一种高压静电场式海水淡化装置及海水淡化系统的制作方法

本发明应用于海水淡化技术领域，即将高电压技术与传统蒸馏法联合应用的一种海水淡化新技术。

背景技术：

当前市场上流行的热法和膜法两种主流的海水淡化技术，均有各自缺陷，其中热法单次工程投资较高，设备的体积较大，装置费用高，动力能耗较大，能量回收率低，产水效率较低，自动化程度低，传热管腐蚀严重。膜法的高压泵的压力较大，电能能耗较高，对高压泵和膜的要求较高，并且海水预处理程度高，渗透膜造价高，且容易受到海水水质的影响。由于以上缺点的存在，海水的单价成本较高，也是制约海水淡化技术发展的关键问题。

高压静电场技术近些年来应用较广泛，大量应用于各个领域，尤其在食品干燥，水处理和生理学领域内的应用较为突出，其中在食品干燥领域，利用高压静电场技术可以促进水分蒸发的特性，应用于热敏性物料的干燥，效果显著；在水处理领域，将高压静电场技术应用于循环冷却水等热水循环管道中的阻垢性能研究，发现高压静电技术具有良好的阻垢性能；在生理学研究领域，徐洪斌，张桂生等大批学者专家发现高压静电场影响微生物的生理活动较强，在一定强度和时间下，具有杀菌灭藻作用的综合效应。

技术实现要素：

为了克服传统蒸馏法的高能耗，高成本，低效率的不足，本发明发明提供了一种高压静电场海水淡化装置和工艺。将高压静电场技术与传统的蒸馏法联合应用，相比其它热法海水淡化技术（多级闪蒸法，低温多效等），在同等条件下，可以提高产水效率，并且能耗低，无污染，自动化程度高，阻垢效果明显，在很大程度上可以节约产水效率和成本。

本发明所采用的技术方案是在热海水的蒸馏室中，在气液两相中加设正负电极板，在气相中设计为负高压（电极针），液相（多孔性吸水板）中设为正高压（电极板），在正负极板间产生高压静电场，海水在高压静电场的条件下，水的结构发生改变，海水的一些物化性质发生变化，有利于海水中的水份蒸发；热海水通过穿孔管均匀分配到海水蒸馏室的集水槽中，热海水经过底流通道时由于毛细吸力一部分热海水穿过多孔性吸水板和正极板，水在多孔性吸水板上发生相变变成水蒸气；蒸馏室的顶板是冷凝板，水蒸气在冷凝板处实现能量交换，水蒸气冷凝成淡水，淡水沿冷凝板流至淡水集水槽中；同时冷凝海水得到一次预热，实现能量循环。

上述所说的高压静电场式海水淡化淡化器包括冷凝装置，水蒸气发生装置，高压静电场发生控制装置。

上述所说的冷凝装置包括冷凝海水进水布水管，冷凝海水出水管，冷凝板，其中进水管采用穿孔管均匀补水；冷凝海水排水管采用三通连接，一个支管作为排水管，另一个支管作为废水管，定期对冷凝水箱进行清洗，排掉废水；冷凝板作为能量交换的场所，对冷凝海水一次加热，冷海水从冷凝板吸收热量；同时使水蒸气发生相变，冷凝板吸收水蒸气的热能；冷凝板上形成的蒸馏水由小水滴汇聚成成股水流，水流由于重力作用在冷凝板上的节流板上节流，再沿节流板处的导流管流至淡水集水槽。

上述所说的水蒸气发生装置包括热海水进水布水管，多孔性吸水板，底流通道，热海水集水槽，热海水排水管和蒸馏室底板构成。热海水进水布水管采用穿孔管均匀布水，多孔性吸水板架设在蒸馏室底板之上，采用多孔性吸水材料，多孔性吸水材料内部铺设铜网，底部开有海水底流通道。海水中的水份在多孔性材料上发生相变，由水变成水蒸气，同时多孔性材料上表面海水浓度变大，下表面贴近底流通道的海水浓度较小，产生浓度极差现象，海水中盐分由高浓度向低浓度转移，水份由低浓度向高浓度溶液转移；同时由于上表面水份蒸发，由于毛细力，海水由底流通道向吸水板上部转移。

上述所说的高压静电场发生控制装置，包括高压电发生控制系统，针电极（负极）和铜网电极板（正级）构成。

本发明中所说的换热器循环热源可有多方面来源，可与太阳能技术进行连用，循环热源介质可以为比热较高的热油；也可以利用工业厂房或发电厂中循环冷却水的废热提供，将电加热作为辅助热源或备用热源。

与现有技术相比,本发明的有益效果是可以同等条件下，提高产水量，降低能耗；并且在高压静电场的条件下，可加快水分蒸发速率,增加产水量,间接节能增效；可以阻止蒸馏室的底板结垢，可以降低运营成本；同时高压静电场下，具有灭菌和杀菌作用，淡化水无需二次消毒，高压静电海水淡化系统设备构造简单，自动控制程度高；同时实现蒸馏淡化一体化，工艺简单，自动控制程度高，对原海水要求不高，适用范围广,可以与太阳能技术联合应用。

附图说明

图1为本发明所涉高压静电场式海水淡化系统原理图。

图2为本发明所涉高压静电场式海水淡化器原理图（剖面图）。

图3为本发明所涉高压静电场式海水淡化器原理图（俯视图）。

图4为本发明所涉高压静电场式海水淡化器冷凝板结构原理图。

其中图1，1-高电压控制系统，1a-直流高压负极接出端，1b-直流高压正极接出端；2-高压静电场式海水淡化器，2a-预处理海水配水槽，2b-预处理海水配水口，2c-蒸馏水出水口，2d-浓海水出水口，2e-直流高压负极接触端，2f-直流高压正极接触端；3-换热器，3a-换热器进水口，3b-换热器出水口，3c-循环热源介质进口，3d-循环热源介质出口；4-热循环泵，5-储热水池，5a-储热水池进水口，5b-储热水池的出水口；6-预处理海水进水管，7-热海水进水管，8-冷凝海水出水管。

其中图2，图3和图4，1-冷凝海水进配水管，2-冷凝板，3-冷凝水箱，4-导流板，5-节流板，6-蒸馏室，7-淡水集水槽，8-冷凝海水出水管，9-气压表，10-电极针，11-电极棒，12-多孔性吸水板，13-铜网电极，14-底流通道，15-热海水进配水管，16-淡水收集管，17-浓海水集水槽，18-浓海水排水出口，19-冷凝水箱盖板，20-保温板，21-基础支撑，22-温湿度计，23-蒸馏室底板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。见附图1和附图2，具体实施方式为海水经过预处理，去除海水中大的颗粒物，使其达到了冷凝海水的要求；预处理（冷凝）海水通过与预处理海水进水管（6）进入高压静电场式海水淡化器（2）中冷凝水箱中的冷凝水配水管（穿孔管），向冷凝水箱中均匀配水，冷凝水箱底部为冷凝板，冷凝海水通过冷凝板与蒸馏室水蒸汽进行一次换热；一次换热海水通过冷凝海水出水管进入换热器（3），通过换热器（3）二次加热（热源为废热或太阳能，电加热作为辅助加热）将海水加热到设定温度，通过热循环泵（4）送至高位储热水箱（5），通过储热水箱（5）向高压静电场式海水淡化蒸馏器（2）均匀恒压恒流量配水；在高压静电场式海水淡化蒸馏器（2）中完成海水蒸发，冷凝以及淡水和浓海水的收集。

见附图2，图3和图4，热海水经过预热海水进水管送至蒸馏室（6）中的上部的穿孔配水管（15）中，热海水由穿孔管（15）均匀配送至蒸馏室上部的集水槽中，热海水由集水槽均匀流入吸水板（12），吸水板（12）由多孔性材料（比表面积大）制成，吸水板的底部是贯穿的通道，热海水以均匀流速流过底流通道（14），热海水从底流通道吸入到多孔性吸水板（12）的上表面，浓海水则在多孔性吸水板底部流至浓海水集水槽，最终由浓海水出水口排出；在吸水板的中间设有铜网电极（13），距离吸水板上表面3-5cm,设有电极针（10）；蒸馏室的顶部为冷凝板（2），冷凝板（2）为波纹状冷凝板，冷凝测设有截流板（5），截流板（5）与冷凝板（2）交界处设有导流管（4），导流管（4）延伸至淡水集水槽（7）；在高压静电场下，海水在多孔性吸水板上发生一次相变，由液态水冷凝成水蒸气，水蒸气在冷凝板（12）上发生二次相变，由水蒸气冷凝成淡水，冷凝的淡水顺着冷凝板（2）在截流板（5）处短暂收集，由导流管（4）导流置淡水收集槽（7），最终由淡水出水口收集。

上述所说的高压静电场式海水淡化系统（核心），指的是储热水箱中的热海水经过配水系统（配水管）将热海水送至蒸馏室中的上部的穿孔配水管中，热海水由穿孔管均匀配送至蒸馏室上部的集水槽中，热海水由集水槽均匀流入吸水板，吸水板由多孔性材料（比表面积大）制成，吸水板的底部是贯穿的通道，热海水以均匀流速流过底流通道，热海水由毛细作用，从底流通道吸入倒多孔性吸水板的上表面；同时由于溶液浓度差，多孔性吸水板上表面的海水通过蒸发，浓度越来越大，溶液的溶质由吸水板的上表面向吸水板底部的底流通道中转移，海水的中水份，由吸水板的底部向上表面移动，如此防止多孔性吸水板由于盐分残留导致堵塞，同时加快水份的蒸发转移速率，提高淡化效率。在吸水板的中间穿插有导电性能良好并且抗腐蚀性能良好的铜网，作为高压电极的正极，距离吸水板上表面3-5cm,设有高压针电极，作为高压静电场的负极。在正负极板之间，形成高压静电场，在高压静电场的作用下，破坏水分子团簇的内部结构，使水分子更容易从溶液中挥发出来，宏观上提高了海水水分的蒸发速率。水分子挥发，蒸馏室的上部（冷凝板）上冷凝，水分子冷凝汇聚成水滴附在冷凝板上，由节流板收集冷凝的水滴形成淡水，淡水通过导流管流至冷凝板底部的淡水收集槽中，进行淡水收集。

上述说的高压静电场的作用机理和实现方法，指的是热海水在高压下，形成高压静电场和重力场的复合场中，对水分子团簇的结构有破坏作用，促使氢键断裂，水分蒸发速率增大，增强水分蒸发的效果；水蒸汽挥发至蒸馏室顶部的斜坡波纹冷凝板，热蒸汽液化将热能通过热传递给具有良好传热性能和抗腐蚀性能的金属合金了冷凝板，冷凝板再将热量传递给冷凝室中的冷海水，同时对冷凝海水进行初次预热，实现能量循环；蒸汽在冷凝板上冷凝后，形成水滴，水滴顺着斜坡冷凝板流至纯水收集槽中，外接纯水收集管收集。