CN110818166A - 一种连续对海水冷冻进行海水淡化的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，包括制冰部、蒸发部、斯特林制冷机、淡水池以及控制部，冷端管路通向制冰室，热端管路分别通向蒸发部、第一融冰室、第二融冰室；制冰室包含第一冰板、制冷件，制冷件设置在第一冰板的一侧并与冷端管路连通，制冰驱动机构用于驱动第一冰板水平移动，第一融冰室包含第二冰板、第一散热件，第一散热件设置在第二冰板的一侧并与热端管路连通，第一融冰驱动机构用于驱动第二冰板水平移动，控制部控制第一融冰驱动机构、制冰驱动机构以及第二融冰驱动机构分别驱动第一融冰室中的第二冰板、制冰室中的第一冰板向制冰室、第二融冰室水平移动，制冰室和第二融冰室同时进行制冰和融冰。

Description

一种连续对海水冷冻进行海水淡化的装置

技术领域

本发明属于制冷领域，具体涉及一种连续对海水冷冻进行海水淡化的装置。

背景技术

水一直是人类赖以生存的资源，随着地球上人类的数量越来越多，加上工业的不断发展所造成的对环境的污染越来越严重，导致淡水资源变得越来越匮乏，解决淡水问题已经上升到了国家战略问题。尤其是在中东地区，淡水资源就显得更加匮乏，而中东地区有较为丰富的太阳能和海水，将两者结合起来，一方面能够很好地解决淡水资源的问题，另一方面也可以减少燃料的使用，从而减少对环境污染。

如今在在海水淡化方面采用较多的方法主要包括两种，一种是通过对海水进行加热产生水蒸汽再对水蒸汽获得淡水，热量的提供有太阳能聚焦、蒸汽压缩以及热泵等方法。

另外一种是通过对海水进行冷冻制冰，再对冰块进行融化获得淡水。根据溶液热力学知识，利用冷冻法对海水进行结晶时，可以自动将海水中的杂质排除在外，保持冰晶的纯净，最后通过对冰晶进行洗涤和融化之后就能够得到清洁的淡水，而且还能避免设备的结垢。

目前，对海水进行冷冻制冰的装置不多，而使用斯特林制冷机进行海水淡化的技术还不成熟。

发明内容

本发明旨在发明一种利用太阳能驱动的基于斯特林制冷机的可连续的海水制冰及海水淡化装置，用于解决地区的淡水资源问题。

本发明通过利用斯特林制冷机冷端来提供冷源及热端来提供热源的可连续的海水制冰及海水淡化装置。

本发明提供了一种连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，具有这样的特征，包括制冰部，具有沿水平依次相邻设置第一融冰室、制冰室、第二融冰室；蒸发部；斯特林制冷机，具有冷头和热端换热器，与冷头换热的冷端管路通向制冰室，与热端换热器换热的热端管路分别通向蒸发部、第一融冰室、第二融冰室；淡水池，通过管道收集第一融冰室、第二融冰室和蒸发部中产生的淡水；以及控制部，包括多个分别设置在冷端管路和热端管路中的控制阀和泵，其中，制冰室包含制冰池、第一冰板、制冷件、制冰驱动机构，第一冰板水平设置在制冰池中，制冷件设置在第一冰板的一侧并与冷端管路连通，制冰驱动机构用于驱动第一冰板水平移动，第一融冰室包含第一融冰池、第二冰板、第一散热件、第一融冰驱动机构，第二冰板水平设置在第一融冰池中，第一散热件设置在第二冰板的一侧并与热端管路连通，第一融冰驱动机构用于驱动第二冰板水平移动，第二融冰室包含第二融冰池、第二散热件、第二融冰驱动机构，第二散热件与热端管路连通且与第一散热件高度相同，第二融冰驱动机构用于驱动第一冰板水平移动，控制部分别控制控制阀和泵的开合，制冰室和第一融冰室同时进行制冰和融冰后，控制部控制第一融冰驱动机构、制冰驱动机构以及第二融冰驱动机构分别驱动第一融冰室中的第二冰板、制冰室中的第一冰板向制冰室、第二融冰室水平移动，制冰室和第二融冰室同时进行制冰和融冰。

在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一融冰室和第二融冰室均具有两个抬升件，两个抬升件分别设置在第一冰板或第二冰板下部的两端，分别用于抬升第一冰板或第二冰板的一端。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冰池的两端壁上分别水平设置有与第一冰板相对应的运输口，运输口中设置有挡水轴，挡水轴中设置有与第一冰板对应的贯通口。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一散热件多个串联连通的U形管，U形管内采用加热后的海水作为热源。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冷件包括多个并联设置的U形管，制冷件采用乙二醇作为载冷剂。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，太阳能电池板提供斯特林制冷机运行需要的电能。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，一端与海洋连通的热端管路依次与热端换热器、蒸发部、第一回热器换热后连通海洋。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冰板的一侧设置有带斜角的小凹槽，用于把循环海水留在板上制冰，另一侧设置有多个小凹槽。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，蒸发部包括蒸发室、集水池、喷淋管，蒸发室外表面设置有吸热材料，集水池、喷淋管分别设置在蒸发室内，喷淋管设置在集水池的下部且位于热端管路的上部，喷淋管通过管道依次连通第一回热器、喷淋泵和海洋，喷淋管对蒸发室内的热端管路进行喷淋，集水池收集蒸发室内产生的冷凝水，并通过管道将冷凝水输送到淡水池中。

另外，在本发明提供的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一融冰室或第二融冰室在融冰开始前，通过管道使用来自淡水池的淡水对第一冰板或第二冰板进行冲洗，冲洗结束后废水通过管道排向海洋。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，因为采用斯特林制冷机制冷，斯特林制冷机的制冷剂无相变且无污染，不受中低温制冷剂条件的限制，斯特林制冷机热端温度可以达到70℃；能量利用率较高，斯特林制冷机的冷量和热量均被完全使用。

另外，制冰与蒸馏同时进行；制冰的连续性好，不需要停机进行人工取冰。

进一步地，本发明采用制冰板制冰可以在板被腐蚀后方便更换。

附图说明

图1是本发明的实施例中装置结构示意图；

图2是本发明的实施例中的制冰室及融冰室布置示意图；

图3是本发明实施例中的制冰室示意图；

图4是本发明实施例中的融冰室示意图；

图5是本发明的实施例中的制冰板示意图；

图6是本发明的实施例中的挡水轴示意图；

图7是本发明的实施例中的传动轴示意图；

图8是本发明的实施例中的洗涤水管示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置作具体阐述。

实施例

本发明的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置是基于斯特林制冷机的可连续的海水制冰及海水淡化装置。

如图1所示，连续对海水冷冻进行海水淡化的装置包括融冰室12、融冰室38、制冰室39、淡水箱15、蒸发室18、斯特林制冷机32。

如图2所示，融冰室12、制冰室39、融冰室38依次沿水平相邻设置，融冰室12、融冰室38分别位于制冰室39的两端。

如图3、图4、图5所示，制冰室39包括水平设置的制冰板40。

冷冻管路603设置在制冰板40的外侧，与冷冻管路603并排设置有三根传动轴605，如图7所示，传动轴605表面沿轴向设置有多个凸起小块，制冰板40与传动轴605接触的一侧设置有多个与凸起小块相配的凹形小槽，凹形小槽与传动轴605上的凸起小块相锲合，传动轴605通过电机驱动并带动制冰板40移动，锲合的小槽和小块可以减少传动轴与板之间的摩擦。

制冰板40的另一侧设置有多个带斜角的小凹槽401，带斜角的小凹槽401可以增大与海水接触面积的同时，把循环海水留在板上制冰。

如图5所示的制冰板40和融冰板36一侧带有斜角的小凹槽，带斜角的小凹槽可以增大与海水接触面积的同时，把循环海水留在板上制冰。另一侧也布有多个小凹槽，能够与传动轴605上的凸起小块进行锲合，可以提高传动质量的同时减少摩擦损失。

如图7所示的传动轴605和705两侧布有凸起小块，凸起小块能够与制冰板和融冰板上的小凹槽相锲合。

传动轴605和传动轴705通过电机驱动并带动制冰板40和融冰板36传动，锲合的小凹槽和小凸块可以减少传动轴与板之间的摩擦。

与制冰板40一侧接触的冷冻管路603呈U形，可以使制冰板40的温度更为均匀，冷冻管路603下方布有带保温材料的冷冻管道支撑架604，避免冷冻管道603冷量散失的同时还可以对冷冻管道603进行支撑，冷冻管路603中充满载冷剂乙二醇，冷冻管路603并联设置与乙二醇循环管路5连通，乙二醇循环管路5与斯特林制冷机32的冷端交换热量，乙二醇通过泵6提供动力在冷冻管路603和乙二醇循环管路5中循环。

融冰室12的结构与设置和融冰室38相同。

融冰室38包括水平设置的融冰板36，融冰室38中间还布有如图8所示的洗涤水管道709，洗涤水管道709上设置有多个喷洗水口710。融冰室12与融冰室38中的洗涤水管道709分别通过水管81与淡水箱15连通，水管81上分别设置有阀门13和阀门14。

如图8所示的洗涤水管道709上布有喷洗涤水口710，洗涤水通过洗涤水管道709上的喷洗涤水口710以喷雾状的形式喷向下融冰板36或融冰板11，洗涤冰表面的海水。

融冰板36和制冰板40的结构相同，但融冰板36在传动侧只在中间布有一根传动轴705，两侧布有抬升装置706，支撑轴703，排洗涤水支架702和排淡水支架707，排洗涤水支架702下方设有排洗涤水口701，排淡水支架707下方设有排淡水口708，排淡水口708与淡水箱15相连。

融冰板36在传动侧还布有多组U形热水管道704，可以使融冰板36的温度更为均匀，融冰室12的热水管道704串联连接后与热端管路90连通，融冰室38的热水管道704串联连接后与热端管路90连通，热端管路90上分别设置有阀门8、阀门34，热端管路90与斯特林制冷机32的热端交换热量。

如图1、图3所示，制冰室39具有与海水1连通的管道。制冰时，制冰室39中的海水由管道中的泵3提供动力经过阀门43和循环泵46，在制冰室39一侧的海水进入口607进入，此时关闭阀门42并且打开阀门44，同时两侧挡水板上的如图6所示的挡水轴602旋转以关闭运输口601，挡水轴602上设置有制冰板40对应的贯通口6021，避免海水的泄漏，让海水以0.1m/s的速度在制冰板40上流过，一部分海水会被留在板上的带斜角小凹槽以及板上结冰，另一部分海水进入海水通过阀门44进入储液箱45中，通过循环泵46提供动力使海水在制冰室39和储液箱45中循环，当海水浓度过高时，打开阀门42并关闭阀门44，使海水通过阀门42先进入换热器4对新进入的热海水进行预热，然后再排向海洋1。

制冰结束后，先把海水通过海水排出口606排出，然后旋转挡水轴602，使挡水轴602上的贯通槽与运输口601连通，通过传动轴605上的凸起小块与制冰板40一侧的凹形小槽相锲合，制冰板40被传动轴605缓慢传动，先通过一侧挡水板上的运输口601和挡水轴602上的贯通槽离开制冰室39，然后再进入一侧的融冰室12融冰。

此时另一侧融冰室38的融冰板36会被传动轴705缓慢地传动，先离开融冰室38，然后再通过制冰室39另一侧的挡水板上的运输口601和挡水轴602上的贯通槽进入制冰室39进行制冰，此时原来的制冰板40被切换成融冰板11，原来的融冰板36被切换成制冰板40，而融冰室38没有融冰板，直到下一次制冰结束后，制冰板40被再次传动回融冰室38融冰，融冰板11被传动回制冰室39制冰，而此时融冰室12没有融冰板，如此来回循环。

融冰时，采用少量的淡水对冰块进行洗涤，即洗涤水的实质是少量的淡水，洗涤水通过洗涤水管道709中的喷洗涤水口710向融冰板36进行喷淋，洗涤结晶表面的海水，海水被清洗后，远离排洗涤水口701的抬升装置706会升高，在排洗涤水支架702的支撑下，融冰板36会向排洗涤水口701倾斜，把洗涤后的洗涤水和海水一并排入排洗涤水口701，随后打开阀门9或阀门35对废水进行排放。

而在融冰结束后，远离排淡水口708的抬升装置706会升高，在排淡水口支架707的支撑下，融冰板36会向排淡水口708倾斜，把融化后的淡水排入排淡水口708进行淡水收集，收集到的淡水分别通过泵10和泵37提供动力进入淡水箱15进行储存。

在需要融冰时，会根据需要工作的融冰室打开相应的阀门，如当融冰板11在在融冰室12中融冰，则打开阀门8为融冰室12中的热水管道704提供热水，同时关闭阀门34和阀门23，而当融冰板36在融冰室38中融冰时，则打开阀门34为融冰室38中的热水管道704提供热水，同时关闭阀门8和23，热海水为制冰板11或制冰板36提供热量后，从热水管道704中分别通过管道7和管道2排向海洋1。

由于制冰时海水量较多，融冰时没有海水，因此融冰速度会比制冰速度要快，因此在不需要融冰时，阀门23打开，斯特林制冷机32热端与蒸汽盘管22连通，同时关闭阀门8和阀门34。

蒸发室18外层涂满黑色吸热材料，下方布有S形的蒸发盘管22，中间布有海水喷淋管道19，上方布有冷凝器17，冷凝器17下方设有淡水收集管道16，淡水收集管道16与淡水箱15相连，蒸发室18底部还布有排水阀21。在蒸发室运行时，打开阀门25和26，海水通过泵28提供动力，海水在进入蒸发室18前与蒸发盘管22中的海水在回热器20中进行换热，使余热更充分地利用，海水通过海水喷淋管道19上的小孔向蒸发盘管22喷淋，在太阳光的照射下和蒸发管道22的加热下海水蒸发变成水蒸汽，水蒸气在冷凝器17中冷凝成淡水，通过淡水收集管16收集到淡水箱15中，多余的海水通过蒸发室18下方的排水阀21进行排放。

与斯特林制冷机32的热端交换热量的热端管路82一端连通海水1，海水1通过泵31提供动力进入斯特林制冷机热端进行热量交换，另一端依次连通泵33、阀门23、蒸发室18中的蒸发盘管22、换热器20后连通海水1。

斯特林制冷机32采用太阳能板24进行供电，太阳能板24与蓄电池27相连使蓄电池27进行蓄电，直流电在流向斯特林制冷机32前会经过逆变器29转变成220V50Hz的交流电信号30。

基于斯特林制冷机的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，可以对海水进行持续的制冰以及淡化，不需要停机进行人工制冰，也充分利用了剩余能量，而且在中东地区一年四季都有丰富的太阳能，进一步提高了能源的利用率。

本发明的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，海水1从海水运输管路进入并与排出管路中的海水在换热器中进行换热预冷，在制冰时，海水1由泵提供动力，在制冰室一侧的海水进入口进入，并关闭海水排出侧的阀门，同时两侧挡水板上的挡水轴旋转以关闭运输口，避免海水的泄漏，当海水灌满制冰室时，关闭入口侧阀门，此时海水被完全封闭制冰室中制冰。制冰板由冷冻管道提供冷量，冷冻管道中的乙二醇在斯特林制冷机冷端和制冰室中进行循环，经过30分钟的结冰后，打开排出侧的阀门把海水排掉，然后转动挡水轴打开运输口，制冰板通过传动管路被传动的一侧的融冰室中进行洗涤融冰，另一侧融冰室中的融冰板通过传动管路被传动到制冰室中继续制冰，融冰板变成了制冰板，而进入融冰室中的制冰板变成了融冰板，融冰板在进入融冰室后，洗涤水通过洗涤水管道下侧的喷洗涤水口对融冰板进行喷淋，在喷淋5秒后，远离排洗涤水口侧的抬升装置会上升，在排洗涤水口支架和抬升装置的作用下，下方的融冰板会向排洗涤水口倾斜一定的角度，把洗涤水和海水一并排入排洗涤水口中，然后热水管道会与斯特林制冷机的热端相连接，海水通过斯特林制冷机热端吸取热量后给融冰板提供热量，从而融化冰晶，同时被吸收热量后的海水会在另一侧排出。在加热10分钟后，远离排淡水口的抬升装置会上升，在排淡水支架的支撑下融冰板会向排淡水口倾斜一定的角度，把淡水排入排淡水口中进行收集，与此同时，热水管道与斯特林制冷机的热端直接的阀门会关闭，而斯特林制冷机的热端会与蒸发室中的蒸发盘管相连通，为蒸发室提供热量。海水同时从海水喷淋管道进入蒸发室中进行蒸馏，在海水进入蒸发室前，海水会与蒸发盘管中排出的海水进行换热预热，海水通过海水喷淋管道中的小孔向蒸发盘管进行喷淋并被蒸发成水蒸汽，水蒸气在冷凝器中冷凝成淡水，淡水通过冷凝器下方的淡水收集管流进淡水箱进行收集，多余的海水通过蒸发室下方的排出阀排出。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，因为采用斯特林制冷机制冷，斯特林制冷机的制冷剂无相变且无污染，不受中低温制冷剂条件的限制，斯特林制冷机热端温度可以达到70℃；能量利用率较高，斯特林制冷机的冷量和热量均被完全使用。

另外，制冰与蒸馏同时进行；制冰的连续性好，不需要停机进行人工取冰。

进一步地，本发明采用制冰板制冰可以在板被腐蚀后方便更换。

进一步地，实施例冷冻管道中采用乙二醇，在管道中不会产生水垢。

进一步地，实施例采用太阳能电池板驱动斯特林制冷机，能很好解决中东地区缺乏电网的限制。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于，包括：

制冰部，具有沿水平依次相邻设置第一融冰室、制冰室、第二融冰室；

蒸发部；

斯特林制冷机，具有冷头和热端换热器，与所述冷头换热的冷端管路通向所述制冰室，与所述热端换热器换热的热端管路分别通向所述蒸发部、所述第一融冰室、所述第二融冰室；

淡水池，通过管道收集所述第一融冰室、所述第二融冰室和所述蒸发部中产生的淡水；以及

控制部，包括多个分别设置在所述冷端管路和所述热端管路中的控制阀和泵，

其中，所述制冰室包含制冰池、第一冰板、制冷件、制冰驱动机构，

所述第一冰板水平设置在所述制冰池中，所述制冷件设置在所述第一冰板的一侧并与所述冷端管路连通，所述制冰驱动机构用于驱动所述第一冰板水平移动，

所述第一融冰室包含第一融冰池、第二冰板、第一散热件、第一融冰驱动机构，

所述第二冰板水平设置在所述第一融冰池中，所述第一散热件设置在所述第二冰板的一侧并与所述热端管路连通，所述第一融冰驱动机构用于驱动所述第二冰板水平移动，

所述第二融冰室包含第二融冰池、第二散热件、第二融冰驱动机构，

所述第二散热件与所述热端管路连通且与所述第一散热件高度相同，所述第二融冰驱动机构用于驱动所述第一冰板水平移动，

所述控制部分别控制所述控制阀和所述泵的开合，所述制冰室和所述第一融冰室同时进行制冰和融冰后，所述控制部控制所述第一融冰驱动机构、所述制冰驱动机构以及第二融冰驱动机构分别驱动所述第一融冰室中的所述第二冰板、所述制冰室中的所述第一冰板向所述制冰室、所述第二融冰室水平移动，所述制冰室和所述第二融冰室同时进行制冰和融冰。

2.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述第一融冰室和所述第二融冰室均具有两个抬升件，

两个所述抬升件分别设置在所述第一冰板或所述第二冰板下部的两端，分别用于抬升所述第一冰板或所述第二冰板的一端。

3.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述制冰池的两端壁上分别水平设置有与所述第一冰板相对应的运输口，

所述运输口中设置有挡水轴，所述挡水轴中设置有与所述第一冰板对应的贯通口。

4.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述第一散热件多个串联连通的U形管，所述U形管内采用加热后的海水作为热源。

5.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述制冷件包括多个并联设置的U形管，所述制冷件采用乙二醇作为载冷剂。

6.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，太阳能电池板提供所述斯特林制冷机运行需要的电能。

7.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，一端与海洋连通的所述热端管路依次与所述热端换热器、蒸发部、第一回热器换热后连通海洋。

8.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述制冰板的两侧分别设置有多个凹槽。

9.根据权利要求7所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述蒸发部包括蒸发室、集水池、喷淋管，

所述蒸发室外表面设置有吸热材料，所述集水池、所述喷淋管分别设置在所述蒸发室内，

所述喷淋管设置在所述集水池的下部且位于所述热端管路的上部，所述喷淋管通过管道依次连通所述第一回热器、喷淋泵和海洋，

所述喷淋管对所述蒸发室内的所述热端管路进行喷淋，

所述集水池收集所述蒸发室内产生的冷凝水，并通过管道将冷凝水输送到所述淡水池中。

10.根据权利要求1所述的连续对海水冷冻进行海水淡化的装置，其特征在于：

其中，所述第一融冰室或所述第二融冰室在融冰开始前，通过管道使用来自所述淡水池的淡水对所述第一冰板或所述第二冰板进行冲洗，冲洗结束后废水通过管道排向海洋。

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