[发明专利]自然能海水自动蒸馏装置

说明书

一、技术领域

本发明是关于环境保护方面的一种海水淡化装置，尤其是一种自然能海水自动蒸馏装置。其特点是，以大气压力、地球重力、分子吉布斯自由能和太阳能为动力，通过特定高度的倒U形管道构造，将两个开放的脱盐系统和集盐系统相结合，形成一个常温负压下的海水自动蒸馏体系，实现淡水(蒸馏水)和食盐生产自动化。优点是：1、利用清洁而无限量的自然能源作动力，同时获得淡水和食盐两种产品，达到O排放，既可节药大量燃料资源，又可保护环境。2、在负压下蒸馏，可降低沸点，节约能耗和防止结垢。3、利用分子吉布斯自由能制取食盐，能防止容器结垢，提高生产力。4、管道作业，高度自动化，可确保生产安全和提高劳动效率。总之，无需能源投资和原料投资，只需一次性设备投资，即可长期获利。

本发明也实用于苦咸水地区。也可安装在各类大型船泊上，利用动力余热，在江河湖海上沿途制取淡水。也可安装在各种居民楼上，利用自来水制取饮用水。市场前景广阔。

二、背景技术

随着社会对水资源需求的迅速增加，海水淡化技术近年来发展很快。据统计，1995年全世界的海水和苦咸水的淡化处理以蒸馏法为主，到2005年则蒸馏法占45％，反渗透法占43％。此外，电渗析法、超过滤法、生物膜法等都在开发推广中。

反渗透法的优点是，淡化效率高，不结垢，适合大规模生产。缺点是，它的高效率是靠高压力维持的，如淡化苦咸水需压力约1000×101.33KPa，而海水则需约5500×101.33KPa。显然，高压则高能耗。此外，高压设备的维护和半透膜的定期清洗与更换，技术难度较大都提高了生产成本。

蒸馏法的优点是，技术简单，设备费用较低，适于大规模生产。缺点是，能耗高效率低，易结垢。为防止结垢，常要求流速不低于2.5m/s，则造成海水通过量过大的无效操作，增加了生产成本。为此，近年来，开发出负压压汽蒸馏法，能使海水在真空状态下淡化，操作温度低于70℃，缓解了结垢状态，提高了产水效率，延长了设备寿命。美国发明专利“除盐系统”(Desalation system，Jnited Paten：4285776)等，在负压下海水淡化效果较好。显然抽真空的耗能又提高了生产成本，是其缺点。

在已知的制盐(包括食盐和非食盐)技术中，主要是晒制法和熬制法。前者周期长，受天气影响较大，场地面积也大；后者能耗较大而且晶体较小，晶形不完全。特别是制盐过程损失了绝大部分的淡水，是其最大缺点。

三、发明内容

1、基本思路

应用馏蒸法淡化海水的技术实质是，加热海水，通过沸腾汽化使之盐分与热蒸汽分离，然后将热蒸汽冷凝为淡水(蒸馏水)。显然，沸腾汽化是关键。应用晒制法和熬制法制盐的技术实质是，加热海水(苦咸水)蒸发水分，提高浓度，析出盐分。显然，提高浓度是关键。据此，本发明的思路如下。

(1)海水气化效率与温度呈正相关。温度越高效率也越高。特别是达到沸点时，发生沸腾气化效率最高。然而，温度高能耗也高，而且容器容易结垢。

(2)海水气化效率与压力呈负相关。压力越低效率越高。这是因为压力越低沸点越低。实验证明，当压力为101.33kPa(一个大气压力)时，沸点为100℃，当压力为4.2455kPa时，沸点为30℃。显然，沸点低能耗也低，而且在常温下沸腾容器不会结垢。

(3)受著名的托里拆利实验的启示，将水银换成水，当托氏管的高度大于10.33m时，则在管顶产生托氏真空区。区内有自由膨胀的水汽。此时10.33m的水重压强恰好等于外界的一个大气压的压强。由于高度10.33m是管内的水与水汽的分界限，本发明暂称10.33m为临界高H。同样，当充满海水的倒U形管高度大于H时，其管顶也将产生托氏真空区。临界高H处的海水沸点将大为下降。那么，在其左侧海水的上层加热时，必在常温下沸腾，热海水的蒸汽升到真空区后向外界放热，在右侧自由水面上冷凝为蒸馏水流向下端，而热海水中的盐分却留在左侧管内。从而实现了利用自然能(大气压力和地球重力)在常温负压下的盐、水分离，获得淡水产品。

(4)左侧海水管内，随着蒸汽的连续逸出，表面水的盐分将逐渐增加，与下层相比就形成了浓度梯度，即形成了分子吉布斯自由能的分布差异，于是就产生了扩散作用。使得上层盐分自动地向下迁移，而不会附着在管壁上结垢。那么，将自动而连续向下扩散的盐分集中在一个池内，即可连续提高浓度，直至饱和过饱和，析出盐晶。显然，用此法制盐是无需加热的。从而实现了利用自然能(分子自由能)提高浓度获得食盐产品。

2、基本构造及其功能