專(zhuān)利名稱(chēng)：深層低溫海水冷卻降壓海水淡化法及其裝置的制作方法
深層低溫海水冷卻降壓海水淡化法及其裝置發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種蒸餾法海水淡化技術(shù)，同時(shí)提供了該方法所使用的裝置。
技術(shù)背景淡水資源緊張是全世界面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一，海水淡化是解決這一問(wèn)題的根 本途徑。目前應(yīng)用較多的蒸餾法，需要用電能或燃料進(jìn)行蒸餾，這樣蒸餾取得 淡水的成本高。天津海水淡化與綜合利用研究所設(shè)計(jì)的低溫蒸餾海水淡化設(shè)備， 它是利用電廠、化工廠的低品位余熱或電能生產(chǎn)蒸餾水，這種技術(shù)的應(yīng)用有很 大的局限性，意味者大多數(shù)城市需要用電能進(jìn)行海水淡化，同時(shí)還存在著淡化 成本高的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少能源消耗、降低淡化成本的方法。表層海水與深層海水存在一個(gè)較大的溫度差。在100多米深的水面下，海水溫度常年穩(wěn)定在rc 4°c，而在溫帶和熱帶海域，夏季表層海水的水溫一般是2(TC 30。C，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能加熱后，水溫還可以進(jìn)一步提高到5(TC 70。C。本方法 利用這個(gè)溫度差進(jìn)行海水淡化，原理如下一方面，利用太陽(yáng)能或其它方式加熱表層海水，進(jìn)一步提高其溫度；另一方 面，使用溫度較低的深層海水冷卻水蒸汽，使其凝結(jié)，得到淡水。同時(shí)，根據(jù) 飽和水汽壓隨著溫度的降低而降低的原理，氣壓會(huì)降低。又根據(jù)氣壓越低，沸 點(diǎn)越低的原理，海水的沸點(diǎn)會(huì)隨之降低。海水在低溫下沸騰，所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng) 過(guò)低溫深層海水冷凝后，可以再次產(chǎn)生淡水和低氣壓，這個(gè)過(guò)程可以循環(huán)進(jìn)行，淡水隨之源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)。上述方法中，低氣壓是保證海水在較低溫度下沸騰的關(guān)鍵，而深層的低溫海 水又是降低氣壓的關(guān)鍵，氣壓是通過(guò)低溫深層海水對(duì)水蒸汽的冷凝而降低的， 深層海水的溫度很低，可以大幅度降低氣壓，這能有效降低海水的沸點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，本發(fā)明提供一套裝置，它包括一個(gè)用于收集太陽(yáng)能以加熱導(dǎo)熱介質(zhì)的裝置，它包括一條導(dǎo)熱介質(zhì)的輸入管 和一條導(dǎo)熱介質(zhì)的輸出管。一個(gè)用于抽取深層低溫海水的裝置，它包括一臺(tái)抽水設(shè)備和一條隔熱管道。 隔熱管道的一端稍高于海面，另一端位于海面以下百米深的海水中，只要在管 道的上端抽水，深層海水就會(huì)在水壓的作用下，沿著管道，源源不斷地上升到 海面上，所以深層海水并不需要從深海中抽取，在海面上抽水即可。這樣可以 節(jié)約電力，因?yàn)樵诤Ｃ嫔铣樗?，消耗的電能很少。本發(fā)明的核心裝置是蒸發(fā)室/凝結(jié)室，蒸發(fā)室體積較小，位于凝結(jié)室的下面， 高溫表層海水在此蒸發(fā)成水蒸氣；凝結(jié)室是密閉的，體積較大，在蒸發(fā)室的上 面，水蒸氣在此冷卻凝結(jié)為淡水。兩者之間有閥門(mén)，水蒸氣通過(guò)閥門(mén)可以從蒸 發(fā)室進(jìn)入凝結(jié)室。蒸發(fā)室內(nèi)部有加熱管道，加熱管道連接太陽(yáng)能集熱裝置，可 以加熱蒸發(fā)室中的海水，蒸發(fā)室是隔熱的，蒸發(fā)室還有一個(gè)表層海水入口和一 個(gè)高濃度海水出口；凝結(jié)室內(nèi)部所有部件均是由對(duì)水不浸潤(rùn)的材料制成，這種 材料使冷凝水能盡快匯集到凝結(jié)室的底部并流出，從而避免影響導(dǎo)熱效果。凝 結(jié)室內(nèi)表面是光滑的，凝結(jié)室中有一個(gè)可以上下運(yùn)動(dòng)的活塞，當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng) 時(shí)，可以改變凝結(jié)室的氣壓大小，當(dāng)蒸發(fā)室的海水溫度較低時(shí)，可以向上驅(qū)動(dòng) 活塞，降低氣壓，使海水沸騰?；钊蛳逻\(yùn)動(dòng)，還可以把附著在凝結(jié)室內(nèi)壁上 的細(xì)小水珠匯集到凝結(jié)室的底部?；钊€可以排出凝結(jié)室中的空氣。凝結(jié)室鋪設(shè)冷卻管道，低溫海水流經(jīng)管道時(shí)，可以冷卻凝結(jié)室中的蒸汽。凝結(jié)室還有一 個(gè)淡水出口和一個(gè)空氣出口 。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，首先將表層海水注入蒸發(fā)室，然后排出凝結(jié)室中的空氣，將活 塞移動(dòng)到凝結(jié)室的最下端，再將太陽(yáng)能集熱裝置中的高溫導(dǎo)熱介質(zhì)注入加熱管 道，加熱海水，然后活塞向上運(yùn)動(dòng)，降低氣壓，使海水沸騰，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到達(dá) 凝結(jié)室最上端時(shí)，凝結(jié)室中充滿(mǎn)了蒸汽，再將低溫海水注入冷卻管道，冷卻蒸 汽，使之凝結(jié)，獲得淡水并降低氣壓，淡水沿著不不浸潤(rùn)的內(nèi)壁，匯集到凝結(jié) 室的下端并流出。在凝結(jié)室的低氣壓條件下，蒸發(fā)室中的海水經(jīng)加熱后會(huì)再次 沸騰。上述過(guò)程不斷循環(huán)，即可源源不斷地生產(chǎn)出淡水。工作時(shí)，為了不影響 降氣壓的效果，凝結(jié)室中的空氣應(yīng)盡量排出。上述方法通過(guò)采取冷凝降壓措施，降低了海水的沸點(diǎn)，使其在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100t:的溫度下沸騰，因此大大減少了能源消耗，降低了成本。有較強(qiáng)的商業(yè)價(jià)值， 適合大規(guī)模的推廣應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖是蒸發(fā)室/凝結(jié)室的剖面圖實(shí)施方式本裝置包括一個(gè)常見(jiàn)的太陽(yáng)能熱水器，它包括一條導(dǎo)熱介質(zhì)的輸入管和一條導(dǎo)熱介質(zhì)的 輸出管。一個(gè)用于從深海抽取低溫海水的裝置，它包括一臺(tái)抽水機(jī)和一條隔熱管道。低溫海水從海面下100米深的地方獲取。一個(gè)密閉的圓柱形容器，其內(nèi)部按照10: l的比例分成上下兩部分。下面部 分是蒸發(fā)室l，蒸發(fā)室內(nèi)部鋪有隔熱材料，上面部分是凝結(jié)室2。兩部分通過(guò)閥 門(mén)3相連通，蒸汽可以通過(guò)閥門(mén)3從蒸發(fā)室進(jìn)入凝結(jié)室。蒸發(fā)室內(nèi)部有加熱管 道6，蒸發(fā)室的上端還有一個(gè)表層海水入口 10，下端有一個(gè)高濃度海水出口 11; 凝結(jié)室中有一個(gè)可以上下運(yùn)動(dòng)的活塞5，活塞上有閥門(mén)4。圍繞凝結(jié)室的外表面 鋪設(shè)冷卻管道7，低溫海水流經(jīng)管道時(shí)，可以冷卻凝結(jié)室中的蒸汽，凝結(jié)室的最 下端有一個(gè)淡水出口9，最上端有一個(gè)空氣出口8。凝結(jié)室還有一個(gè)驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn) 動(dòng)的電機(jī)(圖中未畫(huà)出)。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，首先將表層海水注入蒸發(fā)室，排出凝結(jié)室中的空氣，將活塞5 移動(dòng)到凝結(jié)室的最下端，關(guān)閉閥門(mén)3、閥門(mén)4、海水出口ll、淡水出口9，打開(kāi) 空氣出口8。然后將太陽(yáng)能熱水器中的熱水注入加熱管道6，加熱海水，當(dāng)海水 的溫度接近沸點(diǎn)時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)3，通過(guò)活塞5的向上運(yùn)動(dòng)，降低氣壓，降低海水 的沸點(diǎn)并使之沸騰，水蒸氣從閥門(mén)3進(jìn)入凝結(jié)室，當(dāng)活塞5運(yùn)動(dòng)到達(dá)凝結(jié)室最 上端時(shí)，凝結(jié)室中充滿(mǎn)了蒸汽，此時(shí)關(guān)閉閥門(mén)3，停止沸騰。再將低溫海水注入 冷卻管道7，冷卻蒸汽，使之凝結(jié)，獲得淡水并降低氣壓，淡水沿著不浸潤(rùn)的內(nèi) 壁，匯集到凝結(jié)室的下端，通過(guò)淡水出口 9流出。海水經(jīng)加熱后，在低氣壓下 再次沸騰。上述過(guò)程不斷循環(huán)進(jìn)行，淡水不斷地產(chǎn)生出來(lái)。 一段時(shí)間后，蒸發(fā) 室中的海水含鹽度升得較高時(shí)，打開(kāi)海水出口 11，排出蒸發(fā)室中的高濃度海水， 換成新鮮海水；當(dāng)凝結(jié)室內(nèi)壁上附著有較多細(xì)小水珠時(shí)，活塞5向下運(yùn)動(dòng)，使 水珠匯集到凝結(jié)室的底部；當(dāng)凝結(jié)室中的空氣較多時(shí)，打開(kāi)空氣出口8，活塞5 向上運(yùn)動(dòng)，排出空氣；當(dāng)凝結(jié)室的氣壓不夠低時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn) 動(dòng)，降低氣壓。雖然上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例作了具體說(shuō)明，但是本發(fā)明 的范圍并不僅僅限于此實(shí)施例，在本發(fā)明的構(gòu)思下，可以根據(jù)具體的使用環(huán)境 和技術(shù)要求對(duì)該實(shí)施例做各種改進(jìn)，例如為了提高熱能利用率，可以首先將表 層海水注入冷卻管道對(duì)蒸汽預(yù)冷卻，這樣既可以冷卻蒸汽，又可以提高表層海 水的溫度，然后再將深層低溫海水注入管道進(jìn)一步冷卻水蒸氣；還可以把多級(jí) 蒸發(fā)室/凝結(jié)室串聯(lián)，用上一級(jí)排出的高溫海水加熱下一級(jí)的低溫表層海水，這 樣可以提高熱能的利用率；還可以使用熱泵加熱表層海水，或聯(lián)合使用熱泵和 太陽(yáng)能。
權(quán)利要求
1.一種海水淡化法，通過(guò)加熱海水，同時(shí)降低氣壓來(lái)降低海水沸點(diǎn)，使海水在低溫下沸騰，然后冷卻水蒸汽，使之凝結(jié)，從而得到淡水，其特征是利用深層低溫海水冷凝水蒸汽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化法，其特征是通過(guò)使水蒸汽冷凝來(lái)降低氣壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化法設(shè)計(jì)的一種海水淡化裝置，包括一個(gè)凝結(jié) 室，水蒸氣在其中凝結(jié)為淡水，其特征是凝結(jié)室是密閉的，并且有冷卻裝置; 凝結(jié)室中排出了空氣，只有水蒸氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水淡化裝置，其特征是凝結(jié)室內(nèi)部的所有部件均采 用對(duì)水不浸潤(rùn)的材料制成。
全文摘要
涉及一種海水淡化方法，利用表層海水和深層海水的溫度差促使海水蒸發(fā)和水蒸氣凝結(jié)。基本原理是利用太陽(yáng)能加熱表層海水，并通過(guò)降低氣壓，使海水在較低的溫度下沸騰。再將蒸汽注入到一個(gè)密閉容器中，經(jīng)過(guò)低溫深層海水冷卻后，凝結(jié)為淡水。在水蒸氣大量凝結(jié)的同時(shí)，密閉容器中的氣壓降低，低氣壓又有利于海水的再次沸騰，這個(gè)過(guò)程可以循環(huán)進(jìn)行，淡水隨之源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在低氣壓條件下，海水可以在較低的溫度下沸騰，因此消耗的能源少，成本低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，具有很大的商業(yè)價(jià)值。
文檔編號(hào)C02F103/08GK101249989SQ200810065079
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者胡世曦 申請(qǐng)人:胡世曦