專(zhuān)利名稱(chēng)：自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于環(huán)境保護(hù)方面的一種海水淡化裝置，尤其是一種自然能海水自動(dòng)蒸 餾裝置。其特點(diǎn)是，以大氣壓力、地球重力、分子吉布斯自由能和太陽(yáng)能為動(dòng)力，通過(guò)特定高度的倒u形管道構(gòu)造，將兩個(gè)開(kāi)放的脫鹽系統(tǒng)和集鹽系統(tǒng)相結(jié)合，形成一個(gè)常溫負(fù)壓下的海水自動(dòng)蒸餾體系，實(shí)現(xiàn)淡水(蒸餾水)和食鹽生產(chǎn)自動(dòng)化。優(yōu)點(diǎn)是 1、利用清潔而無(wú)限量的自然能源作動(dòng)力，同時(shí)獲得淡水和食鹽兩種產(chǎn)品，達(dá)到O排 放，既可節(jié)藥大量燃料資源，又可保護(hù)環(huán)境。2、在負(fù)壓下蒸餾，可降低沸點(diǎn)，節(jié)約能耗和防止結(jié)垢。3、利用分子吉布斯自由能制取食鹽，能防止容器結(jié)垢，提高生產(chǎn) 力。4、管道作業(yè)，高度自動(dòng)化，可確保生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)效率。總之，無(wú)需能源 投資和原料投資，只需一次性設(shè)備投資，即可長(zhǎng)期獲利。本發(fā)明也實(shí)用于苦咸水地區(qū)。也可安裝在各類(lèi)大型船泊上，利用動(dòng)力余熱，在江 河湖海上沿途制取淡水。也可安裝在各種居民樓上，利用自來(lái)水制取飲用水。市場(chǎng)前 景廣闊。二、 背景技術(shù)隨著社會(huì)對(duì)水資源需求的迅速增加，海水淡化技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995 年全世界的海水和苦咸水的淡化處理以蒸餾法為主，到2005年則蒸餾法占45%，反 滲透法占43%。此外，電滲析法、超過(guò)濾法、生物膜法等都在開(kāi)發(fā)推廣中。反滲透法的優(yōu)點(diǎn)是，淡化效率高，不結(jié)垢，適合大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)是，它的高效 率是靠高壓力維持的，如淡化苦咸水需壓力約1000X101.33KPa，而海水則需約5500 X101.33KPa。顯然，高壓則高能耗。此外，高壓設(shè)備的維護(hù)和半透膜的定期清洗與 更換，技術(shù)難度較大都提高了生產(chǎn)成本。蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)是，技術(shù)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用較低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)是，能耗高 效率低，易結(jié)垢。為防止結(jié)垢，常要求流速不低于2.5m/s，則造成海水通過(guò)量過(guò)大的 無(wú)效操作，增加了生產(chǎn)成本。為此，近年來(lái)，開(kāi)發(fā)出負(fù)壓壓汽蒸餾法，能使海水在真 空狀態(tài)下淡化，操作溫度低于70°C，緩解了結(jié)垢狀態(tài)，提高了產(chǎn)水效率，延長(zhǎng)了設(shè)備,命。美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利"除鹽系統(tǒng)"(Desalatibnsystem;JnitedPaten:4285776)等，在 負(fù)壓下海水淡化效果較好。顯然抽真空的耗能又提高了生產(chǎn)成本，是其缺點(diǎn)。在已知的制鹽(包括食鹽和非食鹽)技術(shù)中，主要是曬制法和熬制法。前者周期 長(zhǎng)，受天氣影響較大，場(chǎng)地面積也大；后者能耗較大而且晶體較小，晶形不完全。特 別是制鹽過(guò)程損失了絕大部分的淡水，是其最大缺點(diǎn)。三、發(fā)明內(nèi)容1、基本思路應(yīng)用餾蒸法淡化海水的技術(shù)實(shí)質(zhì)是，加熱海水，通過(guò)沸騰汽化使之鹽分與熱蒸汽 分離，然后將熱蒸汽冷凝為淡水(蒸餾水)。顯然，沸騰汽化是關(guān)鍵。應(yīng)用曬制法和 熬制法制鹽的技術(shù)實(shí)質(zhì)是，加熱海水(苦咸水)蒸發(fā)水分，提高濃度，析出鹽分。顯 然，提高濃度是關(guān)鍵。據(jù)此，本發(fā)明的思路如下。(1) 海水氣化效率與溫度呈正相關(guān)。溫度越高效率也越高。特別是達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)， 發(fā)生沸騰氣化效率最高。然而，溫度高能耗也高，而且容器容易結(jié)垢。(2) 海水氣化效率與壓力呈負(fù)相關(guān)。壓力越低效率越高。這是因?yàn)閴毫υ降头?點(diǎn)越低。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)壓力為101.33kPa (—個(gè)大氣壓力)時(shí)，沸點(diǎn)為IO(TC，當(dāng)壓 力為4.2455kPa時(shí)，沸點(diǎn)為3(TC。顯然，沸點(diǎn)低能耗也低，而且在常溫下沸騰容器不 會(huì)結(jié)垢。(3) 受著名的托里拆利實(shí)驗(yàn)的啟示，將水銀換成水—，當(dāng)托氏管的高度大于10.33m 時(shí)，則在管頂產(chǎn)生托氏真空區(qū)。區(qū)內(nèi)有自由膨脹的水汽。此時(shí)10.33m的水重壓強(qiáng)恰 好等于外界的一個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。由于高度10.33m是管內(nèi)的水與水汽的分界限，本 發(fā)明暫稱(chēng)10.33m為臨界高H。同樣，當(dāng)充滿海水的倒U形管高度大于H時(shí)，其管頂 也將產(chǎn)生托氏真空區(qū)。臨界高H處的海水沸點(diǎn)將大為下降。那么，在其左側(cè)海水的 上層加熱時(shí)，必在常溫下沸騰，熱海水的蒸汽升到真空區(qū)后向外界放熱，在右側(cè)自由 水面上冷凝為蒸餾水流向下端，而熱海水中的鹽分卻留在左側(cè)管內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)了利用 自然能(大氣壓力和地球重力)在常溫負(fù)壓下的鹽、水分離，獲榑淡水產(chǎn)品。(4) 左側(cè)海水管內(nèi)，隨著蒸汽的連續(xù)逸出，表面水的鹽分將逐漸增加，與下層 相比就形成了濃度梯度，即形成了分子吉布斯自由能的分布差異，于是就產(chǎn)生了擴(kuò)散 作用。使得上層鹽分自動(dòng)地向下遷移，—而不會(huì)附著在管壁上結(jié)垢。那么，將自動(dòng)而連續(xù)向下擴(kuò)散的鹽分集中在一個(gè)池內(nèi)V即可連續(xù)提高濃度，.直至飽和過(guò)飽和，析出鹽晶。 顯然，用此法制鹽是無(wú)需加熱的。從而實(shí)現(xiàn)了利用自然能(分子自由能)提高濃度獲 得食鹽產(chǎn)品。2、基本構(gòu)造及其功能本發(fā)明自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置的構(gòu)造如圖l所示，主要由真空室⑥、分離室④、 沸騰室⑩、海水管O)、集鹽管③和淡水管0等部分組成。(1) 真空室⑥為一個(gè)傳熱性良好的球形金屬殼體。功能為冷凝作用。室內(nèi)置多 層冷凝盤(pán)⑧，盤(pán)內(nèi)保持自由水面，便于水汽凝結(jié)。真空室⑥內(nèi)為托氏真空，室外為大 氣低溫?zé)嵩?。底部正下方與分離室④相通。真空室⑥利用自身的負(fù)壓吸入從分離室④ 沖進(jìn)來(lái)的熱蒸汽，通過(guò)周壁的金屬殼體向外界放熱，并使之在冷凝盤(pán)⑧內(nèi)凝結(jié)為淡水(蒸餾水)。受重力作用，淡水流入下方的淡水管 。真空室⑥頂部設(shè)置出水閥⑦， 為注水時(shí)所用。(2) ^^離室④為一個(gè)傳熱性不良的球形殼體。主要功能是分離海水中的鹽分和 熱蒸汽。室內(nèi)鹽水的自由水面距海平面的高為臨界高H^0.33m，分離室④上部與真 空室⑥相通，底部的側(cè)方與集鹽管③相通。室外為絕熱層⑤包裝，以防熱量散失， 室內(nèi)安裝沸騰室⑩，其整體為鹽水所包圍。從沸騰室⑩涌出的熱海水與分離室④內(nèi)的 鹽水混合后，受上方真空室⑥負(fù)壓作用，沸點(diǎn)降低，迅速汽化沖入真空室⑥，而其鹽 分卻留在鹽水中，逐漸提高濃度。(3) 沸騰室⑩，為一個(gè)傳熱性不良的球形金屬殼體，安裝在分離室④的鹽水內(nèi)。 沸騰室⑩頂部的噴嘴與鹽水相通，底部與海水管(O)相通。室內(nèi)裝有高溫?zé)嵩储?，可?duì) 室內(nèi)的水 r供熱。由于水的熱導(dǎo)性較差，故可防止熱量向下傳入海水中。沸騰室 ⑩內(nèi)的海水加熱溫度控制在5(TC以下達(dá)到真空室⑥內(nèi)的水汽飽和。受真空室⑥負(fù)壓 的作用，熱海水涌入分離室④與熱鹽水混合。(4) 海水管 ，上端與沸騰室⑩相通，下端與海水相通。功能是，向沸騰室⑩ 補(bǔ)給海水。(5) 集鹽管③，上端與分離室④底部相通，下部與鹽水池②相通。功能是把從 分離室④擴(kuò)散下來(lái)的鹽分繼續(xù)擴(kuò)散到鹽水池②。顯然集鹽管③內(nèi)只有鹽分下移，沒(méi)冰的流出，即沒(méi)有無(wú)效的海水通過(guò)量，也不會(huì)結(jié)堀。:'(6) 鹽水池②是個(gè)體積較小的水池。承接并排出集鹽管③排下來(lái)的鹽分。池內(nèi) 水面與海平面等高。始終淹埋著集鹽管③的下端，以防止大氣進(jìn)入，破壞真空度。(7) 制鹽池①為體積較大的深水池。池內(nèi)水面與鹽水池②水面持平，并相連通，當(dāng)鹽分從鹽水池②排入制鹽池①后，鹽分將繼續(xù)向池底擴(kuò)散開(kāi)去。于是隨著時(shí)間的推 移，池內(nèi)濃度漸增加。濃度增加則比重增加，則下沉至飽和。當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，即析 出鹽晶。由此可知，本發(fā)明的制鹽機(jī)理是增加鹽分，提高濃度。而常用的機(jī)理則是減 少水分，提高濃度。.(8) 淡水管 ，上端與真空室⑥底部相通，下端與淡水池0相通。功能是把從 真空室⑥流下來(lái)的水導(dǎo)入淡水池0，若在下端進(jìn)行過(guò)濾，可得飲用水。(9) 淡水池(D，為體積不大的水池。池內(nèi)水面與海平面等高。始終淹埋著淡水管 的下端，以防大氣進(jìn)入，破壞真空度。當(dāng)流下的淡水充滿后，即可排入貯水池o 。需要特別指出的是，本發(fā)明自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置，完全實(shí)用于苦咸水地區(qū)。 也可安裝在各類(lèi)大型船泊上，利用動(dòng)力余熱，在江河湖海上將沿途的原水制取淡水。 也可安裝在居民樓上，將自來(lái)水制取飲用水。3、基本流程及其能量配置本發(fā)明自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置的基本流程及其能量配置如圖2所示(1) 工藝流程海水在沸騰室⑩內(nèi)加熱后，涌入分離室④分離為熱蒸汽和鹽分。熱蒸汽沖入真空 室⑥冷凝為淡水，經(jīng)淡水管 流入淡水池 ，形成開(kāi)放的脫鹽系統(tǒng)。留在分離室④ 內(nèi)的鹽分，經(jīng)集鹽管③擴(kuò)散到鹽水池②和制鹽池①，形成開(kāi)放的制鹽系統(tǒng)。沸騰室 內(nèi)的熱海水涌入分離室④后，壓力下降。大氣壓力將海水經(jīng)海水管G)壓入沸騰室⑩進(jìn)行補(bǔ)充。從兩邐過(guò)共用的動(dòng)力和厚料(海水)將兩個(gè)開(kāi)放的.脫竭與制鹽系統(tǒng)結(jié)合薛來(lái) 形成一個(gè)海水自動(dòng)蒸餾體系。(2) 能量配置在倒U形管道構(gòu)造的支持下，整個(gè)蒸餾裝置受到大氣壓力A和地球重力B的雙向作用> 重力向下，大氣壓力向上，以臨界高H40.33m為界，.以上的真空室(D.內(nèi)為 托氏真空。以下的分離室④，沸騰室⑩，海水管(11)、集鹽管③和淡水管(12)都 充滿水，它們處于靜態(tài)平衡。當(dāng)靜態(tài)平衡受到高溫?zé)嵩吹淖饔脮r(shí)，轉(zhuǎn)化為如下各種相關(guān)的動(dòng)態(tài)平衡。海水在沸騰室⑩內(nèi)吸收高溫?zé)嵩刺峁┑钠療岷笤诜蛛x室④汽化,又在真空室⑥ 膨脹，向室外的低溫?zé)嵩创髿夥懦銎療?。分離室④與集鹽管③之間存在濃度差和溫度差。濃度差即分子吉布斯自由能差 C，它在向集鹽管③中擴(kuò)散鹽分作功。溫度差能提高擴(kuò)散速度，它在擴(kuò)散過(guò)程中而作 功。 .鹽分吸收外界的溶解熱后溶于水中，成為海水，又有制鹽池①內(nèi)向外界放出溶解 熱而析出鹽晶。大氣壓力A將海水壓入沸騰室⑩，使之具有動(dòng)能，沸騰室⑩又將海水加熱，汽 化升入真空室⑥使之具有更大動(dòng)能的。然后，又在真空室⑥內(nèi)凝結(jié)為淡水，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能B，流出淡出管 。4、有益效果(1) 理想的生態(tài)效益大氣壓力、地球重力、分子自由能和太陽(yáng)能都是純凈和無(wú)限量的能源，而且在生 產(chǎn)過(guò)程中，沒(méi)有任何污染物的排放，因此本發(fā)明不僅能節(jié)約大量燃料能源，而且能保 護(hù)生態(tài)環(huán)境。(2) 最佳的經(jīng)濟(jì)效益①清潔而無(wú)限的大氣壓力、地球重力、分子自由能和太陽(yáng)能無(wú)需開(kāi)采運(yùn)輸貯存。 作為原料的海水也可就地獲取。②在生產(chǎn)過(guò)程中，可同時(shí)得到淡水和食鹽兩個(gè)產(chǎn)品， 實(shí)現(xiàn)零排放。③負(fù)壓下的管道作業(yè)，高度自動(dòng)化無(wú)需人工操作，既可防止結(jié)垢，又可 提高勞動(dòng)效率?？傊瑹o(wú)需能源、原料和人力投資，只需一次性設(shè)備投資，即可長(zhǎng)期 獲利，因此，本發(fā)明具有最佳的經(jīng)濟(jì)效益。(3) 良好的社會(huì)效益采用本發(fā)明，沿海地區(qū)，在獲取淡水的同時(shí)，可獲取大量食鹽；苦咸水地區(qū)在獲取鹽分(包括食鹽和非食鹽).的同時(shí)，可獲取大量的淡水。大量淡水的獲得，對(duì)于沿. 海和苦咸水地區(qū)的居民生活和社會(huì)生產(chǎn)都至關(guān)重要。因此，具有良好的社會(huì)效益。四

圖1為自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置的構(gòu)造示意2為自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置的流程框圖五具體實(shí)施方式
第一步高度檢驗(yàn)必須保證裝置的真空室⑥底部和分離室④的頂部連接處位于臨界高H=10.33m的 高度。第二步真空度檢驗(yàn) '1、 注水真空度檢驗(yàn)是最關(guān)鍵的，檢驗(yàn)方法很多，在此介紹一個(gè)古典又省事的注水方法。 首先將真空室⑥頂部的出水閥⑦打開(kāi)，將集鹽管③下端的閥門(mén)關(guān)上，將淡水管 下端的閥門(mén)關(guān)上，然后將海水管 下端與高壓泵對(duì)接。開(kāi)動(dòng)水泵，海水慢慢地依次涌入海水管O)、沸騰室⑩、分離室 ，待充滿集鹽管③后，水位繼續(xù)升高，進(jìn)入真空室⑥充滿淡水管o，最后充滿整個(gè)真空室⑥，直至從頂端出水閥⑦流出。2、 測(cè)壓注水后靜置一段時(shí)間，當(dāng)沒(méi)有氣泡從出水口⑦冒出，而且水位與出水口⑦持平時(shí)， 封死出水閥⑦。將海水管o下端與水泵連接處浸在海水中，慢慢脫離連接。真空室⑥內(nèi)的海水慢 慢下降，流入海水中。觀察真空室⑥內(nèi)置的氣壓計(jì)，當(dāng)負(fù)壓穩(wěn)定時(shí)，記錄之。說(shuō)明真 空室⑥、分離室 、沸騰室⑩、海水管o、集鹽管 和淡水管 都不漏氣。此時(shí)可分別放開(kāi)集鹽管③和淡水管I2下端閥門(mén)于鹽水池②和淡水池G中。至此，整個(gè)裝置的真空度可以確信。并且，分離室④自由水面以下集鹽管③、海水管fl)的水和淡水管◎內(nèi)的水都處于靜態(tài)平衡。3、 試運(yùn)行(1) 加熱、加熱過(guò)程要慢，堅(jiān)持從低溫到.高溫。隨時(shí)觀察沸騰室⑩內(nèi)的水溫， 和真空室⑥的壓力變化。(2) 測(cè)流速 當(dāng)?shù)?內(nèi)的流速儀開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要耐心等待海水管O)內(nèi)的流速儀運(yùn)轉(zhuǎn)。只有當(dāng)二者流速相等時(shí)，才可認(rèn)定運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常。此時(shí)可繼續(xù)加熱，觀 察壓力與流速的關(guān)系。直到流速不再增加為止。說(shuō)明已達(dá)飽和。記錄飽和溫度和壓力。(3) 測(cè)濃度當(dāng)?shù)?和海水管(0>運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，可在集鹽管③下端的鹽水池②內(nèi)，通過(guò)濃度計(jì)觀察鹽水的濃度變化。如果看到鹽水濃度逐漸增加，即可認(rèn)定整個(gè) 裝置的試運(yùn)行成功。
權(quán)利要求
1、一種自然能海水蒸餾裝置，其特征是以大氣壓力、地球重力、分子吉布斯自由能和太陽(yáng)能等自然能為動(dòng)力，通過(guò)特定高度的倒U形管道構(gòu)造，形成一個(gè)常溫負(fù)壓下的海水自動(dòng)蒸餾體系。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自然能海水自動(dòng)蒸餾裝置。其特點(diǎn)是，以大氣壓力、地球重力、分子吉布斯自由能和太陽(yáng)能等自然能為動(dòng)力，通過(guò)特定高度的倒U形管道構(gòu)造，將兩個(gè)敞開(kāi)的脫鹽系統(tǒng)和集鹽系統(tǒng)相結(jié)合，形成一個(gè)常溫負(fù)壓下的海水自動(dòng)蒸餾體系，實(shí)現(xiàn)淡水(蒸餾水)和食鹽生產(chǎn)自動(dòng)化。優(yōu)點(diǎn)是1.利用自然能作動(dòng)力，生產(chǎn)淡水和食鹽，達(dá)到污物零排放，既可節(jié)約燃資源，又可保護(hù)環(huán)境。2.管道作業(yè)高度自動(dòng)化無(wú)需人工操作，既可安全生產(chǎn)又可提高勞動(dòng)效率。總之，無(wú)需能源、原料和人工投資，只需一次性設(shè)備投資，即可長(zhǎng)期獲利。本發(fā)明也實(shí)用于苦咸水地區(qū)。也可安裝在各類(lèi)大型船泊上，利用動(dòng)力余熱，在江河湖海中沿途用原水制取淡水，也可安裝在居民樓上，用自來(lái)水制取飲用水，具有良好的生態(tài)效益，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。市場(chǎng)廣闊。
文檔編號(hào)C02F1/14GK101224913SQ200810049199
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者徐禎祥, 范愛(ài)民 申請(qǐng)人:徐禎祥