海水真空制淡及製冷（冰）一體化技術及裝置的製作方法

2023-07-07 01:52:06

本發明屬於海水淡化以及新型製冷技術領域，尤其是一種能同時實現海水真空制淡及製冷（冰）一體化技術及裝置。

背景技術：

近年來隨著資源短缺和環境惡化日趨嚴重，人們愈加重視資源的合理綜合利用和節能環保技術研究開發和應用。由於淡水資源的短缺和分布不均勻，全球都在研究高效節能的海水淡化技術，目前多數仍採用熱源或電能做為輔助能源，能效還有待進一步提高；製冷技術由於氟利昂具有的臭氧破壞和溫室效應後果，所以近四十年來全世界都在研究環保節能的新型製冷劑替代技術，但是至今仍是花樣百出、莫衷一是的局面，尚未能找出公認的技術方案。

目前國內外關於海水淡化和製冷技術分別申請或公開了很多專利，也公開發表了大量科技文章，但是都是分別單獨針對海水淡化或製冷技術，至今尚沒檢索到類同本專利的能同時實現海水制淡及製冷（冰）一體化技術思路或裝置。

相關專利，如CN 102620462A（熱源驅動的真空製冷系統），採用離心渦輪向心渦輪和工作氣體驅動形成抽吸作用，由於渦輪的真空形成能力有限，很難達到實現真空蒸發製冷所要求小於1000Pa。再如CN 1019703596A（閃蒸冷凝一體化海水淡化裝置）是利用海洋溫差實現海水閃蒸和冷凝，從而實現海水淡化，並沒有提及製冷技術問題。

本專利提出的實現制淡及製冷（冰）一體化技術思路，具有很強的可行性和前瞻性，相信不久將來將會成為研究熱點之一。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種海水真空制淡及製冷（冰）一體化技術及裝置，可以實現一機多用，機組功率可大可小，尤其是在同時有制淡和製冷需求的海洋船舶上有著明顯的優點。綜合利用海水的三相點原理，採用無公害的海水做為製冷劑，實現水真空蒸發製冷（冰），與傳統製冷技術相比，具有明顯的技術和環保優勢，減少環境汙染和節約能源，在提倡節能環保的今天具有重要意義。

真空罐內海水由於氣壓不斷降低而不斷沸騰，水蒸氣不斷被真空泵抽送進入凝汽器凝結成淡水，實現海水淡化的目的；真空罐底部由於熱量被蒸汽帶走而溫度不斷下降，通過製冷劑循環泵持續送往冷量輸出及交換系統，實現了輸出冷量——製冷技術；如果真空罐壓力低於水的三相點壓力611Pa，就能使得真空罐底部海水結出冰晶，實現製冰晶目的。

為了完成上述發明目的，本發明的總體技術方案是：一種海水真空制淡及製冷（冰）一體化技術及裝置，主要由淡水儲存櫃、冷卻水盤管、淡水凝水器、真空泵、換熱器出口溫度傳感器、真空壓力傳感器、真空罐、用戶端換熱器、製冷劑換熱器、載冷劑循環泵、換熱器進口溫度傳感器、電控三通閥、載冷劑流量計、鹽度計、滷水櫃、製冷劑循環泵、高低水位傳感器、海水補水櫃、電控截止閥、水霧噴管等部件通過管路或電路連接組成；

所述的真空泵連接真空罐和真空罐壓力傳感器，加上水霧噴管等部件通過管路或電路連接組成製冷系統；由凝水器、冷卻水盤管和淡水儲存櫃等部件通過管路連接組成凝水系統；由製冷劑循環泵、製冷劑換熱器、用戶端換熱器、載冷劑循環泵等部件通過管路連接組成冷量輸出及交換系統；

利用真空罐中海水不斷蒸發換熱，實現真空罐下方海水是冷的乃至結成冰晶，通過製冷劑循環泵源源不斷送往冷量輸出及交換系統，從而實現用戶端供冷或獲取冰晶；為保持系統持續正常運行，水蒸氣必須及時採用真空泵抽送到凝水系統，並及時冷凝成水進入淡水儲存櫃。

本專利所述的裝置中與鹽分、液位、溫度、壓力傳感器相連接的控制單元根據傳感器獲取的鹽分液位溫度壓力等信息，對系統中的各個電磁閥、水泵和真空泵等的起停進行順序控制，順序控制還包括系統能量調節、安全保護等。

附圖說明

圖1是本發明海水真空制淡及製冷（冰）一體化技術及裝置的連接關係圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

參見圖1本發明的連接關係圖，主要由淡水儲存櫃（1）、冷卻水盤管（2）、淡水凝水器（3）、真空泵（4）、換熱器出口溫度傳感器（5）、真空壓力傳感器（6）、真空罐（7）、用戶端換熱器（8）、製冷劑換熱器（9）、載冷劑循環泵（10）、換熱器進口溫度傳感器（11）、電控三通閥（12）、載冷劑流量計（13）、鹽度計（14）、滷水櫃（15）、製冷劑循環泵（16）、高低水位傳感器（17）、海水補水櫃（18）、電控截止閥（19）、水霧噴管（20）等部件通過管路或電路連接組成。這些部件可以構成以下三個系統：製冷系統、凝水系統和冷量輸出及交換系統。

製冷系統由真空泵（4）連接真空罐（7）和真空罐壓力傳感器（6），加上水霧噴管（20）等部件通過管路或電路連接組成；由凝水器（3）、冷卻水盤管（2）和淡水儲存櫃（1）等部件通過管路連接組成凝水系統；由製冷劑循環泵（16）、製冷劑換熱器（9）、用戶端換熱器（8）、載冷劑循環泵（10）等部件通過管路連接組成冷量輸出及交換系統。

開機時，真空罐壓力傳感器（6）和真空罐高低水位傳感器（17）首先自檢，要求檢測到真空罐（7）氣壓介於1個大氣壓和800Pa之間，且水位介於高低水位之間；然後，真空泵（4）開始工作，對真空罐（7）進行抽真空到1500Pa左右時，製冷劑循環泵（16）也開始工作，使得真空罐（7）底部水經過製冷劑換熱器（9）和水霧噴管（16）等部件，源源不斷實現循環。不久後，載冷劑循環泵（10）也開始運轉，把冷量輸送給用戶端換熱器（8），實現用戶供冷。

在實現製冷循環的同時，由於凝水系統中不斷有淡水生成進入淡水儲存櫃（1）——實現海水制淡，使得真空罐（7）中海水高度降低且鹽分濃度不斷升高，當達到設定的濃度值，鹽度計（14）發出信號使得電控三通閥（12）導通，濃鹽水部分排入滷水櫃（15），同時電控截止閥（19）打開使海水補水櫃（18）海水進入真空罐（7），達到高低水位傳感器（17）的高位停止。

在工作過程中，真空罐（7）內氣壓不斷下降的同時水分不斷汽化成為蒸汽，罐內水溫也下降到預期的溫度及其對應的飽和氣壓，如空調水5℃對應飽和氣壓872Pa。如果要獲得冰晶0℃以下，則對應飽和氣壓611Pa以下，且循環水需要採用防凍液體或添加抗凝劑。

本發明的裝置採用環保且價格低廉的工質——海水，可以替代傳統的氟利昂製冷技術，同時實現海水制淡，做到一機兩用且機組可大可小，適用於海邊地區或海洋船舶上，在當今提倡節能環保的背景下，技術和市場前景廣闊。

最後所應說明的是：以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。