專利名稱：節(jié)能型淡水制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于蒸餾法的淡水制造裝置，尤其涉及一種具備簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)的 節(jié)能型淡水制造裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，世界上有11億人處于無(wú)法充分利用水的狀態(tài)。預(yù)計(jì)到公元2025年，將有30 億人面臨缺水問題。鑒于這點(diǎn)，一直在研究從海水獲得淡水的方法，特別是近幾年，過濾海 水生成淡水的反滲透膜法和蒸餾海水生成淡水的蒸餾法已實(shí)用化。特開2007-309295號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)公開了基于反滲透膜法的淡水裝置。反 滲透膜法使用預(yù)先過濾海水中微粒子的半透膜，在海水一側(cè)施加滲透壓以上的壓力，從而 抽出淡水。但是對(duì)處理的海水施加滲透壓以上的壓力，存在耗能過大的問題。特開2006-70889公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)和特開2004-136273號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3) 公開了基于多級(jí)閃蒸法的淡水裝置。對(duì)于多級(jí)閃蒸法，因需要多個(gè)減壓室肯定會(huì)有裝置復(fù) 雜、大型化的問題，而且因?yàn)楹Ｋ匀灰暮芏嗄芰浚孕枰鹆Πl(fā)電廠等建在 一起，以利用其排出的熱氣，導(dǎo)致限制淡水裝置的設(shè)置場(chǎng)所的問題。并且，特開平9-52082號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)公開的使用噴霧閃蒸法的蒸餾法，因 海水中包含的水垢成分容易堵塞管嘴，導(dǎo)致裝置的保養(yǎng)成本過大的問題。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)的全球規(guī)模的缺水問題，需要在世界上的所有地方設(shè)置更多淡水裝 置。為此，希望能研究出可以降低每臺(tái)淡水制造裝置的設(shè)置成本和保養(yǎng)成本、且其設(shè)置場(chǎng)所 不依賴現(xiàn)有熱源而可以自由選擇的、并且可以利用太陽(yáng)光能等天然能源運(yùn)轉(zhuǎn)的節(jié)能型淡水 制造裝置。專利文獻(xiàn)1 特開2007-309295號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2006-70889號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開2004-136273號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 特開平9-52082號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明是針對(duì)所述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題而作出的，本發(fā)明的目的在于提供一 種具備簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)的節(jié)能型淡水裝置。解決問題的手段本發(fā)明人專心研究具備簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)的節(jié)能型淡水裝置，其結(jié)果想到了下面將描 述的新結(jié)構(gòu)，完成了本發(fā)明。即，使用作為天然能源的太陽(yáng)光加熱作為處理對(duì)象的原水，并 將原水由導(dǎo)入部向霧化單元噴射，且運(yùn)轉(zhuǎn)該霧化單元。由此，原水變成直徑微小的霧狀原 水，增加了與空氣的接觸面積，從而提高了汽化效率。這樣產(chǎn)生的水蒸氣利用由霧化單元或 是霧流引起的氣流使其通過防霧裝置(demister)，并引導(dǎo)到熱交換器，然后冷凝至飽和溫度，用淡水回收器回收，獲得淡水。這時(shí)，冷凝潛熱通過被原水冷卻的熱交換器進(jìn)行熱交換， 提高原水的溫度。被加熱的原水再用于生成霧，所以水的潛熱可以作為冷凝潛熱回收。即，根據(jù)本發(fā)明，提供一種使用用于生成霧的排風(fēng)扇(霧化單元)和熱交換器的淡 水制造裝置，該淡水制造裝置為用由太陽(yáng)光等加熱的海水轉(zhuǎn)動(dòng)所述風(fēng)扇，同時(shí)將海水變成 直徑微小的霧狀而蒸發(fā)水，由所述風(fēng)扇或者霧流將水蒸氣引導(dǎo)到熱交換器中，具有在被海 水冷卻的熱交換器中將水蒸氣冷凝到飽和溫度而回收淡水的回收裝置，利用其冷凝潛熱加 熱海水使之再次變成霧狀的循環(huán)淡水制造裝置。本發(fā)明的淡水制造裝置具有從所述霧生成 排風(fēng)扇產(chǎn)生的霧狀海水中分離水蒸汽流和霧狀海水且孔徑比高的霧飛散防止隔壁。且在所 述霧生成排風(fēng)扇生成直徑微小的霧狀原水的同時(shí)，與所述霧生成排風(fēng)扇的軸垂直的霧的運(yùn) 動(dòng)引起的空氣流使水蒸氣無(wú)動(dòng)力地被引導(dǎo)到熱交換器。本發(fā)明的淡水制造裝置，為了將與 所述霧生成排風(fēng)扇的軸垂直的霧的運(yùn)動(dòng)利用到送風(fēng)，在部分區(qū)域安裝了反射板，飛散特定 角度的霧，從而朝這個(gè)角度方向送風(fēng)的同時(shí)使生成的霧狀原水利用飛散的動(dòng)能得以汽化。 對(duì)于本發(fā)明的淡水制造裝置，霧生成部(蒸發(fā)部)和熱交換器部分成為一體，從而可以具備 使生成的霧阻力較小地進(jìn)行循環(huán)的構(gòu)造以及機(jī)理。例如，為了消除一體化的霧生成部和熱 交換器之間的空氣循環(huán)的阻力，將整個(gè)裝置的截面形狀設(shè)計(jì)成接近圓形的圓筒形狀，沿著 其圓周方向可以布置霧生成部和熱交換器。在本發(fā)明中，可以串聯(lián)或者并聯(lián)多個(gè)所述霧生 成排風(fēng)扇；所述霧生成排風(fēng)扇的形狀，為了使海水變成直徑微小的霧狀，可以采用不規(guī)則碎 片形(fractal)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的淡水制造裝置為了提高集水率，具備可以采用多級(jí)或者連 續(xù)無(wú)邊界配置的構(gòu)造，對(duì)于這樣的構(gòu)造，所述霧生成排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)軸部和相當(dāng)于霧生成部的 風(fēng)扇同軸設(shè)置，使多級(jí)的所有風(fēng)扇均可以起到送風(fēng)和生成霧的兩方面作用。本發(fā)明的淡水 制造裝置，通過單純的重疊就可以簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)張成多級(jí)系統(tǒng)，將霧生成排風(fēng)扇沿上下方向延 長(zhǎng)，將在上面沒有被霧化的原水利用反射板等引導(dǎo)到下面的風(fēng)扇，使其在此再次被霧化。這 時(shí)，各個(gè)風(fēng)扇所產(chǎn)生的霧沿著圓周方向按層狀旋轉(zhuǎn)并冷凝，各層作為獨(dú)立的一級(jí)裝置在工 作，通過增加層的數(shù)量，可以使外部加熱能量與此數(shù)量成反比地減少，其結(jié)果可以提供便宜 且高效的淡水制造裝置。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以提供具有簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)的節(jié)能型淡水裝置。


圖1為本實(shí)施方式的淡水制造裝置的示意圖；圖2為用于說明本實(shí)施方式的淡水制造裝置的淡水制造原理的概念圖；圖3為霧化單元后方設(shè)有排風(fēng)扇的淡水制造裝置示意圖；圖4為具備多個(gè)霧化單元的淡水制造裝置示意圖；圖5為旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)軸水平布置的霧化單元示意圖；圖6為多個(gè)單元沿著垂直方向連接而擴(kuò)張的淡水制造裝置示意圖；圖7為沿著垂直方向延伸而擴(kuò)張的淡水制造裝置示意圖；圖8為用于說明提高裝置熱效率的原理的概念圖；圖9為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；圖10為所連接的單元數(shù)量和單位時(shí)間獲得的水量(L/h)與加熱裝置所消耗電功率的關(guān)系示意圖。符號(hào)說明100,200,300為淡水制造裝置，12為容器，14為加熱裝置，16為霧化單元，18為防 霧裝置，20為散熱器，22為支柱，24為導(dǎo)入部，25為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源，26為反射板，28為管道，30 為加壓輸送裝置，32為排水管，34為排風(fēng)扇，35為管道，36為淡水貯存槽，40為霧化單元，42 為轉(zhuǎn)軸，44為葉輪，46為導(dǎo)入部。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖所示的實(shí)施方式說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于附圖所示的實(shí) 施方式。圖1為本實(shí)施方式的淡水制造裝置100的示意圖。圖1(a)是淡水制造裝置100 的俯瞰透視圖，圖1(b)是側(cè)面透視圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的淡水制造裝置100包含垂直豎立的大體呈圓筒狀的容器 12、設(shè)置在容器12頂部的加熱裝置14、霧化單元16、防霧裝置18和散熱器20。在容器12的 內(nèi)部，容器12的內(nèi)壁面和圓柱體狀支柱22的外壁形成環(huán)狀空間，該空間以防霧裝置18為界， 沿著圓周方向被分割成兩個(gè)區(qū)域。即，在容器12的內(nèi)部，汽化作為處理對(duì)象的原水中包含的 水的蒸發(fā)部X和將在蒸發(fā)部X產(chǎn)生的水蒸氣冷凝而回收淡水的冷凝部Y隔著防霧裝置18在 水平方向并列設(shè)置。另外，在以下說明中，對(duì)作為處理對(duì)象的原水，以海水為例進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的淡水制造裝置100，由加熱裝置14加熱的海水由導(dǎo)入部24導(dǎo)入到蒸 發(fā)部X。導(dǎo)入部24的垂直方向下方，設(shè)有把導(dǎo)入的海水粉碎而生成直徑微小的水滴群(以 下，參照霧)的霧化單元16。另外，對(duì)于本實(shí)施方式，導(dǎo)入部24到霧化單元16的導(dǎo)入動(dòng)作， 既可以采用自由落體的方法，也可以采用加壓手段進(jìn)行噴射。且對(duì)于本實(shí)施形式，采用后述 的霧化單元16生成霧，所以導(dǎo)入部24的直徑不需要像現(xiàn)有噴霧閃蒸法中的噴嘴那樣小，可 以設(shè)計(jì)成不會(huì)因海水里的水垢成分產(chǎn)生堵塞程度的大小(數(shù)mm 數(shù)cm)?；谶@樣的設(shè) 計(jì)，可以有效降低保養(yǎng)成本。霧化單元16包含從容器12的頂部垂直向下延伸的轉(zhuǎn)軸16a和具有呈輻射狀的多 個(gè)葉片16b的旋轉(zhuǎn)體。對(duì)于轉(zhuǎn)軸16a有多個(gè)旋轉(zhuǎn)體并列設(shè)置。轉(zhuǎn)軸16a與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源25 相連接，多個(gè)旋轉(zhuǎn)體根據(jù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源25高速旋轉(zhuǎn)。且蒸發(fā)部X中設(shè)置了氣流產(chǎn)生單元，以產(chǎn)生將霧化單元16生成的霧發(fā)生汽化而產(chǎn) 生的水蒸氣運(yùn)送到冷凝部Y的氣流。對(duì)于圖1所示的例子，霧化單元16和設(shè)置在其旁邊的 反射板26起到所述氣流產(chǎn)生單元的作用，對(duì)于這一點(diǎn)后面會(huì)有詳細(xì)的說明。另一方面，冷凝部Y中設(shè)有作為熱交換器的散熱器20，從海里汲取的低溫海水由 加壓輸送裝置30輸送到散熱器20。散熱器20的內(nèi)部，以貫穿多個(gè)散熱板的形態(tài)，沿垂直方 向從下到上敷設(shè)管道28，從散熱器20出來(lái)的管道28連接到加熱裝置14。以上，對(duì)本實(shí)施 方式的淡水制造裝置100的物理結(jié)構(gòu)做了介紹。接下來(lái)，參照?qǐng)D2對(duì)本實(shí)施方式的淡水制 造裝置100的淡水制造原理進(jìn)行說明。圖2為用于說明淡水制造裝置100的淡水制造原理的概念圖。圖2 (a)表示淡水 制造裝置100的俯瞰透視圖，圖2(b)表示側(cè)面透視圖。并且，對(duì)于圖2，跟圖1相同的構(gòu)成 要素采用同樣的符號(hào)，并省略說明(以下，圖3 圖9中也同樣處理)。
首先，由加壓輸送裝置30汲取海水，并通過管道28將海水導(dǎo)入到散熱器20里。此 時(shí)，導(dǎo)入的海水溫度越低越好，最好是從深海汲取低溫海水。海水在散熱器20內(nèi)部的垂直 向上敷設(shè)的管道28中加壓輸送的過程中，通過散熱器20的散熱板與冷凝部Y的空氣中含 有的水蒸氣進(jìn)行熱交換，從而在垂直向上運(yùn)送的同時(shí)溫度也在提升，最終導(dǎo)入到容器12的 頂部設(shè)置的加熱裝置14里。并且，圖1所示的散熱器20的形狀只是概念性的，本發(fā)明的熱 交換器不局限于此形態(tài)。導(dǎo)入到加熱裝置14的海水，加熱至預(yù)定溫度以后，由導(dǎo)入部24向位于垂直方向下 側(cè)的霧化單元16放出。加熱裝置14不需要把海水加熱到沸點(diǎn)，加熱到70 90°C程度就可 以。并且，本發(fā)明對(duì)加熱裝置14沒有特別的限定，但是出于降低能源費(fèi)用的觀點(diǎn)，使用利用 太陽(yáng)光的集熱裝置是最理想的。并且，也可以利用將太陽(yáng)光的光或熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的 已知結(jié)構(gòu)，構(gòu)成所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源25。導(dǎo)入到霧化單元16的海水，與依據(jù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源25而高速旋轉(zhuǎn)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體的葉 片16b碰撞，其中一部分因?yàn)榕鲎矝_擊被粉碎，在因離心力而飛散的過程中因?yàn)轱L(fēng)壓再次 分裂，變成微小水滴，擴(kuò)散到蒸發(fā)部X的大氣中。擴(kuò)散的霧在容器12的蒸發(fā)部X內(nèi)懸浮的 時(shí)候，其中一部分自然蒸發(fā)為水蒸氣。另一方面，沒有汽化的霧和沒有霧化的海水，直接沿 垂直方向降落，到達(dá)蒸發(fā)部X的底部之后，通過排水管32排出到外面。在蒸發(fā)部中形成的水蒸氣，隨著所述氣流產(chǎn)生單元形成的氣流被送到冷凝部Y。對(duì) 這點(diǎn)參照?qǐng)D2(a)予以說明。如圖2(a)所示，霧化單元16的附近設(shè)有橫截面略呈圓弧形的 反射板26。從霧化單元16飛散的霧在垂直于轉(zhuǎn)軸16a的前提下朝各方向均勻地運(yùn)動(dòng)，但是 因?yàn)榉瓷浒?6其中一部分的飛散被遮擋，由此在反射板26的反射方向形成霧的流動(dòng)。該 霧流引起空氣的流動(dòng)，其結(jié)果產(chǎn)生從蒸發(fā)部X朝向冷凝部Y的圓周方向氣流。在蒸發(fā)部X 形成的水蒸氣，隨著該氣流被送到冷凝部Y。圖2 (a)所示的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是，霧化單元16和設(shè)置在旁邊的反射板26起到氣 流產(chǎn)生單元的作用，不需要增加形成氣流的能源。但是，本發(fā)明的氣流產(chǎn)生單元不局限于上 述構(gòu)成，如圖3所示，可以在霧化單元16的后方設(shè)置排風(fēng)扇34，由此強(qiáng)制形成從蒸發(fā)部X向 冷凝部Y的圓周方向氣流。且本實(shí)施方式的淡水制造裝置100，因容器12呈圓筒形，所以容 易形成從蒸發(fā)部X到冷凝部Y的順暢的空氣流，可以大幅節(jié)約運(yùn)送空氣所需的能量。在蒸發(fā)部X內(nèi)部產(chǎn)生的水蒸氣，隨著由所述氣流產(chǎn)生單元形成的氣流，一起通過 防霧裝置18被導(dǎo)入到冷凝部Y。并且，同樣包含于該氣流的霧成分，被防霧裝置18捕獲而 防止進(jìn)入到冷凝部Y。另外，對(duì)于本實(shí)施方式，例如可以利用加熱裝置14生成的熱等加熱防 霧裝置18，以進(jìn)一步增加蒸發(fā)量。導(dǎo)入到冷凝部Y的水蒸氣，通過散熱器20的散熱板之間的縫隙的時(shí)候，通過散熱 板與管道28中輸送的海水進(jìn)行熱交換而冷凝、液化。這樣生成的淡水，沿著散熱板的壁面 垂直向下落下，最終貯存在冷凝部Y的底部。如同以上說明，本發(fā)明的淡水制造裝置，首先在蒸發(fā)部X通過將高溫海水霧化而 提高汽化效率，由海水產(chǎn)生水蒸氣。其次，所述水蒸氣隨氣流產(chǎn)生單元形成的氣流一起流動(dòng) 到冷凝部Y。流動(dòng)到冷凝部Y的包含水蒸氣的空氣，被海水冷卻，其結(jié)果超過飽和濃度的水 分冷凝并液化。另外，圖1所示的霧化單元16僅僅是示例而已，對(duì)于本發(fā)明的霧化單元，不局限
7于上述方式，為了有效地將海水粉碎得很細(xì)、將其變成直徑更小的水滴，最好對(duì)其進(jìn)行最優(yōu) 化。例如，霧化單元16的旋轉(zhuǎn)體的葉片形狀可以采用不規(guī)則碎片形(fractal)，旋轉(zhuǎn)體的形 狀也可以采用風(fēng)車型或者水車型。且霧化單元的旋轉(zhuǎn)體還可以采用根據(jù)導(dǎo)入的海水動(dòng)壓而 旋轉(zhuǎn)的渦輪狀結(jié)構(gòu)，省略霧化單元的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源。而且，對(duì)霧化單元的設(shè)置數(shù)量和大小最好也進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，導(dǎo)入大量海水 的時(shí)候，比起從一個(gè)大口徑導(dǎo)入部向一個(gè)大型霧化單元導(dǎo)入大流量的海水，將需要導(dǎo)入的 海水分散到多個(gè)導(dǎo)入部，向更小的多個(gè)霧化單元分別導(dǎo)入更少的流量的方法，可以更加有 效地使海水霧化。基于此點(diǎn)，圖4表示具備多個(gè)霧化單元16(1) 16(4)的淡水制造裝置 100。對(duì)于圖4所示的例子，各個(gè)導(dǎo)入部24⑴ 24 (4)對(duì)霧化單元16⑴ 16(4)導(dǎo)入適 量的海水。對(duì)于本發(fā)明，優(yōu)選地基于導(dǎo)入到淡水制造裝置100的海水量，設(shè)計(jì)霧化單元16 的設(shè)置數(shù)量。且對(duì)于本發(fā)明的霧化單元，不局限于圖1所示的霧化單元16那樣使旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn) 軸沿垂直方向延伸，例如如圖5所示采用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)軸沿著水平方向延伸的方法也是可以 的。圖5所示的霧化單元40在從容器12的上部垂下來(lái)而被支撐的5個(gè)轉(zhuǎn)軸42上，并列設(shè) 置多個(gè)葉輪44，海水從多個(gè)導(dǎo)入部46導(dǎo)入，多個(gè)導(dǎo)入部46的位置對(duì)應(yīng)各葉輪44。從以上說明可以理解本發(fā)明的霧化單元包含可以將落下的海水用碰撞沖擊粉碎 使其變成微小水滴后飛散到大氣中的所有結(jié)構(gòu)。以上，對(duì)本發(fā)明的淡水制造裝置進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的淡水制造裝置通過其 結(jié)構(gòu)沿著垂直方向擴(kuò)張，可以輕易地實(shí)現(xiàn)對(duì)熱效率更有利的多級(jí)系統(tǒng)。以下，對(duì)這點(diǎn)參考圖 6和圖7加以說明。圖6表示沿著垂直方向擴(kuò)張的淡水制造裝置200。將已參考圖1至圖5進(jìn)行說明的 淡水制造裝置100的基本結(jié)構(gòu)作為一個(gè)單元，將該單元沿著垂直方向連接多個(gè)，從而可以輕 易地組成淡水制造裝置200。并且，本發(fā)明不限制單元的連接方向，例如在水平方向并列設(shè)置 單元也是可能的，只是從簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，最好將各單元沿垂直方向相互連接。對(duì)于圖6所示的例子，用符號(hào)Ul U5表示的5臺(tái)單元沿垂直方向相連。具體來(lái) 講，在各單元之間冷凝部Y的散熱器20的出口和入口相連，各單元之間蒸發(fā)部X的底部和 導(dǎo)入部24相連。由加壓輸送裝置30汲取的海水，最初導(dǎo)入到單元TO之后，按單元U4、U3、U2、U1的 順序，通過在各散熱器20內(nèi)部敷設(shè)的管道28，沿垂直方向由下至上流過后導(dǎo)入到加熱裝置 14。導(dǎo)入到加熱裝置14的海水升溫到預(yù)定溫度之后，由導(dǎo)入部24導(dǎo)入到單元Ul的蒸發(fā)部 X。導(dǎo)入到單元Ul的海水，一部分由霧化單元16霧化而蒸發(fā)，沒有汽化的霧和沒有霧化的 海水直接沿垂直方向落下，到達(dá)單元Ul的底部。到達(dá)單元Ul底部的未處理的海水，導(dǎo)入到 連接在正下方的單元U2，其一部分由霧化單元16霧化而蒸發(fā)，剩下的到達(dá)單元U2的底部。 到達(dá)U2底部的海水，之后按同樣的順序，依次導(dǎo)入到單元U3、單元U4、單元TO，在各單元產(chǎn) 生水蒸氣。最終到達(dá)單元U5底部的未處理海水，從排水管32排到外面。另一方面，在單元Ul U5的蒸發(fā)部X產(chǎn)生的水蒸氣，經(jīng)過防霧裝置18，導(dǎo)入到各 單元的冷凝部Y，在散熱器20里冷凝而液化。生成的淡水在各單元底部貯存，并通過管道35 集中到淡水貯存槽36。以上參考圖6，對(duì)將參考圖1至圖5進(jìn)行說明的淡水制造裝置100 的基本結(jié)構(gòu)作為一個(gè)單元，連接多個(gè)這種單元而擴(kuò)張的形態(tài)進(jìn)行了說明，以下參考圖7，說
8明本發(fā)明的其他擴(kuò)張形態(tài)。圖7表示沿著垂直方向擴(kuò)張的淡水制造裝置300。淡水制造裝置300不是如圖6 所示的淡水制造裝置200 —樣沿垂直方向連接多個(gè)單元，而是將參考圖1至圖5進(jìn)行說明 的淡水制造裝置100的結(jié)構(gòu)本身單純地在垂直方向延伸，從而跟淡水制造裝置200 —樣，實(shí) 現(xiàn)了有利于熱效率的系統(tǒng)。如圖7所示，淡水制造裝置300的容器12內(nèi)部，蒸發(fā)部X和冷凝部Y形成為具有 足夠高度的連續(xù)空間。對(duì)于淡水制造裝置300，由加壓輸送裝置30汲取上來(lái)的海水，通過在 散熱器20中敷設(shè)的管道28垂直向上輸送，最后導(dǎo)入到在容器12頂部設(shè)置的加熱裝置14 中。導(dǎo)入到加熱裝置14的海水，升溫到預(yù)定溫度之后，通過導(dǎo)入部24導(dǎo)入到蒸發(fā)部X。對(duì)于淡水制造裝置300，蒸發(fā)部X擁有足夠的高度，霧化單元16從容器12的頂部 到底部連續(xù)延伸下來(lái)。從導(dǎo)入部24導(dǎo)入到霧化單元16最上邊的海水，其中一部分被霧化， 沒有被霧化的海水由位于下面的霧化單元16再給予霧化的機(jī)會(huì)并在蒸發(fā)部X內(nèi)部落下。到 達(dá)蒸發(fā)部X底部為止沒有被汽化的霧及海水，由排水管32排到外面。另一方面，在蒸發(fā)部X內(nèi)部的從上到下的各個(gè)場(chǎng)所，都有一部分霧被汽化成水蒸 氣，各個(gè)場(chǎng)所產(chǎn)生的水蒸氣隨著由未圖示的氣流產(chǎn)生單元形成的氣流，如圖中的箭頭所示， 從蒸發(fā)部X內(nèi)的產(chǎn)生場(chǎng)所沿著圓周方向向冷凝部Y流動(dòng)。導(dǎo)入到冷凝部Y的水蒸氣，在相 對(duì)蒸發(fā)部X內(nèi)部的產(chǎn)生水蒸氣的場(chǎng)所位于圓周方向的散熱器20中冷凝、液化。這樣生成的 淡水沿著散熱器20的散熱板的壁面垂直落下，最終在冷凝部Y的底部貯存。其次，對(duì)于上述的本實(shí)施方式的淡水制造裝置200以及淡水制造裝置300中裝置 的熱效率得到顯著提高的這一點(diǎn)，參考圖8所示的概念圖予以說明。圖8中，為了便于說明， 省略霧化單元和熱交換器，將容器12內(nèi)的空間分成5層，即從上到下依次分成A層、B層、C 層、D層、E層。對(duì)于淡水制造裝置200，A層 E層可認(rèn)為對(duì)應(yīng)于單元Ul TO。且對(duì)于淡 水制造裝置300，A層 E層，可以認(rèn)為是將容器12內(nèi)部的連續(xù)空間進(jìn)行劃分的假想空間?；趫D8所示的概念圖，以下使用假想的數(shù)值(溫度)說明淡水制造工程。最初， 由加壓輸送裝置30從海里汲取低溫海水(20°C )，導(dǎo)入到淡水制造裝置200。導(dǎo)入到淡水 制造裝置200的海水，在冷凝部Y內(nèi)部，通過垂直向上敷設(shè)的管道28，導(dǎo)入到設(shè)置在容器12 頂部的加熱裝置14。在此，假定導(dǎo)入到蒸發(fā)部X的海水初始溫度為80°C，則在裝置開始啟 動(dòng)時(shí)，加熱裝置14需要將海水從20°C加熱到80°C。其次，加熱到80°C的海水從導(dǎo)入部24導(dǎo)入到A層的蒸發(fā)部X。導(dǎo)入到A層的海水 W的一部分被霧化，通過A層的過程中其中一部分變成水蒸氣VI。產(chǎn)生的水蒸氣Vl由未圖 示的氣流產(chǎn)生裝置形成的氣流一起經(jīng)過防霧裝置18在同一個(gè)A層從蒸發(fā)部X向冷凝部Y 移動(dòng)。另一方面，在A層未汽化的、剩下的海水W(含霧，以下相同)，被水蒸氣Vl吸收蒸發(fā) 潛熱，其結(jié)果溫度降到70°C，導(dǎo)入到B層。導(dǎo)入到B層的海水W的一部分被霧化，通過B層的過程中其中一部分變成水蒸氣 V2。產(chǎn)生的水蒸氣V2同樣在同一個(gè)B層從蒸發(fā)部X向冷凝部Y移動(dòng)。另一方面，在B層未 汽化的、剩下的海水W被水蒸氣V2吸收蒸發(fā)潛熱，其結(jié)果溫度降到60°C，導(dǎo)入到C層。導(dǎo)入到C層的海水W的一部分被霧化，通過C層的過程中其中一部分變成水蒸氣 V3。產(chǎn)生的水蒸氣V3同樣在同一個(gè)C層從蒸發(fā)部X向冷凝部Y移動(dòng)。另一方面，在C層未 汽化的、剩下的海水W被水蒸氣V3吸收蒸發(fā)潛熱，其結(jié)果溫度降到50°C，導(dǎo)入到D層。
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導(dǎo)入到D層的海水W的一部分被霧化，通過D層的過程中其中一部分變成水蒸氣 V4。產(chǎn)生的水蒸氣V4同樣在同一個(gè)D層從蒸發(fā)部X向冷凝部Y移動(dòng)。另一方面，在D層未 汽化的、剩下的海水W被水蒸氣V4吸收蒸發(fā)潛熱，其結(jié)果溫度降到40°C，導(dǎo)入到E層。導(dǎo)入到E層的海水W的一部分被霧化，通過E層的過程中其中一部分變成水蒸氣 V5。產(chǎn)生的水蒸氣V5同樣在同一個(gè)E層從蒸發(fā)部X向冷凝部Y移動(dòng)。另一方面，在E層未 汽化的海水W被水蒸氣V5吸收蒸發(fā)潛熱，其結(jié)果溫度降到30°C，最終由排水管32排出。從E層的蒸發(fā)部X移動(dòng)到冷凝部Y的水蒸氣V5，通過未圖示的散熱器，與流經(jīng)管 道28的海水進(jìn)行熱交換而冷凝、變成淡水F5。流經(jīng)管道28的海水(20°C )在通過E層的 過程中，吸收水蒸氣V5的冷凝潛熱，其結(jié)果溫度上升到30°C，流入D層。從D層的蒸發(fā)部X移動(dòng)到冷凝部Y的水蒸氣V4，同樣與流經(jīng)管道28的海水進(jìn)行熱 交換而冷凝、變成淡水F4。流經(jīng)管道28的海水在通過D層的過程中，吸收水蒸氣V4的冷凝 潛熱，其結(jié)果溫度上升到40°C，流入C層。從C層的蒸發(fā)部X移動(dòng)到冷凝部Y的水蒸氣V3，同樣與流經(jīng)管道28的海水進(jìn)行熱 交換而冷凝、變成淡水F3。流經(jīng)管道28的海水在通過C層的過程中，吸收水蒸氣V3的冷凝 潛熱，其結(jié)果溫度上升到50°C，流入B層。從B層的蒸發(fā)部X移動(dòng)到冷凝部Y的水蒸氣V2，同樣與流經(jīng)管道28的海水進(jìn)行熱 交換而冷凝、變成淡水F2。流經(jīng)管道28的海水在通過B層的過程中，吸收水蒸氣V2的冷凝 潛熱，其結(jié)果溫度上升到60°C，流入A層。從A層的蒸發(fā)部X移動(dòng)到冷凝部Y的水蒸氣VI，同樣與流經(jīng)管道28的海水進(jìn)行熱 交換而冷凝、變成淡水F1。流經(jīng)管道28的海水在通過A層的過程中，吸收水蒸氣Vl的冷凝 潛熱，其結(jié)果在溫度上升到70°C的狀態(tài)下從容器12被送入加熱裝置14。如上所述，由加壓輸送裝置30從海里汲取的低溫海水(20°C )，在冷凝部Y內(nèi)部被 垂直向上加壓輸送的過程中，吸收從蒸發(fā)部X沿著圓周方向依次移動(dòng)過來(lái)的水蒸氣的冷凝 潛熱而依次被加熱，在導(dǎo)入到加熱裝置14時(shí)，其溫度已經(jīng)上升到70°C。因此只有在裝置開 始啟動(dòng)時(shí)，才有必要通過加熱裝置14將海水從20°C加熱到80°C，之后連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將海水 從70°C加熱到80°C即可，所以不需要耗費(fèi)過多能量進(jìn)行加熱，例如采用利用太陽(yáng)光的集熱 裝置作為加熱裝置14也足以維持運(yùn)轉(zhuǎn)。另外本發(fā)明的淡水制造裝置，可以通過增加已知的冷卻單元來(lái)構(gòu)成海水濃縮裝 置。這時(shí)，為了使海水能夠在蒸發(fā)部X和冷凝部Y之間循環(huán)，經(jīng)已知的冷卻單元連接蒸發(fā)部 X的最下方和冷凝部Y的位于散熱器最下方的入口，從而可以使到達(dá)蒸發(fā)部X最下方的海水 經(jīng)過冷卻再次導(dǎo)入到冷凝部Y的散熱器。以圖8為例，從排水管32排出的排水(30°C )由 冷卻單元冷卻到20°C之后導(dǎo)入到冷凝部Y，重復(fù)此過程從而在裝置內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。在此期間， 因水分不斷蒸發(fā)除去，海水的濃縮度不斷提高。最后，收集根據(jù)上述順序濃縮度上升至極限 的濃縮海水，可以從該濃縮海水中提煉所期望的成分(鈉、鉀、鎂等)。如同以上說明，本發(fā)明的淡水制造裝置采用了簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)，不需要減壓室等復(fù) 雜的結(jié)構(gòu)，因此可以用低設(shè)置成本進(jìn)行建造，且可以降低保養(yǎng)成本。并且，本發(fā)明的淡水制 造裝置，可以輕易地多級(jí)化，從而提高熱效率，所以基于太陽(yáng)光能等天然能源，也足以運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)施例以下，對(duì)于本發(fā)明的淡水制造裝置，利用實(shí)施例進(jìn)行再具體的說明，但是本發(fā)明不局限于后述的實(shí)施例。(實(shí)施例1)按照?qǐng)D1所示例子制造了淡水制造裝置。具體來(lái)說，準(zhǔn)備直徑約800mm、高約200mm 的圓筒狀容器12，并列設(shè)置兩個(gè)具有16個(gè)葉片16b的直徑為70mm的旋轉(zhuǎn)體而制造霧化單 元16，在蒸發(fā)部X中設(shè)置一臺(tái)該霧化單元16。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)備在水中分散墨汁的黑色原水作為處理對(duì)象水，并按以下順序 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。對(duì)于上述的淡水制造裝置，將15°C的處理對(duì)象水從散熱器20的入口處以6L/ min的流量進(jìn)行輸送，對(duì)于散熱器20的出口送出的處理對(duì)象水，在加熱裝置14中加熱，將其 升溫到60°C之后，把該處理對(duì)象水以6L/min的流量噴射到霧化單元16。以這樣的條件運(yùn) 轉(zhuǎn)1個(gè)小時(shí)，獲得4181ml透明水。以上述條件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，散熱器20的出口處設(shè)置的溫度計(jì)大 約指向25°C。(實(shí)施例2)按照?qǐng)D3所示的例子，制造了用排風(fēng)扇34代替反射板26的淡水制造裝置。另外， 其他條件跟實(shí)施例1 一樣。運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)的結(jié)果，獲得6002ml透明水。(實(shí)施例3)對(duì)于本發(fā)明的淡水制造裝置，對(duì)沿著垂直方向擴(kuò)張時(shí)的熱效率進(jìn)行了驗(yàn)證。本實(shí) 施例中，按照?qǐng)D6所示的例子，以實(shí)施例2中制造的淡水制造裝置作為一個(gè)單元，將其按照 圖9所示的形態(tài)連接多個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。具體來(lái)說，各單元之間用塑料軟管連接散熱器20的出 口和入口，以處理對(duì)象水的導(dǎo)入側(cè)為起點(diǎn)，最后一個(gè)單元的散熱器20的出口連接到加熱裝 置14，且加熱裝置14連接到該最后一個(gè)單元的導(dǎo)入部24，各單元之間用塑料軟管連接排水 管32和導(dǎo)入部24，由此最多連接了 6臺(tái)單元。對(duì)于上述淡水制造裝置，按以下條件運(yùn)轉(zhuǎn)將20°C處理對(duì)象水按6L/min的流量從 最初單元的散熱器20入口開始進(jìn)行輸送，從最后一個(gè)單元的散熱器20出口輸送出來(lái)的處 理對(duì)象水在作為加熱裝置14的電熱器里加熱，升溫到80°C，然后該處理對(duì)象水按6L/min的 流量對(duì)著最后一個(gè)單元的霧化單元16噴射。且，運(yùn)轉(zhuǎn)中根據(jù)設(shè)置在各單元的散熱器20出 口和導(dǎo)入部24跟前的溫度計(jì)T測(cè)量溫度。并且，運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，全部回收各單元底部貯存的 淡水，計(jì)算出總量。下面的表格，表示連接六臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)置在各單元的散熱器20出口和導(dǎo)入部 24跟前的溫度計(jì)T的測(cè)量值。并且，下面的表格中將處理對(duì)象水最初進(jìn)入的單元記為1號(hào) 單元，其后按連接順序記為2號(hào) 6號(hào)。表一 圖10示出連接的單元數(shù)量和單位時(shí)間內(nèi)獲得的水量(L/h)與加熱裝置14所消耗 電功率的關(guān)系。如圖10所示，以一臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)獲得的水量是6L/h;連接兩 臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)獲得的水量是14L/h ；連接四臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)獲得的 水量是16L/h ；連接六臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)獲得的水量是18L/h。另一方面，運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電功率(即，加熱裝置14消耗的電功率)，以一臺(tái)單元運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)為19KW，隨著單元連接數(shù)量的增加，消耗的電功率反而減少，連接六臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，消 耗的電功率只有10KW。連接六臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)獲得的水量與僅以一臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)相比增加為三倍，而所消耗的電功率卻比一臺(tái)單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少了近一半。
權(quán)利要求
一種淡水制造裝置，其特征在于包含加熱單元，加熱作為處理對(duì)象的原水；蒸發(fā)部，包含霧化從所述加熱單元導(dǎo)入的所述原水的霧化單元；冷凝部，隔著防霧裝置與所述蒸發(fā)部并列設(shè)置，包含用于冷凝在蒸發(fā)部中產(chǎn)生的水蒸氣的熱交換器；氣流產(chǎn)生單元，形成從所述蒸發(fā)部流向所述冷凝部的氣流，并且，所述作為處理對(duì)象的原水，經(jīng)過所述熱交換器被導(dǎo)入到所述加熱單元。
2.如權(quán)利要求1所述的淡水制造裝置，其特征在于所述霧化單元是利用碰撞沖擊粉碎 被導(dǎo)入的所述原水，使其變成水滴飛散的單元。
3.如權(quán)利要求2所述的淡水制造裝置，其特征在于所述霧化單元形成為旋轉(zhuǎn)體，該旋 轉(zhuǎn)體具有從轉(zhuǎn)軸輻射的形狀的多個(gè)碰撞部件。
4.如權(quán)利要求3所述的淡水制造裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)體呈渦輪狀，根據(jù)被導(dǎo)入 的所述原水的動(dòng)壓旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1 4中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于所述氣流產(chǎn)生單 元是通過遮擋從所述霧化單元飛散的水滴而引起從所述蒸發(fā)部到所述冷凝部的霧流的反 射板。
6.如權(quán)利要求1 4中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于所述氣流產(chǎn)生單 元是排風(fēng)扇。
7.如權(quán)利要求1 6中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于沿垂直方向豎立 的圓柱形容器內(nèi)部形成的環(huán)狀空間中，沿著該環(huán)狀空間的圓周方向所述蒸發(fā)部和所述冷凝 部隔著防霧裝置并列設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1 7中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于所述熱交換器按 照使所述原水沿垂直方向從下到上流通的方式構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1 8中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于采用沿垂直方向 延伸的結(jié)構(gòu)。
10.一種淡水制造裝置，其特征在于該淡水制造裝置是沿著垂直方向連接多個(gè)容器而 形成，該容器包括蒸發(fā)部，包含霧化作為處理對(duì)象的原水的霧化單元；冷凝部，隔著防霧裝置與所述蒸發(fā)部并列設(shè)置，包含用于冷凝在所述蒸發(fā)部產(chǎn)生的水 蒸氣的熱交換器；氣流產(chǎn)生單元，形成從所述蒸發(fā)部流向所述冷凝部的氣流，并且，各容器間的所述熱交換器連接成使所述原水沿垂直方向從下到上流過，在各容 器的所述蒸發(fā)部中沒有蒸發(fā)的原水被導(dǎo)入到連接在正下方的其他容器的所述蒸發(fā)部，所述原水被導(dǎo)入到位于最下面的所述容器的所述熱交換器中，經(jīng)過各容器的所述熱交 換器，被導(dǎo)入到設(shè)置在位于最上面的所述容器的頂部的加熱單元中進(jìn)行加熱，之后被導(dǎo)入 到位于最上面的所述容器的所述蒸發(fā)部中。
11.如權(quán)利要求10所述的淡水制造裝置，其特征在于所述霧化單元是相對(duì)轉(zhuǎn)軸并列 設(shè)置多個(gè)旋轉(zhuǎn)體而形成，所述旋轉(zhuǎn)體具有從垂直向下延伸的轉(zhuǎn)軸呈輻射形狀的多個(gè)碰撞部 件。
12.如權(quán)利要求10或11所述的淡水制造裝置，其特征在于所述容器采用圓柱形，該容 器內(nèi)部形成的環(huán)狀空間中，沿著該環(huán)狀空間的圓周方向所述蒸發(fā)部和所述冷凝部隔著防霧 裝置并列設(shè)置。
13.如權(quán)利要求1 12中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置，其特征在于所述加熱單元 采用利用太陽(yáng)光能的集熱單元。
14.一種濃縮裝置，是在權(quán)利要求1 13中的其中一項(xiàng)所述的淡水制造裝置上添加冷 卻單元而構(gòu)成，到達(dá)所述蒸發(fā)部的最下部的所述原水由所述冷卻單元冷卻之后，從位于所 述熱交換器的最下部的入口被導(dǎo)入，使得所述原水在所述蒸發(fā)部和所述冷凝部間循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種具備簡(jiǎn)易裝置結(jié)構(gòu)的節(jié)能型淡水裝置。根據(jù)利用太陽(yáng)光的集熱裝置加熱海水，將該海水向霧化單元噴射而形成霧，該霧化單元為具有呈輻射狀的多個(gè)碰撞部件的旋轉(zhuǎn)體。生成的霧所產(chǎn)生的水蒸氣隨著氣流產(chǎn)生裝置所形成的氣流，通過防霧裝置被導(dǎo)入到沿水平方向并列設(shè)置的熱交換器。在熱交換器中，低溫海水沿垂直方向從下到上流過，被導(dǎo)入的水蒸氣因海水的低溫而冷凝，變成淡水而被回收。
文檔編號(hào)B01D1/16GK101918322SQ200880125318
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者佐藤雄二, 矢部孝 申請(qǐng)人:伊萊特控股有限公司