CN113735210A - 一种蒸馏式海水淡化*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及一种蒸馏式海水淡化***，包括外壳，外壳中部设有蒸发管，外壳内部设有若干金属薄片，若干金属薄片中部外侧套有保温部，若干金属薄片预留有间隔，相邻金属薄片两端的间隔大于相邻金属薄片中部的间隔，金属薄片两端设有热交换部，保温部顶部设有淡水收集部，淡水收集部与外壳外侧连通，外壳底部侧壁开设有进海水口，外壳侧壁设有液位监测部。本发明可以实现提高蒸馏法淡化海水的效率。

Description

一种蒸馏式海水淡化***
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及一种蒸馏式海水淡化***。
背景技术
尽管地球70％的表面均由水覆盖，但陆上生物所需要的淡水资源分布极不均匀，如，热带雨林的淡水资源远比沙漠地区要多得多。考虑到海水的巨大储量，人们尝试开发海水淡化的技术来将海水转化为淡水，从而补偿人们的淡水需求。随着科技的不断进步，海水淡化技术也得到的长足发展，目前全球海水淡化技术有20余种，包括反渗透法、多级闪蒸、电渗析、低温多效和冷冻法等多种技术，可大致归纳为蒸馏法和膜法两种。顾名思义，蒸馏法就是将海水中的水蒸发出来再冷却即可得到蒸馏水，而膜法则是利用生物膜可使水分子通过可其他物质能通过这一特性，通过施加渗透压将海水中的水过滤出来的方法。与蒸馏法相比，膜法的能耗较低，但该方法对海水的预处理要求较高，且生物膜易于损伤，使用寿命易受外因影响。而蒸馏法对于海水的预处理要求较低，具有技术成熟、装置产量较大、淡化水品质较高等优点，但该方法的耗能较高，有学者尝试改进蒸馏流程，从而提高海水淡化效率，也有人提出使用清洁能源(如太阳能)作为设备能源来降低传统能源的消耗。随着人们对淡水资源的需求不断加大，稳定、低耗和高效的海水淡化技术一直是人们追求的目标，进一步改进海水淡化技术对于实现节能减排，为人们生产生活提供充足的淡水资源有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸馏式海水淡化***，以解决上述问题，实现提高蒸馏法淡化海水的效率的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种蒸馏式海水淡化***，包括外壳，所述外壳中部设有蒸发管，所述外壳内部设有若干金属薄片，若干所述金属薄片中部外侧套有保温部，若干所述金属薄片预留有间隔，相邻所述金属薄片两端的间隔大于相邻所述金属薄片中部的间隔，所述金属薄片两端设有热交换部，所述保温部顶部设有淡水收集部，所述淡水收集部与所述外壳外侧连通，所述外壳底部侧壁开设有进海水口，所述外壳侧壁设有液位监测部。
优选的，所述保温部包括包裹在所述金属薄片中部外侧的泡沫板，若干所述金属薄片中部的间隔内填充有金属铝。
优选的，所述淡水收集部包括开设在所述泡沫板顶部的集水槽，所述集水槽底部通过管路连通有出水口，所述出水口开设在所述外壳侧壁上。
优选的，所述热交换部包括与所述金属薄片上端对应的第一换热管、与所述金属薄片下端对应的第二换热管，所述第一换热管、第二换热管之间通过泵连通。
优选的，所述液位监测部包括设置在所述外壳侧壁上的液位计。
优选的，所述外壳底部内壁固定连接有隔热板，若干所述金属薄片下端穿过所述隔热板并伸入至所述隔热板下方，所述外壳侧壁设有冷却循环部，所述冷却循环部位于所述隔热板下方。
优选的，所述冷却循环部包括连通在所述外壳侧壁上的循环管路，所述循环管路上设有循环泵。
优选的，所述隔热板上设有若干单向流动部，所述单向流动部包括开设在所述隔热板上的若干加速通道，加速通道每个所述加速通道包括若干首尾相接的水滴形通道，所述水滴形通道的圆弧端沿所述加速通道中心对称设置，所述水滴形通道内部设有阻挡块，阻挡块外型轮廓与所述水滴形通道相匹配。
本发明具有如下技术效果：
本发明的海水淡化***运行时，在蒸发管内通入一定温度的蒸发管流体，海水液位维持在设备/的高度处，蒸发管设置在刚好被液面没过的位置处，运行时蒸发管使海水液面处的水蒸发扩散到外壳上部的空间内，并在金属薄片上凝结成水滴，水滴在重力作用下汇聚到淡水收集部，最终排出至外壳外侧，运行期间所消耗的海水由进海水口进入并补充，海水的液面使用液位监测部进行监测确保海水页面高度稳定。
由于保温部将海水与金属薄片隔开，因此金属薄片的温度基本不受影响，而底部与上部呈书页状的金属薄片温度也较低，进而使得海水底部与外壳上部冷凝区的温度较低，从而保证整个冷凝过程的顺利进行。但海水中的热量仍会传递给下部的金属薄片，从而使金属薄片的温度升高。而当海水内无法形成方向向上的温度梯度时，外壳内冷凝过程停止，此时热交换部开始运行，由顶部的热交换部内的工作流体带走外壳上部冷凝区多余的热量并转移到设备下部的盐水内，而加热过的盐水会随对流运行上升到液面处，形成整个蒸发-冷凝过程的循环。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明剖视结构示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图4为本发明实施例二的隔热板结构示意图；
图5为本发明实施例三的结构示意图；
图6为本发明实施例三中涡轮叶片、框架配合结构示意图。
其中，1、第一换热管；2、蒸发管；3、金属薄片；4、第二换热管；5、泡沫板；6、液位计；7、出水口；8、进海水口；9、蒸发管流体；10、泵；11、集水槽；12、隔热板；1201、加速通道；1202、水滴形通道；13、循环管路；14、循环泵；15、涡轮叶片；1501、凸轮；16、排水口；17、连接轴；18、顶杆；19、框架；1901、毛刷。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
参照图1-2所示，一种蒸馏式海水淡化***，包括外壳，外壳中部设有蒸发管2，外壳内部设有若干金属薄片3，若干金属薄片3中部外侧套有保温部，若干金属薄片3预留有间隔，相邻金属薄片3两端的间隔大于相邻金属薄片3中部的间隔，金属薄片3两端设有热交换部，保温部顶部设有淡水收集部，淡水收集部与外壳外侧连通，外壳底部侧壁开设有进海水口8，外壳侧壁设有液位监测部。
本发明的海水淡化***运行时，在蒸发管2内通入一定温度的蒸发管流体9，海水液位维持在设备2/3的高度处，蒸发管2设置在刚好被液面没过的位置处，运行时蒸发管2使海水液面处的水蒸发扩散到外壳上部的空间内，并在金属薄片3上凝结成水滴，水滴在重力作用下汇聚到淡水收集部，最终排出至外壳外侧，运行期间所消耗的海水由进海水口8进入并补充，海水的液面使用液位监测部进行监测确保海水页面高度稳定。
由于保温部将海水与金属薄片3隔开，因此金属薄片3的温度基本不受影响，而底部与上部呈书页状的金属薄片3温度也较低，进而使得海水底部与外壳上部冷凝区的温度较低，从而保证整个冷凝过程的顺利进行。但海水中的热量仍会传递给下部的金属薄片3，从而使金属薄片3的温度升高。而当海水内无法形成方向向上的温度梯度时，外壳内冷凝过程停止，此时热交换部开始运行，由顶部的热交换部内的工作流体带走外壳上部冷凝区多余的热量并转移到设备下部的盐水内，而加热过的盐水会随对流运行上升到液面处，形成整个蒸发-冷凝过程的循环。
进一步优化方案，保温部包括包裹在金属薄片3中部外侧的泡沫板5，若干金属薄片3中部的间隔内填充有金属铝。
泡沫板5将海水与金属薄片3隔开，因此金属薄片3的温度基本不受影响，而底部与上部呈书页状的金属薄片3温度也较低，进而使得海水底部与外壳上部冷凝区的温度较低，从而保证整个冷凝过程的顺利进行。
进一步优化方案，淡水收集部包括开设在泡沫板5顶部的集水槽11，集水槽11底部通过管路连通有出水口7，出水口7开设在外壳侧壁上。
集水槽11用于收集金属薄片3冷凝产生的水滴并通过出水口7排出。
进一步优化方案，热交换部包括与金属薄片3上端对应的第一换热管1、与金属薄片3下端对应的第二换热管4，第一换热管1、第二换热管4之间通过泵10连通。
当海水内无法形成方向向上的温度梯度时，外壳内冷凝过程停止，此时备用换热***开始运行，由第一换热管1内的工作流体带走外壳上部冷凝区多余的热量并通过泵10转移到外壳下部的盐水内，而加热过的盐水会随对流运行上升到液面处，形成整个蒸发-冷凝过程的循环。
为了保证整个海水淡化过程顺利进行，外壳设置为减压容器。蒸发管2设为波纹管，运行时可增大盐水中的震动，促进海水内部的对流运动，从而进一步强化海水蒸发。
进一步优化方案，液位监测部包括设置在外壳侧壁上的液位计6。
本实施例的工作过程如下：
某海水淡化厂使用本发明所描述的蒸馏式海水淡化***进行海水淡化，使用太阳能作为蒸发管2热量来源，运行时蒸发管2内通50-60℃的蒸发管流体9，从而使海水液面处的水蒸发扩散到外壳上部的空间内，并在金属薄片3上凝结成水滴(温度约为30℃)。水滴在重力作用下汇聚到集水槽11处，最终由出水口7排出。设备运行期间所消耗的海水由进海水口8进入并补充，海水的液面使用液位计6进行监测。设备内可以设置电机搅拌***来进一步强化海水内的对流过程。而当海水内无法形成方向向上的温度梯度时，热交换部开始运行，由第一换热管1内的工作流体带走外壳上部冷凝区多余的热量并通过泵10转移到外壳下部的盐水内，而加热过的盐水会随对流运行上升到液面处，形成整个蒸发-冷凝过程的循环。整个设备全天24h运行，淡水生产能耗可降低至5.5kWh/m3。
本发明可使用常见的由建筑工程中常用的钢筋混凝土封装，整体的造价成本较低。
本发明只需在海水内产生温度梯度即可运行，方案简单可行。此外，为了避免温度梯度不够大，还另外增设了备用换热装置，可完全保证海水淡化流程的顺利进行，考虑了工业实际过程中的应用。
本发明中蒸发管内的工作流体不需具有较高温度，因此，一般工业废热、太阳能以及风能等余热或清洁能源也可使用，有利于节能环保。另外，蒸发管的加热对象仅为液面处的海水，耗能低，效率高。
实施例二：
参照图2-4所示，本实施例的海水淡化***与实施例一的区别仅在于，外壳底部内壁固定连接有隔热板12，若干金属薄片3下端穿过隔热板12并伸入至隔热板12下方，外壳侧壁设有冷却循环部，冷却循环部位于隔热板12下方。
冷却循环部包括连通在外壳侧壁上的循环管路13，循环管路13上设有循环泵14。
隔热板12上设有若干单向流动部，单向流动部包括开设在隔热板12上的若干加速通道1201，加速通道1201每个加速通道1201包括若干首尾相接的水滴形通道1202，水滴形通道1202的圆弧端沿加速通道1201中心对称设置，水滴形通道1202内部设有阻挡块，阻挡块外型轮廓与水滴形通道1202相匹配。
在隔热板12下方设置温度较低的流动海水可以使金属薄片3较长时间的保持低温状态，增强了海水内温度梯度的持续时间。
通过设置加速通道1201，循环泵14使低温海水产生流动，海水流动过程中一部分会经过加速通道1201，海水依次经过水滴形通道1202，在水滴形通道1202处分成两个水流前行，一部分经过直线部分的水流正常通过，另一部分经过弧形部分由于水流的前进路径变长，这部分水流的速度会增加，当两部分水流继续前行出现汇流时，弧形部分的水流对直线部分的水流起到一个推动的作用，水流经过多次经过水滴形通道1202后水流被加速，从而实现水流在流动过程中加速流入隔热板12上方，当水流反向通过水滴形通道1202时，弧形部分的水流与直线部分的水流会形成对流导致水流无法通过，因此加速通道1201具有单向传递的作用，隔热板12上方的海水无法进入到隔热板12的下方，进一步的保证了金属薄片3的冷却时间。
实施例三：
参照图5-6所示，本实施例的海水淡化***与实施例一的区别仅在于，外壳内壁接触设置有清理部，清理部高度与外壳内液面高度相匹配，清理部包括设置在外壳内的框架19，框架19外侧固定连接有毛刷1901，框架19底部固定连接有顶杆18，顶杆18下端接触设置有凸轮1501，外壳底部开设有排水口16，进海水口8和排水口16相对设置，进海水口8和排水口16分别对应设置有涡轮叶片15，两个涡轮叶片15、凸轮1501通过连接轴17轴接，连接轴17与外壳转动连接，顶杆18与外壳滑动连接。
当外壳内的海水随着蒸发，液面与外壳交接处会形成盐体结晶，当外壳内的海水盐度过高需要排放时，通过排水口16进行排出，此时水流推动涡轮叶片15转动，涡轮叶片15带动连接轴17转动，进而带动凸轮1501转动，凸轮1501推动顶杆18上下往复运动，顶杆18带动框架19上下运动，毛刷1901将外壳内壁上的盐体结晶清除掉，海水排放完后通过进海水口8新加入海水时，水流推动进海水口8处的涡轮叶片15转动，也可实现对外壳内壁清理的功能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：包括外壳，所述外壳中部设有蒸发管(2)，所述外壳内部设有若干金属薄片(3)，若干所述金属薄片(3)中部外侧套有保温部，若干所述金属薄片(3)预留有间隔，相邻所述金属薄片(3)两端的间隔大于相邻所述金属薄片(3)中部的间隔，所述金属薄片(3)两端设有热交换部，所述保温部顶部设有淡水收集部，所述淡水收集部与所述外壳外侧连通，所述外壳底部侧壁开设有进海水口(8)，所述外壳侧壁设有液位监测部。
2.根据权利要求1所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述保温部包括包裹在所述金属薄片(3)中部外侧的泡沫板(5)，若干所述金属薄片(3)中部的间隔内填充有金属铝。
3.根据权利要求2所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述淡水收集部包括开设在所述泡沫板(5)顶部的集水槽(11)，所述集水槽(11)底部通过管路连通有出水口(7)，所述出水口(7)开设在所述外壳侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述热交换部包括与所述金属薄片(3)上端对应的第一换热管(1)、与所述金属薄片(3)下端对应的第二换热管(4)，所述第一换热管(1)、第二换热管(4)之间通过泵(10)连通。
5.根据权利要求1所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述液位监测部包括设置在所述外壳侧壁上的液位计(6)。
6.根据权利要求1所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述外壳底部内壁固定连接有隔热板(12)，若干所述金属薄片(3)下端穿过所述隔热板(12)并伸入至所述隔热板(12)下方，所述外壳侧壁设有冷却循环部，所述冷却循环部位于所述隔热板(12)下方。
7.根据权利要求6所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述冷却循环部包括连通在所述外壳侧壁上的循环管路(13)，所述循环管路(13)上设有循环泵(14)。
8.根据权利要求6所述的一种蒸馏式海水淡化***，其特征在于：所述隔热板(12)上设有若干单向流动部，所述单向流动部包括开设在所述隔热板(12)上的若干加速通道(1201)，加速通道(1201)每个所述加速通道(1201)包括若干首尾相接的水滴形通道(1202)，所述水滴形通道(1202)的圆弧端沿所述加速通道(1201)中心对称设置，所述水滴形通道(1202)内部设有阻挡块，阻挡块外型轮廓与所述水滴形通道(1202)相匹配。
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