專利名稱：濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于淡化海水的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法及裝置。
背景技術(shù)：
全球日益嚴(yán)重的淡水短缺，已經(jīng)成為威脅人類生存和制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重問題。 海水淡化作為水資源的開源增量技術(shù)，成為解決這一危機(jī)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(gè)國(guó)家通過海水淡化來獲取淡水。國(guó)內(nèi)外海水淡化方法有幾十種，但實(shí)際采用的主要是蒸餾法(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(zhuǎn)化成的熱能或電能，淡水生產(chǎn)成本和操作技術(shù)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(jìn)行間接熱交換使海水冷凍結(jié)冰)和直接冷凍法(冷凍劑或冷媒與海水直接接觸使海水結(jié)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(shí)際工程中較多采用直接冷凍法。根據(jù)冷凍劑的不同， 直接冷凍法分為冷媒直接接觸法和真空蒸發(fā)式直接冷凍法。冷媒直接接觸法通常以不溶于水且沸點(diǎn)接近于海水冰點(diǎn)的正丁烷作為冷凍劑，將其與海水混合后冷凍獲取冰，冰融化后得到淡水。在循環(huán)過程中系統(tǒng)必需嚴(yán)格密封且水體不可避免會(huì)受到正丁烷的污染。真空蒸發(fā)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。三者主要的不同在于蒸汽移去的方式不同，但均需采用額外的設(shè)備來處理蒸發(fā)冷凍過程中產(chǎn)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(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種方法簡(jiǎn)便、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作的濕度差驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)冷凍海水淡化方法及裝置。技術(shù)方案本發(fā)明濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法，包括如下步驟
a、從設(shè)置的蒸發(fā)冷凍室頂部進(jìn)水口注入0°C的海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口位置處，打開啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門，制冷系統(tǒng)中的0°C制冷氣流通過風(fēng)機(jī)抽入氣流循環(huán)管路，進(jìn)入氣流循環(huán)管路的制冷氣流經(jīng)第一熱交換器后從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室內(nèi)，進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室內(nèi)的制冷氣流經(jīng)海水表面后從蒸發(fā)冷凍室氣流出口進(jìn)入氣流循環(huán)管路，依次經(jīng)第一熱交換器、膜除濕器和第二熱交換器、風(fēng)機(jī)和第一熱交換器再進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室內(nèi)，如此不斷循環(huán)，與此同時(shí)，向與第二熱交換器相連的海水冷卻管路中通入海水，對(duì)蒸發(fā)冷凍室氣流出口內(nèi)的氣流進(jìn)行冷卻；
b、當(dāng)蒸發(fā)冷凍室內(nèi)的海水表面結(jié)冰厚達(dá)3cm時(shí)，打開冰體排放口的閥門，將結(jié)冰體排出后，關(guān)閉冰體排放口的閥門，經(jīng)蒸發(fā)冷凍室頂部的進(jìn)水口補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口處，關(guān)閉頂部的進(jìn)水口的閥門；
C、重復(fù)步驟a和b，每重復(fù)步驟a和b 3 5次后，經(jīng)濃縮海水排放閥門排出部份被濃縮后的海水，同時(shí)經(jīng)蒸發(fā)冷凍室頂部的進(jìn)水口補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口處；d、將排出的結(jié)冰體匯集融化后得到淡水。當(dāng)0°C制冷氣流從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口進(jìn)入20 60分鐘后，關(guān)閉啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門，停止進(jìn)入0°c制冷氣流。本發(fā)明的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化裝置，包括蒸發(fā)冷凍室、連接在蒸發(fā)冷凍室側(cè)壁和頂部的蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)、出口，蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)、出口經(jīng)管路連通，構(gòu)成氣流循環(huán)管路，氣流循環(huán)管路并行連接有第一熱交換器，經(jīng)第一熱交換器的出氣管路上串連有膜除濕器、第二熱交換器，第二熱交換器上連有與出氣管路并連的海水冷卻管路；經(jīng)第一熱交換器的入氣管路上連有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的入口處設(shè)有啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門，所述的蒸發(fā)冷凍室的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口，底部設(shè)有濃縮海水排放閥門，蒸發(fā)冷凍室的外側(cè)壁上設(shè)有由閥門控制的冰體排放口，冰體排放口的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口的孔位。所述冰體排放口的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口孔位的距離為5 15cm。有益效果本發(fā)明以濕度差驅(qū)動(dòng)的蒸發(fā)冷凍海水淡化，整個(gè)淡化過程為在0°C臨界或接近0°c臨界條件下，干燥冷氣流通過海水表面時(shí)，海水由于蒸發(fā)而發(fā)生凍結(jié)，通過對(duì)冷凍得到的冰晶進(jìn)行融化分離得到淡水。系統(tǒng)在循環(huán)過程中，氣流在加濕后，在蒸發(fā)冷凍室外部通過換熱裝置進(jìn)行升溫與降溫，通過膜除濕器進(jìn)行除濕，最終獲得初始狀態(tài)的干燥冷氣流。在此過程中，利用維持蒸發(fā)冷凍臨界溫度向外界排出的熱量對(duì)氣流進(jìn)行除濕和升溫； 利用融化冰晶的冷量對(duì)氣流進(jìn)行降溫處理。該淡化過程是將空氣作為媒介，避免了使用制冷劑可能引起的對(duì)淡水污染和對(duì)環(huán)境的破壞問題，彌補(bǔ)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(fā)潛熱吸收海水溶液熱量使海水凍結(jié)，在o°c條件下海水的凝固熱約為334kJ/kg，蒸發(fā)潛熱為2501kJ/kg，蒸發(fā)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(duì)能源的消耗；蒸發(fā)冷凍過程不需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，無需解決抽真空帶來的問題，減少了設(shè)備的初投資，降低了操作的技術(shù)要求。主要優(yōu)點(diǎn)是完全利用自然工質(zhì)，對(duì)水體沒有污染；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需在真空下操作，能耗低，可成為淡水短缺地區(qū)一種理想的淡水獲取途徑。


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-蒸發(fā)冷凍室，2-第一熱交換器，4-第二熱交換器，3-膜除濕器，5-風(fēng)機(jī)， 6-啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門，7-濃縮海水排放閥門，8-冰體排放口，9-蒸發(fā)冷凍室氣流出口， 10-進(jìn)水口，11-蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口，12-海水冷卻管路。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法首先從設(shè)置的蒸發(fā)冷凍室1頂部進(jìn)水口 10注入0°C的海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11位置處，打開啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門6， 制冷系統(tǒng)中的0°C制冷氣流通過風(fēng)機(jī)5抽入氣流循環(huán)管路，進(jìn)入氣流循環(huán)管路的制冷氣流經(jīng)第一熱交換器2后從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室1內(nèi)，當(dāng)0°C制冷氣流從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11進(jìn)入20 60分鐘后，關(guān)閉啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門6，停止進(jìn)入0°C制冷氣流。進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室1內(nèi)的制冷氣流經(jīng)海水表面在濕度差的作用下，海水表面部分水蒸發(fā)吸熱，而使剩余部分海水凍結(jié)，然后得到加濕的制冷氣流從蒸發(fā)冷凍室氣流出口 9進(jìn)入氣流循環(huán)管路，依次經(jīng)第一熱交換器2、膜除濕器3和第二熱交換器4、風(fēng)機(jī)5和第一熱交換器2再進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室1內(nèi)，如此不斷循環(huán)，與此同時(shí)，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(duì)蒸發(fā)冷凍室氣流出口內(nèi)的氣流進(jìn)行冷卻；當(dāng)蒸發(fā)冷凍室1內(nèi)的海水表面結(jié)冰厚達(dá)3cm時(shí)，打開冰體排放口 8的閥門，將結(jié)冰體排出后，關(guān)閉冰體排放口 8的閥門，經(jīng)蒸發(fā)冷凍室1頂部的進(jìn)水口 10補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11入口處，關(guān)閉頂部的進(jìn)水口 10的閥門；重復(fù)上述步驟，每重復(fù)步驟3 5次后，打開濃縮海水排放閥門7 排出部份被濃縮后的海水，同時(shí)經(jīng)蒸發(fā)冷凍室1頂部的進(jìn)水口 10補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11入口處；將排出的結(jié)冰體匯集融化后得到淡水。 實(shí)現(xiàn)上述方法的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化裝置，如圖1所示，主要由蒸發(fā)冷凍室1、第一熱交換器2、第二熱交換器4、膜除濕器3、風(fēng)機(jī)5和海水冷卻管路12構(gòu)成， 蒸發(fā)冷凍室1的頂部分別設(shè)有補(bǔ)充海水的進(jìn)水口 10和蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11，蒸發(fā)冷凍室1的兩側(cè)壁上分別設(shè)有冰體排放口 8和蒸發(fā)冷凍室氣流出口 9，蒸發(fā)冷凍室1的底部設(shè)有濃縮海水排放閥門7，連接風(fēng)機(jī)5的管路上設(shè)有啟動(dòng)系統(tǒng)接入閥門6。連接在蒸發(fā)冷凍室 1側(cè)壁和頂部的蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)、出口 11、9經(jīng)管路連通，構(gòu)成氣流循環(huán)管路，氣流循環(huán)管路并行連接有第一熱交換器2，經(jīng)第一熱交換器2的出氣管路上串連有膜除濕器3、第二熱交換器4，第二熱交換器4上連有與出氣管路并連的海水冷卻管路12 ；經(jīng)第一熱交換器2的入氣管路上連有風(fēng)機(jī)5，風(fēng)機(jī)5的入口處設(shè)有啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門6，所述的蒸發(fā)冷凍室1 的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口 10，底部設(shè)有濃縮海水排放閥門7，蒸發(fā)冷凍室1的外側(cè)壁上設(shè)有由閥門控制的冰體排放口 8，冰體排放口 8的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11的孔位，所述冰體排放口 8的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 11孔位的距離為5 15cm。
權(quán)利要求
1.一種濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法，其特征在于包括如下步驟a、從設(shè)置的蒸發(fā)冷凍室(1)頂部進(jìn)水口(10)注入0°C的海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口 (11)位置處，打開啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門(6)，制冷系統(tǒng)中的0°C制冷氣流通過風(fēng)機(jī)(5)抽入氣流循環(huán)管路，進(jìn)入氣流循環(huán)管路的制冷氣流經(jīng)第一熱交換器(2)后從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室(1)內(nèi)，進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室(1)內(nèi)的制冷氣流經(jīng)海水表面后從蒸發(fā)冷凍室氣流出口(9)進(jìn)入氣流循環(huán)管路，依次經(jīng)第一熱交換器(2)、膜除濕器(3)和第二熱交換器(4)、風(fēng)機(jī)(5)和第一熱交換器(2)再進(jìn)入蒸發(fā)冷凍室(1)內(nèi)，如此不斷循環(huán)，與此同時(shí)， 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(duì)蒸發(fā)冷凍室氣流出口內(nèi)的氣流進(jìn)行冷卻；b、當(dāng)蒸發(fā)冷凍室(1)內(nèi)的海水表面結(jié)冰厚達(dá)3cm時(shí)，打開冰體排放口(8)的閥門，將結(jié)冰體排出后，關(guān)閉冰體排放口(8)的閥門，經(jīng)蒸發(fā)冷凍室(1)頂部的進(jìn)水口(10)補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)處，關(guān)閉頂部的進(jìn)水口(10)的閥門；C、重復(fù)步驟a和b，每重復(fù)步驟a和b 3 5次后，經(jīng)濃縮海水排放閥門(7)排出部份被濃縮后的海水，同時(shí)經(jīng)蒸發(fā)冷凍室(1)頂部的進(jìn)水口(10)補(bǔ)入海水至蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)處；d、將排出的結(jié)冰體匯集融化后得到淡水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法，其特征在于當(dāng)0°C 制冷氣流從蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)進(jìn)入20 60分鐘后，關(guān)閉啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門(6)， 停止進(jìn)入0°C制冷氣流。
3.一種實(shí)現(xiàn)上述方法的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化裝置，其特征在于它包括蒸發(fā)冷凍室(1)、連接在蒸發(fā)冷凍室(1)側(cè)壁和頂部的蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)、出口(11、9)，蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)、出口(11、9)經(jīng)管路連通，構(gòu)成氣流循環(huán)管路，氣流循環(huán)管路并行連接有第一熱交換器(2)，經(jīng)第一熱交換器(2)的出氣管路上串連有膜除濕器(3)、第二熱交換器 (4)，第二熱交換器(4)上連有與出氣管路并連的海水冷卻管路(12)；經(jīng)第一熱交換器(2) 的入氣管路上連有風(fēng)機(jī)(5)，風(fēng)機(jī)(5)的入口處設(shè)有啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的閥門(6)，所述的蒸發(fā)冷凍室(1)的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口( 10)，底部設(shè)有濃縮海水排放閥門(7)，蒸發(fā)冷凍室(1) 的外側(cè)壁上設(shè)有由閥門控制的冰體排放口(8)，冰體排放口(8)的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)的孔位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3要求所述的濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化裝置，其特征在于 所述冰體排放口(8)的孔位低于蒸發(fā)冷凍室氣流進(jìn)口(11)孔位的距離為5 15cm。
全文摘要
一種濕度差驅(qū)動(dòng)下的蒸發(fā)冷凍海水淡化方法及裝置，在0℃環(huán)境下，干燥冷氣流通過海水表面時(shí)，表面部分海水蒸發(fā)吸收熱量，剩余海水由于釋放出熱量而凍結(jié)，通過對(duì)冷凍的冰晶進(jìn)行融化分離得到淡水。該淡化過程將空氣作為媒介，避免了使用化工制冷劑可能引起的對(duì)淡水污染和對(duì)環(huán)境的破壞問題，彌補(bǔ)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(fā)潛熱吸收海水溶液熱量使海水凍結(jié)，不需要消耗外部能量，減少了對(duì)能源的消耗；蒸發(fā)冷凍過程不需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，無需解決抽真空帶來的問題，減少了設(shè)備的初投資，降低了操作的技術(shù)要求。
文檔編號(hào)C02F1/22GK102432081SQ20111035098
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者高蓬輝 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)