TWI410377B - 濃差驅動式海水淡化裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種海水淡化裝置，尤其是一種利用各層海域海水本身鹽分之濃度差，以抽取海水進行海水淡化之濃差驅動式海水淡化裝置。
目前的海水淡化裝置，係自海中抽取海水以進行淡化程序，並於製取純水後，將高鹽分濃度含量之剩餘海水(可能已為含鹽量大於3.5%之鹵水)排回至海中。
然而，前述之習知海水淡化裝置，在整個海水淡化的過程中，需不斷地耗費能源驅動一泵浦以抽取海水，造成海水淡化製程中的另一種成本負擔。此外，直接由海平面排回海中的鹵水，也因為鹽分濃度含量較高，造成淺層海域海水濃度之變化，從而產生了許多例如海洋生物死亡之生態問題。
本發明目的乃解決習知技術之缺點，以提供一種濃差驅動式海水淡化裝置，係可利用各層海域海水本身鹽分之濃度差，驅動泵浦抽取海水進行淡化，以節省能源成本者。
本發明之次一目的係提供一種濃差驅動式海水淡化裝置，係可將淡化後鹽分濃度含量高之剩餘海水，排回鹽分濃度含量相近的海域中，以避免造成海洋生態之問題者。
為達到前述發明目的，本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，包含：一低壓海水蒸發室，內部設有一引水板，該引水板至該低壓海水蒸發室之頂部形成一冷凝區；一泵浦，具有一汲水口、一排水口、一轉軸以及環繞設置於該轉軸周緣之數個葉片，該泵浦之汲水口連接一延伸至深層海域之第一管體，該泵浦之排水口連接一第二管體，該第二管體貫穿該低壓海水蒸發室之冷凝區，並連通至該低壓海水蒸發室之內部；及一滲壓槽，設有一半滲透膜以將該滲壓槽之內部分隔成一低濃度區及一高濃度區，該低濃度區連接一向淺層海域延伸之第三管體，該高濃度區則由一第四管體連通該低壓海水蒸發室，該高濃度區另連接一第五管體，該第五管體具有預設高度並連通對應至該泵浦之葉片，一第六管體延接於該泵浦並向中層海域延伸。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該低壓海水蒸發室設置於海平面以上的地面，該泵浦及滲壓槽設置於該低壓海水蒸發室底下之一設置空間中。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該泵浦可設置於對應至中層海域的位置，該滲壓槽鄰近於該泵浦。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，部分之該第三管體可與部分之第二管體相鄰設置。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該第五管體可呈倒U形。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，可另設有一發電機，該發電機與該泵浦共軸。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該引水板可具有斜度，以便導引在該冷凝區中凝結的水。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該低壓海水蒸發室設有一對應至該引水板之出水口。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「濃度」，係指「水中的鹽分濃度」。
請參閱第1圖，其係本發明之較佳實施例，該濃差驅動式海水淡化裝置大致包含有一低壓海水蒸發室1、一泵浦2、一滲壓槽3及數個管體4。該低壓海水蒸發室1可設置於海平面以上的地面，該泵浦2及滲壓槽3則設置於該低壓海水蒸發室1底下之一設置空間S中，並由該數個管體4相互串接或連通。
該低壓海水蒸發室1之內部可以為一個密閉的空間，並大致維持於0.01~0.99 atm之低壓狀態。此外，該低壓海水蒸發室1中另設有一引水板11，該引水板11至該低壓海水蒸發室1之頂部形成一冷凝區12，使該引水板11可盛接在該冷凝區12中凝結的純水，且該引水板11較佳具有預設斜度以便導引該些純水。又，該低壓海水蒸發室1還設有一對應至該引水板11之出水口13。
請配合參閱第2圖，該泵浦2可設於該設置空間S中，且較佳可設置於對應至中層海域Z2的位置，該泵浦2具有一汲水口21、一排水口22、一轉軸23以及環繞設置於該轉軸23周緣之數個葉片(圖未繪示)；此外，該濃差驅動式海水淡化裝置還可以設有一發電機5，該發電機5可與該泵浦2共軸，以藉由轉動該泵浦2之轉軸23，驅動該發電機5發電。其中，該泵浦2及發電機5之細部結構為所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，且非本發明的主要技術特徵，在此容不贅述。
在本實施例中，該泵浦2之汲水口21連接一第一管體4a，且該第一管體4a延伸至深層海域Z1，使該泵浦2可透過該第一管體4a從深層海域Z1中抽取相對低溫(約5℃)且濃度較高的海水。另，該泵浦2之排水口22連接一第二管體4b，該第二管體4b可由該泵浦2之排水口22向上延伸，並貫穿該低壓海水蒸發室1之冷凝區12，及連通至該低壓海水蒸發室1內部，使濃度較高的海水可儲放於該低壓海水蒸發室1中並自然蒸發；其中，該第二管體4b穿過該低壓海水蒸發室1之冷凝區12後，較佳可延伸進入該設置空間S中，再連通至該低壓海水蒸發室1之內部。
該滲壓槽3可設置於該設置空間S中並鄰近於該泵浦2，該滲壓槽3中設有一半滲透膜31，以將該滲壓槽3內部分隔成一低濃度區32及一高濃度區33。在本實施例中，該滲壓槽3之低濃度區32可連接一第三管體4c，該第三管體4c向淺層海域Z3延伸，以將淺層海域Z3中相對高溫(約15℃)且濃度較低的海水引接入該滲壓槽3之低濃度區32中；其中，該第三管體4c較佳可於該設置空間S中，延伸至鄰近於該第二管體4b處，令部分之第三管體4c可與部分之第二管體4b相鄰設置，使該第二管體4b與第三管體4c可進行熱交換，以「預熱」該第二管體4b中的低溫海水。
該滲壓槽3之高濃度區33則可由一第四管體4d連通該低壓海水蒸發室1，令該低壓海水蒸發室1中的高濃度海水能夠流入該滲壓槽3之高濃度區33中；又，該滲壓槽3之高濃度區33另連接一第五管體4e，該第五管體4e可向上延伸預設高度(較佳可使垂直高度達200公尺以上)後再向下延伸至連通該泵浦2並對應至該泵浦2之葉片，使該第五管體4e可概呈倒U形，最後由一第六管體4f延接於該泵浦2並向中層海域Z2延伸。
請參閱第1圖，本發明實施時，在作動之初，需額外提供動力使該泵浦2作動，以透過該第一管體4a，從深層海域Z1中抽取相對低溫且濃度較高的海水，並透過該第二管體4b導送至該低壓海水蒸發室1中儲放；其中，該第二管體4b因流通低溫海水而使管壁呈低溫狀態。此外，由於該低壓海水蒸發室1係維持於低壓狀態，使得該低壓海水蒸發室1中的海水，可在升溫至20℃左右時即沸騰蒸發，當水蒸氣飄入該冷凝區12，可在碰到低溫的第二管體4b管壁時凝結成液態水，並由該引水板11導引收集，以從該出水口13取得純水。
另一方面，在該低壓海水蒸發室1中，因部分水氣蒸發而更提高濃度的海水，可經由該第四管體4d流入該滲壓槽3，並儲放於該滲壓槽3之高濃度區33中；該滲壓槽3之低濃度區32則透過該第三管體4c，向淺層海域Z3引接濃度較低的海水，使得分別存在於該低濃度區32及高濃度區33中的海水，可藉該半滲透膜31產生一滲透壓，迫使低濃度海水持續地向高濃度海水滲透，以稀釋該高濃度區33中的海水濃度，並使該高濃度區33中的海水，可在該第五管體4e中逐漸上升水位(約可上升200公尺左右)。
當水位上升至該第五管體4e之頂部後，該第五管體4e中的海水可隨即受重力作用而落下，將位能轉換成動能，沿該第五管體4e之導引而以強力的水柱衝擊該泵浦2中的葉片，以帶動該泵浦2之轉軸23快速轉動，使該泵浦2可產生吸力而透過該第一管體4a向深層海域Z1汲水，故即使不再對該泵浦2提供額外的動力，也能持續不斷地進行海水淡化的程序。
此外，該泵浦2快速轉動之轉軸23，亦可驅動該發電機5發電，以充分利用海水濃差所產生的位能，而該發電機5所製造的電能可被收集儲存，以供其他設備使用；而衝擊過該泵浦2之葉片的海水，則可繼續沿著該第六管體4f排放至中層海域Z2。其中，由於該第五管體4e及第六管體4f中的海水已被低濃度之海水稀釋過，使其濃度約降低至與中層海域Z2之海水濃度相近，故將該第五管體4e及第六管體4f中的海水排放至中層海域Z2中，也幾乎不會改變各海域原先的海水濃度，因此不會造成生態破壞的問題。
再者，該第三管體4c所引接之淺層海域Z3的海水，因溫度相對高於深層海域Z1之海水，因此可在該設置空間S中，透過熱交換預熱該第二管體4b中的低溫海水，使由該第二管體4b注入至該低壓海水蒸發室1中的海水得以提升溫度，從而能夠更快地在該低壓海水蒸發室1中達到沸點而沸騰蒸發，據以進一步地提升取得純水的效率。
綜上所述，本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，係可利用各層海域海水本身鹽分之濃度差，將位能轉換成動能以驅動泵浦抽取海水，故幾乎不必再額外提供能源，該濃差驅動式海水淡化裝置即可持續進行海水淡化程序，具有節省能源成本之功效。
本發明之濃差驅動式海水淡化裝置，係可將淡化後鹽分濃度含量高之剩餘海水，排回鹽分濃度含量相近的海域中，以避免造成海洋生態之問題。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．低壓海水蒸發室
11．．．引水板
12．．．冷凝區
13．．．出水口
2．．．泵浦
21．．．汲水口
22．．．排水口
23．．．轉軸
3．．．滲壓槽
31．．．半滲透膜
32．．．低濃度區
33．．．高濃度區
4．．．管體
4a．．．第一管體
4b．．．第二管體
4c．．．第三管體
4d．．．第四管體
4e．．．第五管體
4f．．．第六管體
5．．．發電機
S．．．設置空間
Z1．．．深層海域
Z2．．．中層海域
Z3．．．淺層海域
第1圖：本發明較佳實施例之裝置架構示意圖。
第2圖：第1圖之局部放大示意圖。
1．．．低壓海水蒸發室
11．．．引水板
12．．．冷凝區
13．．．出水口
2．．．泵浦
21．．．汲水口
22．．．排水口
3．．．滲壓槽
31．．．半滲透膜
32．．．低濃度區
33．．．高濃度區
4．．．管體
4a．．．第一管體
4b．．．第二管體
4c．．．第三管體
4d．．．第四管體
4e．．．第五管體
4f．．．第六管體
S．．．設置空間
Z1．．．深層海域
Z2．．．中層海域
Z3．．．淺層海域
Claims (8)
- 一種濃差驅動式海水淡化裝置，包含：一低壓海水蒸發室，內部設有一引水板，該引水板至該低壓海水蒸發室之頂部形成一冷凝區；一泵浦，具有一汲水口、一排水口、一轉軸以及環繞設置於該轉軸周緣之數個葉片，該泵浦之汲水口連接一延伸至深層海域之第一管體，該泵浦之排水口連接一第二管體，該第二管體貫穿該低壓海水蒸發室之冷凝區，並連通至該低壓海水蒸發室之內部；及一滲壓槽，設有一半滲透膜以將該滲壓槽之內部分隔成一低濃度區及一高濃度區，該低濃度區連接一向淺層海域延伸之第三管體，該高濃度區則由一第四管體連通該低壓海水蒸發室，該高濃度區另連接一第五管體，該第五管體具有預設高度並連通對應至該泵浦之葉片，一第六管體延接於該泵浦並向中層海域延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該低壓海水蒸發室設置於海平面以上的地面，該泵浦及滲壓槽設置於該低壓海水蒸發室底下之一設置空間中。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該泵浦設置於對應至中層海域的位置，該滲壓槽鄰近於該泵浦。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，部分之該第三管體與部分之第二管體相鄰設置。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該第五管體呈倒U形。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，另設有一發電機，該發電機與該泵浦共軸。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該引水板具有斜度，以便導引在該冷凝區中凝結的水。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之濃差驅動式海水淡化裝置，其中，該低壓海水蒸發室設有一對應至該引水板之出水口。
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| TW201326056A TW201326056A (zh) | 2013-07-01 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI348994B (en) * | 2008-11-28 | 2011-09-21 | Kobelco Eco Solutions Co Ltd | Method and apparatus for generating fresh water, and method and apparatus for desalinating sea water |
-
2011
- 2011-12-19 TW TW100147175A patent/TWI410377B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI348994B (en) * | 2008-11-28 | 2011-09-21 | Kobelco Eco Solutions Co Ltd | Method and apparatus for generating fresh water, and method and apparatus for desalinating sea water |
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