交替凍結海水淡化法的製作方法

2023-05-22 19:51:36 2

專利名稱：交替凍結海水淡化法的製作方法
技術領域：
本發明屬於從海水中提取淡水的一種方法。並屬於海水淡化技術中的冷凍法，而且屬於其中的間接冷凍法。
現有的海水淡化技術，主要有減壓蒸餾法、逆滲透法、冷凍法、電滲析法等，都存在著耗費能量大、耗費材料多的問題，成本過高，只能在特別缺乏淡水的場合使用。有關的專業書籍中的計算指出，從含鹽3.4％、溫度25℃的海水中提取一噸淡水，理論的能耗率為每噸1.41千瓦時，實際能耗率為上述值的幾倍到幾十倍。目前已用於實際的各種海水淡化方法互相比較，能耗率較低的，材料耗費特別高，總成本比較接近。但實際應用中從海水中提取的淡水數量很小。本發明所歸類的「間接冷凍法」，其能耗在已有技術中是較低的，但有重大技術難題仍沒有克服，這些難題是1.要從換熱面上取下冰晶，這樣做極易損壞設備。2.需要很大的換熱面積，換熱效率低，佔用設備昂貴。而解決第二個問題的任何措施，都不利於取下和運走冰晶，因此無法解決上述技術難題。
本發明的目的是解決上述技術難題，使屬於間接冷凍法的交替凍結海水淡化法成為最好的海水淡化方法，能耗率在當前各種海水淡化法中最低，材料耗費很低，總成本最低，便於大規模應用。
本發明的要點，可概括為一句根本不取下冰晶，讓凍結的冰晶在原來位置融化成淡水，再作為產品取出。具體來說如下一，使用交替壓縮式制冷機。這種制冷機是專為本方法設計的。二，採用細而且直的工業純鐵管作為換熱管，在水換熱箱中高密度地排列。
本發明的優點是一，杜絕了取下和運走冰晶時對設備的損壞，免去了所耗費的運送能量。二，由於不需要取下和運走冰晶，設備可大大簡化，並可採用工藝很簡單的細直純鐵管，高密度排列，換熱效率大大提高，而設備成本反而降低了。三，在每一個生產環節，都非常節約地回收冷能源，以降低總的生產成本率和能耗率。
本發明的說明書附圖中，對本發明的最佳實施例作了示意的表達。(有許多按常規必須安裝的泵和閥，在圖中都省略了。附圖只重點示意本發明的構思。)

圖1是「交替壓縮式制冷機的結構示意」。本發明必須採用它。它使用氨作為製冷工質。這種制冷機的基本特點是一，製冷工質不是循環流動，而是氣態的製冷工質在A換熱部和B換熱部之間往返流動。二，壓縮或旋轉的方向是交替轉換的，A換熱部和B換熱部二者之一吸熱，另一部就排熱。下一行程，方向轉換，吸熱的換成排熱的，排熱的換成吸熱的。
在這個最佳實施例中，交替壓縮式制冷機使用直流電機作為動力，使用較高壓的直流電作為電源。這是考慮到經常換向時要便於回收電能。
每當剛換向時，暫不需開動螺旋推進壓縮器。比如在正向旋轉快開始時，A、B氣室通向螺旋推進壓縮器的閥門仍關閉著。此時A氣室的氣壓高於B氣室，B-A組閥門被控制而關閉。打開A-B組閥門，氨氣從A氣室通過並推動A-B渦輪機而進入B氣室，這樣A-B渦輪機得到動力而旋轉，可把這動力傳出，發出電能，送回電源，這是回收能量的一個方法。然後就出現了A、B氣室氣壓基本相等的情況，這時打開A、B氣室通向螺旋推進壓縮器的雙向閥門，開動螺旋推進壓縮器，使之正向旋轉。這樣A氣室的氨氣氣壓減小到一個規定值，反之B氣室氣壓增高到一個規定值。
當下一個製冷行程開始後，出現跟上述完全對稱的過程，與上述的過程相比，A和B互換，螺旋推進壓縮器是反向旋轉，但其餘是相同的。
換熱管系中的換熱管排列在水換熱箱中，可以用壁厚0.1毫米、內經0.8毫米的純鐵管，各換熱管中心之間的平均距離為1.55毫米，正三角排列。
採用本發明從海水中提取淡水，就是要採用交替壓縮式制冷機及一些輔助設備。
圖2是「交替凍結海水淡化法的水和空氣流的流程示意。」圖2和以下的交替凍結海水淡化法的工作過程的表達，就是對於本發明的最佳實施例的表達。
交替凍結海水淡化法的工作過程如下準備條件1.有著足夠使用的海水，假定含鹽率3.5％(平均含鹽率)。2.各種圖2中所提到的設備和未提到的常規設備，還有動力設備和電源條件。3.臨近起動時，要準備出稍超過半個水換熱箱容積的、合乎粗製淡水的產品質量要求的、溫度約0℃的粗製淡水，裝在淡水貯存箱中備用，這將在起動過程中使用。
其工作過程，開始是起動過程，然後是連續生產過程。敘述如下起動過程第一步，從海中吸取的海水(本文中簡稱為「粗海水」)，分成兩部分，分別送往預冷制冷機的排水箱和排冷水箱。把含有廢熱的海水排回海中，得到冷海水(溫度約-1.5℃)。
第二步，冷海水分兩部分輸往交替壓縮式制冷機的A部水換熱箱和B部水換熱箱(簡稱A部和B部)，選擇B部冷海水作為冷卻液，吸收製冷工質的熱量後，帶著廢熱排回海中。A部冷海水凍結成冰。輸送和排放B部海水的速度很快，以提供充足的冷源。同時放慢螺旋壓縮器的轉速，延長此行程的維持時間。而預冷制冷機卻要加強運轉。假定在這行程中交替壓縮制冷機的運行旋轉方向為正向。
第三步，在上述行程結速後，壓縮製冷暫停。這時，A部的結冰量大致達到淡水回收率的要求(約佔A部水換熱箱容積的一半，結成了冰晶，包裹在換熱管上)。然後把剩餘的冷的濃海水(約-4℃，含鹽7％)輸往預冷制冷機，作為對粗海水預冷的冷卻液。同時B部的水換熱箱內換上-1.5℃的冷海水。
如果工作條件差，還要另外採用一些簡單方法，才可以順利完成起動過程。那些方法在此省略。(本說明書所說的預冷制冷機，可以是一個綜合的系統。但是簡稱為預冷制冷機。它的工作目標是提供-1.5℃的冷海水，並儘量利用工作過程中產生的冷能量，以及產品中的多餘冷能)。
第四步，然後用壓縮空氣流對A部的冰稍加衝刷，衝去過多的粘附在冰上的濃海水。
第五步，然後用預先準備的粗製淡水(0℃)填滿A部水換熱箱。(此舉是為提高換熱效率，充分利用冷能)。
第六步，然後繼續進行壓縮製冷。由於交替壓縮制冷機的工作特性，冷卻的部位與剛才恰恰相反。B部水換熱箱內的冷海水結冰，A部水換熱箱內的冰受熱融化。這一冷卻行程結束後，壓縮製冷又暫停。
此時，起動過程結束，連續生產過程開始，後者只能緊接前者而繼續進行。緊接著，連續生產過程開始。
連續生產過程第一步，A部水換熱箱排出粗製淡水，數量有一個水換熱箱的容積。其中一半作為產品，送往用戶，另一半備用於下一行程填滿水換熱箱。
由於換熱管很細，毛細作用相對強，要用壓縮空氣流高速推動附著在換熱管上的水，以克服毛細作用力。然後形成高速水流，在壓縮空氣泵中再回收動能。如此才能順利排出一個水換熱箱容積的淡水。(在生產過程中，如果氣體和液體的動能便於回收，都要儘量回收)。還有其它技術訣竅，可用於解決上述的水換熱箱全部排水的技術問題。在此省略了。
除此之外，還有少量的多餘廢熱，要依靠淡水貯存箱中的付制冷機，把這少量的多餘廢熱排出到海中去，使淡水貯存箱中的水溫始終保持接近0℃，不會持續升高。這樣才可保證連續生產過程正常地持續下去。(這部分廢熱，大約每公斤產品淡水有2.2千卡，大約佔交替壓縮制冷機的製冷量的2.65％。此廢熱的溫度大約0℃)。
第二步，B部排出濃海水(-4℃，含鹽的7％)往預冷制冷機的冷凝管換熱箱，作為對粗海水預冷的冷源。同時，A部的水換熱箱內換上整箱的冷海水。此時B部水換熱箱內已有約52％容積為冰所佔據。
第三步，然後執行起動過程的第四、第五步驟，但是A部換成了B部。
第四步，然後繼續壓縮製冷，冷卻部位與剛才恰恰相反，A部的冷海水結冰，B部的冰受熱融化，這一冷卻行程結束時，壓縮製冷又暫停。
第五步，然後重複連續生產過程的第一步。但A部換成了B部；再重複連續生產過程的第二步，B部換成了A部。再重複連續生產過程的第三步，但B部又換成了A部。再繼續壓縮製冷，冷卻部位與剛才恰恰相反，B部的冷海水結冰，A部的冰受熱融化。然後重複連續生產過程的第五步，但其部位與前四步相同，與第五步相反。如此，連續生產過程照上述的規則和順序重複和反覆地維持進行。每個製冷周期中，含有兩個行程，A部和B部交替地產生淡水。每個行程中都有半個水換熱箱容積的淡水被生產。連續生產過程的所有狀態逐漸正常。
這樣生產的淡水，是溫度在0℃的粗製淡水。如果嫌它含鹽量不夠低，可以進行精製。
按以上方法生產的，無論是粗製淡水還是精製淡水，從交替壓縮式制冷機的水換熱箱作為產品輸出時，水溫都在0℃左右。這是一個可利用的冷源，將其輸往「預冷制冷機」，作為冷卻液，可把原始的較高溫海水，冷卻到0℃左右，而且能耗很低。從理論上說，這不算製冷，只是熱量的交換，沒有熵的變化。對此我已有大幅度節能的設想。(在此省略)。
這些淡水的冷能源非常可觀。當淡水的冷能用盡後，其溫度略同於粗海水，也作為產品輸往用戶。作為最終產品的淡水，有冷的和不冷的兩類。冷的淡水可用作用戶的空調用冷源，也可作為海水溫差發電設備的冷源。不冷的淡水，較適合直接用於農業和用於生活。
使用本發明從海水中提取淡水的設備，如果設在某些地點，經濟效益格外好。遠洋漁船和各種海船，沿海沙漠地帶，都是很適用這種設備的。估計與現在的間接冷凍法的海水淡化方法的最好水平相比，本發明的方法節約用電超過四分之三，節約材料消耗的比率更高。應該立刻切實地完成試驗，然後推廣應用。
權利要求
1.一種從海水中提取淡水的方法。其特徵在於，使用交替壓縮式制冷機，這種制冷機的特點是換熱部分分為兩部分，排熱和吸熱在這兩部分交替進行。
2.使海水凍結，以提取淡水的方法。其海水凍結後的冰晶，不需移動，在原位置融化成淡水。
全文摘要
本發明屬於從海水中提取淡水的一種方法。是用間接冷凍法從海水中提取淡水的一種新方法。關鍵是採用「交替壓縮式制冷機」,製冷工質往返流動,並且不需要移動凍結的冰晶。這種制冷機內部分為A、B兩部分,每部分的排熱和吸熱交替進行,海水結冰,以及冰的融化也在A、B部交替進行。此方法杜絕了冰晶剝離和輸送時對設備的損壞,提高了換熱效率,節約能源,簡化設備和工藝,大大降低海水淡化的成本,使海水淡化成為可以大量應用的實用方法。
文檔編號C02F1/22GK1198407SQ97106409
公開日1998年11月11日 申請日期1997年5月7日 優先權日1997年5月7日
發明者譚建白 申請人:譚建白