F1/04GK104150548SQ201310717561
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】張信榮, 付加庭, 李寧, 崔增光, 劉勇, 劉彪, 李林鳳, 王少茹, 杜洪亮 申請人:北京大學工學院包頭研究院