專利名稱：熱法超重力海水淡化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在超重力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)海水與蒸汽之間快速傳熱與傳質(zhì)進(jìn)而獲得高純淡水的熱法超重力海水淡化方法。
背景技術(shù)：
作為水資源開(kāi)源增量技術(shù)，海水淡化已成為解決水資源危機(jī)的重要途徑。到2006年，世界上已有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在應(yīng)用海水淡化技術(shù)，全球海水淡化日產(chǎn)量約3775萬(wàn)噸，其中80%用于飲用水，解決了 I億多人的供水問(wèn)題。目前常用的海水淡化工藝包括:反滲透法、太陽(yáng)能法、低溫多效、多級(jí)閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)廣等。
反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40，從上世紀(jì)70年代起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家就把海水淡化技術(shù)的發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法，反滲透法的脫鹽率在99.5%至99.7%之間。
蒸餾法海水淡化也叫熱法海水淡化，蒸餾法是最早投入工業(yè)化應(yīng)用的淡化技術(shù)，特點(diǎn)是即使在污染嚴(yán)重、高生物活性的海水環(huán)境中也適用，產(chǎn)水純度高。與膜法海水淡化技術(shù)相比，蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對(duì)原料海水水質(zhì)要求低、方法的生產(chǎn)能力大，是當(dāng)前海水淡化的主流技術(shù)之一。
低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一，近年來(lái)發(fā)展迅速，方法的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢(shì)為提高方法單機(jī)造水能力，采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià)，提聞操作溫度，提聞傳熱效率等。
與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比，太陽(yáng)能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽(yáng)能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無(wú)污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。
由上可知，熱法海水淡化技術(shù)雖然具有適應(yīng)范圍廣泛、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，但是存在著聞投入、聞能耗、低廣能等諸多實(shí)際問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱法超重力海水淡化方法，以解決現(xiàn)有熱法蒸餾技術(shù)中存在的聞投入、聞能耗、低廣能等諸多實(shí)際問(wèn)題。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種熱法超重力海水淡化方法，該方法通過(guò)熱法超重力海水淡化裝置來(lái)完成，包括如下步驟:
對(duì)熱法超重力海水淡化裝置內(nèi)部進(jìn)行抽真空處理步驟；
使旋轉(zhuǎn)床體圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并保持所述旋轉(zhuǎn)床體的換熱室、蒸汽收集室、氣液交換室、淡水室、廢氣分離室處于超重力穩(wěn)態(tài)的步驟；
在供熱裝置的作 用下，噴入換熱室的冷海水被換熱室內(nèi)各圈換熱管外壁逐級(jí)加熱的步驟；
經(jīng)換熱室加熱的海水在蒸汽收集室中逐級(jí)蒸發(fā)并將蒸發(fā)后的水蒸氣收集至各圈蒸汽收集管中的水蒸氣收集步驟；
所述各圈蒸汽收集管中的水蒸氣依次經(jīng)淡水室和氣液交換室進(jìn)入換熱室內(nèi)各相應(yīng)換熱管中并與噴入換熱室的冷海水換熱而被冷凝形成露水的水蒸氣冷凝步驟；
所述露水經(jīng)氣液交換室返回至所述淡水室，并經(jīng)由淡水排出口排出的淡水回收步驟；
所述冷凝步驟中未冷凝的水蒸氣和不凝性氣體經(jīng)由所述換熱管進(jìn)入所述廢氣分離室，而且不凝性氣體在所述廢氣分離室中被濃縮并排出所述熱法超重力海水淡化裝置的廢氣排出步驟；
所述冷凝步驟中經(jīng)換熱的海水所產(chǎn)生的蒸氣重復(fù)循環(huán)所述水蒸氣收集步驟、水蒸氣冷凝步驟、淡水回收步驟和廢氣排出步驟，最終得到所需的淡水。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述換熱室中的超重力水平在50g (g表示正常重力場(chǎng)強(qiáng)度9.8m/s2)至IOOOg范圍之間，更優(yōu)選為200g至600g之間；所述蒸汽收集室、所述氣液交換室、所述廢氣分離室和所述淡水室中的超重力水平在250g至5000g之間，更優(yōu)選為400g至2000g之間。
在上述方法中，所述供熱裝置可以以純水高溫蒸汽或者電能方式供熱。當(dāng)供熱方式為純水高溫蒸汽時(shí)，所述純水高溫蒸汽的絕對(duì)壓力優(yōu)選為0.5atm至1.5atm，更優(yōu)選為0.5atm至1.0atm，所述純水高溫蒸汽的溫度優(yōu)選在70°C至120°C之間，更優(yōu)選為75°C至100°C之間。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述冷海水在進(jìn)入所述熱法超重力海水淡化裝置之前先進(jìn)行過(guò)濾，以去除掉海水中所含有的生物質(zhì)、固體、膠體成分。
在上述方法中，還包括將蒸汽收集室中得到的濃海水排出的濃海水排出步驟。作為一種優(yōu)選方式，所述濃海水采用真空泵抽出。同時(shí)所述淡水也可以采用真空泵抽出。淡水和濃海水自身的液封功能保證了水蒸氣不會(huì)被抽出。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述水蒸氣收集步驟具體如下:經(jīng)換熱室加熱的海水匯流進(jìn)入蒸汽收集室后從最內(nèi)圈的蒸汽收集管的管間縫隙中被甩出并濺落到最內(nèi)圈的蒸汽收集管外層的填料網(wǎng)上并被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，所述小液滴快速蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣并降溫，水蒸氣被抽進(jìn)最內(nèi)圈的蒸汽收集管內(nèi)，而溫度降低的小液滴經(jīng)下一外圈蒸汽收集管的管間縫隙流出并濺落到相應(yīng)圈蒸汽收集管外層的填料網(wǎng)上而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的蒸發(fā)和降溫，經(jīng)該進(jìn)一步蒸發(fā)而得到的水蒸氣被抽進(jìn)相應(yīng)圈蒸汽收集管中，最后直至最外圈蒸汽收集管中收集到水蒸氣。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述水蒸氣冷凝步驟具體如下:所述各圈蒸汽收集管中的水蒸氣經(jīng)淡水室中相對(duì)應(yīng)的淡水分布管進(jìn)入氣液交換室中相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道，然后進(jìn)入換熱室內(nèi)各相應(yīng)換熱管中，并與噴入換熱室的冷海水換熱，從而水蒸氣被冷凝形成露水。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述淡水回收步驟具體如下:所述露水經(jīng)氣液交換室中相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道返回至所述淡水室中的相對(duì)應(yīng)的淡水分布管，然后淡水從淡水分布管的軸向縫隙中流出并均勻地灑 落到相應(yīng)淡水分布管外層的填料網(wǎng)中而被打碎成無(wú)數(shù)小液滴，散發(fā)出一些水蒸氣后得到降溫，所述小液滴匯流后再經(jīng)下一個(gè)外圈淡水分布管和該下一個(gè)外圈淡水分布管外層的填料網(wǎng)繼續(xù)降溫，最后經(jīng)由最外圈的淡水分布管的管間縫隙流出并由淡水排出口排出。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述冷海水進(jìn)入所述熱法超重力海水淡化裝置時(shí)的穩(wěn)定流速為l_3m/s。所述穩(wěn)定流速是指所述熱法超重力海水淡化裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后冷海水進(jìn)入裝置的流速。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述抽真空步驟中，所述熱法超重力海水淡化裝置內(nèi)部的真空度為0.8-0.95atm。
在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述廢氣排出步驟具體如下:所述冷凝步驟中未冷凝的水蒸氣和不凝性氣體經(jīng)由所述換熱管進(jìn)入所述廢氣分離室，在廢氣分離室中未冷凝的蒸氣與來(lái)自海水室的冷海水直接接觸以使未冷凝的蒸氣被冷海水吸收而液化，從而不凝性氣體在所述廢氣分離室中被濃縮，經(jīng)濃縮的不凝性氣體通過(guò)真空設(shè)備被抽至所述熱法超重力海水淡化裝置外。
在上述方法中，所使用的熱法超重力海水淡化裝置，包括:密封殼體，設(shè)有用于容納旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出方法的輸出軸的連接孔、用于輸出濃縮海水的第一出料口、用于輸出淡水的第二出料口 ；旋轉(zhuǎn)床體，位于所述密封外殼內(nèi)部，呈圓柱狀，所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線與所述連接孔對(duì)應(yīng)以便于和動(dòng)力方法輸出軸連接；所述旋轉(zhuǎn)床體中包括:海水室，位于所述旋轉(zhuǎn)床體的中心，并延伸出所述密封殼體，用于輸入冷海水，以及向圓周外部輸出冷海水；換熱室，環(huán)繞所述海水室分布，用于利用蒸汽加熱冷海水，并使蒸汽液化形成露水，所述換熱室內(nèi)設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的換熱管，所述換熱管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述換熱管為多層分布，同層相鄰的所述換熱管之間設(shè)有管間縫隙；所述換熱管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于避免露水甩出的軸向縫隙，所述換熱管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；蒸汽收集室，位于所述換熱室外側(cè)，用于收集所述換熱室加熱冷海水形成的蒸汽 ，所述蒸汽收集室設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的蒸汽收集管，所述蒸汽收集管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述蒸汽收集管為多層分布，同層相鄰的所述蒸汽收集管之間設(shè)有管間縫隙；所述蒸汽收集管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙，所述蒸汽收集管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；淡水室，位于所述換熱室外側(cè)并和所述蒸汽收集室并排設(shè)置，用于收集所述換熱室形成的露水并經(jīng)由所述第二出料口排出，所述淡水室設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的淡水分布管，所述淡水分布管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述淡水分布管為多層分布，同層相鄰的所述淡水分布管之間設(shè)有管間縫隙；所述淡水分布管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出及甩出露水的軸向縫隙，所述淡水分布管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；氣液交換室，靠近所述換熱室和淡水室，和所述蒸汽收集室、換熱室連通，用于將所述換熱室產(chǎn)生的露水輸送至所述淡水室，以及將所述蒸汽收集室收集的蒸汽輸送至所述換熱室；廢氣分離室，靠近所述換熱室遠(yuǎn)離所述氣液交換室并與所述換熱室并排設(shè)置，且與所述換熱室連通，用于濃縮并排出不凝性氣體；所述廢氣分離室設(shè)有多個(gè)與所述換熱室連通的廢氣排放管，所述廢氣排放管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述廢氣排放管為多層分布，同層相鄰的所述廢氣排放管之間設(shè)有管間縫隙；所述廢氣排放管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙，所述廢氣排放管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；而且所述廢氣排放管的管徑小于所述換熱管的管徑；供熱裝置，和所述換熱室對(duì)應(yīng)，用于向所述換熱室供熱；相鄰的兩層蒸汽收集管之間和相鄰的兩層淡水分布管之間均設(shè)有用于分解液滴的填料。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述海水室為圓柱形空腔體，所述海水室的外端延伸至所述密封殼體外部以輸入冷海水；在所述旋轉(zhuǎn)床體中，所述海水室的周圍設(shè)有通孔以輸出冷海水。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述海水室中設(shè)有真空吸管，用于吸出廢氣分離室中的不凝性氣體組分和冷海水散發(fā)出的低溫水蒸氣以及保持所述裝置的殼體內(nèi)部處于真空負(fù)壓狀態(tài)，所述真空吸管的一端位于所述海水室的里端端面，所述真空吸管的另一端延伸出所述海水室的外端端面。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述換熱管的軸向縫隙兩側(cè)的管壁向內(nèi)延伸形成兩個(gè)延伸緣，兩個(gè)所述延伸緣之一向另一所述延伸緣上延伸，以避免露水甩出。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述淡水分布管的軸向縫隙兩側(cè)的管壁向內(nèi)延伸形成兩個(gè)延伸緣，以方便蒸汽逸出及甩出露水。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述蒸汽收集管和淡水分布管一一對(duì)應(yīng)連通；和/或，外側(cè)相應(yīng)層的所述蒸汽收集管通過(guò)所述氣液交換室中的獨(dú)立通道和內(nèi)側(cè)相應(yīng)層的換熱管連通。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，相鄰的兩層換熱管之間、相鄰的兩層廢氣排放管之間也設(shè)有用于分解液滴的填料。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述供熱裝置包括設(shè)于所述密封殼體上的高溫蒸汽進(jìn)口和設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)床體上的加熱通道，所述高溫蒸汽進(jìn)口和所述加熱通道連通。
在上述方法中，作為所述熱法超重力海水淡化裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述換熱室的一端延伸出所述蒸汽收集室，所述供熱裝置包括套設(shè)于所述換熱室的延伸段上的電磁加熱套筒和設(shè)于所述密封殼體上的相應(yīng)部位的電磁加熱線圈。
由上分 析可知，本發(fā)明利用超重力技術(shù)，在超重力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)海水與蒸氣之間快速的傳熱與傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)而獲得高純淡水。其中，超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力場(chǎng)條件下多相流體系的獨(dú)特流動(dòng)行為，強(qiáng)化相與相之間的相對(duì)速度和相互接觸，從而實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程。對(duì)于海水而言，超重力場(chǎng)越大，海水內(nèi)部的Λ (Pg)越大，海水液流相對(duì)滑移速度也越快。巨大的剪切應(yīng)力克服了海水自身的表面張力作用，可使海水伸展出巨大的相際接觸界面，從而極大地強(qiáng)化傳質(zhì)與傳熱過(guò)程。由此可見(jiàn)，本發(fā)明用于在超重力場(chǎng)中進(jìn)行低溫多效蒸餾以獲得淡水時(shí)，由于海水與低壓蒸氣之間可以快速地進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱過(guò)程，可以快速生產(chǎn)出大量高純淡水，解決現(xiàn)有熱法蒸餾技術(shù)中存在的高投入、高能耗、低產(chǎn)能等諸多實(shí)際問(wèn)題。相比于現(xiàn)有的低溫多效蒸餾方法而言，采用本發(fā)明的海水淡化方法在相同設(shè)備生產(chǎn)體積下的淡水產(chǎn)量可提高約I至2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。


圖1為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的旋轉(zhuǎn)床體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的旋轉(zhuǎn)床體在蒸汽收集室部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的換熱管的截面結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的蒸汽收集管的截面結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一的淡水分布管的截面結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一的廢氣排放管的截面結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的方法和方法中使用的海水淡化裝置做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
首先介紹本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置的優(yōu)選實(shí)施例一包括旋轉(zhuǎn)床體1、密封殼體2和供熱裝置，在本優(yōu)選實(shí)施例一中，供熱裝置采用高溫蒸汽作為供熱方式，和換熱室11對(duì)應(yīng)。其中，密封殼體2上設(shè)有用于容納旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出方法的輸出軸3的連接孔(未標(biāo)記)、用于輸入高溫蒸汽的進(jìn)氣口 21、用于輸出濃縮海水的第一出料口 23、用于輸出淡水的第二出料口 22。優(yōu)選地，密封殼體2的材料選用透磁性、機(jī)械性能和耐腐蝕性良好的、無(wú)毒、無(wú)污染的陶瓷、工程塑料以及各種合金、不銹鋼材料或其組合，在連接處所使用的密封圈或密封墊需要具備良好的不透氣性能。
旋轉(zhuǎn)床體I呈圓柱狀，旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10與連接孔對(duì)應(yīng)以便于和動(dòng)力方法輸出軸3連接。動(dòng)力輸出方法的輸出軸3的里端固定于旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10上，并且靠近旋轉(zhuǎn)床體I的部分，輸出軸3為中空結(jié)構(gòu)，用于通過(guò)進(jìn)氣口 21輸入的高溫蒸汽，以將高溫蒸汽輸入旋轉(zhuǎn)床體I中的蒸汽通道210。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)床體I所使用的框體材料可選擇具備良好的耐腐蝕性能和高機(jī)械強(qiáng)度的不銹鋼 、鈦合金、鋁合金、銅合金等材料。
再如圖1和圖2所示，旋轉(zhuǎn)床體I中設(shè)有換熱室11、蒸汽收集室12、淡水室13、氣液交換室14、海水室15、廢氣分離室17。其中，海水室15位于旋轉(zhuǎn)床體I的中心，基本沿旋轉(zhuǎn)軸線10延伸，并延伸出密封外殼2，用于從外部輸入冷海水，并在旋轉(zhuǎn)床體I旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，海水室15中的冷海水甩出，進(jìn)入至周圍的換熱室11。換熱室11環(huán)繞海水室15分布，用于利用來(lái)自供熱裝置的進(jìn)氣口 21和蒸汽收集室12的蒸汽加熱冷海水，并使蒸汽受冷液化形成露水，冷海水則受熱升溫蒸發(fā)。蒸汽收集室12位于換熱室11外側(cè)，用于收集換熱室11加熱冷海水形成的蒸汽，并將該蒸汽輸送至換熱室。淡水室13位于換熱室11外側(cè)并和蒸汽收集室12并排設(shè)置，用于收集經(jīng)由氣液交換室14輸送過(guò)來(lái)的換熱室11中形成的露水。此外，淡水室13的角部設(shè)有出水口 131，淡水首先從出水口 131排出，然后經(jīng)由密封殼體2上的第二出料口 22排出至外部。氣液交換室14靠近換熱室11和淡水室13，和蒸汽收集室12、換熱室11連通，用于將換熱室11產(chǎn)生的露水輸送至淡水室13，以及將蒸汽收集室12收集的蒸汽輸送至換熱室11。廢氣分離室17，靠近換熱室11但遠(yuǎn)離氣液交換室14并與換熱室11并排設(shè)置(即廢氣分離室17緊鄰于圖2中所示的換熱室11的右側(cè))，且與換熱室11連通，用于濃縮并排出不凝性氣體，所述不凝性氣體在廢氣分離室17中得到濃縮的原理為:換熱室11中未冷凝(即未液化)的蒸氣和不凝性氣體作為廢氣進(jìn)入廢氣分離室，在廢氣分離室中未冷凝的蒸氣與來(lái)自海水室15的少量溫度較低的海水直接接觸，蒸氣被海水吸收而液化，從而將未冷凝的蒸氣與不凝性氣體分離以提高不凝性氣體在廢氣分離室中的濃度。廢氣分離室中的高濃度不凝性氣體可以通過(guò)真空設(shè)備等將其從本發(fā)明的裝置中排出。
同排設(shè)置的淡水室13與蒸氣收集室12之間的體積比在1/10至5/10之間，優(yōu)選為1/10至3/10之間。同排設(shè)置的換熱室11和廢氣分離室17之間的體積比為1/20至1/10之間。
本優(yōu)選實(shí)施例的供熱裝置采用高溫蒸汽方式供熱，其包括位于密封殼體2上的進(jìn)氣口 21、位于旋轉(zhuǎn)床體I內(nèi)部的蒸汽通道210和位于換熱室11中的加熱通道16，優(yōu)選地，加熱通道16為位于換熱室11最外層的換熱器件，例如圖3所示的換熱管，用于向換熱室11供熱。
優(yōu)選地，如圖2所示，海水室15為圓柱形空腔體，其外端延伸至密封殼體2外部，并設(shè)有一冷海水進(jìn)口 153，以輸入冷海水。在旋轉(zhuǎn)床體I中，海水室15的周圍設(shè)有通孔150以輸出冷海水。實(shí)施時(shí)，海水室15和密封殼體2之間相對(duì)固定，旋轉(zhuǎn)殼體I旋轉(zhuǎn)時(shí)，海水室15并不隨之旋轉(zhuǎn)，這樣可以簡(jiǎn)化密封結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，海水室15和密封殼體2之間采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，使海水室15隨著旋轉(zhuǎn)床體I轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了避免不凝氣體和冷海水散發(fā)出的低溫水蒸氣對(duì)本優(yōu)選實(shí)施例一的不利影響并將其排出本發(fā)明的裝置，如圖2所示，本優(yōu)選實(shí)施例一的海水室15中設(shè)有真空吸管151，真空吸管151用于吸出不凝性氣體組分和冷海水散發(fā)出的低溫水蒸氣同時(shí)保持該方法內(nèi)部的真空狀態(tài)，真空吸管151的一端位于海水室15的里端端面，另一端延伸出海水室15的外端端面并形成一個(gè)抽真空口 152。在應(yīng)用時(shí)，可以在抽真空口 152處連接真空抽氣方法。若從生產(chǎn)淡水的規(guī)模進(jìn)行分類，可以將本優(yōu)選實(shí)施例一分為:小型(< lm3/d淡水)、中型(lm3/d-100m3/d淡水)、大型(100m3/d-10000m3/d淡水)三種。優(yōu)選地，與中型和大型機(jī)配套使用的真空抽氣方法可選·用蒸氣噴射真空泵，與小型機(jī)配套使用的真空抽氣方法可選用水循環(huán)真空泵。
如圖1和圖3所示，換熱室11設(shè)有多個(gè)與氣液交換室14連通的換熱管110，換熱管110與旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10平行，并且換熱管110為多層分布，同層相鄰的換熱管110之間設(shè)有管間縫隙。如圖4所示，換熱管110上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于避免露水甩出的軸向縫隙1100，換熱管110上的軸向縫隙1100朝向旋轉(zhuǎn)床體I的外側(cè)方向設(shè)置，也即，軸向縫隙1100的開(kāi)口背離旋轉(zhuǎn)軸線10。
換熱室11中換熱管110的圈數(shù)(即層數(shù))為5至50圈，優(yōu)選為5至30圈。優(yōu)選地，下述的淡水室13中的淡水分布管130和蒸汽收集室12中的蒸汽收集管120的圈數(shù)與換熱管110圈數(shù)相等。
再如圖4所示，換熱管110的軸向縫隙1100兩側(cè)的管壁向內(nèi)延伸形成兩個(gè)延伸緣1101、1102，延伸緣1102的里邊向另一延伸緣1101上延伸，形成延伸折緣1103，借此，在旋轉(zhuǎn)床體I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，換熱管110中的露水可以避免甩出，同時(shí)不影響蒸汽從氣液交換室14、蒸汽通道210進(jìn)入換熱管110、16的端部。每圈換熱管110中，相鄰換熱管110之間的間距為Omm至Imm之間，優(yōu)選為0.1mm至0.5mm之間。下述的每圈相鄰的蒸氣收集管120和每圈相鄰的淡水管130之間的間距也如上所述。
優(yōu)選地，換熱管110的材質(zhì)為導(dǎo)熱性好的鋁合金、銅合金或鈦合金。其直徑在5mm至50mm之間，更優(yōu)選為IOmm至20mm之間。為了增大換熱面積或提高換熱系數(shù),換熱管110的外壁和內(nèi)壁可以刻出橫向或縱向各種類型條紋，這些條紋可以是波浪紋、螺紋等，條紋可以是橫向或縱向條紋。
如圖1和圖2所示，蒸汽收集室12設(shè)有多個(gè)與氣液交換室14連通的蒸汽收集管120，蒸汽收集管120與旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10平行，并且蒸汽收集管120也為多層分布，同層相鄰的蒸汽收集管120之間設(shè)有管間縫隙。如圖5，蒸汽收集管120上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙1200，蒸汽收集管120上的軸向縫隙1200朝向旋轉(zhuǎn)床體I的外側(cè)方向設(shè)置，也即，軸向縫隙1200的開(kāi)口背向旋轉(zhuǎn)軸線10。
如圖1所示，淡水室13設(shè)有多個(gè)與氣液交換室14連通的淡水分布管130，在本優(yōu)選實(shí)施例一中，蒸汽收集管120通過(guò)淡水分布管130和氣液交換室14連通。淡水分布管130與旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10平行，并且淡水分布管130為多層分布，同層相鄰的淡水分布管130之間設(shè)有管間縫隙。如圖6，淡水分布管130上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出及甩出露水的軸向縫隙1300，軸向縫隙1300朝向旋轉(zhuǎn)床體I的外側(cè)方向設(shè)置，也即，軸向縫隙1300的開(kāi)口背向旋轉(zhuǎn)軸線10。
優(yōu)選地，如圖6，淡水分布管130的軸向縫隙1300兩側(cè)的管壁向內(nèi)延伸形成兩個(gè)延伸緣1301、1302，以方便蒸汽逸出及甩出露水。
如圖1所示，廢氣分離室17設(shè)有多個(gè)與換熱室連通的廢氣排放管170，廢氣排放管170與旋轉(zhuǎn)床體I的旋轉(zhuǎn)軸線10平行，并且廢氣排放管170也為多層分布，同層相鄰的廢氣排放管170之間設(shè)有管間縫隙。如圖7，廢氣排放管170上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙1700，廢氣排放管170上的軸向縫隙1700朝向旋轉(zhuǎn)床體I的外側(cè)方向設(shè)置，也即，軸向縫隙17 00的開(kāi)口背向旋轉(zhuǎn)軸線10。而且廢氣排放管170的管徑小于換熱管110的管徑，這樣有利于將換熱管110中的廢氣吸入廢氣排放管170。
優(yōu)選地，蒸汽收集管120、廢氣排放管170和淡水分布管130的材質(zhì)可選用機(jī)械性能和耐熱性能良好的、無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)污染的鋼管、各種合金管、陶瓷管和塑料管。蒸汽收集管120和淡水分布管130的直徑在5mm至50mm之間，更優(yōu)選為IOmm至20mm之間。廢氣排放管170的直徑2-10mm，更優(yōu)選為5_8臟。
如圖1所示，蒸汽收集管120和淡水分布管130—一對(duì)應(yīng)連通，外側(cè)相應(yīng)層的蒸汽收集管120通過(guò)氣液交換室中的獨(dú)立通道140和內(nèi)側(cè)相應(yīng)層的換熱管110連通，例如最外圈層的外側(cè)第一層蒸汽收集管120通過(guò)相應(yīng)的淡水分布管130、用于氣液交換的獨(dú)立通道140與內(nèi)側(cè)第一層換熱管110連通。因?yàn)椴煌拥母黝惞茏又袣庖簻囟?、壓力基本不相同?br> 再如圖1所示，相鄰的兩層換熱管110之間、相鄰的兩層蒸汽收集管120之間、相鄰的兩層廢氣排放管170之間和相鄰的兩層淡水分布管130之間均設(shè)有用于分解液滴的填料4。優(yōu)選地，填料4為網(wǎng)狀填料，該網(wǎng)狀填料可以是耐海水腐蝕的不銹鋼金屬絲網(wǎng)、各種合金制成的金屬絲網(wǎng)、高分子纖維織成的絲網(wǎng)，優(yōu)選為無(wú)毒、無(wú)污染的高分子纖維織成的絲網(wǎng)，在換熱室11中所使用的網(wǎng)狀填料目數(shù)在100目至1000目之間，優(yōu)選為200目至700目之間，在淡水室13、廢氣分離室17和蒸氣收集室12中所使用的網(wǎng)狀填料目數(shù)在5目至1000目之間。
在本發(fā)明方法中使用的海水淡化裝置優(yōu)選實(shí)施例一中，當(dāng)外界輸入的熱量是蒸汽，密封殼體2上的多個(gè)部位采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。圖8示出的優(yōu)選實(shí)施例二與圖1所示優(yōu)選實(shí)施例一的顯著區(qū)別在于供熱裝置的不同，外界輸入的熱量是以電能的形式，密封殼體2采用靜密封結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)供熱裝置的變化，廢氣分離室17 —端不再與蒸汽收集室12平齊，而是換熱室11延伸出蒸汽收集室12，供熱裝置則包括套設(shè)于換熱室11的延伸段上的電磁加熱套筒51和設(shè)于密封殼體2上的相應(yīng)部位的電磁加熱線圈52。此外,優(yōu)選實(shí)施例二的旋轉(zhuǎn)床體I的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也與圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例一不同，其采用一臺(tái)磁力傳動(dòng)機(jī)，該傳動(dòng)機(jī)由外磁轉(zhuǎn)子62、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子61及導(dǎo)磁的隔離套(未標(biāo)記)組成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出軸3帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子62旋轉(zhuǎn)時(shí),磁場(chǎng)能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì),帶動(dòng)與旋轉(zhuǎn)床體I相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子61作同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無(wú)接觸同步傳遞，將容易泄露的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為零泄漏的靜密封結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)對(duì)使用上述海水淡化裝置進(jìn)行海水淡化的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
該方法的基本原理如下:密封殼體I內(nèi)部處于抽真空負(fù)壓狀態(tài),不凝性惰性氣體組分的含量非常低，在外部電機(jī)的帶動(dòng)下，內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)床體I可做高速的離心轉(zhuǎn)動(dòng)。冷海水首先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床體I中心處的海水室15，并被噴出，以無(wú)數(shù)小液滴的形式均勻噴灑在換熱室11最內(nèi)圈的換熱管110外壁上，冷海水被換熱管110內(nèi)壁的高溫蒸汽加熱升溫，并順著換熱管110之間縫隙被 甩向外圈換熱管110外壁上，每甩落到一圈換熱管110的外壁上，海水溫度就會(huì)升高一些，當(dāng)海水從最外圈換熱管16 (即加熱通道16)外壁上被甩落到換熱室11外壁上時(shí)，海水溫度達(dá)到最高。高溫海水從換熱室11匯流進(jìn)入蒸汽收集室12，從第I圈蒸汽收集管120之間的縫隙中被高速甩出，濺落到第一圈填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，小液滴快速蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣并降溫，水蒸氣被抽進(jìn)第I圈蒸汽收集管120內(nèi)，溫度降低的小液滴順著下一圈蒸汽收集管120的管間縫隙流出，并進(jìn)一步濺落到相應(yīng)圈的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，經(jīng)過(guò)各圈的蒸發(fā)，水蒸氣被收集于各蒸汽收集管120內(nèi)，由于蒸汽收集管120間的管間縫隙很小，海水可將其完全液封阻止蒸汽從管間縫隙中向下流出。海水每流經(jīng)一圈蒸汽收集管120，其溫度就降低一些，當(dāng)流經(jīng)最外一圈蒸汽收集管120時(shí)，其溫度降至蒸汽收集室12中最低的溫度。各圈蒸汽收集管120內(nèi)蒸汽壓力均不相等，內(nèi)圈的蒸汽溫度和壓力比外圈的蒸汽溫度和壓力高，各圈蒸汽首先經(jīng)淡水分布管130進(jìn)入氣液交換室14相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道140，沿著獨(dú)立通道140進(jìn)入換熱室11相對(duì)應(yīng)的一圈換熱管110中釋放出潛熱冷凝形成露水，露水沿原路返回進(jìn)入淡水室13對(duì)應(yīng)的一圈淡水分布管130中，從淡水分布管130中流出均勻地灑落到淡水分布管130外層的填料網(wǎng)中被打碎成無(wú)數(shù)小液滴，散發(fā)出一些水蒸氣而降溫，小液滴匯流后順著下一圈淡水分布管130的縫隙流出，并進(jìn)一步灑落到相應(yīng)圈外層的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，最后都經(jīng)由最外圈的淡水分布管130的管間縫隙流出，并匯流至出水口 131，最后由用于排出淡水的第二出料口 22流出。濃縮之后的濃海水則經(jīng)由蒸汽收集室12最外側(cè)的出水口 121、密封殼體2上的第一出料口 23排出。淡水分布管130之間的管間縫隙也很小，淡水可將其完全液封阻止蒸汽從管間縫隙中流出。換熱室11中未冷凝的蒸氣和不凝性氣體作為廢氣經(jīng)換熱管110末端進(jìn)入到管徑較小的廢氣排放管170中，廢氣從排放管170出來(lái)后迅速與溫度較低的海水直接接觸，蒸氣被海水吸收，海水被蒸氣加熱升溫，不凝性氣體在蒸氣分離室中的濃度不斷升高，最終被真空吸管吸出。
在運(yùn)行時(shí)，還可以用真空泵將生成的淡水和濃海水抽出，并通過(guò)淡水或濃海水自身的液封功能保證水蒸氣不被抽出。
當(dāng)換熱室中的熱源即外界輸入的熱量是高溫蒸汽，則高溫純水蒸氣可以進(jìn)入最外圈的換熱管16中用于加熱海水，使之溫度達(dá)到最高。當(dāng)外界輸入的熱量是電力供熱，則用于加熱換熱室11中的高溫海水，使之溫度進(jìn)一步升高后再進(jìn)入到蒸汽收集室12中。
優(yōu)選地，冷海水先進(jìn)行過(guò)濾，去除掉海水中所含有的生物質(zhì)、固體、膠體成分后在進(jìn)入所述海水淡化裝置。在超重力海水淡化過(guò)程中，換熱室11中的超重力水平在50g(g表示正常重力場(chǎng)強(qiáng)度9.8m/s2)至IOOOg范圍之間，優(yōu)選為200g至600g之間，蒸汽收集室12、廢氣分離室17、氣液 交換室14和淡水室11中的超重力水平在250g至5000g之間，優(yōu)選為400g 至 2000g 之間。
此外，當(dāng)熱源是高溫蒸汽時(shí)，從進(jìn)氣口 21進(jìn)入海水淡化裝置內(nèi)部用于加熱的純水高溫蒸汽絕對(duì)壓力為0.5atm至1.5atm,優(yōu)選為0.5atm至1.0atm,蒸汽溫度在70°C至120°C之間，優(yōu)選為75°C至100°C之間。
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚了解本發(fā)明，下面再描述兩個(gè)具體實(shí)施例。
實(shí)施例1
一臺(tái)大型船舶用中型熱法超重力海水淡化機(jī)，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D1所示，密封方式為動(dòng)密封，加熱方式為高溫蒸汽加熱，旋轉(zhuǎn)床體內(nèi)部換熱室中換熱管材質(zhì)為鋁合金，換熱管圈數(shù)為20圈,換熱管長(zhǎng)度為I米，換熱管內(nèi)徑為20毫米,換熱管所圍成的最小管圈的直徑為30厘米，蒸汽收集管、廢氣排放管和淡水分布管的材質(zhì)以及絲網(wǎng)填料均選用對(duì)人體沒(méi)有毒性的高分子塑料制成，淡水室與蒸汽收集室體積比為3/10，換熱室11和廢氣分離室17之間的體積比為1/20，旋轉(zhuǎn)床體最大轉(zhuǎn)速為50赫茲。
采用上述海水淡化裝置的熱法超重力海水淡化方法具體如下:首先開(kāi)啟真空泵對(duì)海水淡化裝置內(nèi)部進(jìn)行抽真空操作，其真空度控制在0.9atm左右，緊接著向內(nèi)部以lOOL/s的流量通入高溫純水蒸氣，用于驅(qū)逐海水淡化機(jī)內(nèi)部的不凝性氣體組分并使旋轉(zhuǎn)床體開(kāi)始預(yù)熱；然后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)床體，在外部電機(jī)的帶動(dòng)下，使其轉(zhuǎn)速逐漸增加至正常運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)速，保持換熱室11中的超重力水平在500g左右，蒸汽收集室12、氣液交換室14、廢氣分離室17和淡水室11中的超重力水平在IOOOg左右；緊接著開(kāi)啟與冷海水進(jìn)口 153連接的海水入口閥門(mén)使經(jīng)過(guò)濾后純凈的冷海水以20L/s的穩(wěn)定流量進(jìn)入海水室內(nèi)部,然后開(kāi)啟與第一出料口 23連接的濃海水出口閥門(mén)并開(kāi)大高溫純水蒸氣進(jìn)氣口 21的閥門(mén)，使蒸汽以500L/S的流量進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床體中，最后開(kāi)啟與第二出料口 22連接的淡水出口閥門(mén)。該熱法超重力海水淡化裝置進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間約為5分鐘。進(jìn)入海水淡化裝置的冷海水首先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床體I中心處的海水室15，并被噴出，以無(wú)數(shù)小液滴的形式均勻噴灑在換熱室11最內(nèi)圈的換熱管110外壁上，冷海水被換熱管110內(nèi)壁的高溫蒸汽加熱升溫，并順著換熱管110之間縫隙被甩向外圈換熱管110外壁上，每甩落到一圈換熱管110的外壁上，海水溫度就會(huì)升高一些，當(dāng)海水從最外圈換熱管16 (即加熱通道16)外壁上被甩落到換熱室11外壁上時(shí)，海水溫度達(dá)到最高。然后高溫海水從換熱室11匯流進(jìn)入蒸汽收集室12，從第I圈蒸汽收集管120之間的縫隙中被高速甩出，濺落到第一圈填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，小液滴快速蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣并降溫，水蒸氣被抽進(jìn)第I圈蒸汽收集管120內(nèi)，溫度降低的小液滴順著下一圈蒸汽收集管120的管間縫隙流出，并進(jìn)一步濺落到相應(yīng)圈的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，經(jīng)過(guò)各圈的蒸發(fā)，水蒸氣被收集于各蒸汽收集管120內(nèi)。然后各蒸汽收集管120中的水蒸汽經(jīng)淡水分布管130進(jìn)入氣液交換室14相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道140，沿著獨(dú)立通道140進(jìn)入換熱室11相對(duì)應(yīng)的一圈換熱管110中釋放出潛熱冷凝形成露水，露水沿原路返回進(jìn)入淡水室13對(duì)應(yīng)的一圈淡水分布管130中，從淡水分布管130中流出均勻地灑落到淡水分布管130外層的填料網(wǎng)中被打碎成無(wú)數(shù)小液滴，散發(fā)出一些水蒸氣而降溫，小液滴匯流后順著下一圈淡水分布管130的縫隙流出，并進(jìn)一步灑落到相應(yīng)圈外層的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，最后經(jīng)由最外圈的淡水分布管130的管間縫隙流出，并匯流至出水口 131，最后由用于排出淡水的第二出料口 22流出。濃縮之后的濃海水則經(jīng)由蒸汽收集室12最外側(cè)的出水口 121、密封殼體2上的第一出料口 23排出。換熱室11的換熱管110中未冷凝的蒸氣和不凝性氣體作為廢氣經(jīng)換熱管110末端進(jìn)入到管徑較小的廢氣排放管170中，廢氣從排放管170出來(lái)后迅速與來(lái)自海水室15的較少的溫度較低海水直接接觸，蒸氣被海水吸收而液化，海水被蒸氣加熱升溫，這樣不凝性氣體在蒸氣分離室中的濃度不斷升高，最終被真空吸管吸出。當(dāng)獲得足夠多的淡水后關(guān)閉該海水淡化裝置，其關(guān)閉程序是:先關(guān)閉高溫純水蒸氣進(jìn)口閥門(mén)，再關(guān)閉冷海水進(jìn)口閥門(mén)，然后關(guān)閉淡水出口閥門(mén)和濃海水出口閥門(mén)，最后逐漸降低旋轉(zhuǎn)床體轉(zhuǎn)速至完全停止。
實(shí)施例2
一臺(tái)小型漁船用小型熱法超重力海水淡化機(jī)，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D8所示，密封方式為靜密封，加熱方式為電磁加熱，旋轉(zhuǎn)床體內(nèi)部換熱室中換熱管材質(zhì)為鋁合金，換熱管圈數(shù)為5至10圈,換熱管長(zhǎng)度為0.2米,換熱管內(nèi)徑為8毫米,換熱管所圍成的最小管圈的直徑為5厘米，蒸汽收集管、廢氣排放管和淡水分布管的材質(zhì)以及絲網(wǎng)填料均選用對(duì)人體沒(méi)有毒性的高分子塑料制成，淡水室與蒸汽收集室體積比為1/10，換熱室11和廢氣分離室17之間的體積比為1/20，旋轉(zhuǎn)床最大轉(zhuǎn)速為50赫茲。
采用上述海水淡化裝置的熱法超重力海水淡化方法具體如下:首先開(kāi)啟真空泵對(duì)內(nèi)部進(jìn)行抽真空操作，其真空度控制在0.9atm左右；然后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)床體，在外部電機(jī)的帶動(dòng)下，使其轉(zhuǎn)速逐漸增加至正常運(yùn)行`所需要的轉(zhuǎn)速，保持換熱室11中的超重力水平在IOOg左右，蒸汽收集室12、氣液交換室14、廢氣分離室17和淡水室11中的超重力水平在500g左右；再開(kāi)啟淡水出口閥門(mén)和濃海水出口閥門(mén)，緊接著開(kāi)啟海水入口閥門(mén)使經(jīng)過(guò)濾后純凈的冷海水以0.5L/s的流量進(jìn)入海水室內(nèi)部，然后開(kāi)啟電磁加熱裝置，使冷海水受熱溫度升高，將冷海水進(jìn)口流量逐漸調(diào)至2L/s，該熱法超重力海水淡化裝置進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間約為5分鐘。進(jìn)入海水淡化裝置的冷海水首先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床體I中心處的海水室15，并被噴出，以無(wú)數(shù)小液滴的形式均勻噴灑在換熱室11最內(nèi)圈的換熱管110外壁上，冷海水在換熱室11中被加熱。然后高溫海水從換熱室11匯流進(jìn)入蒸汽收集室12，從第I圈蒸汽收集管120之間的縫隙中被高速甩出，濺落到第一圈填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，小液滴快速蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣并降溫，水蒸氣被抽進(jìn)第I圈蒸汽收集管120內(nèi)，溫度降低的小液滴順著下一圈蒸汽收集管120的管間縫隙流出，并進(jìn)一步濺落到相應(yīng)圈的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，經(jīng)過(guò)各圈的蒸發(fā)，水蒸氣被收集于各蒸汽收集管120內(nèi)。然后各蒸汽收集管120中的水蒸汽經(jīng)淡水分布管130進(jìn)入氣液交換室14相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道140，沿著獨(dú)立通道140進(jìn)入換熱室11相對(duì)應(yīng)的一圈換熱管110中釋放出潛熱冷凝形成露水，露水沿原路返回進(jìn)入淡水室13對(duì)應(yīng)的一圈淡水分布管130中，從淡水分布管130中流出均勻地灑落到淡水分布管130外層的填料網(wǎng)中被打碎成無(wú)數(shù)小液滴，散發(fā)出一些水蒸氣而降溫，小液滴匯流后順著下一圈淡水分布管130的縫隙流出，并進(jìn)一步灑落到相應(yīng)圈外層的填料網(wǎng)(填料4)中被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，最后經(jīng)由最外圈的淡水分布管130的管間縫隙流出，并匯流至出水口 131，最后由用于排出淡水的第二出料口 22流出。濃縮之后的濃海水則經(jīng)由蒸汽收集室12最外側(cè)的出水口 121、密封殼體2上的第一出料口 23排出。換熱室11的換熱管110中未冷凝的蒸氣和不凝性氣體作為廢氣經(jīng)換熱管110末端進(jìn)入到管徑較小的廢氣排放管170中，廢氣從排放管170出來(lái)后迅速與來(lái)自海水室15的較少的溫度較低海水直接接觸，蒸氣被海水吸收而液化，海水被蒸氣加熱升溫，這樣不凝性氣體在蒸氣分離室中的濃度不斷升高，最終被真空吸管吸出。當(dāng)獲得足夠多的淡水后關(guān)閉該海水淡化裝置，其關(guān)閉程序是:先關(guān)閉高溫純水蒸氣進(jìn)口閥門(mén)，再關(guān)閉冷海水進(jìn)口閥門(mén)，然后關(guān)閉淡水出口閥門(mén)和濃海水出口閥門(mén)，最后逐漸降低旋轉(zhuǎn)床體轉(zhuǎn)速至完全停止。運(yùn)行一段時(shí)間獲得足夠量的淡水后關(guān)閉。其關(guān)閉程序是:先關(guān)閉電磁加熱方法，再關(guān)閉冷海水進(jìn)口閥門(mén)，然后關(guān)閉淡水出口閥門(mén)和濃海水出口閥門(mén)，最后逐漸降低旋轉(zhuǎn)床體轉(zhuǎn)速至完全停止。
采用現(xiàn)有低溫多效蒸餾法對(duì)海水進(jìn)行淡化，能耗約為7kWh/m3，由于傳熱系數(shù)低、蒸氣的比容較大導(dǎo)致設(shè)備的生產(chǎn)能力很低。而采用實(shí)施例2記載的方法對(duì)海水進(jìn)行淡化的，可以使單位設(shè)備制造淡水的能力顯著提高2個(gè)數(shù)量級(jí)左右，其根本原因在于水蒸氣流通面積大增，水蒸氣流通路徑顯著縮短，超重力場(chǎng)條件下?lián)Q熱壁面兩側(cè)的傳熱系數(shù)明顯提高，另外制造淡水的單位能耗也會(huì)隨著單機(jī)產(chǎn)能的提高而顯著降低，并顯著降低總體設(shè)備的投資費(fèi)用。
綜上，本發(fā)明提供的一種熱法超重力海水淡化方法，用于在超重力場(chǎng)中進(jìn)行低溫多效蒸餾以獲得淡水，在本發(fā)明中，由于海水與低壓蒸氣之間可以快速地進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱過(guò)程，因此，可以快速生產(chǎn)出大量高純淡水，解決現(xiàn)有熱法蒸餾技術(shù)中存在的高投入、高能耗、低產(chǎn)能等諸多實(shí)際問(wèn)題。
由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明可以通過(guò)其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開(kāi)的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說(shuō)明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種熱法超重力海水淡化方法，其特征在于，該方法通過(guò)熱法超重力海水淡化裝置來(lái)完成，包括如下步驟: 對(duì)熱法超重力海水淡化裝置內(nèi)部進(jìn)行抽真空處理步驟； 使旋轉(zhuǎn)床體圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并保持所述旋轉(zhuǎn)床體的換熱室、蒸汽收集室、氣液交換室、淡水室和廢氣分離室處于超重力穩(wěn)態(tài)的步驟； 在供熱裝置的作用下，噴入換熱室的冷海水被換熱室內(nèi)各圈換熱管外壁逐級(jí)加熱的步驟； 經(jīng)換熱室加熱的海水在蒸汽收集室中逐級(jí)蒸發(fā)并將蒸發(fā)后的水蒸氣收集至各圈蒸汽收集管中的水蒸氣收集步驟； 所述各圈蒸汽收集管中的水蒸氣依次經(jīng)淡水室和氣液交換室進(jìn)入換熱室內(nèi)各相應(yīng)換熱管中并與噴入換熱室的冷海水換熱而被冷凝形成露水的水蒸氣冷凝步驟； 所述露水經(jīng)氣液交換室返回至所述淡水室，并經(jīng)由淡水排出口排出的淡水回收步驟； 所述冷凝步驟中未冷凝的水蒸氣和不凝性氣體經(jīng)由所述換熱管進(jìn)入所述廢氣分離室，而且不凝性氣體在所述廢氣分離室中被濃縮并排出所述熱法超重力海水淡化裝置的廢氣排出步驟； 所述冷凝步驟中經(jīng)換熱的海水所產(chǎn)生的蒸氣重復(fù)循環(huán)所述水蒸氣收集步驟、水蒸氣冷凝步驟、淡水回收 步驟和廢氣排出步驟，最終得到所需的淡水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述換熱室中的超重力水平在50g至IOOOg范圍之間，更優(yōu)選為200g至600g之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽收集室、所述氣液交換室、所述廢氣分離室和所述淡水室中的超重力水平在250g至5000g之間，更優(yōu)選為400g至2000g之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述供熱裝置以純水高溫蒸汽或者電能方式供熱；當(dāng)供熱裝置以純水高溫蒸汽方式供熱時(shí)，所述純水高溫蒸汽的絕對(duì)壓力為0.5atm至1.5atm,更優(yōu)選為0.5atm至1.0atm,所述純水高溫蒸汽的溫度在70°C至120°C之間，更優(yōu)選為75°C至100°C之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水蒸氣收集步驟具體如下:經(jīng)換熱室加熱的海水匯流進(jìn)入蒸汽收集室后從最內(nèi)圈的蒸汽收集管的管間縫隙中被甩出并濺落到最內(nèi)圈的蒸汽收集管外層的填料網(wǎng)上并被打碎成無(wú)數(shù)微小液滴，所述小液滴快速蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣并降溫，水蒸氣被抽進(jìn)最內(nèi)圈的蒸汽收集管內(nèi)，而溫度降低的小液滴經(jīng)下一外圈蒸汽收集管的管間縫隙流出并濺落到相應(yīng)圈蒸汽收集管外層的填料網(wǎng)上而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的蒸發(fā)和降溫，經(jīng)該進(jìn)一步蒸發(fā)而得到的水蒸氣被抽進(jìn)相應(yīng)圈蒸汽收集管中，最后直至最外圈蒸汽收集管中收集到水蒸氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水蒸氣冷凝步驟具體如下:所述各圈蒸汽收集管中的水蒸氣經(jīng)淡水室中相對(duì)應(yīng)的淡水分布管進(jìn)入氣液交換室中相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道，然后進(jìn)入換熱室內(nèi)各相應(yīng)換熱管中，并與噴入換熱室的冷海水換熱，從而水蒸氣被冷凝形成露水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述淡水回收步驟具體如下:所述露水經(jīng)氣液交換室中相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立通道返回至所述淡水室中的相對(duì)應(yīng)的淡水分布管，然后淡水從淡水分布管的軸向縫隙中流出并均勻地灑落到相應(yīng)淡水分布管外層的填料網(wǎng)中而被打碎成無(wú)數(shù)小液滴，散發(fā)出一些水蒸氣后得到降溫，所述小液滴匯流后再經(jīng)下一個(gè)外圈淡水分布管和該下一個(gè)外圈淡水分布管外層的填料網(wǎng)繼續(xù)降溫，最后經(jīng)由最外圈的淡水分布管的管間縫隙流出并由淡水排出口排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷海水進(jìn)入所述熱法超重力海水淡化裝置時(shí)的穩(wěn)定流速為l_3m/S ;在所述抽真空步驟中，所述熱法超重力海水淡化裝置內(nèi)部的真空度為0.8-0.95atm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢氣排出步驟具體如下:所述冷凝步驟中未冷凝的水蒸氣和不凝性氣體經(jīng)由所述換熱管進(jìn)入所述廢氣分離室，在廢氣分離室中未冷凝的蒸氣與來(lái)自海水室的冷海水直接接觸以使未冷凝的蒸氣被冷海水吸收而液化，從而不凝性氣體在所述廢氣分離室中被濃縮，經(jīng)濃縮的不凝性氣體通過(guò)真空設(shè)備被抽至所述熱法超重力海水淡化裝置外。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱法超重力海水淡化裝置，包括:密封殼體，設(shè)有用于容納旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出方法的輸出軸的連接孔、用于輸出濃縮海水的第一出料口、用于輸出淡水的第二出料口 ；旋轉(zhuǎn)床體，位于所述密封外殼內(nèi)部，呈圓柱狀，所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線與所述連接孔對(duì)應(yīng)以便于和動(dòng)力方法輸出軸連接；所述旋轉(zhuǎn)床體中包括:海水室，位于所述旋轉(zhuǎn)床體的中心，并延伸出所述密封殼體，用于輸入冷海水，以及向圓周外部輸出冷海水；換熱室，環(huán)繞所述海水室分布，用于利用蒸汽加熱冷海水，并使蒸汽液化形成露水，所述換熱室內(nèi)設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的換熱管，所述換熱管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述換熱管為多層分布，同層相鄰的所述換熱管之間設(shè)有管間縫隙；所述換熱管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于避免露水甩出的軸向縫隙，所述換熱管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；蒸汽收集室，位于所述換熱室外側(cè)，用于收集所述換熱室加熱冷海水形成的蒸汽，所述蒸汽收集室設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的蒸汽收集管，所述蒸汽收集管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述蒸汽收集管為多層分布，同層相鄰的所述蒸汽收集管之間設(shè)有管間縫隙；所述蒸汽收集管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙，所述蒸汽收集管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；淡水室，位于 所述換熱室外側(cè)并和所述蒸汽收集室并排設(shè)置，用于收集所述換熱室形成的露水并經(jīng)由所述第二出料口排出，所述淡水室設(shè)有多個(gè)與所述氣液交換室連通的淡水分布管，所述淡水分布管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述淡水分布管為多層分布，同層相鄰的所述淡水分布管之間設(shè)有管間縫隙；所述淡水分布管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出及甩出露水的軸向縫隙，所述淡水分布管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；氣液交換室，靠近所述換熱室和淡水室，和所述蒸汽收集室、換熱室連通，用于將所述換熱室產(chǎn)生的露水輸送至所述淡水室，以及將所述蒸汽收集室收集的蒸汽輸送至所述換熱室；廢氣分離室，靠近所述換熱室遠(yuǎn)離所述氣液交換室并與所述換熱室并排設(shè)置，且與所述換熱室連通，用于濃縮并排出不凝性氣體；所述廢氣分離室設(shè)有多個(gè)與所述換熱室連通的廢氣排放管，所述廢氣排放管與所述旋轉(zhuǎn)床體的旋轉(zhuǎn)軸線平行，并且所述廢氣排放管為多層分布，同層相鄰的所述廢氣排放管之間設(shè)有管間縫隙；所述廢氣排放管上設(shè)有沿軸向設(shè)置的用于方便蒸汽逸出的軸向縫隙，所述廢氣排放管上的軸向縫隙朝向所述旋轉(zhuǎn)床體的外側(cè)方向設(shè)置；而且所述廢氣排放管的管徑小于所述換熱管的管徑；供熱裝置，和所述換熱室對(duì)應(yīng)，用于向所述換熱室供熱；相鄰的兩層蒸汽收集管之間和相鄰的兩層淡水分布管之 間均設(shè)有用于分解液滴的填料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱法超重力海水淡化方法。該方法包括對(duì)熱法超重力海水淡化裝置內(nèi)部進(jìn)行抽真空處理步驟；使旋轉(zhuǎn)床體圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并保持所述旋轉(zhuǎn)床體的換熱室、蒸汽收集室、氣液交換室、淡水室處于超重力穩(wěn)態(tài)的步驟；在供熱裝置的作用下，噴入換熱室的冷海水被換熱室內(nèi)各圈換熱管外壁逐級(jí)加熱的步驟；水蒸氣收集步驟；水蒸氣冷凝步驟；淡水回收步驟；廢氣排出步驟；所述冷凝步驟中經(jīng)換熱的海水所產(chǎn)生的蒸氣重復(fù)循環(huán)所述水蒸氣收集步驟、水蒸氣冷凝步驟、淡水回收步驟和廢氣排出步驟，最終得到所需的淡水。本發(fā)明方法可以快速生產(chǎn)出大量高純淡水，解決現(xiàn)有熱法蒸餾技術(shù)中存在的高投入、高能耗、低產(chǎn)能等諸多實(shí)際問(wèn)題。
文檔編號(hào)C02F1/04GK103241787SQ20131019547
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者王東光, 竺柏康, 陶亨聰 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院