氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置，冷氣流經(jīng)噴嘴噴入冷凍海水淡化室內(nèi)，水經(jīng)另外一組噴嘴霧化后噴入冷凍海水淡化室內(nèi)，兩股氣流依靠與水平方向成不同角度且在豎直高度方向分組的噴嘴噴入冷凍海水淡化室內(nèi)，由于霧化氣流密度沿高度方向存在密度差，同時(shí)噴嘴沿周向均布，因此在冷凍海水淡化室內(nèi)形成氣流的沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮，當(dāng)霧化后的小液滴在從下到上的運(yùn)動(dòng)過程中，在冷氣流的蒸發(fā)冷凍作用下凍結(jié)成冰晶顆粒且不斷生長(zhǎng)壯大，當(dāng)生長(zhǎng)到氣流作用不能承托時(shí)，落入冷凍海水淡化室下部的篩板上，經(jīng)回收后可以得到預(yù)期大小的冰粒。本發(fā)明可以利用自然工質(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，可以連續(xù)操作。
【專利說明】氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置，屬于海水淡化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]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)。開發(fā)一種可以連續(xù)生產(chǎn)且不污染環(huán)境的冷凍淡化方法成為當(dāng)前海水淡化領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置，可以快速連續(xù)操作且不污染環(huán)境。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法，包括如下步驟:
[0006](I)冷氣流經(jīng)冷源降溫后，從設(shè)置在不同高度的冷氣流噴嘴噴入冷凍海水淡化室內(nèi)作為冷源氣流；海水箱內(nèi)的海水，從設(shè)置在不同高度的霧化噴嘴噴入冷凍海水淡化室內(nèi)作為霧化氣流，所述霧化噴嘴向上傾斜；
[0007](2)所述冷凍海水淡化室內(nèi)，頂部設(shè)置有風(fēng)機(jī)、底部設(shè)置有篩板，在篩板的下方設(shè)置有出水口，所述冷氣流噴嘴和霧化噴嘴設(shè)置在風(fēng)機(jī)和篩板之間；由于霧化噴嘴的氣流方向向上，并在風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入冷凍海水淡化室內(nèi)的冷源氣流和霧化氣流受向上牽引的作用形成旋轉(zhuǎn)氣流，旋轉(zhuǎn)氣流中的部分液滴上升并受冷凍結(jié)、不斷生長(zhǎng)變大形成冰體顆粒，當(dāng)冰體顆粒生長(zhǎng)至氣流向上作用力不能承受時(shí)，冰體顆粒下落；
[0008](3)預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒通過篩板選出，其余冰體顆粒和未凍結(jié)的液滴落入篩板下方，并通過出水口排出；[0009](4)經(jīng)風(fēng)機(jī)的排氣口排出的氣流作為冷氣流回到冷源；
[0010](5)通過調(diào)節(jié)冷源氣流的溫度和流量、霧化氣流的流量，連續(xù)不斷地得到預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒。
[0011]優(yōu)選的，所述冷源氣流的溫度低于o°c，所述海水箱內(nèi)的海水溫度不超過10°C。
[0012]氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，包括冷源、海水箱和冷凍海水淡化室，所述冷凍海水淡化室內(nèi)，頂部設(shè)置有風(fēng)機(jī)、底部設(shè)置有篩板，在篩板的下方設(shè)置有出水口，在風(fēng)機(jī)和篩板之間設(shè)置有冷氣流噴嘴和霧化噴嘴；所述冷氣流噴嘴的數(shù)目在一組以上，每組冷氣流噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室同一高度的周側(cè)，不同組冷氣流噴嘴的高度不同；所述霧化噴嘴的數(shù)目在一組以上，每組霧化噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室同一高度的周偵牝不同組霧化噴嘴的高度不同，且霧化噴嘴向上傾斜；所述風(fēng)機(jī)的排氣口接入冷源，為冷源提供冷氣流，經(jīng)冷源降溫后的冷氣流接入冷氣流噴嘴，向冷凍海水淡化室內(nèi)噴入冷源氣流；所述海水箱內(nèi)的海水接入霧化噴嘴，向冷凍海水淡化室內(nèi)噴入霧化氣流。
[0013]優(yōu)選的，所述冷氣流噴嘴的數(shù)目為三組，分別記為組一冷氣流噴嘴、組二冷氣流噴嘴和組三冷氣流噴嘴；所述霧化噴嘴的數(shù)目為兩組，分別記為組一霧化噴嘴和組二霧化噴嘴。
[0014]優(yōu)選的，按高度由下至上，冷氣流噴嘴和霧化噴嘴的排布順序?yàn)?組一霧化噴嘴、組一冷氣流噴嘴、組二霧化噴嘴、組二冷氣流噴嘴和組三冷氣流噴嘴。
[0015]優(yōu)選的，每組冷氣流噴嘴和每組霧化噴嘴的數(shù)目均為四個(gè)。
[0016]優(yōu)選的，所述篩板的位置高于出水口 15cm以上。
[0017]優(yōu)選的，所述冷源和海水箱的輸出管路上均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。
[0018]本發(fā)明以兩股氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮方法進(jìn)行冷凍獲得冰體，從而實(shí)現(xiàn)海水的冷凍淡化，整個(gè)過程為:海水通過向上的噴嘴霧化噴入冷凍海水淡化室，冷氣流經(jīng)過冷源降溫并分配成不同的流量后從另外一組噴嘴噴入冷凍海水淡化室，冷源氣流與霧化氣流在冷凍海水淡化室內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)上升狀態(tài)，在此過程中霧化的水滴受冷凍結(jié)并不斷長(zhǎng)大，當(dāng)冰體顆粒生長(zhǎng)至氣流向上作用力不能承托時(shí)，冰體顆粒沿豎直方向落到冷凍海水淡化室底部的篩板上，從而得到預(yù)期的冰體，冰體融化后得到淡水。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，冷源氣流與霧化氣流混合后的剩余氣流從頂部排出，經(jīng)管路輸送至冷源降溫，再次得到初始狀態(tài)的冷氣流。
[0019]有益效果:本發(fā)明提供的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法及裝置，利用旋轉(zhuǎn)懸浮作用，使海水得到冷凍淡化，彌補(bǔ)了冷媒直接接觸冷凍海水淡化方法存在的不足；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；可以利用自然工質(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，可以連續(xù)操作，可成為淡水短缺地區(qū)一種理想的淡水獲取途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1中A-A向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。[0023]如圖1所示為一種氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，包括冷源11、海水箱12和冷凍海水淡化室7，所述冷凍海水淡化室7內(nèi)，頂部設(shè)置有風(fēng)機(jī)6、底部設(shè)置有篩板8，在篩板8的下方設(shè)置有出水口 10,所述篩板8的位置高于出水口 10至少15cm,在風(fēng)機(jī)6和篩板8之間設(shè)置有冷氣流噴嘴和霧化噴嘴；所述冷氣流噴嘴的數(shù)目在一組以上，每組冷氣流噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室7同一高度的周側(cè)，不同組冷氣流噴嘴的高度不同；所述霧化噴嘴的數(shù)目在一組以上，每組霧化噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室7同一高度的周側(cè)，不同組霧化噴嘴的高度不同，且霧化噴嘴向上傾斜；所述風(fēng)機(jī)6的排氣口 9接入冷源11，為冷源11提供冷氣流，經(jīng)冷源11降溫后的冷氣流接入冷氣流噴嘴，向冷凍海水淡化室7內(nèi)噴入冷源氣流；所述海水箱12內(nèi)的海水接入霧化噴嘴，向冷凍海水淡化室7內(nèi)噴入霧化氣流；所述冷源11和海水箱12的輸出管路上均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。
[0024]所述冷氣流噴嘴的數(shù)目為三組，分別記為組一冷氣流噴嘴1、組二冷氣流噴嘴2和組三冷氣流噴嘴3 ;所述霧化噴嘴的數(shù)目為兩組，分別記為組一霧化噴嘴4和組二霧化噴嘴5 ;按高度由下至上，冷氣流噴嘴和霧化噴嘴的排布順序?yàn)?組一霧化噴嘴4、組一冷氣流噴嘴1、組二霧化噴嘴5、組二冷氣流噴嘴2和組三冷氣流噴嘴3 ;如圖2所示，每組冷氣流噴嘴和每組霧化噴嘴的數(shù)目均為四個(gè)。
[0025]上述裝置的工作過程包括如下步驟:
[0026](I)冷氣流經(jīng)冷源11降溫后，從設(shè)置在不同高度的冷氣流噴嘴噴入冷凍海水淡化室7內(nèi)作為冷源氣流；海水箱12內(nèi)的海水，從設(shè)置在不同高度的霧化噴嘴噴入冷凍海水淡化室7內(nèi)作為霧化氣流， 所述霧化噴嘴向上傾斜；所述海水箱12內(nèi)的海水溫度不超過10°C，所述冷源氣流的溫度低于0°C ；
[0027](2)由于霧化噴嘴的氣流方向向上，并在風(fēng)機(jī)6的作用下，進(jìn)入冷凍海水淡化室7內(nèi)的冷源氣流和霧化氣流受向上牽引的作用形成旋轉(zhuǎn)氣流，旋轉(zhuǎn)氣流中的部分液滴沿豎直方向上升并受冷凍結(jié)、不斷生長(zhǎng)變大形成冰體顆粒，當(dāng)冰體顆粒生長(zhǎng)至氣流向上作用力不能承受時(shí)，冰體顆粒沿豎直方向下落；
[0028](3)預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒通過篩板8選出，其余冰體顆粒和未凍結(jié)的液滴落入篩板8下方，并通過出水口 10排出；
[0029](4)經(jīng)風(fēng)機(jī)6的排氣口 9排出的氣流作為冷氣流回到冷源11 ；
[0030](5)通過調(diào)節(jié)冷源氣流的溫度和流量、霧化氣流的流量，連續(xù)不斷地得到預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)冷氣流經(jīng)冷源(11)降溫后，從設(shè)置在不同高度的冷氣流噴嘴噴入冷凍海水淡化室(7)內(nèi)作為冷源氣流；海水箱(12)內(nèi)的海水，從設(shè)置在不同高度的霧化噴嘴噴入冷凍海水淡化室(7)內(nèi)作為霧化氣流，所述霧化噴嘴向上傾斜； (2)所述冷凍海水淡化室(7)內(nèi)，頂部設(shè)置有風(fēng)機(jī)(6)、底部設(shè)置有篩板(8)，在篩板(8)的下方設(shè)置有出水口(10)，所述冷氣流噴嘴和霧化噴嘴設(shè)置在風(fēng)機(jī)(6)和篩板(8)之間；由于霧化噴嘴的氣流方向向上，并在風(fēng)機(jī)(6)的作用下，進(jìn)入冷凍海水淡化室(7)內(nèi)的冷源氣流和霧化氣流受向上牽引的作用形成旋轉(zhuǎn)氣流，旋轉(zhuǎn)氣流中的部分液滴上升并受冷凍結(jié)、不斷生長(zhǎng)變大形成冰體顆粒，當(dāng)冰體顆粒生長(zhǎng)至氣流向上作用力不能承受時(shí)，冰體顆粒下落； (3)預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒通過篩板(8)選出，其余冰體顆粒和未凍結(jié)的液滴落入篩板(8)下方，并通過出水口(10)排出； (4)經(jīng)風(fēng)機(jī)(6)的排氣口(9)排出的氣流作為冷氣流回到冷源(11)； (5)通過調(diào)節(jié)冷源氣流的溫度和流量、霧化氣流的流量，連續(xù)不斷地得到預(yù)期顆粒大小的冰體顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化方法，其特征在于:所述冷源氣流的溫度低于0°C，所述海水箱(12)內(nèi)的海水溫度不超過10°C。
3.氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:包括冷源(11)、海水箱(12)和冷凍海水淡化室(7)，所述冷凍海水淡化室(7)內(nèi)，頂部設(shè)置有風(fēng)機(jī)(6)、底部設(shè)置有篩板(8),在篩板(8)的下方設(shè)置有出水口(10)，在風(fēng)機(jī)(6)和篩板(8)之間設(shè)置有冷氣流噴嘴和霧化噴嘴；所述冷氣流噴嘴的數(shù)目在`一組以上，每組冷氣流噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室(7)同一高度的周側(cè)，不同組冷氣流噴嘴的高度不同；所述霧化噴嘴的數(shù)目在一組以上，每組霧化噴嘴均勻排布在冷凍海水淡化室(7)同一高度的周側(cè)，不同組霧化噴嘴的高度不同，且霧化噴嘴向上傾斜；所述風(fēng)機(jī)(6 )的排氣口( 9 )接入冷源(11 )，為冷源(11)提供冷氣流，經(jīng)冷源(11)降溫后的冷氣流接入冷氣流噴嘴，向冷凍海水淡化室(7)內(nèi)噴入冷源氣流；所述海水箱(12)內(nèi)的海水接入霧化噴嘴，向冷凍海水淡化室(7)內(nèi)噴入霧化氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:所述冷氣流噴嘴的數(shù)目為三組，分別記為組一冷氣流噴嘴(I )、組二冷氣流噴嘴(2)和組三冷氣流噴嘴(3);所述霧化噴嘴的數(shù)目為兩組，分別記為組一霧化噴嘴(4)和組二霧化噴嘴(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:按高度由下至上，冷氣流噴嘴和霧化噴嘴的排布順序?yàn)?組一霧化噴嘴(4)、組一冷氣流噴嘴(I)、組二霧化噴嘴(5)、組二冷氣流噴嘴(2)和組三冷氣流噴嘴(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:每組冷氣流噴嘴和每組霧化噴嘴的數(shù)目均為四個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:所述篩板(8)的位置高于出水口(10) 15cm以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣流沖擊旋轉(zhuǎn)懸浮冷凍海水淡化裝置，其特征在于:所述冷源(11)和海水箱(12 )的輸出管路上均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK103771554SQ201410017143
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】高蓬輝, 周國(guó)慶 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)