專利名稱：采用連續(xù)螺旋狀半融冰雪移除系統(tǒng)的脫鹽方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脫鹽系統(tǒng)領(lǐng)域，并且尤其是涉及利用壓縮空氣能量系 統(tǒng)在結(jié)晶室底部產(chǎn)生冰/鹽水混合物的脫鹽方法和系統(tǒng)，其中，螺旋狀 的半融冰雪移除系統(tǒng)被設(shè)置成能夠連續(xù)地從結(jié)晶室移除冰粒。
背景技術(shù)：
在美國，通常大多數(shù)地區(qū)存在足夠多可供利用的新鮮飲用水源。 即使在供水不足的地區(qū)，人們也已經(jīng)努力將水從有可利用水的地方輸 送到需要水的地方。例如，相當(dāng)大量的水現(xiàn)在正從科羅拉多河(Colorado River)經(jīng)加利福尼亞輸水道(Califoria Aqueduct)輸送到人口眾多但干旱 的加利福尼亞南部(Southern California)地區(qū)，從而有充足的水可供 利用，這些水不但用于飲用目的，而且也用于農(nóng)業(yè)和灌溉。也存在其 它供應(yīng)和輸送水的方式，諸如通過公共設(shè)施和管道網(wǎng)，所述水包括來 自于湖泊、水庫、河流、冰川等的那些水。
然而，遍及該國家和世界也存在許多這樣的地理區(qū)域，在其中新 鮮飲用水不是可容易利用的，或者在其中不方便或不可能在控制成本 的基礎(chǔ)上將水輸送到需要水的地方。這些地區(qū)包括山區(qū)、農(nóng)村地區(qū)、 島嶼等?？拷T如在干性或干燥氣候中的海岸線也存在大的人口聚集 中心，在其中存在足夠多的海水，但可供利用的飲用水不足以供養(yǎng)人 □。
因此，過去已經(jīng)研發(fā)了用于從海水產(chǎn)生新鮮飲用水的脫鹽系統(tǒng)和 方法。任何脫鹽系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能夠從基礎(chǔ)水中分離出包含鹽和其它 雜質(zhì)的污染物，從而能夠產(chǎn)生新鮮的飲用水。為簡單起見，從此時開 始，術(shù)語"海水"將用于指任何需要凈化的污水，而不管水實際上是來自于海洋，還是來自于任何其它源頭的水。
當(dāng)前正在使用至少三種不同類型的脫鹽系統(tǒng)并獲得了不同程度的 成功，包括l)熱方法，該方法是利用熱或其它方式將海水轉(zhuǎn)化為水蒸 汽，諸如通過沸騰實現(xiàn)，2)膜處理方法，該方法是利用相對薄的可滲透 材料層分離水和鹽，以及3)冷凍結(jié)晶處理過程，該過程是利用凍結(jié)過 程和海水的相圖產(chǎn)生新鮮飲用水。
本發(fā)明與各種冷凍結(jié)晶處理過程一起使用。冷凍結(jié)晶處理過程與 其它過程的不同之處在于海水被置于冷卻溫度下，諸如通過制冷劑實 現(xiàn)，這引起海水凍結(jié)，其中，冷凍用于幫助形成由純水組成的固態(tài)冰 晶，所述固態(tài)冰晶能隨后與包含在殘留的基礎(chǔ)水中的鹽污染物分離。
然而，由于現(xiàn)有的脫鹽方法和系統(tǒng)具有缺點，因此需要高效且成 本有效的脫鹽系統(tǒng)來允許從海水中連續(xù)地產(chǎn)生新鮮的飲用水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明與采用壓縮空氣能量系統(tǒng)以凍結(jié)海水并在結(jié)晶室底部形成 似雪水的冰/鹽水混合物的脫鹽系統(tǒng)一起使用，容易連續(xù)地移除冰晶。 優(yōu)選地，所述脫鹽系統(tǒng)結(jié)合壓縮空氣能量系統(tǒng)，其中的壓縮空氣被釋 放以產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的冷空氣，所述冷空氣隨后能夠被引入結(jié)晶室內(nèi) 并用于速凍被噴入結(jié)晶室內(nèi)的海水液滴。并非如同過去的冷凍結(jié)晶方 法的情況一樣利用制冷劑來降低海水的溫度以進(jìn)行脫鹽，本發(fā)明優(yōu)選 采用從釋放和膨脹壓縮空氣能量得到的清潔冷空氣直接與海水液滴混 合以產(chǎn)生凍結(jié)的冰粒來進(jìn)行海水脫鹽。
脫鹽方法通常包括如下步驟
1、產(chǎn)生在低至大約-80攝氏度或-175華氏度的溫度且稍高于一個
大氣壓下的冷空氣的體積流，并將該冷空氣引入絕熱的結(jié)晶混合室內(nèi)。 可以通過采用渦輪膨脹機(jī)膨脹壓縮空氣而獲得該冷空氣，或者是通過
8渦輪膨脹機(jī)和連帶地產(chǎn)生電以及作為副產(chǎn)物的冷空氣的發(fā)電機(jī)而獲得該冷空氣。
2、 產(chǎn)生海水的體積流，所述海水能作為液滴云被噴入室內(nèi)并與冷空氣混合以導(dǎo)致海水液滴的溫度降低到或稍高于低共熔溫度，對于常
規(guī)海水，其為大約-21.2攝氏度或-6.2華氏度。在這個方面，所述系統(tǒng)能夠被設(shè)置成使海水在其被噴入所述室內(nèi)之前被預(yù)先冷卻，這能夠通過使海水流經(jīng)環(huán)繞結(jié)晶室的管道和/或空腔而實現(xiàn)，其中，室內(nèi)的低溫能夠用于在海水被引入所述室內(nèi)之前通過熱交換冷卻海水。
3、 當(dāng)海水液滴開始和冷空氣混合并由于熱交換而快速凍結(jié)時，純水的冰晶開始形成，所述冰晶開始與每個液滴周圍的鹽水溶液分離。隨著時間的過去，即在小于幾秒種內(nèi)，冰開始形成并與濃縮的鹽水分離，當(dāng)形成更多的冰時鹽水變得更加濃縮。這些局部凍結(jié)的冰粒隨后開始下落到室底部，在那里它們聚集以便形成冰/鹽水的半融冰雪混合物。
4、 所述系統(tǒng)優(yōu)選將半融冰雪混合物的溫度維持在稍高于低共熔溫度，使混合物保持濕的并且似雪水的，而且不凍結(jié)或形成鹽晶體。本發(fā)明被設(shè)計成連續(xù)地從結(jié)晶室的底部移除這種似雪水的冰/鹽水混合物，每次產(chǎn)生相當(dāng)大量的半融冰雪時，無需停止冷凍結(jié)晶處理。
本發(fā)明的脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選包括結(jié)晶混合室，其中，海水和冷空氣在所述室內(nèi)相互混合。海水優(yōu)選被加壓并通過一排噴嘴以形成海水液滴的噴霧。通過將冷空氣注入混合室內(nèi)，使海水液滴暴露到冷空氣中并被冷空氣循環(huán)，在每個液滴內(nèi)將開始形成冰晶。
為有效地控制室的溫度，室壁優(yōu)選設(shè)有環(huán)繞結(jié)晶室的管道和/或空腔，海水能夠經(jīng)過所述管道和/或空腔進(jìn)行分配。這有助于調(diào)節(jié)室的溫度，而且有助于在海水進(jìn)入所述室之前將海水預(yù)先冷卻到接近冷凍溫度，因此海水一旦進(jìn)入結(jié)晶室內(nèi)將較迅速地凍結(jié)。來自壓縮機(jī)的廢熱也能夠用于獲得相似的效果，即廢熱經(jīng)環(huán)繞結(jié)晶室的管道和/或空腔進(jìn)行分配，這有助于防止冰粒粘附并聚集到室壁上。這也作為一種熱交換器，使來自壓縮機(jī)的熱空氣在其被送往渦輪膨脹機(jī)并被膨脹以產(chǎn)生冷空氣之前被預(yù)先冷卻。
由于海水被冷卻到接近其低共熔溫度(大約-21.2攝氏度)并分離成固態(tài)冰(凍結(jié)的新鮮水)和液態(tài)鹽水(在水溶劑中具有高度濃縮的鹽溶質(zhì))而發(fā)生海水脫鹽，在此情形下，冰晶的形成迫使鹽水離開冰結(jié)構(gòu)。在這個方面，海水凍結(jié)優(yōu)選發(fā)生在兩個階段(l)通過環(huán)繞冷結(jié)晶壁的管道或空腔泵入的過濾的海水的冷卻(強(qiáng)冷卻作用)，以及(2)在海水液滴"飛"過室內(nèi)的冷空氣期間海水液滴的冷卻(在短暫的保留時間內(nèi)冷卻液滴)。
優(yōu)選以如下方式從室內(nèi)移除半融冰雪混合物
已經(jīng)研發(fā)出一種連續(xù)除冰系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了位于室底部能夠連續(xù)操作的水平定向的螺旋狀的葉片部件。該機(jī)構(gòu)具有葉片，所述葉片旋轉(zhuǎn)以引起在室底部形成的冰粒橫向行進(jìn)通過位于主室底部的出口室內(nèi)的開口。這需要冰粒形成更多的半融冰雪，而不是堅硬的冰塊，從而使它不粘附到葉片并能很容易被向側(cè)面推動。
本發(fā)明解決的一個問題是如何保持半融冰雪混合物連續(xù)地移動通過主室內(nèi)的開口，而同時維持主室內(nèi)的壓力以迫使所述半融冰雪離開。如果壓力施加到主室但所述主室未被密封，則空氣將容易通過開口，并且室內(nèi)的壓力將建立不起來。
按照如下方式解決該問題半融冰雪優(yōu)選被形成為使它實質(zhì)上是不透氣的，即半融冰雪優(yōu)選為濕的并且由微小的冰粒和附著到冰粒上的液態(tài)鹽水組成，以便形成類似半融冰雪的連貫性。以這種方式，當(dāng)半融冰雪在葉片的作用下被迫橫向朝向開口并且結(jié)晶室內(nèi)的空氣壓力增加時，所述半融冰雪將填充葉片內(nèi)的環(huán)形空間，從而當(dāng)半融冰雪通過時，所述半融冰雪將密封出口室并防止加壓空氣經(jīng)出口處排出。葉片也優(yōu)選環(huán)繞邊緣被密封并與所述出口室齊平，這能夠通過使用諸如由黃銅制成的密封壁而實現(xiàn)，所述密封壁與葉片齊平并且與葉片的外部形狀緊配合。以這種方式，通過用半融冰雪填充葉片以及其中的空隙或間隙，底部的出口室能夠有效地被密封，從而不用防止半融冰雪經(jīng)出口處排出。
本發(fā)明解決的另一問題涉及啟動階段，此時半融冰雪仍然不得不完全填充葉片，并且主室內(nèi)需要壓力以填充其中的空隙或間隙。該問題通過采用啟動構(gòu)型得以解決，所述啟動構(gòu)型開始于在其末端被密封的出口室，并且用于允許冰粒被移除的活板門關(guān)閉，但具有能允許被截留的空氣排出的小通風(fēng)孔。以這種方式，當(dāng)系統(tǒng)最初被打開時，主室內(nèi)的壓力能夠被增加并保持，足以使半融冰雪開始流動并填充葉片內(nèi)的空隙或間隙。接著， 一旦半融冰雪已填充空隙和間隙，即在開口周圍產(chǎn)生不透氣的屏障，則活板門能夠被打開，這允許冰粒開始通過出口處流出出口室，而同時半融冰雪保持在葉片周圍并被包裹在開口內(nèi)，以密封出口室。半融冰雪優(yōu)選防止空氣通過開口，而同時半融冰雪能夠橫向向下游移動通過出口室到達(dá)出口處，在那里，冰粒能夠下落到冰晶收集器內(nèi)和/或傳送帶上，冰晶在那里能夠被移除并允許融化。
側(cè)室優(yōu)選被設(shè)置成靠近主室，主室內(nèi)的冷空氣能夠經(jīng)所述側(cè)室排出。側(cè)室的構(gòu)型優(yōu)選導(dǎo)致冷空氣在主室底部拐彎，使空氣向側(cè)面行進(jìn)，并隨后向上通過側(cè)室并離開，而海水液滴則沉積在主室的底部。這種設(shè)置優(yōu)選導(dǎo)致小的海水液滴沉積到主室的底部上，這也有助于將更多的半融冰雪在橫向朝向開口向下推，并幫助防止空氣流干擾降落的液滴。
當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)并且半融冰雪橫向移動通過出口室時，鹽水優(yōu)選開始與冰粒分離，并且被允許聚集以及向下流動到位于出口室底部的排水管，所述排水管優(yōu)選位于開口的下游。葉片趨于打破冰形成物并便于鹽水溶液的排出。排水管的下游位置優(yōu)選確保液態(tài)鹽水不過早地與半融冰雪分離并排出半融冰雪，而是被允許混合并保持部分半融冰雪靠近主室的開口，在那里，所述半融冰雪保持為不透氣以密封開口。
當(dāng)葉片繼續(xù)移動半融冰雪通過出口室并朝向出口處并且越來越多的鹽水從半融冰雪混合物排出時，半融冰雪混合物優(yōu)選開始主要由純冰粒組成，同時具有少許微小的氣穴和氣泡，鹽水過去位于那里。也就是說，到半融冰雪一路移動到達(dá)出口處的時侯，混合物優(yōu)選幾乎為"千燥"的，具有很少或不具有與冰?；旌系囊簯B(tài)鹽水。此時，冰粒被葉片推動通過出口室，并且冰粒被允許通過活板門所處的出口處下落并進(jìn)入冰收集器內(nèi)或者下落到傳送帶上，所述傳送帶將冰粒輸送到它能夠融化以形成純水的地方。
由于冰團(tuán)由冰組成并因而是冷的，因此當(dāng)冰團(tuán)融化時所產(chǎn)生的新鮮水將是冷卻水。新鮮的冷卻水能夠從那里被分配用于飲用目的或者用于其它的目的，諸如被儲存起來以便以后被空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用。


圖1為本發(fā)明的連續(xù)除冰系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D，示出了右側(cè)的結(jié)晶室，所述結(jié)晶室具有用于噴射海水液滴的噴嘴和用于注入冷空氣的注
入口以及用于除冰的具有螺旋狀(helical screw-like)的葉片的連續(xù)旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸沿著底部水平地延伸通過下面的水平開口。
圖2為圖1的連續(xù)除冰系統(tǒng)的截面俯視圖，示出了渦輪壓縮機(jī)，所述渦輪壓縮機(jī)供給熱壓縮空氣通過圍繞主室延伸的管道，諸如圖5中所示的那些管道。
圖3為圖1的主室和葉片的截面圖，示出了將如何圍繞葉片形成沉積冰晶和濃縮鹽水的冰團(tuán)。注意鹽水本身由于重力而向下排到冰/半融冰雪堆的底部；
圖4示出了圖1的連續(xù)除冰系統(tǒng)的一種不同啟動構(gòu)型，所述系統(tǒng)沿著側(cè)面并在出口室末端具有用于葉片的黃銅密封壁。所述壁被設(shè)計 成與葉片齊平并且沿著葉片的長度與葉片緊配合，以便將空氣截留在 葉片周圍的出口室內(nèi)，而且在葉片的末端設(shè)置固體屏障。該實施例也 具有通風(fēng)孔(位于頂部)和活板門(顯示在底部)，所述通風(fēng)孔允許被截留 的空氣排出，所述活板門能夠在啟動階段保持關(guān)閉，如將討論的，但 它能夠在末端空間被填充后打開。所述系統(tǒng)也具有位于主室下游用于 移除鹽水的排水管；
圖5顯示出圖1的主室和側(cè)室的截面圖，具有圍繞其壁延伸的管 道和/或空腔，用于使海水和/或熱壓縮空氣循環(huán)通過室壁。
具體實施例方式
如圖1中所示，本發(fā)明的海水脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選包括一個隔熱的結(jié)晶 混合室1，其中，海水和冷空氣能在所述混合室內(nèi)混合。在圖1中未 按照比例顯示所述混合室1和側(cè)室42。下面將更加詳細(xì)地討論含有本 發(fā)明的半融冰雪移除系統(tǒng)的混合室1的下部。
在混合室1的頂部優(yōu)選具有噴嘴或一排噴嘴3，所述噴嘴能夠形成 噴入混合室1內(nèi)的海水液滴5的噴霧。所述噴嘴3優(yōu)選產(chǎn)生海水的體 積流，海水能夠作為液滴云5被噴入混合室1內(nèi)，如所顯示的。該脫 鹽系統(tǒng)優(yōu)選在海水通過噴嘴3進(jìn)入混合室1之前加壓并過濾海水。
優(yōu)選的實施例采用壓縮空氣能量系統(tǒng)來產(chǎn)生冷空氣，所述冷空氣 被引入混合室1內(nèi)并用于速凍液滴5。優(yōu)選在混合室1的頂部引入冷空 氣，從而使冷空氣與下降的海水液滴5相互作用，并優(yōu)選使液滴5的 溫度降低至或稍高于低共熔溫度，對于常規(guī)海水而言，低共熔溫度為 大約-21.2攝氏度或-6.2華氏度。如圖5中所示，冷空氣的體積流能優(yōu) 選在低至大約-80攝氏度或-175華氏度的溫度且稍高于l個大氣壓下從 上方的4處進(jìn)入混合室1。
能夠通過單獨(dú)采用渦輪壓縮機(jī)9壓縮空氣以及使渦輪膨脹機(jī)7膨脹壓縮空氣而產(chǎn)生冷空氣，或者與發(fā)電機(jī)一起使用同時產(chǎn)生電和作為 副產(chǎn)物的冷空氣。采用渦輪膨脹機(jī)7也能儲存并釋放壓縮空氣。不同 于在過去冷凍結(jié)晶方法的情況中采用制冷劑來降低海水溫度以用于脫 鹽目的，本發(fā)明利用從釋放并膨脹壓縮空氣能量得到的清潔冷空氣。 通過將冷空氣引入混合室1內(nèi)以使海水液滴5被暴露到冷空氣中并被
冷空氣循環(huán)，在每個液滴5內(nèi)將開始形成冰晶。
在這個方面，優(yōu)選預(yù)先確定每個海水液滴5的體積尺寸以及海水
和冷空氣的溫度以及混合室1的總尺寸和構(gòu)型。也優(yōu)選預(yù)先確定海水 噴霧和冷空氣被注入混合室1內(nèi)以及被混合的方式，以確保最終的混 合物快速達(dá)到為冷凍和脫鹽目的的最佳溫度。冷空氣能夠被向上注入 以產(chǎn)生逆流方案，或者被向下注入以產(chǎn)生共流方案，但優(yōu)選以與海水
液滴5相同的方向被向下注入，如圖5中所示。
為有效地控制混合室1的溫度，如圖5中所示的室壁11優(yōu)選被吸 入的熱海水和/或來自壓縮機(jī)9的熱壓縮空氣加熱，以防止冰聚集并粘 附在壁11上。除了為調(diào)節(jié)室壁11的溫度而發(fā)生的熱交換之外，當(dāng)吸入 的海水通過室壁時，如將被討論的，熱交換有助于在海水被噴入混合 室1內(nèi)之前預(yù)先冷卻海水，并且當(dāng)壓縮空氣被用于調(diào)節(jié)混合室的溫度 時，熱交換有助于在空氣被渦輪膨脹機(jī)7膨脹之前預(yù)先冷卻空氣。
優(yōu)選地，當(dāng)使用海水時，海水被過濾并被加壓以及隨后供入如圖5 中所示的管道15內(nèi)，在那里海水優(yōu)選被分配通過環(huán)繞結(jié)晶室1周邊的 管道13?？梢允褂霉艿?3，或者室壁11能夠被形成為具有位于中間 的空腔，諸如具有間隔物的雙壁系統(tǒng)。以這種方式，除了調(diào)節(jié)混合室l 的溫度之外，海水能通過熱傳遞而被預(yù)先冷卻，使它一旦進(jìn)入結(jié)晶室l 內(nèi)將更快凍結(jié)。優(yōu)選地，在海水進(jìn)入混合室1內(nèi)之前，海水的溫度可 以接近于凝固點或者甚至稍低于蒸餾水的凝固點(O攝氏度或32華氏 度)。來自壓縮機(jī)9的廢熱也可以用于獲得類似效果。也就是希望圍繞 結(jié)晶室1防止冰粒粘附并聚集到室壁11，并因此一種利用來自壓縮機(jī) 9的廢熱的方式是將熱壓縮空氣或由廢熱產(chǎn)生的熱水分配在環(huán)繞混合 室1延伸的管道13和/或空腔內(nèi)。這同樣作為一種熱交換器，從而使來
自壓縮機(jī)9的熱空氣能夠在它被送往渦輪膨脹機(jī)7之前被預(yù)先冷卻， 使由渦輪膨脹機(jī)7釋放的空氣能夠甚至更冷、更加有效。
熱傳遞導(dǎo)致熱的壓縮空氣到它通過環(huán)繞冷的主結(jié)晶室1的管道13 的時侯被冷卻。冷卻的壓縮空氣被渦輪膨脹機(jī)7膨脹以產(chǎn)生被引入主 室l內(nèi)的超級冷空氣。因此，空氣被加壓、冷卻以及通過渦輪膨脹機(jī)7 以便進(jìn)一步冷卻，從而存在超級冷空氣的連續(xù)流以冷凍主室1內(nèi)的海 水液滴5。這也能使壓縮空氣被儲存在管道內(nèi)，在實質(zhì)上"無罐"的系 統(tǒng)中。
海水和/或熱空氣的較高溫度有助于防止冰聚集在室壁上并調(diào)節(jié) 室內(nèi)的溫度以維持其內(nèi)一致的溫度。同時，熱從室內(nèi)的低溫傳遞到環(huán) 繞所述室的管道和/或空腔有助于冷卻海水和/或熱空氣，這有助于在海 水被噴入所述室之前預(yù)先冷卻海水，和/或在熱空氣被渦輪膨脹機(jī)冷卻 并被引入混合室1內(nèi)之前預(yù)先冷卻熱空氣。優(yōu)選地，大多數(shù)的海水的 預(yù)先冷卻發(fā)生在當(dāng)海水處于管道/空腔內(nèi)時，并從而存在一種使熱從海 水和壓縮空氣傳輸?shù)绞冶诤褪覂?nèi)空氣的良好方式。
圖5顯示出熱壓縮空氣圍繞混合室1的上半部分布，而熱海水被 顯示成圍繞混合室1的下半部分布。然而，在替代的實施例中，熱空 氣能夠圍繞下半部分布，并且海水能夠圍繞上半部分布。
由于海水被冷卻到接近于其低共熔溫度(大約-21.2攝氏度)并且海 水分離成固態(tài)冰(凍結(jié)的新鮮水)和液態(tài)鹽水(水溶劑中具有高度濃縮的 鹽溶質(zhì))而發(fā)生脫鹽，在此情形下，冰晶的形成迫使鹽水離開冰結(jié)構(gòu)。 在這個方面，海水的冷凍優(yōu)選發(fā)生在兩個階段(l)冷卻通過環(huán)繞冷結(jié)晶壁11的管道13和/或空腔泵入的過濾的海水(強(qiáng)冷卻作用)，以及(2)
在海水液滴5 "飛"過混合室1內(nèi)的冷空氣期間冷卻海水液滴(在短暫 的保留時間內(nèi)冷卻液滴5)。
在液滴5向下"飛"過冷空氣期間，每個液滴開始朝向其中央逐 漸向內(nèi)變冷，并且最終將開始在液滴外殼內(nèi)形成冰晶。通常，冷凍由 外向內(nèi)發(fā)生，但隨著時間的過去，形成的冰結(jié)構(gòu)迫使鹽水排出來，即 鹽水排斥。也已觀察到環(huán)繞濃縮的鹽水中心形成的任何冰殼形成內(nèi)應(yīng) 力和碎片，并且迫使?jié)饪s的液態(tài)鹽水排出到冰殼的外部。當(dāng)這些被覆 蓋的冰晶相互碰撞時，鹽水溶液被迫環(huán)繞新形成的冰晶合成物。該過 程一直持續(xù)到被鹽水環(huán)繞的冰的宏觀結(jié)構(gòu)完全分離。
在一個例子中，直徑大于4000微米的液滴5可以具有仍未凍結(jié)的 內(nèi)核部分，并且直徑小于200微米的液滴可以完全凍結(jié)至其中央。已 觀察到即使所有的液滴具有相同的尺寸， 一些將凍結(jié)得遲并且一些將 凍結(jié)得早，這是因為在相同尺寸的每個液滴內(nèi)如何環(huán)繞微觀核形成冰
的過程隨數(shù)量和尺寸改變。
對于液滴5而言重要的是凍結(jié)以形成固態(tài)冰粒和液態(tài)鹽水的兩相 溶液，因此希望液滴在飛行期間達(dá)到或接近低共熔溫度。另一方面， 如果液滴變得太冷(低于低共熔溫度)，則當(dāng)它們下落通過結(jié)晶室時，每 個液滴內(nèi)的新鮮水能和固態(tài)鹽晶體及固態(tài)鹽水凍結(jié)在一起，在這種情 況下，可能更加難以使鹽和新鮮水分離。例如，這可能發(fā)生在當(dāng)海水 噴霧由各種尺寸液滴組成時，其中，較小的液滴可能達(dá)到低于低共熔 溫度，并且到它們達(dá)到混合室1底部的時侯完全凍結(jié)。
因此，本發(fā)明的一個重要方面是混合室1并且尤其是混合室1的 底部被維持在預(yù)定的溫度，這允許在極低的溫度下已凍結(jié)的小液滴維 持在高于低共熔溫度，并因此形成半融冰雪的冰/鹽水混合物，而不是 冰塊。通過控制混合室1內(nèi)的溫度，這些冰粒能夠開始和濃縮的鹽水一起聚集，以形成濕的包含純冰晶和鹽水的半融冰雪混合物。
采用這些系統(tǒng)和方法，優(yōu)選考慮以下因素以確保能夠在混合室1 的內(nèi)部維持適當(dāng)?shù)臏囟炔⑿纬蛇m當(dāng)?shù)谋)冷空氣的溫度，2)海水液 滴的溫度，3)液滴的尺寸，4)冷空氣相對于降落的液滴的方向，5)冷空
氣相對于液滴的速度，6)液滴暴露到冷空氣中的時間，該時間是混合室 高度的函數(shù)，7)混合室內(nèi)的壓力，以及8)環(huán)繞室壁的管道和/或空腔內(nèi)
的海水和/或壓縮空氣在被引入混合室1內(nèi)之前的溫度等。
如將討論的，通過混合半融冰雪混合物能夠發(fā)生冰粒和鹽水的分 離，其中，鹽水能通過重力離開冰粒排出，并且冰粒能夠從鹽水中移
除。在這個方面，優(yōu)選以如下方式從混合室1內(nèi)移除半融冰雪混合物
如圖1中所示，已經(jīng)開發(fā)出位于混合室1下端的連續(xù)除冰系統(tǒng)21， 該系統(tǒng)采用了具有圓柱形軸28的水平定向的螺旋狀的葉片部件23，所 述葉片部件能夠連續(xù)地旋轉(zhuǎn)和操作。葉片部件23優(yōu)選具有螺旋葉片26， 當(dāng)軸28旋轉(zhuǎn)時所述螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，其中，葉片26使在混合室1底部 形成的冰粒側(cè)向移動通過位于主室1底部的出口室27內(nèi)的圓柱形開口 25。在圖3中能夠看到圓柱形開口 25的形狀。這需要冰粒形成為較多 的半融冰雪，而不是硬冰塊，從而使它不粘附到葉片部件23上，并且 使它能夠容易地側(cè)向朝向出口室27內(nèi)的出口處36被推到側(cè)面，在那 里，冰粒能夠下落到容器29或傳送帶31上，并且從混合室l內(nèi)移除。
為確保冰粒不聚集在葉片部件23上，軸28優(yōu)選設(shè)有吸入的海水 能夠通過的內(nèi)腔和/或管道系統(tǒng)31,如同結(jié)晶室的情況。這有助于保持 葉片部件23相對溫暖，并防止冰粒聚集并粘附到葉片26或軸28上， 以及有助于調(diào)節(jié)海水的溫度，無需使用額外的能量。在優(yōu)選的實施例 中，海水最初從其源頭被泵入入口處35，并隨后經(jīng)軸28內(nèi)的內(nèi)腔或管 道系統(tǒng)31進(jìn)行分配，首先通過中央的內(nèi)管31a，并隨后通過外腔31b， 以及隨后循環(huán)出來到達(dá)管道線33并進(jìn)入環(huán)繞室壁11的管道13，如討 論的。以這種方式，由葉片部件23提供的熱傳遞效果能夠用于增大由室壁ll提供的熱傳遞效果。
本發(fā)明的這些方面也有助于防止海水液滴5和冰粒變得太冷，如 討論的，太冷會不利地引起鹽與冰一起凍結(jié)。當(dāng)液滴落在主室l內(nèi)時， 即從室1的頂部落到底部時，優(yōu)選以這種方式控制和調(diào)節(jié)溫度，從而 使海水液滴5最初被暴露到剛好低于低共熔溫度的溫度下，但隨后在 混合室1的底部上升到剛好高于低共熔溫度的溫度，這允許冰粒正確 地形成并且與液態(tài)鹽水分離。在這個方面，冰粒的連貫性是很重要的， 從而使冰能夠正確地形成并且與鹽水分離，以及使冰能夠容易從混合 室1內(nèi)移除。
本發(fā)明解決的問題之一是保持冰/鹽水的半融冰雪8連續(xù)地移動通
過出口室27內(nèi)的底部開口 25，同時維持混合室1內(nèi)的壓力以迫使所述 半融冰雪排出來。如果壓力施加到主室1但室1未被密封，則空氣將 容易通過開口25，并且內(nèi)部壓力將建立不起來。
按照如下方式解決這個問題首先，系統(tǒng)優(yōu)選形成半融冰雪8，從 而使它實質(zhì)上是不透氣的，即通過使它具有適當(dāng)?shù)倪B貫性。也就是說， 半融冰雪優(yōu)選包括微小的冰粒和附著到冰粒上的一定數(shù)量的液態(tài)鹽 水，以便形成類似半融冰雪的連貫性。而且，底部開口25和出口室27 優(yōu)選在末端密封，如圖4中所示，并且開口 25和出口室27的內(nèi)表面 優(yōu)選由黃銅制成并被構(gòu)型成使它們相對齊平，并且與葉片26的外部邊 緣緊配合。以這種方式，當(dāng)半融冰雪8在葉片26的作用下被迫橫向通 過出口室27并且結(jié)晶室1內(nèi)的空氣壓力增加時，半融冰雪8將開始填 充環(huán)形空間，包括葉片26內(nèi)存在的空隙或間隙30。以這種方式，當(dāng)半 融冰雪8通過出口室27時，半融冰雪8能密封開口 25并防止加壓空 氣經(jīng)出口處36排出，即使當(dāng)出口處36打開時(以允許從出口室27中移 除冰粒)。位于半融冰雪8前方的任何過量的被截留空氣能夠經(jīng)位于出 口室27遠(yuǎn)端的通風(fēng)開口 44排出，這有助于允許半融冰雪朝向出口處 36移動?？梢钥闯鰤毫?yōu)選被引入主室1內(nèi)，以迫使半融冰雪8進(jìn)入存在
于葉片部件23內(nèi)的空隙或間隙30。因此，優(yōu)選環(huán)繞邊緣密封出口室 27，這可以通過使用諸如由黃銅制成的密封壁并通過密封出口室27的 遠(yuǎn)端48來實現(xiàn)，所述密封壁與葉片26齊平并與葉片的外形緊配合， 如圖4中所示。以這種方式，通過填充葉片部件23內(nèi)的空隙或間隙30 能夠有效地密封開口 25，而不用防止半融冰雪8通過出口處36。
本發(fā)明解決的另一個問題涉及啟動階段，當(dāng)半融冰雪8仍然不得 不完全填充葉片26內(nèi)的空隙或間隙30，需要壓力來填充其中的空隙或 間隙30。該問題采用如圖4中所示的啟動構(gòu)型得以解決，所述構(gòu)型包 括l)附加的黃銅密封壁，所述密封壁為固定的且位于葉片部件23的遠(yuǎn) 端以密封出口室27的末端，2)具有樞轉(zhuǎn)門的活板門38設(shè)置在出口室 27內(nèi)的出口處36，冰粒能夠通過所述活板門，以及3)位于出口室27 遠(yuǎn)端的由壓力觸發(fā)的通風(fēng)孔44。
當(dāng)系統(tǒng)最初被打開時，活板門36可以關(guān)閉，從而使室1內(nèi)的壓力 能夠增加并維持，但少量空氣優(yōu)選經(jīng)通風(fēng)孔44排出，足以避免在半融 冰雪8前方截留空氣，這能夠使半融冰雪8開始移動并填充葉片部件 23內(nèi)的空隙或間隙30。接著， 一旦半融冰雪8已填充空隙和間隙30, 即為了在開口 25周圍產(chǎn)生不透氣屏障，活板門38能夠被打開，以允 許冰粒開始通過出口處36流出出口室27，同時半融冰雪8保持在葉片 部件23周圍被包裹在開口 25內(nèi)，以密封其中的空隙和間隙30。半融 冰雪8優(yōu)選防止通過開口 25的空氣通道，同時能夠經(jīng)出口室27朝向 出口處36向下游橫向移動，在那里冰粒能夠下降到冰晶收集器29或 傳送帶31內(nèi)，從而使它能夠被移除并允許融化。
注意在操作開始時，在海水流入系統(tǒng)前，冷空氣被循環(huán)通過如 圖1中所示的主室1和側(cè)面的離心機(jī)室42以及葉片部件23，以便在海 水流入密封結(jié)構(gòu)之前使密封結(jié)構(gòu)處于其低的穩(wěn)態(tài)溫度。在出口室27末端的通風(fēng)孔44能夠被主室1和側(cè)室42中的壓力驅(qū)動而打開。例如， 當(dāng)30-psia的空氣進(jìn)入兩個室內(nèi)時，通風(fēng)孔能夠被設(shè)定到大約13-psig (27.67psia)。在海水進(jìn)入主室并且半融冰雪8形成并開始沿著葉片部件 23移動后，空氣的流出變得日益受限于填充葉片環(huán)形空間的半融冰雪 8并且通風(fēng)孔44閉合。當(dāng)位于移動的半融冰雪8前方的被截留空氣壓 力超過預(yù)定量時其排出，所述預(yù)定量能夠被設(shè)定為大約13-psig。當(dāng)所 有被截留的空氣經(jīng)通風(fēng)孔44排出并允許半融冰雪8前進(jìn)后，通過打開 活板門38而允許半融冰雪8的穩(wěn)態(tài)流前行。
注意當(dāng)氣流獲得30psia(15.3psig)的壓力時，因為30-psia> 27.67-psia，貝U 13.00-psig(27.67-psia)的通風(fēng)孔將打開。冷空氣在葉片部 件23上流動并且經(jīng)通風(fēng)孔44流出，其優(yōu)選允許葉片表面被冷卻到接 近以后操作所需的穩(wěn)態(tài)低溫?；畎彘T38優(yōu)選保持閉合直到半融冰雪8 開始到達(dá)活板門38。當(dāng)半融冰雪8開始聚集在葉片部件23上時，氣流 將仍然繼續(xù)離開通風(fēng)孔44。然而，存在一個時間點，此時大量累積的 半融冰雪將閉合容量與結(jié)晶室1內(nèi)的30-psia隔離并且通風(fēng)孔閥44閉 合。13.00-psig的排氣閥的關(guān)閉優(yōu)選發(fā)信號給底部的活板門38，以便擺 開并允許冰晶經(jīng)出口處36流出。
在一種實施例中，如圖2中所示，起初從氣源供給渦輪壓縮機(jī)9 的90psia優(yōu)選放出幾乎卯psia以啟動渦輪膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)。開始時，渦輪 膨脹機(jī)7緩慢旋轉(zhuǎn)并排出空氣，空氣僅稍微被冷卻并且被確定加壓。 渦輪膨脹機(jī)7的加速旋轉(zhuǎn)也經(jīng)由它們的公共軸而使渦輪壓縮機(jī)9加速。 加速的渦輪壓縮機(jī)9產(chǎn)生越來越高的壓力供給至渦輪膨脹機(jī)7直到到 達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，200-psia的壓力被供給至渦輪膨脹機(jī)7并且30-psia的壓 力被供給至結(jié)晶室1。
在結(jié)晶室1中，優(yōu)選無海水被供給通過噴嘴3并且葉片部件23不 旋轉(zhuǎn)直到渦輪膨脹機(jī)7和渦輪壓縮機(jī)9到達(dá)該穩(wěn)定狀態(tài)，并且冷空氣 已填充環(huán)繞葉片部件23的密封的空間，而且以結(jié)晶室1內(nèi)的30-psia排出離心機(jī)室。打開海水泵啟動噴嘴3，其中，海水通過(l)粗過濾器， 以去除較大的顆粒以及任何懸浮的中密度油，以及(2)精細(xì)過濾器，以
移除微粒。隨后，海水在它被供給到噴嘴3之前優(yōu)選循環(huán)通過葉片部 件23和環(huán)繞結(jié)晶室1的管道13。海水的入口優(yōu)選低于海平面，以避免 吸入任何浮油。
同時打開噴嘴3，優(yōu)選打開葉片部件23的發(fā)動機(jī)。如圖1和2中 所示，優(yōu)選具有發(fā)動機(jī)驅(qū)動的齒輪50，所述齒輪驅(qū)動并旋轉(zhuǎn)軸28。位 于豎直和水平方向的另外的推力軸承52、 54也優(yōu)選被設(shè)置成將葉片部 件23維持在基本固定的位置，同時允許其旋轉(zhuǎn)。這些軸承幫助解決各 種運(yùn)動以及制作葉片部件23的鋼的收縮和膨脹。在軸28的遠(yuǎn)端優(yōu)選 具有一系列可以由輥子或黃銅板等制成的軸承56，所述軸承也有助于 將軸28相對于混合室1保持適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)和定向。葉片部件23的作用 是攪動冰粒，從而促進(jìn)分離并且亞穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到其平衡相。
如最好在圖5中看到的，同時也顯示在圖l中，側(cè)室42優(yōu)選被設(shè) 置成靠近主室1，底部附近有開口 43，主室1內(nèi)的冷空氣能夠通過所 述開口排出。這優(yōu)選導(dǎo)致冷空氣在主室1的底部拐彎，如圖1中所示， 從而使空氣向側(cè)面行進(jìn)，并隨后向上通過側(cè)室42并排出。相對大的液 滴能夠沉積在主室1的底部，但由于存在包含在空氣流中的小液滴(直 徑小于20微米)，小液滴可能經(jīng)過主室并進(jìn)入側(cè)室42，因此優(yōu)選在開 口 43處在空氣流中強(qiáng)加一個U形轉(zhuǎn)彎。該U形轉(zhuǎn)彎優(yōu)選導(dǎo)致小的凍結(jié) 液滴被迫從空氣流中向下并沉積到主室1底部存在的半融冰雪8上。 這也有助于將更多的半融冰雪8在朝向開口 25橫向向下推，以及幫助 防止空氣流干擾降落的液滴。
當(dāng)葉片部件23旋轉(zhuǎn)并且半融冰雪8橫向移動通過開口 25時，鹽 水優(yōu)選開始與冰粒分離，并且如圖1中所示，鹽水被允許聚集并且向 下流動到位于出口室27底部的排水管40，所述排水管優(yōu)選位于主室開 口25的下游。在該過程中，冰粒被形成并且由純水組成，然而可能含有大約23%鹽和77%水的鹽水保持液態(tài)，從而使它能夠與冰分離并且 流經(jīng)冰粒以及向下到達(dá)排水管40。這有助于確保純水能夠與鹽水分離。 如果希望的話，可以從鹽水中提取礦物質(zhì)和鹽。
葉片部件23趨向于打破冰形成物并方便排出鹽水溶液。葉片26 的攪動作用也方便快速轉(zhuǎn)化任何亞穩(wěn)化合物，以變成固態(tài)冰和液態(tài)鹽 水的平衡混合物。重要的是維持存在的半融冰雪8處于稍高于低共熔 溫度，以確保鹽水相不凍結(jié)并且不形成不能與"純水"冰分離的冰構(gòu) 型。
同樣需要重點注意的是鹽水的排水管40優(yōu)選位于主室1的下游， 在出口室27內(nèi)并經(jīng)過主室的開口 25。這有助于確保液態(tài)鹽水不過早地 分離并排出半融冰雪8，但允許混合并保持部分半融冰雪接近主室的開 口25，在那里，半融冰雪8保留在混合物中以便幫助密封開口 25。這 樣，在允許液態(tài)鹽水被排出去之前，半融冰雪8將繼續(xù)幫助密封位于 主室1的底部處的開口 25。
在這個方面，注意如果排水管例如位于主室1的中央，例如，鹽 水將很可能分離并且向下排入混合室1的中間，這將可能導(dǎo)致半融冰 雪8在它有機(jī)會填充圍繞葉片26的空隙或間隙30之前喪失其液態(tài)連 貫性。這將導(dǎo)致微小的氣穴過早地形成在混合物內(nèi)，其將允許空氣通 過開口 25并導(dǎo)致混合室1損失壓力。
當(dāng)葉片部件23繼續(xù)移動半融冰雪8通過出口室27并朝向出口處 36以及越來越多的鹽水從半融冰雪8排出時，半融冰雪混合物優(yōu)選開 始主要由純冰粒組成，連同過去是鹽水的少許微小的氣穴和氣泡。也 就是說，即使半融冰雪由于覆蓋每個冰晶的液態(tài)鹽水而保持"濕"時， 當(dāng)半融冰雪通過開口 25并且液態(tài)鹽水開始分離以及通過排水管40下 落時，出口室27內(nèi)的半融冰雪混合物8隨后變得更加干燥，即到其到 達(dá)出口處36的時侯由更少的鹽水組成。因為排水管40位于主室1的下游，當(dāng)半融冰雪8通過開口 25時
優(yōu)選保持為"濕的"，從而能夠進(jìn)行密封，即密封不受鹽水溶液的排出
的影響。然而，到半融冰雪8—路上移動到達(dá)出口處36的時侯，混合 物優(yōu)選幾乎為"干的"，具有很少或不具有與冰粒混合的液態(tài)鹽水。即 使出口處36的冰?？梢院幸恍┪⑿〉臍庋ê蜌馀荩@不影響位于 出口處36上游的開口 25周圍的密封。
此時，當(dāng)冰粒被葉片部件23推動通過出口室27時，冰粒被允許 下降通過活板門38位于的出口處36，并且進(jìn)入冰收集器29內(nèi)，或者 落到傳送帶31上，所述傳送帶將冰粒輸送到它能夠融化以形成純水的 地方。
移除的冰粒團(tuán)能夠被融化，以便在存儲罐的底部產(chǎn)生新鮮水。處 于相對較高溫度下的新鮮水，這種情況下是大約+ 15攝氏度，能夠像沖 洗柱一樣向下噴到冰粒上，以沖洗冰并使冰融化?？商娲?，或者與 沖洗水一起，局部的熱空氣可以被帶入存儲罐內(nèi)以進(jìn)一步幫助融化冰 粒，形成冷卻的新鮮飲用水?？梢蕴峁┮瞥⑷诨钠渌b置。
由于冰團(tuán)由冰組成并因此是冷的，因此當(dāng)冰團(tuán)融化時所產(chǎn)生的新 鮮水將是冷卻水。新鮮的冷卻水能夠從那里被分配用于飲用目的或用 于其它的目的，諸如被儲存起來以便以后被空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用。
權(quán)利要求
1. 一種用于海水脫鹽并且連續(xù)移除冰的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)用于壓縮空氣；膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)用于使壓縮空氣膨脹以伴隨產(chǎn)生冷空氣；具有至少一個噴嘴的室，海水能通過所述噴嘴以液滴形式被噴入所述室內(nèi)，并且來自所述膨脹機(jī)的冷空氣能被引入所述室內(nèi)，其中，將海水暴露到冷空氣使得在所述室內(nèi)形成由純水組成的冰粒成為可能；位于軸上的可旋轉(zhuǎn)的葉片部件，所述軸橫向延伸通過橫向延伸的出口室，所述出口室位于所述室的底部，所述葉片部件幫助從所述室內(nèi)移除冰粒，從而有助于使所述冰粒中的純水與海水中的雜質(zhì)分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述葉片部件包括從所述 室的底部向外橫向延伸通過所述出口室的螺旋狀的部件，其中，所述 葉片部件具有統(tǒng)一的直徑，并且所述葉片部件與所述出口室的圓柱形內(nèi)表面基本齊平地延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，沿在所述室的下游的所述 出口室的底部設(shè)置排水管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，在所述排水管的更下游處 在所述出口室內(nèi)設(shè)置出口處，所述出口處包括用于允許冰粒從所述出 口室移除的裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述裝置包括活板門，所 述活板門向下擺動以允許所述冰粒下落到所述出口室下方。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述出口室被基本上密封 成使所述室內(nèi)的壓力能夠在所述系統(tǒng)被啟動之前增加。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，在所述出口室的遠(yuǎn)端設(shè)置 通風(fēng)孔，以允許釋放所述室內(nèi)部的一部分壓力，并且所述出口室的內(nèi) 表面的至少一部分由黃銅制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，鄰近所述室設(shè)置側(cè)室，所述側(cè)室允許冷空氣從所述室循環(huán)出去，同時允許較小的冰粒下落到所 述室的底部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述側(cè)室在與所述出口室 相同的方向上延伸，使在所述側(cè)室內(nèi)下落的冰粒將沉積到所述葉片部 件上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述室的壁適配有至少 一個管道或空腔，所述管道或空腔允許海水在其中循環(huán)，以幫助調(diào)節(jié) 所述室內(nèi)的壁的溫度并幫助冷卻海水。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述室的壁適配有至少一 個管道或空腔，所述管道或空腔允許來自所述壓縮機(jī)的熱空氣用于調(diào) 節(jié)所述室內(nèi)的壁的溫度并幫助冷卻所述壓縮空氣。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述葉片部件在其內(nèi)部 適配有至少一個管道或空腔，所述至少一個管道或空腔允許海水在其 中循環(huán)，以幫助調(diào)節(jié)所述葉片部件的溫度并幫助冷卻海水。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，引入所述室內(nèi)的冷空氣 的溫度低于海水的低共熔溫度，并且其中，允許所述冰粒以半融冰雪 的形式沉積在所述室的底部，其中，位于所述室底部的半融冰雪的溫 度高于海水的低共熔溫度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括下面的至 少一個1) 所述系統(tǒng)適合于使海水能夠從上向下噴入所述室內(nèi)，并能夠引 入所述冷空氣，以使所述冷空氣在所述室內(nèi)部向上流動；2) 所述系統(tǒng)適合于使海水能夠從上向下噴入所述室內(nèi)，并能夠引 入所述冷空氣，以使所述冷空氣以與海水相同的方向在所述室內(nèi)部向 下流動。
15. —種用于海水脫鹽的方法，所述方法包括 壓縮空氣以產(chǎn)生壓縮空氣能量； 采用膨脹機(jī)釋放所述壓縮空氣以伴隨產(chǎn)生冷空氣； 將所述冷空氣引入室內(nèi)；采用至少一個噴嘴將海水以液滴形式噴入所述室內(nèi)； 將所述海水液滴暴露到所述室內(nèi)的冷空氣中，從而形成由純水組 成的冰粒，并允許所述冰粒向下落入所述室的底部；操作位于軸上的可旋轉(zhuǎn)的螺旋狀的葉片部件以從所述室內(nèi)移除所 述冰粒，所述軸橫向延伸通過位于所述室底部的橫向延伸的出口室， 從而有助于使所述冰粒中的純水與海水中的雜質(zhì)分離。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述葉片部件與所述出 口室的圓柱形內(nèi)表面基本齊平地延伸，并且所述出口室被基本上密封 成使所述室內(nèi)部的壓力能夠在所述系統(tǒng)被啟動之前增加，其中，在所 述葉片部件和噴嘴被啟動之前，所述室被基本上密封并允許冷空氣將 所述室的溫度降低到穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)定溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述出口室的遠(yuǎn)端設(shè) 置通風(fēng)孔，以允許釋放所述室內(nèi)部的一部分壓力，在所述系統(tǒng)被啟動 后，允許所述通風(fēng)孔稍微打開以使半融冰雪混合物在所述葉片部件的 作用下沿著所述出口室縱向移動。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，當(dāng)所述半融冰雪混合物開始填充所述室底部的葉片部件環(huán)形空間時，大致提供不透氣層，這 有助于維持所述室內(nèi)部的壓力，同時使所述半融冰雪混合物沿著所述 出口室被橫向向外推動。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，當(dāng)所述葉片部件旋轉(zhuǎn)并 且所述半融冰雪被混合時，液態(tài)鹽水基本上經(jīng)沿著所述室下游的所述 出口室的底部設(shè)置的排水管排出。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，當(dāng)所述葉片部件旋轉(zhuǎn)時， 包含冰粒的半融冰雪進(jìn)一步向下游橫向移動到超出所述排水管，并且 被允許經(jīng)出口處下落，使所述半融冰雪能夠從所述出口室移除。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，鄰近所述室設(shè)置側(cè)室， 并且允許所述室內(nèi)的冷空氣經(jīng)所述側(cè)室從所述室循環(huán)出去，同時允許 所述室內(nèi)的較小冰粒沉積到所述室的底部。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方法包括引入低于 海水的低共熔溫度的冷空氣，并且保持所述室底部的冰/鹽水的半融冰 雪混合物高于所述低共熔溫度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括如下步驟中的至少一個-1) 將海水從上向下噴入所述室內(nèi)，并引入所述冷空氣，使所述冷 空氣在所述室內(nèi)向上流動；2) 將海水從上向下噴入所述室內(nèi)，并引入所述冷空氣，使所述冷 空氣在與海水被噴入所述室的方向相同的方向向下流動。
24. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方法包括使海水循 環(huán)通過所述室的壁和/或葉片內(nèi)的至少一個管道或空腔，以幫助使所述 室壁和/或葉片變熱，并因此使所述室和/或葉片內(nèi)部的低溫幫助海水在其被噴入所述室內(nèi)之前被預(yù)先冷卻。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方法包括將熱空氣 從壓縮機(jī)循環(huán)通過所述室的壁內(nèi)的至少一個管道或空腔，以幫助所述 室的壁變熱，其中，當(dāng)所述熱空氣向所述膨脹機(jī)循環(huán)時，所述室內(nèi)部 的低溫能夠幫助預(yù)先冷卻所述熱空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用冷凍結(jié)晶技術(shù)的脫鹽方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)結(jié)合利用壓縮空氣能量作為使溫度降低的來源。當(dāng)壓縮空氣由渦輪膨脹機(jī)釋放時，產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的冷空氣，其中的冷空氣被引入室內(nèi)，已通過與冷的室壁進(jìn)行熱交換而被預(yù)先冷卻的海水液滴的噴射云隨后被循環(huán)并暴露到室內(nèi)的冷空氣中。液滴隨后沉降在室底部，在那里它們在稍高于低共熔溫度下沉積，以形成冰/鹽水的半融冰雪混合物。帶有螺旋狀葉片的半融冰雪移除機(jī)構(gòu)被設(shè)置成連續(xù)地從室內(nèi)移除冰粒。
文檔編號F25B27/00GK101506599SQ200780031535
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者保羅·利伯曼, 本·M·埃尼斯 申請人:本·M·埃尼斯;保羅·利伯曼