利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统

摘要

本发明提供了利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统，利用深海水静压提供反渗透组件的操作压力，利用温差能驱动的输送器将深海淡水提升至海平面，从而完成海水淡化及传输过程，并降低传统海水淡化系统的电能消耗。封闭容器内设置有循环泵、反渗透膜组件、输送泵、热源泵、输送器，所述循环泵的入口连接处于该深度的海水进口管路，所述循环泵的出口连接至所述反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的海水出口通过排海水管连通至封闭容器外部，所述反渗透膜组件的淡水出口连接至淡水存储箱，所述淡水存储箱的出口连接至所述输送泵的入口。

说明书

技术领域

本发明涉及海水淡化的技术领域，具体为利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统。

背景技术

随着全球人口和经济增长，淡水需求不断增长，对淡水供应形成了巨大压力。海水淡化提供了一种可行的解决方案。目前反渗透海水淡化、低温多效蒸馏海水淡化和多级闪蒸海水淡化为三大主流海水淡化技术。反渗透海水淡化由于投资及运行成本较低，装置紧凑、占地较少，操作简单，易于维修而占据海水淡化市场超过三分之二的份额。

反渗透海水淡化技术利用反向渗透原理，将海水压力增大至渗透压以上，使水分子通过反渗透膜并与盐分及杂质分离，从而获得淡水。海水压力即操作压力一般为5.5MPa～7MPa，由高压泵提供，高压泵所消耗的能耗为整个反渗透海水淡化系统的主要能耗。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统，利用深海水静压提供反渗透组件的操作压力，利用温差能驱动的输送器将深海淡水提升至海平面，从而完成海水淡化及传输过程，并降低传统海水淡化系统的电能消耗。

利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统，其特征在于：其包括封闭容器，所述封闭容器内设置有循环泵、反渗透膜组件、输送泵、热源泵、输送器，所述循环泵的入口连接处于该深度的海水进口管路，所述循环泵的出口连接至所述反渗透膜组件的入口，所述反渗透膜组件的海水出口通过排海水管连通至封闭容器外部，所述反渗透膜组件的淡水出口连接至淡水存储箱，所述淡水存储箱的出口连接至所述输送泵的入口；所述输送器包括壳体、内部活塞、上部淡水入口、上部淡水出口、下部表面海水进口、下部表面海水出口、下部深度海水进口、下部深度海水出口，所述内部活塞将壳体的内腔分隔为上部腔体、下部腔体，所述下部腔体内还设置有蒸发器、冷凝器、工质，所述蒸发器、冷凝器均贴合工质布置，所述下部表面海水进口、下部表面海水出口和蒸发器组合形成连通结构，所述下部深度海水进口、下部深度海水出口和冷凝器组合形成连通结构，所述输送器的上部淡水入口、上部淡水出口分别连接有电磁控制阀，所述输送泵的出口连通至所述输送器的上部淡水入口的对应电磁控制阀端，所述上部淡水出口的对应电磁阀端分别通过管路接入淡水输送管，所述淡水输送管连通至海平面上的存储箱；

其还包括有垂直向布置的表面海水输送管，所述表面海水输送管接入对应的第一电磁阀后连接至下部表面海水进口，冷源入口管路连接第二电磁阀后连接至下部深度海水进口，所述下部表面海水出口、下部深度海水出口分别连接至第三电磁控制三向阀的第一端、第二端，所述第三电磁控制三向阀的第三端接入对应的海水出口管路，所述海水出口管路的位于封闭容器内的区段布置有热源泵。

其进一步特征在于：

所述封闭容器底部支承于基座，所述基座固装于海底，所述基座由抗盐混凝土建成，确保整个结构位置稳固可靠；

所述输送器的淡水进出口均配有电磁阀，以控制淡水流向，防止逆流，阀门系统通过中央控制系统保证正确地开合；

所述表面海水输送管采取保温措施，将表面海水送至输送器的蒸发器，其通过锚泊系统相对稳定地保持竖直状态；

淡水输送管道沿海床布置和固定；

所述表面海水输送管、循环泵、冷源入口管路入口段均布置有过滤装置，确保海水的洁净度；

所述反渗透膜组件具体为RO组件。

采用上述系统后，反渗透是渗透的反过程，是一种以压力差为动力，从溶液中分离溶剂的膜分离操作。不同溶液所需的压力差不同，海水反渗透所需压力差为5.5MPa～7.0Mpa，此系统将反渗透膜被放置于足够深度处，进料海水自身压力即可满足反渗透膜组件要求。因此传统反渗透系统中的高压泵可被省去，系统耗能大幅降低密闭容器放置于距离岸边较近，且深度在550m～700m之间的海底，淡水提升子系统用于将淡水输送至海平面，输送器再将充入的淡水通过淡水输送管送入岸上存储箱，表面海水通过表面海水输送管送入输送器内的蒸发器，表面海水输送管和冷源深度海水通过电磁控制三向阀连接，通过控制电磁阀的开合，交替地将热源或冷源送入蒸发器或冷凝器，蒸发器和冷凝器的出口管道也通过电磁控制三向阀连接，通过控制其开合，交替地将热源或冷源排出输送器，交替循环以上过程，将淡水不断输送至海平面；利用深海水静压提供反渗透组件的操作压力，利用温差能驱动的输送器将深海淡水提升至海平面，从而完成海水淡化及传输过程，并降低传统海水淡化系统的电能消耗。

附图说明

图1为本发明的主视图结构示意简图；

图2为本发明的输送器的淡水提升过程结构示意图；

图3为本发明的输送器的淡水收集过程结构示意图；

图中序号所对应的名称如下：

封闭容器1、循环泵2、反渗透膜组件3、输送泵4、热源泵5、输送器6、海水进口管路7、排海水管8、淡水存储箱9、第一电磁阀10、壳体11、内部活塞12、上部淡水入口13、上部淡水出口14、下部表面海水进口15、下部表面海水出口16、下部深度海水进口17、下部深度海水出口18、上部腔体19、下部腔体20、蒸发器21、冷凝器22、工质23、冷源入口管路24、第二电磁阀25、第三电磁控制三向阀26、海水出口管路27、过滤装置28、基座29、淡水输送管30、表面海水输送管31、电磁控制阀32。

具体实施方式

利用海洋温差能的潜水反渗透海水淡化系统，见图1-图3：其包括封闭容器1，封闭容器1内设置有循环泵2、反渗透膜组件3、输送泵4、热源泵5、输送器6，循环泵2的入口连接处于该深度的海水进口管路7，循环泵2的出口连接至反渗透膜组件3的入口，反渗透膜组件3的海水出口通过排海水管8连通至封闭容器1外部，反渗透膜组件3的淡水出口连接至淡水存储箱9，淡水存储箱9的出口连接至输送泵4的入口；输送器6包括壳体11、内部活塞12、上部淡水入口13、上部淡水出口14、下部表面海水进口15、下部表面海水出口16、下部深度海水进口17、下部深度海水出口18，内部活塞12将壳体的内腔分隔为上部腔体19、下部腔体20，下部腔体20内还设置有蒸发器21、冷凝器22、工质23，蒸发器21、冷凝器22均贴合工质23布置，下部表面海水进口15、下部表面海水出口16和蒸发器21组合形成连通结构，下部深度海水进口17、下部深度海水出口18和冷凝器22组合形成连通结构，输送器6的上部淡水入口13、上部淡水出口14分别连接有电磁控制阀32，输送泵14的出口连通至输送器6的上部淡水入口13的对应电磁控制阀端，上部淡水出口14的对应电磁阀端分别通过管路接入淡水输送管30，淡水输送管30连通至海平面上的存储箱21；

其还包括有垂直向布置的表面海水输送管31，表面海水输送管31接入对应的第一电磁阀10后连接至下部表面海水进口15，冷源入口管路24连接第二电磁阀25后连接至下部深度海水进口17，下部表面海水出口16、下部深度海水出口18分别连接至第三电磁控制三向阀26的第一端、第二端，第三电磁控制三向阀26的第三端接入对应的海水出口管路27，海水出口管路27的位于封闭容器1内的区段布置有热源泵5，热源泵5位于输送器蒸发器21冷凝器22出口之后，热源泵5交替地将热源(表面海水)和冷源(当地海水)送入输送器，克服过程中的压力损失。

另一具体实施例中，表面海水输送管31、冷源入口管路24分别通过电磁控制四通阀连接下部表面海水进口15、下部深度海水进口17，确保结构简洁可靠。

封闭容器1底部支承于基座29，基座29固装于海底，确保整个结构位置稳固可靠；

输送器6的淡水进出口均配有电磁阀，以控制淡水流向，防止逆流，阀门系统通过中央控制系统保证正确地开合；

表面海水输送管31采取保温措施，将表面海水送至输送器6的蒸发器，其通过锚泊系统相对稳定地保持竖直状态；

淡水输送管道20沿海床布置和固定；

表面海水输送管31、循环泵2、冷源入口管路24入口段均布置有过滤装置28，确保海水的洁净度；

反渗透膜组件3具体为RO组件；

输送器6的工质23具体为二氧化碳。

其工作原理如下：反渗透是渗透的反过程，是一种以压力差为动力，从溶液中分离溶剂的膜分离操作。不同溶液所需的压力差不同，海水反渗透所需压力差为5.5MPa～7.0Mpa，此系统将反渗透膜被放置于足够深度处，进料海水自身压力即可满足反渗透膜组件要求。因此传统反渗透系统中的高压泵可被省去，系统耗能大幅降低密闭容器放置于距离岸边较近，且深度在550m～700m之间的海底，淡水提升子系统用于将淡水输送至海平面，输送器再将充入的淡水通过淡水输送管送入岸上存储箱，表面海水通过表面海水输送管送入输送器内的蒸发器，表面海水输送管和冷源深度海水通过电磁阀连接于输送器，通过控制电磁阀的开合，交替地将热源或冷源送入蒸发器或冷凝器，蒸发器和冷凝器的出口管道通过电磁控制三向阀连接，通过控制其开合，交替地将热源或冷源排出输送器，交替循环以上过程，将淡水不断输送至海平面；利用深海水静压提供反渗透组件的操作压力，利用温差能驱动的输送器将深海淡水提升至海平面，从而完成海水淡化及传输过程，并降低传统海水淡化系统的电能消耗.

其有益效果如下：

1、改进了输送器所需热源的来源

现有技术中热源为RO组件20排出的浓盐水，本系统热源为表面海水。改进后，输送器的热源流量可以不再受限于浓盐水，从而可以有效提升输送器功率，并且在系统设计阶段会有更多自由度。

2、改进了进料海水的来源

现有技术中进料海水为表面海水，本系统的进料海水为深海当地海水，深海海水水质优于表面海水，本系统可以降低过滤装置和RO组件的维修更换频率，提高其使用寿命，降低系统运行维护成本。

3、改进了系统的结构稳定性

现有技术中系统固定于浮动平台上，本系统固定于海底的基座上，本系统的结构更加稳定，更有利于系统长期在复杂环境下运行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。