便携式海上救援海水淡化方法及装置与流程

本发明涉及海水淡化和海上救援领域，尤其涉及一种适用于便携式海上救援用途的海水淡化方法及装置。

背景技术：

我国海域面积广阔，拥有丰富的资源。近年来，我国不断对海洋进行开发；但是，随着海洋活动的增加，海上事故也随之增加，我国近年来虽然先后制造及购买了一批应海上急救助装备，但人们在海难发生后的自救过程仍然存在一些不足之处，使得救援成功率难以大幅提高。自救过程中最主要的一部分就是淡水资源的获取，大量淡水资源难以携带及保存，因此需要自行制造淡水。

经过几十年的发展，海水淡化技术已经非常成熟，常见的方法有膜法及热法。其中热法主要包括多级闪蒸和低温多效蒸馏技术，但这两种海水淡化技术适用于大规模生产，难以运用到便携式设备。常见膜法主要是反渗透技术，该技术无相变，适用于小型设备，但由于其操作压力大，导致其设备经常需要配备大重量的高压泵，且无能量回收装置时能耗很高，因此也不适用于便携式设备。

现有海水淡化小型设备一般采用反渗透海水淡化工艺，但都不属于便携式设备。例如，中国专利cn205856064u、cn106554098a、cn205575723u提出的反渗透设备，需要高压泵来提供高压环境，使得设备整体重量非常重，不适用于便携式。中国专利cn105776689a、cn205575793u等提出的方案为了减轻装置质量及能耗，使用人力来驱动高压反渗透设备，但当海水作为原液时，反渗透设备所需压强为5-8mpa，人力驱动对体力消耗较大，且发生海上事故后，人员体能储备难以保障，因此这类设备不适用于海上救援。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种适用于便携式海上救援用途的海水淡化装置，其中利用膜蒸馏技术实现海水淡化目的，采用太阳能供电，plc控制板控制内部系统，整体体积及重量较小，能耗低，实现了便携式海上救援的目的。

根据本发明，提供了一种便携式海上救援海水淡化方法，包括：

供能模块，包括如下工艺步骤：

配有蓄电池及太阳能板，通过太阳能板将太阳能转换为光能并储存在太阳能蓄电池中，为制水模块及控制模块供能；两块蓄电池可同时供能或充电，也可分开供能或充电；

自动控制模块，包括如下工艺步骤：

系统运行时，内部标准优先判断电量，其次判断储水箱液位，最后判断加热水箱液位及温度；太阳能板及蓄电池中电量信号反馈到plc控制板，经过控制板接通指示灯，实现显示蓄电池电量余量的目的，同时若电量较低时，经过plc控制板控制太阳能板开始运行，为蓄电池开始充电；储水箱中传感器将水位信号反馈到plc控制板，经过控制板接通指示灯，显示淡水剩余量，同时剩余量较多时，制水模块停止运行；加热水箱中传感器将水位及温度信号反馈到plc控制板，判断其是否符合制水模块运行标准，并控制取水装置及加热水箱中加热元件使其维持运行标准；

辅助模块，包括如下工艺步骤：

在装置整体箱体外部设有四个轮子，实现便于移动的目的；后端设有拉杆，实现便于携带的目的；前后端中下部设有浮力增加装置，实现装置能自身漂浮于海面的目的；

制水模块，包括如下工艺步骤：

海水经过取水装置中的蠕动泵进入预处理装置，在所述预处理装置中进行预处理，之后进入所述海水淡化装置的加热水箱得到加热，之后进入热循环系统并进入疏水膜元件，其中所携带的水蒸气透过所述疏水膜元件进入冷循环系统，冷却后得到淡水并进入所述储水装置；海水蒸发所需环境由所述加热水箱的电热丝配以外壁的保温材料实现。

根据本发明，提供了一种便携式海上救援海水淡化装置，包括：制水模块、供能模块以及自动控制模块；其中，制水模块包括：取水装置、预处理装置、海水淡化装置及储水装置；供能模块包括太阳能板及蓄电池；自动控制模块包括：传感器、plc控制板、开关及指示灯；

所述取水装置包括取水蠕动泵，取水蠕动泵的一端接有海水进水管道，取水蠕动泵的另一端接有连接管道与预处理装置连接；

所述预处理装置包括依次布置的第一级过滤器、第二级滤芯和第三级滤芯；其中，所述第一级过滤器的上端接有第一级管道与第二级滤芯连接；所述第二级滤芯为载银活性炭过滤器，所述第二级滤芯的下端接有第二级管道与第三级滤芯连接；所述第三级滤芯为超滤过滤器，所述第三级滤芯的上端接有第三级管道与海水淡化装置连接；

所述海水淡化装置包括热循环系统与冷循环系统；其中，热循环系统包括加热水箱，加热水箱的底部设有排水管道，加热水箱内底部设有电阻丝用于加热海水，加热水箱配置有加热水箱液位传感器与温度传感器，而且加热水箱液位传感器与温度传感器通过电线与自动控制模块及供能模块连接，加热水箱下端左侧接有流通管道与热循环蠕动泵连接；热循环蠕动泵通过管道与疏水膜元件连接；疏水膜元件通过管道与耐高温超滤装置连接；耐高温超滤装置通过管道与热循环流量计连接；热循环流量计通过管道与加热水箱连接；

冷循环系统包括冷却水箱；其中，冷却水箱经由管道通向冷却水箱内侧壁面，管道外部与冷循环蠕动泵连接；冷循环蠕动泵通过管道与疏水膜元件连接；疏水膜元件通过管道与冷循环流量计连接；冷循环流量计通过通向冷却水箱内侧壁面的管道与冷却水箱连接；冷却水箱接有溢流管道，溢流管道通向冷却水箱内侧壁面，溢流管道与储水装置连接；

储水装置包括储水箱，储水箱设有储水箱液位传感器并通过电线与自动控制模块及供能模块电连接；

所述供能模块包括蓄电池，蓄电池分别与太阳能板、取水蠕动泵、热循环蠕动泵、冷循环蠕动泵、加热水箱液位传感器、储水箱液位传感器、温度传感器、全部开关、全部指示灯及自动控制模块电连接；太阳能板分别与太阳能电池及自动控制模块电连接；

所述自动控制模块包括plc控制板；其中，plc控制板与加热水箱内温度传感器及加热水箱液位传感器电连接，与储水箱液位传感器电连接，与太阳能板电连接，与蓄电池电连接，与全部指示灯电连接；

制水模块包括如下工艺步骤：海水经过所取水装置中的蠕动泵进入预处理装置，之后经过所述预处理装置进行预处理，之后进入所述海水淡化装置的加热水箱得到加热，之后进入热循环系统进入疏水膜元件，其中所携带的水蒸气透过所述疏水膜元件进入冷循环系统，冷却后得到淡水并进入所述储水装置。海水蒸发所需环境由所述加热水箱的电热丝配以外壁的保温材料实现；工艺过程可由电能驱动。

优选地，便携式海上救援海水淡化装置还包括辅助模块，而且辅助模块包括浮力增加装置、所述箱体外部设置的轮子以及所述箱体后端设置的可伸缩拉杆，其中浮力增加装置是在装置漂浮状态下使用，轮子拉杆是在陆地搬运时使用。

优选地，制水模块、供能模块中的蓄电池及自动控制模块均安装固定在一个整体架子中，使得装置在搬运和使用过程中，内部各个元器件不会发生移动；在将所述模块安装进架子后，将架子整体安装在一个密封的箱体内部，减少外部箱体打孔，保证密封性；辅助模块安装固定在密封箱体外部；供能模块中的太阳能板安装在箱体盖板上的抽拉式支架内。

优选地，根据权利要求2或3所述的便携式海上救援海水淡化装置，其特征在于，太阳能板装于抽拉式支架内，并安装于箱体盖板上；plc控制板装于螺纹式密封电控盒内，指示灯及开关外部有锁扣式密封电控盒，密封电控盒四周设有支架固定；所述锁扣式密封电控盒的盒盖为透明材质，盒盖与盒体间有密封材料，保证盒盖在关闭状态下液体无法进入盒内。

优选地，所述便携式海上救援海水淡化装置的箱体外表面前端上部设有开口，所述锁扣式密封电控盒安装在此开口处，并在开口处与锁扣式密封电控盒之间涂大量密封胶以确保箱体整体密封性不被开口所影响；锁扣式密封电控盒在使用时，先将箱体漂浮于海面上，待箱体漂浮稳定后，打开盒盖，控制其中开关使系统运行，之后盖上盒盖，透过盒盖观察指示灯信号再进行相应后续操作。

优选地，所述plc控制板装于螺纹式密封电控盒内，安装完毕后用螺栓将螺纹式密封电控盒拧紧，并在盒体连接处做好密封，装置运行时螺纹式密封电控盒不再打开。

优选地，选用的海水淡化膜元件为中空纤维疏水膜元件，所述疏水膜元件有效膜面积为0.4-0.8m²；整个箱体在使用过程当中漂浮于海面之上，所述热循环系统与冷循环系统同时运行，加热水箱与储水箱有效容积均为3-10l，冷却水箱有效容积为1-3l；系统运行时，人为打开箱体外端插销，冷却水箱依靠底部铰链结构及外力旋转至箱体最下端，并完全没入海水。

优选地，所述冷却水箱及冷循环系统中的水管均为导热材料。

优选地，所述加热水箱及热循环系统中的水管均为绝热材料。

通过采用本发明的装置，使得海水经过所述取水装置进入预处理装置，经预处理后进入所述海水淡化装置进行加热，之后进入疏水膜元件，其中所产生的水蒸气透过所述疏水膜元件，冷却后得到淡水并进入所述储水装置。本发明的适用于便携式海上救援用途的海水淡化工艺方法及装置，工艺过程简单，结构紧凑轻便，不需大量能耗，环境友好，易于可再生机械能驱动。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的外部主视图；

图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的外部俯视图；

图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的开箱俯视图；

图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置漂浮在海面运行时的箱体外部主视图；

图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的漂浮在海面运行时的箱体外部左视图；

图6示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的太阳能板及抽拉式箱盖的主视图；

图7示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的太阳能板及抽拉式箱盖的展开俯视图。

图8示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的箱体内部架子俯视图。

图9示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的加热水箱的主视图；

图10示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的储水箱的主视图；

图11示意性地示出了根据本发明优选实施例的便携式海上救援海水淡化装置的冷却水箱主视图。

附图说明：

1、太阳能板；2、抽拉式支架；3、盖板；4、电源总开关；5、电源总信号灯；6、高电量指示灯；7、储水箱高液位指示灯；8、储水箱低液位指示灯；9、低电量指示灯；10、制水指示灯；11、制水开关；12、拉杆；13、插销；14、浮力增加装置；15、轮子；16、蓄电池；17、加热水箱；18、疏水膜元件；19、耐高温超滤装置；20、热循环蠕动泵；21、冷循环蠕动泵；22、冷却水箱；23、pp棉过滤器；24、取水蠕动泵；25、载银活性炭过滤器；26、超滤过滤器；27、热循环流量计；28、冷循环流量计；29、加热水箱液位传感器；30、加热水箱温度传感器；31、锁扣式密封电控盒；32、储水箱；33、储水箱液位传感器；34、plc控制板；35、螺纹式密封电控盒。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

根据本发明优选实施例，便携式海上救援海水淡化装置包括：制水模块、供能模块以及自动控制模块。优选地，海水淡化装置还可以包括辅助模块。其中，制水模块包括：取水装置、预处理装置、海水淡化装置及储水装置；供能模块包括太阳能板及蓄电池；自动控制模块包括：传感器、plc控制板、开关及指示灯。辅助模块包括：浮力增加装置、拉杆及轮子。

具体地，下面参考图1至图11所示来描述本发明的具体实施例。

所述取水装置包括取水蠕动泵24，取水蠕动泵的下端例如设有支架，蠕动泵24的一端(例如，左端)接有海水进水管道，蠕动泵24的另一端(例如，右端)接有连接管道与预处理装置连接。

所述预处理装置包括依次布置的第一级过滤器、第二级滤芯和第三级滤芯；其中，所述第一级过滤器(在本示例中为pp棉过滤器23)的前端例如设有支架固定在底板上，所述第一级过滤器的上端接有第一级管道与第二级滤芯连接；所述第二级滤芯为载银活性炭过滤器25，所述第二级滤芯的前端例如设有支架固定在底板上，所述第二级滤芯的下端接有第二级管道与第三级滤芯连接；所述第三级滤芯为超滤过滤器26，所述第三级滤芯的前端例如设有支架固定在底板上，所述第三级滤芯的上端接有第三级管道与海水淡化装置连接。

所述海水淡化装置包括热循环系统与冷循环系统；其中，热循环系统包括：加热水箱17，加热水箱17经由支架固定在安装面上(例如，加热水箱17的四周例如设有支架固定在底板上)，加热水箱17的底部例如设有排水管道，加热水箱17内底部例如设有电阻丝用于加热海水，加热水箱17右端例如设有加热水箱液位传感器29与温度传感器30，而且加热水箱液位传感器29与温度传感器30通过电线与自动控制模块及供能模块连接，加热水箱17下端左侧接有流通管道与热循环蠕动泵21右端连接；热循环蠕动泵21下端例如设有支架，热循环蠕动泵21左端接有管道与疏水膜元件18上端连接；疏水膜元件18后端例如设有支架固定在底板上，疏水膜元件18下端接有管道与耐高温超滤装置19下端连接；耐高温超滤装置19后端例如设有支架固定在底板上，耐高温超滤装置19上端接有管道与热循环流量计27上端连接；热循环流量计27例如设有支架固定，热循环流量计27下端接有管道与加热水箱17下端右侧连接。

优选地，疏水膜元件18是中空纤维疏水膜元件，而且所述疏水膜元件18有效膜面积为0.4-0.8m²。整个箱体在使用过程当中漂浮于海面之上，所述热循环系统与冷循环系统同时运行，加热水箱17与储水箱32有效容积均为3-10l，冷却水箱有效容积为1-3l；系统运行时，人为打开箱体外端插销13，冷却水箱依靠底部铰链结构及外力旋转至箱体最下端，并完全没入海水。

冷循环系统包括冷却水箱22；冷却水箱22右端底部例如设有铰链机构，冷却水箱22右面下端左侧接有管道，管道通向冷却水箱内侧左端壁面，管道外部与冷循环蠕动泵20左端连接；冷循环蠕动泵20下端例如设有支架，冷循环蠕动泵20右端接有管道与疏水膜元件18前端下侧连接；疏水膜元件18前端上侧接有管道与冷循环流量计28上端连接；冷循环流量计28周边例如设有支架固定，冷循环流量计28下端接有管道与冷却水箱右面下端右侧连接，管道通向冷却水箱内侧左端壁面；冷却水箱右面下端中部接有溢流管道，溢流管道通向冷却水箱内侧右端壁面，溢流管道外部与储水装置连接；冷却水箱22左端例如设有插销13。

储水装置包括储水箱32，储水箱外周例如设有支架固定，水箱右端例如设有储水箱液位传感器33并通过电线与自动控制模块及供能模块连接，水箱顶部例如设有压力安全阀。

所述供能模块包括蓄电池16，蓄电池外周例如设有支架固定，蓄电池顶部接有电线，电线分别与太阳能板1、取水蠕动泵24、热循环蠕动泵21、冷循环蠕动泵20、加热水箱液位传感器29、储水箱液位传感器33、温度传感器30、全部开关、全部指示灯及自动控制模块连接；太阳能板装与抽拉式支架2内，并安装于箱体盖板3上，下端接例如设有电线分别与太阳能电池16及自动控制模块连接。配有蓄电池及太阳能板，通过太阳能板将太阳能转换为光能并储存在太阳能蓄电池中，为制水模块及控制模块供能。两块蓄电池可同时供能或充电，也可分开供能或充电。

所述自动控制模块包括plc控制板34，plc控制板装于螺纹式密封电控盒35内，密封电控盒四周例如设有支架固定；plc控制板接有电线，与加热水箱17内温度传感器30及加热水箱液位传感器29电连接，与储水箱液位传感器33电连接，与太阳能板1电连接，与蓄电池16电连接，与全部指示灯电连接；全部电学原件均与相应开关电连接；指示灯及开关外部有锁扣式密封电控盒31，密封电控盒四周例如设有支架固定。通过传感器，将加热水箱中水位及温度信号反馈到plc控制板，经过控制板接通指示灯，实现显示热水剩余量的目的；通过传感器，将储水箱中水位信号反馈到plc控制板，经过控制板接通指示灯，实现显示淡水剩余量的目的；通过太阳能板及蓄电池中电量信号反馈到plc控制板，经过控制板接通指示灯，实现显示蓄电池电量余量的目的。

优选地，plc控制板34安装在螺纹式密封电控盒35内，全部开关及指示灯安装在锁扣式密封电控盒31内，所述锁扣式密封电控盒31盒盖为透明材质，可以随时打开，盒盖与盒体间有密封材料，保证盒盖在关闭状态下液体无法进入盒内。所述装置箱体外表面前端上部设有开口，将所述锁扣式密封电控盒31安装在此开口处，并在开口处与锁扣式密封电控盒31之间涂大量密封胶，确保箱体整体密封性不被开口所影响。锁扣式密封电控盒31在使用时，先将箱体漂浮于海面上，待箱体漂浮稳定后，打开盒盖，控制其中开关使系统运行，之后盖上盒盖，透过盒盖观察指示灯信号再进行相应后续操作。

所述辅助模块包括所述箱体外部右端例如设有轮子15，所述箱体后端中部例如设有可伸缩拉杆12，所述箱体后端及前端中下部例如设有浮力增加装置14。在装置整体箱体外部设有四个轮子，实现便于移动的目的；后端设有拉杆，实现便于携带的目的；前后端中下部设有浮力增加装置，实现装置能自身漂浮于海面的目的。

优选地，所述冷却水箱及冷循环系统中水管均为导热材料。优选地，所述加热水箱及热循环系统中水管均为绝热材料。

需要说明的是，本发明上述实施例中指出的上端、下端、左端、右端、上侧、下侧、左侧、右侧的具体布置仅仅是优选示例，本领域技术人员可以根据本发明的设计思想做出相应方位上的调整。而且，本领域技术人员可以理解的是，本发明上述实施例中用于固定作用的所有支架可以采用其它适当措施实现固定功能。

由此，海水通过取水蠕动泵24进入预处理装置，经过预处理后进入加热水箱17，加热后再通过热循环蠕动泵21驱动进入疏水膜元件18，其水蒸气透过膜元件进入冷循环系统，通过冷循环蠕动泵20驱动，进入冷却水箱22，当淡水充满冷却水箱后，多余淡水经溢流管道进入储水箱32。该装置所消耗电能由太阳能供电装置提供，设备的运行由plc控制板控制，并在设备整体外部例如设有辅助装置。

例如，具体工作过程的示例可如下：首先要用淡水充满冷却水箱22，并将蓄电池16充满电。运行时将装置漂浮于海面上，将太阳能板1从抽拉式支架2中抽出。先打开插销13，通过铰链结构将冷却水箱旋转至装置下部，开启电源总开关4，此时电源总信号灯5亮起，蓄电池16中的电信号传入plc控制板34，plc控制板34根据该信号判断电量是否充足，若判断电量低于80％，plc控制板34则反馈信号至太阳能板1使其开始充电，若判断电量高于95％，则充电停止；若判断电量低于30％，充电同时信号反馈至低电量指示灯9并使其亮起，制水模块不运行；若判断电量高于80％，信号反馈至高电量指示灯6并使其亮起。打开制水开关11，若判断电量高于30％，则制水指示灯10亮起，此时系统内部传感器将其测量元件信号反馈至plc控制板34，plc控制板对制水模块内部是否满足运行条件进行判断，并控制相应元件运行。若加热水箱中海水低于加热水箱液位传感器29中部探头时，加热水箱液位传感器29发出信号，经plc控制板34反馈，取水阀门开启，取水蠕动泵24开始运行，使海水进入预处理系统，之后进入加热水箱17，加热水箱17中海水没过加热水箱液位传感器29最高探头时，加热水箱液位传感器29发出信号，经plc控制板34反馈，取水阀门关闭，取水蠕动泵24停止运行，同时加热水箱17开始加热。当加热水箱温度传感器30周围水温达到70℃时，加热水箱温度传感器30发出信号，经plc控制板34反馈，加热水箱17停止加热，同时热循环阀门开启，热循环蠕动泵21开始工作，将热水抽入热循环系统，冷循环系统中冷循环阀门开启，冷循环蠕动泵20开始运行并将冷却水箱22中事先充满的淡水抽入冷循环系统。热水进入疏水膜元件18后，水蒸气透过膜元件进入冷循环系统，之后进入冷却水箱22冷却成淡水，当冷却水箱中水满之后通过溢流管道进入储水箱32。当加热水箱温度传感器30周围水温低于60℃时，加热水箱17开始加热，并控制加热水箱17内温度保持在60～70℃的范围内。当加热水箱17中加热水箱液位传感器29中部探头漏出水面后，制水模块停止工作，制水开关11自动断开。再次运行时，打开制水开关11，各传感器对系统重复上述判断，之后制水模块开始重复上述运行。当储水箱中32储水箱液位传感器33最高探头没入水中时，储水箱液位传感器33发出信号，经plc控制板34反馈，储水箱高液位指示灯7亮起，同时制水模块停止运行，制水开关11断开。当储水箱32中储水箱液位传感器33最低探头漏出液面时，储水箱液位传感器33发出信号，经plc控制板34反馈，储水箱低液位指示灯8亮起，提示使用者开始制水。

通过采用本发明的装置，使得海水经过所述取水装置进入预处理装置，经预处理后进入所述海水淡化装置进行加热，之后进入疏水膜元件，其中所产生的水蒸气透过所述疏水膜元件，冷却后得到淡水并进入所述储水装置。本发明的适用于便携式海上救援用途的海水淡化工艺方法及装置，工艺过程简单，结构紧凑轻便，不需大量能耗，环境友好，易于可再生机械能驱动。

需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。