[发明专利]低温热能驱动的负压蒸发水蒸馏分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种一种低温热能驱动的负压蒸发水蒸馏分离装置，具体是一种可利用太阳能、废热等低温热源对待分离水(如海水、含杂质水、含污染水等等)进行分离净化处理。

背景技术

现有的水净化方法有蒸馏法、电解法、反渗透法等。蒸馏法是利用热源加热待分离水(如海水、含杂质水、含污染水等等，以下亦称之为“待分离水”)，以蒸馏出水蒸汽，然后将该水蒸汽冷凝以得到净化淡水的方法。由于在常压下水的沸点高达100℃，因此为了得到大量的水蒸汽，必须采用高温热源(如燃煤、燃油等)加热才能达到目的。电解法是指先用直流电电解待分离水，以得到氧气和氢气，然后再使氧气和氢气燃烧以生成淡水的方法。无论是蒸馏法还是电解法，都需要消耗大量高品位能源。反渗透法是利用可透过水分子而不能透过其它化合物分子的薄膜以分离出淡水的方法，具有能源消耗不多的优点，但过滤膜的价格过于昂贵，而且寿命不长、易被污染，因而限制了它的应用。

在以蒸镏法进行水分离净化的过程中，为了减少或避免使用燃料来加热待分离水，许多使用太阳能的待分离水水分离方法已经被开发出来。这些方法的共同点是利用太阳能集热器来收集阳光中的能源，然后用此热源去加热待分离水。但由于太阳能集热器得到的待分离水温度不可能太高(一般低于100℃)，所以通常太阳能海水淡化系统的淡水产率都不高。提高太阳能集热器的集热温度似乎是可行的，如采用聚光器可使太阳能集热器的出口温度达到200-300℃，但聚光器加工困难，以及需要进行太阳跟踪等，造成其价格昂贵，同样难以大规模应用。

由于水的沸点是与其所处的压力直接相关的，因此想办法降低水蒸馏分离过程中系统的压强，就可以有效降低待分离水的沸腾温度，这样即使用集热温度很低的平板式太阳能集热器也可以对其进行有效地加热，直至其沸点以上温度，使蒸馏分离水的产出率提高。

降低蒸馏分离系统的压强一般采取抽空的方法，利用一套真空泵系统对蒸馏器上部空间抽真空以造成负压。虽然降低了待分离水的蒸发温度，但却使系统很复杂，维护不易，真空泵的运行也需要消耗大量高品位的电能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有蒸馏式水分离净化技术中存在的不足和缺陷，提供一种高效率、低成本、低加热温度的低温热能驱动的负压蒸发水蒸馏分离装置。

本发明提出了一种方案，使得不需要使用真空泵即可以在海水淡化系统中制造出所需负压，从而将待分离水的沸腾温度降低到30-50℃的水平，只要加热热源的温度高于此值，就可以使待分离水沸腾。

根据本发明的一个实施例的低温热能驱动的负压蒸发水蒸馏分离装置主要包括一个蒸发-冷凝器，一个待分离水容器，一个分离尾水容器，一个冷凝水容器。

蒸发-冷凝器是本发明的核心装置，其安装于比待分离水液面和冷凝水液面高约8-10米的位置。蒸发-冷凝器包括蒸发部和冷凝部，待分离水在蒸发部蒸发(尤其且优选地是沸腾蒸发)，产生的水蒸汽随即被冷凝部冷凝，产生的冷凝水由冷凝部下部的冷凝水盘收集，此冷凝水即为所要制取的净化淡水。

蒸发-冷凝器是一个密闭容器，通过三根管道分别与待分离水容器、分离尾水容器、冷凝水容器相通。其连接关系是：蒸发部通过两根管道分别与待分离水容器和分离尾水容器相连，冷凝水盘通过一根管道与冷凝水容器相连，所有管道的开口均在相应容器的液面以下。

待分离水容器、分离尾水容器与冷凝水容器的液面与大气相通。待分离水容器、分离尾水容器与冷凝水容器均装设有溢流管，溢流管的开口位置在上述三根管道的开口位置以上，以维持三个容器的液面在一定高度。

本发明的关键在于降低蒸发-冷凝器的压强，以有效降低蒸发温度和冷凝温度，从而降低蒸发器中加热热源的温度。本发明利用大气压和蒸发/冷凝液面及三个容器液面所产生的近10米高的水柱压强之间的差值来实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种低温热能驱动的负压蒸发水蒸馏分离装置，其特征在于包括：

一个密封的蒸发容器，

一个待分离水液面保持部分，

一条待分离水管路，用于使所述待分离水液面保持部分与所述蒸发容器的内部相密闭连通，

一个分离尾水液面保持部分，

一条分离尾水管路，用于使所述分离尾水液面保持部分与所述蒸发容器的内部相密闭连通，

设在所述蒸发容器内的蒸发管束，

设在所述蒸发容器内空间的上部的冷却管束，

设在所述冷却管束下方的冷凝水盘，

一个冷凝水液面保持部分，

一条冷凝水管路，用于使所述冷凝水液面保持部分与所述冷凝水盘的内的淡化水相密闭连通。