一种海水温差能自然循环海水淡化装置及淡化方法

摘要

一种海水温差能自然循环海水淡化装置及淡化方法，包括自然循环连通管、设有真空泵的闪蒸罐、冷凝器、设有水泵的储液罐、供电装置及连接管路，真空泵及水泵由供电装置供电，自然循环连通管的上部位于闪蒸罐内且下部通入海水面以下，闪蒸罐的底部具有通入海水面以下的开口，自然循环连通管通入海水面以下的深度大于所述闪蒸罐通入海水面以下的深度，利用表层温海水和深层冷海水间的密度差形成的浮升力作为驱动力，使得海水从闪蒸罐底部进入，从自然循环连通管流出，以形成自然循环，结构简单、节能效果显著。

说明书

技术领域

本发明主要涉及海水淡化技术领域，尤其是指一种海水温差能自然循环 海水淡化装置及淡化方法。

背景技术

目前，随着人们对水资源需求的不断扩大，淡水资源缺乏问题逐渐凸显出 来，现阶段世界上实现装机应用的海水淡化方法主要分为两大类：一是热处理 过程，主要包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)；二是膜处理过程，如电渗析 (ED)和反渗透(SWRO)。但是这两种方法都是以消耗电能或大量的燃料为代价 的，随着能源的日益短缺，则会导致用这两种方法制备的淡水成本居高不下。 因此寻求节能高效的造水方法途径势在必行。

海洋温差能储量巨大，是国际社会公认的最具开发潜力的能源之一，海洋 温差能是由于太阳的辐射使海水表层与底层形成温差而存储的能量，我国海域 辽阔，且大部分处于热带和亚热带区域。大陆海岸线长达18000公里，海洋面 积470多万平方公里，海洋能资源十分丰富，海洋温差能运含量约1.5亿kW。 海洋温差能是清洁的可持续能源，利用海洋温差能进行海水淡化对缓解当前能 源短缺、淡水资源日益匮乏、生态环境恶化的现状起着十分积极的作用。

发明内容

为克服上述现有技术中存有的缺陷，本发明的目的在于提供一种海水温差 能自然循环海水淡化装置，该装置利用自然循环作为驱动力，结构简单，节能 效果显著。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种海水温差能自然循环海水淡化装置，包括闪蒸罐、冷凝器、储液罐及 连接管路，闪蒸罐、冷凝器、储液罐通过连接管路依次连接，闪蒸罐上连接有 真空泵，储液罐上连接有水泵，该真空泵及水泵均由供电装置供电，还包括有 自然循环连通管，所述闪蒸罐的底部具有开口且该开口通入海水面以下，所述 自然循环连通管的上部位于所述闪蒸罐内且下部通入海水面以下，且所述自然 循环连通管通入海水面以下的深度大于所述闪蒸罐通入海水面以下的深度。

由于闪蒸罐内设有自然循环连通管，且闪蒸罐的底部具有开口且该开口通 入海水面以下，当采用真空泵对闪蒸罐进行抽真空时，可使闪蒸罐内具有一定 的真空度，受气压差影响，海水会从闪蒸罐的底部开口进入闪蒸罐内，因自然 循环连通管通入海水面以下的深度大于闪蒸罐通入海水面以下的深度，由于深 层海水的温度低于表层海水的温度，因而深层海水的密度大于表层海水的密度， 受密度差影响，闪蒸罐内的海水会通过自然循环连通管排出，以形成自然循环， 即闪蒸罐内海水的补给是利用表层温海水与深层冷海水之间的密度差形成的浮 升力来实现，结构简单，充分利用了海水的温差能，节能效果显著；再者，由 于采用真空泵对闪蒸罐进行抽真空，使闪蒸罐内具有一定的真空度，因而不需 要额外的加热设备对闪蒸罐内的海水进行加热即可完成闪蒸，节省能源。

所述闪蒸罐的顶部为透明聚光罩，所述供电装置为太阳能电池，该太阳能 电池位于闪蒸罐内且被放置于海水面上。透明聚光罩将汇聚后的太阳光通过高 转化率的太阳能电池转换为电能，即通过聚光光伏技术将太阳能转化为电能， 以供给真空泵、水泵使用，实现了装置的自给自足；且由于太阳能电池被密封 放置在闪蒸罐内的海水面上，因而太阳能电池的底部会没入闪蒸罐内的海水内， 因而可利用海水冷却太阳能电池，这样一方面可以解决太阳能电池的散热的问 题，使得太阳能电池运行在最佳工况下，另一方面可以利用太阳能电池的这一 部分热量加热闪蒸罐的海水，提高闪蒸罐产气量。

所述储液罐上设有液位计。液位计用于计算显示储液罐内淡水的液位，当 储液罐内的淡水达到一定液位时，启动水泵将储液罐内的淡水抽取运输到陆面 上，即可根据液位计完成对储液罐内淡水的抽取，实现自动控制。

一种海水温差能自然循环海水淡化方法，包括以下步骤：A.真空泵抽取闪 蒸罐内的空气，使得海水进入闪蒸罐内进行闪蒸，获得水蒸气，且进入闪蒸罐 内的海水会通过自然循环连通管排出，形成自然循环；B.水蒸气通过连接管路 进入冷凝器内冷凝为淡水并储存在储液罐中。

还包括有步骤：透明聚光罩将汇聚后的太阳光通过太阳能电池转换为电能， 太阳能电池内的电能供真空泵和水泵使用。

还包括以下步骤：设定储液罐中淡水的输出液位数值，当储液罐中淡水的 液位等于或大于该输出液位数值时，启动水泵，收集淡水。

与以往技术相比，本发明所带来的有益效果有：

1.闪蒸罐内海水的补给是利用表层温海水与深层冷海水之间的密度差形成 的浮升力来实现，结构简单，充分利用了海水的温差能，节能效果显著；

2.透明聚光罩将汇聚后的太阳光通过高转化率的太阳能电池转换为电能， 以供给真空泵、水泵使用，即通过聚光光伏技术将太阳能转化为电能，实现了 装置的自给自足；

3.闪蒸罐内具有一定的真空度，不需要额外的加热设备对闪蒸罐内的温海 水进行加热即可完成闪蒸，节省能源；

4.太阳能电池的热量可用于加热闪蒸罐内的海水，提高闪蒸罐产气量；

5.根据液位计控制水泵抽取淡化，实现自动化控制。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

附图标记：

1、透明聚光罩；2、太阳能电池；3、自然循环连通管；4、闪蒸罐；5、真 空泵；6、冷凝器；7、储液罐；8、液位计；9、水泵；10、连接管路。

具体实施方式

如图1所示，一种海水温差能自然循环海水淡化装置，包括太阳能电池2、 自然循环连通管3、闪蒸罐4、真空泵5、冷凝器6、储液罐7、水泵9及连接管 路10，闪蒸罐4、冷凝器6、储液罐7通过连接管路10依次连接，其中，闪蒸 罐4的底部具有开口且该开口通入海水面以下，自然循环连通管3的上部位于 闪蒸罐4内且下部通入海水面以下，且自然循环连通管3通入海水面以下的深 度大于闪蒸罐4通入海水面以下的深度，闪蒸罐4的顶部为透明聚光罩1，太阳 能电池2位于透明聚光罩1的下方，且该太阳能电池2位于闪蒸罐4内并被密 封放置于海水面上，闪蒸罐4上连通有真空泵5，储液罐7上连通有水泵9，真 空泵5及水泵9均与太阳能电池2连接并由透明聚光罩1、太阳能电池2供电。

由于闪蒸罐4内设有自然循环连通管3，且闪蒸罐4的底部具有开口且该开 口通入海水面以下，当采用真空泵5对闪蒸罐4进行抽真空时，可使得闪蒸罐4 内具有一定的真空度，此处需说明的是，闪蒸罐4中的初始真空度由真空泵5 来实现，以后真空泵5间隙工作，目的是定期抽取一些不凝性气体，保持闪蒸 罐4的真空度，受气压差影响，海水会从闪蒸罐4的底部开口进入闪蒸罐4内， 因自然循环连通管3通入海水面以下的深度大于闪蒸罐4通入海水面以下的深 度，由于深层海水的温度低于表层海水的温度，因而深层海水的密度大于表层 海水的密度，受密度差影响，闪蒸罐4内的海水会通过自然循环连通管3排出， 以形成该装置的自然循环，即闪蒸罐4内海水的补给是利用表层温海水与深层 冷海水之间的密度差形成的浮升力来实现，结构简单，充分利用了海水的温差 能，节能效果显著；再者，由于采用真空泵5对闪蒸罐4进行抽真空，使闪蒸 罐4内具有一定的真空度，因而不需要额外的加热设备对闪蒸罐4内的温海水 进行加热即可完成闪蒸，节省能源。需要说明的是，本装置亦可采用锂电池等 供电装置代替太阳能电池2和透明聚光罩1对装置进行供电，而由于太阳能电 池2和透明聚光罩1可充分利用太阳能这一绿色能源，更节能环保，因而本实 施例优选太阳能电池2和透明聚光罩1充当供电装置；透明聚光罩1将汇聚后 的太阳光通过高转化率的太阳能电池2转换为电能，即通过聚光光伏技术将太 阳能转化为电能，供给真空泵5、水泵9使用，实现了装置的自给自足；另外， 由于太阳能电池2位于闪蒸罐4内且被密封放置于海水面上，因而太阳能电池 的底部会没入闪蒸罐内的海水内，可利用海水冷却太阳能电池2，这样一方面可 以解决太阳能电池2的散热的问题，使得太阳能电池2运行在最佳工况下，另 一方面可以利用太阳能电池2的这一部分热量加热闪蒸罐4内的海水，提高闪 蒸罐4的产气量。

储液罐7上设有液位计8，液位计8用于计算显示储液罐7内淡水的液位， 当储液罐7内的淡水达到一定液位时，启动水泵9将储液罐7内的淡水抽取运 输到陆面上，即可根据液位计8完成对储液罐7内淡水的抽取，实现自动化控 制。

其中，冷凝器6为管翅式冷凝器，且该冷凝器6设置在海水面以下1000米 左右深处，充分利用深层冷海水对从闪蒸罐4蒸发出的水蒸气进行冷凝，节省 能源。

利用上述装置完成的海水温差能自然循环海水淡化方法包括以下步骤： A.真空泵抽取闪蒸罐内的空气，使得海水进入闪蒸罐内进行闪蒸，获得水蒸气， 且进入闪蒸罐内的海水会通过自然循环连通管排出，形成自然循环；B.水蒸气 通过连接管路进入冷凝器内冷凝为淡水并储存在储液罐中。

该方法还包括有步骤：透明聚光罩将汇聚后的太阳光通过太阳能电池转换 为电能，太阳能电池内的电能供真空泵和水泵使用。

该方法还包括以下步骤：设定储液罐中淡水的输出液位数值，当储液罐中 淡水的液位等于或大于该输出液位数值时，启动水泵，收集淡水。

上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用 以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含 于本案的专利范围中。