溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法及裝置的製作方法

2023-05-22 19:45:01 1

專利名稱：溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化技術領域，尤其是一種適用於淡化海水的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法及裝置。
背景技術：
全球日益嚴重的淡水短缺，已經成為威脅人類生存和制約經濟發展的嚴重問題。 海水淡化作為水資源的開源增量技術，成為解決這一危機的重要途徑。目前，全球已有海水淡化廠1. 5萬多座，超過120個國家通過海水淡化來獲取淡水。國內外海水淡化方法有幾十種，但實際採用的主要是蒸餾法(包括閃蒸和低溫蒸餾)、反滲透法、冷凍法。蒸餾法和反滲透法均需要消耗大量的由石油、天然氣或煤轉化成的熱能或電能，淡水生產成本和操作技術要求較高。冷凍法分為間接冷凍法(利用低溫冷凍劑與海水進行間接熱交換使海水冷凍結冰)和直接冷凍法(冷凍劑或冷媒與海水直接接觸使海水結冰)。間接冷凍法傳熱效率低且需要較大的傳熱面積，因此，在實際工程中較多採用直接冷凍法。根據冷凍劑的不同， 直接冷凍法分為冷媒直接接觸法和真空蒸髮式直接冷凍法。冷媒直接接觸法通常以不溶於水且沸點接近於海水冰點的正丁烷作為冷凍劑，將其與海水混合後冷凍獲取冰，冰融化後得到淡水。在循環過程中系統必需嚴格密封且水體不可避免會受到正丁烷的汙染。真空蒸髮式直接冷凍淡化方法中典型的有真空冷凍蒸汽壓縮法、真空冷凍蒸汽吸收法和真空冷凍氣相冷凝法。三者主要的不同在於蒸汽移去的方式不同，但均需採用額外的設備來處理蒸發冷凍過程中產生的水蒸汽，且淡化過程中真空的維持增大了初投資和電能的耗費。

發明內容
技術問題本發明的目的是提出一種方法簡便、裝置結構簡單、易操作的溼度差驅動蒸發冷凍海水淡化方法及裝置。技術方案本發明溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法，包括如下步驟
a、從設置的蒸發冷凍室頂部進水口注入0°C的海水至蒸發冷凍室氣流進口位置處，打開啟動製冷系統的閥門，製冷系統中的0°C製冷氣流通過風機抽入氣流循環管路，進入氣流循環管路的製冷氣流經第一熱交換器後從蒸發冷凍室氣流進口進入蒸發冷凍室內，進入蒸發冷凍室內的製冷氣流經海水表面後從蒸發冷凍室氣流出口進入氣流循環管路，依次經第一熱交換器、膜除溼器和第二熱交換器、風機和第一熱交換器再進入蒸發冷凍室內，如此不斷循環，與此同時，向與第二熱交換器相連的海水冷卻管路中通入海水，對蒸發冷凍室氣流出口內的氣流進行冷卻；
b、當蒸發冷凍室內的海水表面結冰厚達3cm時，打開冰體排放口的閥門，將結冰體排出後，關閉冰體排放口的閥門，經蒸發冷凍室頂部的進水口補入海水至蒸發冷凍室氣流進口處，關閉頂部的進水口的閥門；
C、重複步驟a和b，每重複步驟a和b 3 5次後，經濃縮海水排放閥門排出部份被濃縮後的海水，同時經蒸發冷凍室頂部的進水口補入海水至蒸發冷凍室氣流進口處；d、將排出的結冰體匯集融化後得到淡水。當0°C製冷氣流從蒸發冷凍室氣流進口進入20 60分鐘後，關閉啟動製冷系統的閥門，停止進入0°c製冷氣流。本發明的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化裝置，包括蒸發冷凍室、連接在蒸發冷凍室側壁和頂部的蒸發冷凍室氣流進、出口，蒸發冷凍室氣流進、出口經管路連通，構成氣流循環管路，氣流循環管路並行連接有第一熱交換器，經第一熱交換器的出氣管路上串連有膜除溼器、第二熱交換器，第二熱交換器上連有與出氣管路並連的海水冷卻管路；經第一熱交換器的入氣管路上連有風機，風機的入口處設有啟動製冷系統的閥門，所述的蒸發冷凍室的頂部設有海水進水口，底部設有濃縮海水排放閥門，蒸發冷凍室的外側壁上設有由閥門控制的冰體排放口，冰體排放口的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口的孔位。所述冰體排放口的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口孔位的距離為5 15cm。有益效果本發明以溼度差驅動的蒸發冷凍海水淡化，整個淡化過程為在0°C臨界或接近0°c臨界條件下，乾燥冷氣流通過海水表面時，海水由於蒸發而發生凍結，通過對冷凍得到的冰晶進行融化分離得到淡水。系統在循環過程中，氣流在加溼後，在蒸發冷凍室外部通過換熱裝置進行升溫與降溫，通過膜除溼器進行除溼，最終獲得初始狀態的乾燥冷氣流。在此過程中，利用維持蒸發冷凍臨界溫度向外界排出的熱量對氣流進行除溼和升溫； 利用融化冰晶的冷量對氣流進行降溫處理。該淡化過程是將空氣作為媒介，避免了使用製冷劑可能引起的對淡水汙染和對環境的破壞問題，彌補了冷媒直接接觸冷凍海水淡化方法存在的不足；利用水的蒸發潛熱吸收海水溶液熱量使海水凍結，在o°c條件下海水的凝固熱約為334kJ/kg，蒸發潛熱為2501kJ/kg，蒸發潛熱約為水凝固熱量的7倍，不需要消耗外部能量，從而減少了對能源的消耗；蒸發冷凍過程不需要在真空環境下進行，無需解決抽真空帶來的問題，減少了設備的初投資，降低了操作的技術要求。主要優點是完全利用自然工質，對水體沒有汙染；裝置結構簡單，無需在真空下操作，能耗低，可成為淡水短缺地區一種理想的淡水獲取途徑。


圖1是本發明的裝置結構示意圖。圖中1-蒸發冷凍室，2-第一熱交換器，4-第二熱交換器，3-膜除溼器，5-風機， 6-啟動製冷系統的閥門，7-濃縮海水排放閥門，8-冰體排放口，9-蒸發冷凍室氣流出口， 10-進水口，11-蒸發冷凍室氣流進口，12-海水冷卻管路。
具體實施例方式本發明溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法首先從設置的蒸發冷凍室1頂部進水口 10注入0°C的海水至蒸發冷凍室氣流進口 11位置處，打開啟動製冷系統的閥門6， 製冷系統中的0°C製冷氣流通過風機5抽入氣流循環管路，進入氣流循環管路的製冷氣流經第一熱交換器2後從蒸發冷凍室氣流進口 11進入蒸發冷凍室1內，當0°C製冷氣流從蒸發冷凍室氣流進口 11進入20 60分鐘後，關閉啟動製冷系統的閥門6，停止進入0°C製冷氣流。進入蒸發冷凍室1內的製冷氣流經海水表面在溼度差的作用下，海水表面部分水蒸發吸熱，而使剩餘部分海水凍結，然後得到加溼的製冷氣流從蒸發冷凍室氣流出口 9進入氣流循環管路，依次經第一熱交換器2、膜除溼器3和第二熱交換器4、風機5和第一熱交換器2再進入蒸發冷凍室1內，如此不斷循環，與此同時，向與第二熱交換器4相連的海水冷卻管路12中通入海水，對蒸發冷凍室氣流出口內的氣流進行冷卻；當蒸發冷凍室1內的海水表面結冰厚達3cm時，打開冰體排放口 8的閥門，將結冰體排出後，關閉冰體排放口 8的閥門，經蒸發冷凍室1頂部的進水口 10補入海水至蒸發冷凍室氣流進口 11入口處，關閉頂部的進水口 10的閥門；重複上述步驟，每重複步驟3 5次後，打開濃縮海水排放閥門7 排出部份被濃縮後的海水，同時經蒸發冷凍室1頂部的進水口 10補入海水至蒸發冷凍室氣流進口 11入口處；將排出的結冰體匯集融化後得到淡水。 實現上述方法的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化裝置，如圖1所示，主要由蒸發冷凍室1、第一熱交換器2、第二熱交換器4、膜除溼器3、風機5和海水冷卻管路12構成， 蒸發冷凍室1的頂部分別設有補充海水的進水口 10和蒸發冷凍室氣流進口 11，蒸發冷凍室1的兩側壁上分別設有冰體排放口 8和蒸發冷凍室氣流出口 9，蒸發冷凍室1的底部設有濃縮海水排放閥門7，連接風機5的管路上設有啟動系統接入閥門6。連接在蒸發冷凍室 1側壁和頂部的蒸發冷凍室氣流進、出口 11、9經管路連通，構成氣流循環管路，氣流循環管路並行連接有第一熱交換器2，經第一熱交換器2的出氣管路上串連有膜除溼器3、第二熱交換器4，第二熱交換器4上連有與出氣管路並連的海水冷卻管路12 ；經第一熱交換器2的入氣管路上連有風機5，風機5的入口處設有啟動製冷系統的閥門6，所述的蒸發冷凍室1 的頂部設有海水進水口 10，底部設有濃縮海水排放閥門7，蒸發冷凍室1的外側壁上設有由閥門控制的冰體排放口 8，冰體排放口 8的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口 11的孔位，所述冰體排放口 8的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口 11孔位的距離為5 15cm。
權利要求
1.一種溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法，其特徵在於包括如下步驟a、從設置的蒸發冷凍室(1)頂部進水口(10)注入0°C的海水至蒸發冷凍室氣流進口 (11)位置處，打開啟動製冷系統的閥門(6)，製冷系統中的0°C製冷氣流通過風機(5)抽入氣流循環管路，進入氣流循環管路的製冷氣流經第一熱交換器(2)後從蒸發冷凍室氣流進口(11)進入蒸發冷凍室(1)內，進入蒸發冷凍室(1)內的製冷氣流經海水表面後從蒸發冷凍室氣流出口(9)進入氣流循環管路，依次經第一熱交換器(2)、膜除溼器(3)和第二熱交換器(4)、風機(5)和第一熱交換器(2)再進入蒸發冷凍室(1)內，如此不斷循環，與此同時， 向與第二熱交換器(4)相連的海水冷卻管路(12)中通入海水，對蒸發冷凍室氣流出口內的氣流進行冷卻；b、當蒸發冷凍室(1)內的海水表面結冰厚達3cm時，打開冰體排放口(8)的閥門，將結冰體排出後，關閉冰體排放口(8)的閥門，經蒸發冷凍室(1)頂部的進水口(10)補入海水至蒸發冷凍室氣流進口(11)處，關閉頂部的進水口(10)的閥門；C、重複步驟a和b，每重複步驟a和b 3 5次後，經濃縮海水排放閥門(7)排出部份被濃縮後的海水，同時經蒸發冷凍室(1)頂部的進水口(10)補入海水至蒸發冷凍室氣流進口(11)處；d、將排出的結冰體匯集融化後得到淡水。
2.根據權利要求1所述的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法，其特徵在於當0°C 製冷氣流從蒸發冷凍室氣流進口(11)進入20 60分鐘後，關閉啟動製冷系統的閥門(6)， 停止進入0°C製冷氣流。
3.一種實現上述方法的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化裝置，其特徵在於它包括蒸發冷凍室(1)、連接在蒸發冷凍室(1)側壁和頂部的蒸發冷凍室氣流進、出口(11、9)，蒸發冷凍室氣流進、出口(11、9)經管路連通，構成氣流循環管路，氣流循環管路並行連接有第一熱交換器(2)，經第一熱交換器(2)的出氣管路上串連有膜除溼器(3)、第二熱交換器 (4)，第二熱交換器(4)上連有與出氣管路並連的海水冷卻管路(12)；經第一熱交換器(2) 的入氣管路上連有風機(5)，風機(5)的入口處設有啟動製冷系統的閥門(6)，所述的蒸發冷凍室(1)的頂部設有海水進水口( 10)，底部設有濃縮海水排放閥門(7)，蒸發冷凍室(1) 的外側壁上設有由閥門控制的冰體排放口(8)，冰體排放口(8)的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口(11)的孔位。
4.根據權利要求3要求所述的溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化裝置，其特徵在於 所述冰體排放口(8)的孔位低於蒸發冷凍室氣流進口(11)孔位的距離為5 15cm。
全文摘要
一種溼度差驅動下的蒸發冷凍海水淡化方法及裝置，在0℃環境下，乾燥冷氣流通過海水表面時，表面部分海水蒸發吸收熱量，剩餘海水由於釋放出熱量而凍結，通過對冷凍的冰晶進行融化分離得到淡水。該淡化過程將空氣作為媒介，避免了使用化工製冷劑可能引起的對淡水汙染和對環境的破壞問題，彌補了冷媒直接接觸冷凍海水淡化方法存在的不足；利用水的蒸發潛熱吸收海水溶液熱量使海水凍結，不需要消耗外部能量，減少了對能源的消耗；蒸發冷凍過程不需要在真空環境下進行，無需解決抽真空帶來的問題，減少了設備的初投資，降低了操作的技術要求。
文檔編號C02F1/22GK102432081SQ20111035098
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者高蓬輝 申請人:中國礦業大學