CN110563234B - 一种低耗能海水淡化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低耗能海水淡化***，包括海水泵和海水淡化箱，所述海水泵的排水端连接有分流阀，所述分流阀上连接有多个分流管，多个所述分流管上共同连接有光能加热机构，所述光能加热机构包括多个矩阵排列的海水加热机构；本发明还公开了一种低耗能海水淡化方法，包括以下步骤：S1：海水抽取；S2：分流加热；S3：汇流；S4：反渗透过滤；S5：蒸汽冷凝；S6：淡水收集。本发明通过熏黑金属板和熏黑金属半圆管加热海水，降低设备的成本，通过雾化喷头增加了海水蒸发速度和蒸发量，通过反渗透膜进一步淡化海水并且不会使得海水中的盐分析出沉积，通过淡化后的高浓度海水作为水蒸气的冷凝剂，降低了材料成本，且降低了能源损耗。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种低耗能海水淡化***及方法。
背景技术
海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水，目前，海水淡化设备越来越向低耗能设备方向研究，以达到增加产量、降低成本的目的。
现有的低耗能海水淡化装置一般太阳能蒸发的方法，如申请号为201310232944.7的发明专利中所述的“太阳能海水淡化***”，通过太阳能加热装置加热蒸馏，并通过增温储热装置增加热量的利用率，避免热量损失和浪费，但此发明所使用的太阳能加热装置成本较高，且海水只通过蒸馏进行淡化会随着水分的蒸发导致蒸馏联箱中形成较多的矿物质水垢沉积，影响蒸馏联箱内的压力，长时间使用可能会出现压力过高而导致装置损坏的现象。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低耗能海水淡化***及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低耗能海水淡化***，包括海水泵和海水淡化箱，所述海水泵的抽取端连接有海水抽取管，所述海水泵的排水端连接有分流阀，所述分流阀上连接有多个分流管，多个所述分流管上共同连接有光能加热机构，所述光能加热机构包括多个矩阵排列的海水加热机构，多个所述海水加热机构之间串并联连接，所述的串并联连接方式为，多个分流管之间并联，且单个分流管上串联有多个海水加热机构，多个分流管共同连接至合流管，所述合流管插设在海水淡化箱内，所述合流管位于海水淡化箱内的一端固定安装有喷淋板，所述喷淋板的下端固定安装有多个雾化喷头，所述海水淡化箱内安装有反渗透淡化机构，所述海水淡化箱的外侧壁上固定安装有蒸汽冷凝淡化机构，所述海水淡化箱的下端插设有淡水管。
优选地，所述海水加热机构包括熏黑金属板，所述熏黑金属板的表面嵌设有加热管，所述加热管由熏黑金属半圆管和透明玻璃半圆管组成，阳光照射在熏黑金属板使得熏黑金属板的温度快速上升，高温的熏黑金属板将温度传导至嵌设在熏黑金属板上的熏黑金属半圆管上加热加热管内的海水，而阳关能透过透明玻璃半圆管照射在熏黑金属半圆管的管内表面使其温度上升，进一步增加海水加热的速度，且加热管内压力增加，熏黑金属板和熏黑金属半圆管的金属材质优选铜材料，提升导热速度，熏黑金属材料成本较太阳能材料硅成本更低。
优选地，所述反渗透淡化机构包括固定在海水淡化箱内壁上的固定架，所述固定架上环形对称安装有多个反渗透膜，所述固定架上插设有海水排出管，反渗透膜能够使得水从反渗透膜的一端进入到另一端，却不能使得水中的其余物质进入到另一端，则海水落在固定架上的反渗透膜上，由于重力的作用，海水中的部分水透过反渗透膜落在固定架的下方并从淡水管流出。
优选地，所述蒸汽冷凝淡化机构包括固定在海水淡化箱外侧壁上的冷凝箱，所述冷凝箱上穿插有蒸汽管，且蒸汽管的下端连接在淡水管上，所述蒸汽管的上端插设在海水淡化箱内固定安装有集气罩，所述海水排出管的下端穿过海水淡化箱的侧壁插设在冷凝箱内，所述冷凝箱的外侧壁上嵌设有散热板，所述散热板包括导热网和散热片，所述导热网穿过冷凝箱的侧壁位于冷凝箱内，所述散热片位于冷凝箱的外侧，所述冷凝箱的下端插设有浓海水管，且浓海水管位于冷凝箱内的一端管口与海水排出管插设在冷凝箱上的高度一致；
在海水淡化箱内高温海水从喷淋板上的多个雾化喷头喷出，喷出后的高温雾化海水一部分蒸发从集气罩进入蒸汽管内，一部分未蒸发落在固定架上的反渗透膜上，进入蒸汽管内的水蒸气沿蒸汽管向下流动，水蒸气在蒸汽管内经过冷凝箱，而落在海水淡化箱内的未透过反渗透膜的浓海水沿海水排出管进入冷凝箱内，在冷凝箱内的浓海水温度低于水蒸气温度，因此水蒸气在蒸汽管内经过冷凝箱被冷凝成液体水向下流进淡水管内，换热过后的浓海水接触散热板上的导热网，将热量传递至导热网上，然后导热网将热量传递至外部的散热片散热，则蒸汽管内的水蒸气被不断冷凝进入淡水管收集，而冷凝箱内的浓海水别浓海水管排出。
一种低耗能海水淡化方法，包括以下步骤：
S1：海水抽取；通过海水泵将海水抽取到***内，海水泵为低压海水泵，使得海水抽取速度较为缓慢，同上排水速度也较为缓慢；
S2：分流加热；通过海水泵排水端的分流阀将海水分向多个海水加热机构流去，降低单个海水加热机构内的压力，海水在海水加热机构内缓慢流动，增加光照加热时间；
S3：汇流；在多个海水加热机构内缓慢流动加热后的海水经合流管汇聚在一起流动，恢复原来的压力，流动速度增加，降低了加热的海水在管路中散失热量的速度；
S4：反渗透过滤；未蒸发的海水落在固定架和多个反渗透膜上，由于受到海水重力作用，使得未蒸发的低温海水中的水经过反渗透膜落到海水淡化箱的下层，海水中的盐和杂质混合溶液无法透过反渗透膜，则从浓海水管排出到冷凝箱内，进入冷凝箱内的浓海水通过换热将蒸汽管内的水蒸气冷凝，换热后的浓海水再被散热板降温；
S5：蒸汽冷凝；热海水在海水淡化箱内经过雾化喷头喷出，使得加热的海水蒸发更快，且未蒸发的海水落在海水淡化箱内，使得蒸汽与液体分离，水蒸气进入蒸汽管并从冷凝箱通过，冷凝箱内低温浓海水使得高温水蒸气冷凝成水滴随蒸汽管落下；
S6：淡水收集；蒸汽管和海水淡化箱下端的淡水管连接，将冷凝淡水和反渗透淡水汇聚并收集。
本发明具有以下有益效果：
1、通过熏黑金属板经过阳光照射快速产生热量加热加热管内的海水，且阳光透过透明玻璃半圆管照射在熏黑金属半圆管上进一步提升加热速度，无需使用电能等为其加热，节省能源损耗，且熏黑金属板和熏黑金属半圆管的成本较太阳能加热的硅材料价格更加低廉，则建造成本更低。
2、分流阀能够将海水泵抽进来的海水压力分到多个分流管中，降低每个分流管内的压力，防止高压破坏加热管，且压力减小则降低加热管内的海水流速，增加海水受热的时间，即提高海水加热的温度，增加海水的蒸发量。
3、合流管能够将多个海水加热机构内的加热海水汇聚在一个管道内流动，增加合流管内海水的压力，从而使得海水流速加快，即能够使得海水在输送过程中降低温度散失的速度，保证海水蒸发时的高温状态。
4、雾化喷头能够将高温海水雾化喷射在海水淡化箱的上层，雾化的高温海水增加了蒸发的速度，使得大部分海水快速蒸发并从集气罩进入蒸汽管，小部分未蒸发的较高浓度海水在雾化状态下快速降温并落下。
5、反渗透膜仅允许水透过，因此落在固定架和反渗透膜上的高浓度海水由于重力作用使得高浓度海水中的部分水透过反渗透膜落在海水淡化箱的下层，进一步将海水虑盐淡化，且固定架的上方由多个雾化喷头形成的微压使得高浓度海水中的水透过反渗透膜落入下层量增加，提升海水淡化量。
6、降温的高浓度海水流进冷凝箱内作为冷凝剂，海水蒸发的水蒸气从蒸汽管内向下流经冷凝箱，温度较低的高浓度海水通过蒸汽管壁与温度较高的水蒸气接触，使得水蒸气冷凝液化成水珠向下流动至淡水管内收集，高浓度海水换热后升温，利用海水自身作为冷凝剂冷凝海水的水蒸气，无需额外提供冷凝剂，降低成本。
7、冷凝箱内的高浓度海水冷凝换热后升温，温度升高的高浓度海水流经导热网将热量传导至导热网上，导热网再将热量传导至冷凝箱外侧的散热片上散热，则高浓度海水快速降温继续换热工作，增加水蒸气冷凝的速度，避免水蒸气未冷凝成液体进入淡水管内造成淡水产量计量不准确。
8、本***仅海水泵需要耗费电能，降低了***的能耗，且本***采用蒸馏淡化和反渗透膜过滤淡化同时进行，进一步增加了淡水的产出率，且淡化海水过程中不会产生水垢等矿物质沉积现象，增加了***的安全性。
综上所述，本发明通过熏黑金属板和熏黑金属半圆管加热海水，降低设备的成本，通过雾化喷头增加了海水蒸发速度和蒸发量，通过反渗透膜进一步淡化海水并且不会使得海水中的盐分析出沉积，通过淡化后的高浓度海水作为水蒸气的冷凝剂，降低了材料成本，且降低了能源损耗。
附图说明
图1为本发明提出的一种低耗能海水淡化***的结构示意图；
图2为本发明提出的一种低耗能海水淡化***的海水加热机构部分放大图；
图3为本发明提出的一种低耗能海水淡化***的加热管部分放大图；
图4为本发明提出的一种低耗能海水淡化***的固定架部分放大图。
图中：1海水泵、2分流阀、3海水抽取管、4分流管、5熏黑金属板、6合流管、7海水淡化箱、8喷淋板、9雾化喷头、10集气罩、11固定架、12海水排出管、13淡水管、14蒸汽管、15冷凝箱、16散热板、17散热片、18导热网、19加热管、20反渗透膜、21浓海水管、1901熏黑金属半圆管、1902透明玻璃半圆管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-4，一种低耗能海水淡化***，包括海水泵1和海水淡化箱7，海水泵1的抽取端连接有海水抽取管3，海水泵1的排水端连接有分流阀2，分流阀2上连接有多个分流管4，多个分流管4上共同连接有光能加热机构，光能加热机构包括多个矩阵排列的海水加热机构，多个海水加热机构之间串并联连接，所述的串并联连接方式为，多个分流管4之间并联，且单个分流管4上串联有多个海水加热机构，多个分流管4共同连接至合流管6，合流管6插设在海水淡化箱7内，合流管6位于海水淡化箱7内的一端固定安装有喷淋板8，喷淋板8的下端固定安装有多个雾化喷头9，海水淡化箱7内安装有反渗透淡化机构，海水淡化箱7的外侧壁上固定安装有蒸汽冷凝淡化机构，海水淡化箱7的下端插设有淡水管13。
海水加热机构包括熏黑金属板5，熏黑金属板5的表面嵌设有加热管19，加热管19由熏黑金属半圆管1901和透明玻璃半圆管1902组成，阳光照射在熏黑金属板5使得熏黑金属板5的温度快速上升，高温的熏黑金属板5将温度传导至嵌设在熏黑金属板5上的熏黑金属半圆管1901上加热加热管19内的海水，而阳关能透过透明玻璃半圆管1902照射在熏黑金属半圆管1901的管内表面使其温度上升，进一步增加海水加热的速度，且加热管19内压力增加，熏黑金属板5和熏黑金属半圆管1901的金属材质优选铜材料，提升导热速度，熏黑金属材料成本较太阳能材料硅成本更低。
反渗透淡化机构包括固定在海水淡化箱7内壁上的固定架11，固定架11上环形对称安装有多个反渗透膜20，固定架11上插设有海水排出管12，反渗透膜20能够使得水从反渗透膜20的一端进入到另一端，却不能使得水中的其余物质进入到另一端，则海水落在固定架11上的反渗透膜20上，由于重力的作用，海水中的部分水透过反渗透膜20落在固定架11的下方并从淡水管13流出。
蒸汽冷凝淡化机构包括固定在海水淡化箱7外侧壁上的冷凝箱15，冷凝箱15上穿插有蒸汽管14，且蒸汽管14的下端连接在淡水管13上，蒸汽管14的上端插设在海水淡化箱7内固定安装有集气罩10，海水排出管12的下端穿过海水淡化箱7的侧壁插设在冷凝箱15内，冷凝箱15的外侧壁上嵌设有散热板16，散热板16包括导热网18和散热片17，导热网18穿过冷凝箱15的侧壁位于冷凝箱15内，散热片17位于冷凝箱15的外侧，冷凝箱15的下端插设有浓海水管21，且浓海水管21位于冷凝箱15内的一端管口与海水排出管12插设在冷凝箱15上的高度一致；
在海水淡化箱7内高温海水从喷淋板8上的多个雾化喷头9喷出，喷出后的高温雾化海水一部分蒸发从集气罩10进入蒸汽管14内，一部分未蒸发落在固定架11上的反渗透膜20上，进入蒸汽管14内的水蒸气沿蒸汽管14向下流动，水蒸气在蒸汽管14内经过冷凝箱15，而落在海水淡化箱7内的未透过反渗透膜20的浓海水沿海水排出管12进入冷凝箱15内，在冷凝箱15内的浓海水温度低于水蒸气温度，因此水蒸气在蒸汽管14内经过冷凝箱15被冷凝成液体水向下流进淡水管13内，换热过后的浓海水接触散热板16上的导热网18，将热量传递至导热网18上，然后导热网18将热量传递至外部的散热片17散热，则蒸汽管14内的水蒸气被不断冷凝进入淡水管13收集，而冷凝箱15内的浓海水别浓海水管21排出。
一种低耗能海水淡化方法，包括以下步骤：
S1：海水抽取；通过海水泵1将海水抽取到***内，海水泵1为低压海水泵，使得海水抽取速度较为缓慢，同上排水速度也较为缓慢；
S2：分流加热；通过海水泵1排水端的分流阀2将海水分向多个海水加热机构流去，降低单个海水加热机构内的压力，海水在海水加热机构内缓慢流动，增加光照加热时间；
S3：汇流；在多个海水加热机构内缓慢流动加热后的海水经合流管6汇聚在一起流动，恢复原来的压力，流动速度增加，降低了加热的海水在管路中散失热量的速度；
S4：反渗透过滤；未蒸发的海水落在固定架11和多个反渗透膜20上，由于受到海水重力作用，使得未蒸发的低温海水中的水经过反渗透膜20落到海水淡化箱7的下层，海水中的盐和杂质混合溶液无法透过反渗透膜20，则从浓海水管21排出到冷凝箱15内，进入冷凝箱15内的浓海水通过换热将蒸汽管14内的水蒸气冷凝，换热后的浓海水再被散热板16降温；
S5：蒸汽冷凝；热海水在海水淡化箱7内经过雾化喷头9喷出，使得加热的海水蒸发更快，且未蒸发的海水落在海水淡化箱7内，使得蒸汽与液体分离，水蒸气进入蒸汽管14并从冷凝箱15通过，冷凝箱15内低温浓海水使得高温水蒸气冷凝成水滴随蒸汽管14落下；
S6：淡水收集；蒸汽管14和海水淡化箱7下端的淡水管13连接，将冷凝淡水和反渗透淡水汇聚并收集。
本发明在使用时，海水被海水泵1通过海水抽取管3抽取，然后通过分流阀2分流到多个分流管4内，多个分流管4将海水输送到多个海水加热机构的加热管19中，且多个海水加热机构连通，阳光照射在熏黑金属板5和熏黑金属半圆管1901上使的两者温度快速上升，则加热管19内的海水温度快速升温，此时由于海水处于加热管19内，无法蒸发，则加热管19内压力增加，多个加热管19连接在同一个合流管6上，高温海水汇聚在合流管6内流动，压力增加，流速加快，则高温海水在合流管6内热量散失较少，合流管6内的高温海水进入海水淡化箱7内从喷淋板8上的多个雾化喷头9内喷出，则高温雾化海水快速蒸发通过集气罩10进入蒸汽管14，剩余的雾化高浓度海水快速降温落在固定架11和反渗透膜20上，高浓度海水受到重力和海水淡化箱7内的微压使得高浓度海水内的部分水透过反渗透膜20落到海水淡化箱7的下层并沿淡水管13排出，反渗透膜20上方的未透过的高浓度海水沿海水排出管12排进冷凝箱15内，水蒸气从蒸汽管14内受海水淡化箱7内的微压向下流动经过冷凝箱15，由于高浓度海水的温度低于水蒸气的温度，则通过蒸汽管14的接触换热使得水蒸气冷凝成液体往下流进淡水管13，高浓度海水升温并接触导热网18将热量传导至导热网18上，导热网18将热量传导至冷凝箱15外侧的散热片17散热，则高浓度海水被降温继续进行冷凝工作，冷凝的水蒸气与淡水管13内的淡水同时排出收集，高浓度海水通过浓海水管21排出，整个***仅需要对海水泵1提供能量，***耗能低，且***采用蒸馏淡化和反渗透膜20过滤淡化同时进行，增加了淡水产出率且不会产生矿物质沉积现象，熏黑金属板5和熏黑金属半圆管1901加热海水较太阳能的硅材料加热更加节约成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种低耗能海水淡化***，包括海水泵（1）和海水淡化箱（7），其特征在于，所述海水泵（1）的排水端连接有分流阀（2），所述分流阀（2）上连接有多个分流管（4），多个所述分流管（4）上共同连接有光能加热机构，所述光能加热机构包括多个矩阵排列的海水加热机构，多个所述海水加热机构之间串并联连接，所述的串并联连接方式为，多个分流管（4）之间并联，且单个分流管（4）上串联有多个海水加热机构，多个分流管（4）共同连接至合流管（6），所述合流管（6）插设在海水淡化箱（7）内，所述合流管（6）位于海水淡化箱（7）内的一端固定安装有喷淋板（8），所述喷淋板（8）的下端固定安装有多个雾化喷头（9），所述海水淡化箱（7）内安装有反渗透淡化机构，所述海水淡化箱（7）的外侧壁上固定安装有蒸汽冷凝淡化机构，所述海水淡化箱（7）的下端插设有淡水管（13）；
所述海水加热机构包括熏黑金属板（5），所述熏黑金属板（5）的表面嵌设有加热管（19），所述加热管（19）由熏黑金属半圆管（1901）和透明玻璃半圆管（1902）组成，海水被海水泵（1）通过海水抽取管（3）抽取，然后通过分流阀（2）分流到多个分流管（4）内，多个分流管（4）将海水输送到多个海水加热机构的加热管（19）中；
所述反渗透淡化机构包括固定在海水淡化箱（7）内壁上的固定架（11），所述固定架（11）上对称安装有多个反渗透膜（20）；
所述蒸汽冷凝淡化机构包括固定在海水淡化箱（7）外侧壁上的冷凝箱（15），所述冷凝箱（15）上穿插有蒸汽管（14），且蒸汽管（14）的下端连接在淡水管（13）上，所述冷凝箱（15）的外侧壁上嵌设有散热板（16），所述散热板（16）包括导热网（18）和散热片（17），所述导热网（18）穿过冷凝箱（15）的侧壁位于冷凝箱（15）内，所述散热片（17）位于冷凝箱（15）的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种低耗能海水淡化***的淡化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：海水抽取；通过海水泵（1）将海水抽取到***内，海水泵（1）为低压海水泵，使得海水抽取速度较为缓慢，同上排水速度也较为缓慢；
S2：分流加热；分流阀（2）将海水分向多个海水加热机构流去，降低单个海水加热机构内的压力；
S3：汇流；加热后的海水经合流管（6）汇聚在一起流动，恢复原来的压力，降低了加热的海水在管路中散失热量的速度；
S4：反渗透过滤；由于受到海水重力作用，使得未蒸发的低温海水中的水经过反渗透膜（20）落到海水淡化箱（7）的下层，海水中的盐和杂质混合溶液无法透过反渗透膜（20）；
S5：蒸汽冷凝；未蒸发的高温海水喷洒在海水淡化箱（7）内，使得蒸汽与液体分离，水蒸气进入蒸汽管（14）并从冷凝箱（15）通过，冷凝箱（15）内低温浓海水使得高温水蒸气冷凝成水滴沿蒸汽管（14）往下流；
S6：淡水收集；蒸汽管（14）和海水淡化箱（7）下端的淡水管（13）连接，将冷凝淡水和反渗透淡水汇聚并收集。
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