CN108862448B - 一种海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水淡化系统，包括多个海水除盐罐，用于将海水分离为纯水和盐水；制冷单元，用于使流经海水除盐罐内的海水中的纯水结冰；融冰单元，用于使结冰后的纯水溶解；减压防爆装置，用于与所述制冷单元相配合，以防止制冷单元的压强过大。本发明利用纯水和盐水的凝固点不同，采用制冷单元使得纯水结冰，将盐水和纯水快速实现分离，且该种结构下，盐水和纯水分离完全，不会存在盐水分离不完全的情况，淡化效果良好；其次，该种结构下，每次能够淡化大量的海水，极大程度的提高了系统的工作效率。

Description

一种海水淡化系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种海水淡化系统。

背景技术

海水淡化过程中最难的环节为对海水进行除盐，传统的除盐方式通常为将经过净化后的海水通过超滤膜，仅分子较小的纯水能够通过超滤膜，从而最终制备得到纯水。但该种方式下，需要设置几百平方的超滤膜，不仅设备投入成本极大，且过滤效果较慢。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种设备成本投入较低，过滤效率高的海水淡化系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种海水淡化系统，包括

多个海水除盐罐，用于将海水分离为纯水和盐水；

制冷单元，用于使流经海水除盐罐内的海水中的纯水结冰；

融冰单元，用于使结冰后的纯水溶解；

减压防爆装置，用于与所述制冷单元相配合，以防止制冷单元的压强过大。

本发明中利用纯水和盐水的凝固点不同，采用制冷单元使得纯水结冰，而盐水还未结冰，从而将盐水排出；之后再通过融冰单元将结冰的纯水解冻，使得纯水溶解成液态的水，再将纯水排出，从而便能够将盐水和纯水快速实现分离，且该种结构下，盐水和纯水分离完全，不会存在盐水分离不完全的情况，淡化效果良好；其次，该种结构下，每次能够淡化大量的海水，极大程度的提高了系统的工作效率。

进一步的，所述制冷单元包括呈螺旋状设置于所述海水除盐罐内的制冷管和与该制冷管相连通的液氮存储罐；所述融冰单元包括与该制冷管相连通的热水存储罐及设于热水存储罐内的加热件，所述液氮存储罐、热水存储罐、制冷管的连通处设有三通阀；通过液氮存储罐向制冷管内充入液氮，液氮的温度足够低，进而能够在海水进入海水除盐罐内后将纯水快速的凝结成冰，盐水分离速度极快，有效提升整体的工作效率。

进一步的，所述减压防爆装置包括设于所述制冷管上部的导气管、设于该导气管内的单向出气件及用于截止和开启该导气管的截止阀；纯水在凝结过程中将会放热，进而液氮将会有部分成为氮气，当氮气过多时，制冷管将会有爆炸的危险，进而存在较大的安全隐患；由于气体的密度小，从而气体将会堆积在制冷管上部，通过导气管便可以将制冷管上部过多的气体向外排出，避免制冷管内的压强过大而出现制冷管炸裂的情况，进一步降低了设备的风险指数。

进一步的，还包括冷凝装置，用于分别将液氮存储罐和制冷管中的液氮受热气化后产生的氮气重新冷凝为液氮；通过同一冷凝装置对液氮存储罐中产生的氮气和制冷管内产生的氮气进行冷凝处理，不仅减小了设备的投入成本，还有效降低了占地面积。

进一步的，所述冷凝装置包括设于所述液氮存储罐内的隔板、设于隔板上的导气通道、可相对该导气通道上下动作以开启或关闭所述导气通道的启闭件、作用于该启闭件上的弹性件及设于该隔板上用于对所述启闭件进行支撑的支架；所述液氮存储罐被隔板分隔为上部的冷凝室和下部的液氮室，该冷凝室内穿设有螺旋状的冷凝管；所述隔板为弧形结构设置，该隔板外边缘处设有回流筒，该回流筒内设有单向出液件；冷凝室直接设置在液氮存储罐内，进而液氮存储罐内的产生的氮气可直接通过导气通道输送至冷凝室内，从而无需设置管道输送液氮存储罐内产生的氮气，系统结构简单，且液氮存储管内产生的氮气能够快速实现冷凝处理，并快速回流至液氮室内，冷凝处理快速，工作效率高；且通过导气管输送回冷凝室内的氮气也将在冷凝室冷凝后直接回流至液氮室内，无需再通过管路送回至液氮室内，结构简单，且有效避免了冷凝后的液氮在输送回液氮室后又有部分受热而成为氮气的情况；隔板弧形状的设置，使得冷凝后的液氮能够根据自身重力作用而流向两边，再从回流筒回流至液氮室内，无需另外设置动力件将冷凝后的液氮抽回至液氮室内，有效避免能耗过大。

进一步的，所述液氮存储罐包括内罐体、设于内罐体外的第一罐体、第二罐体及第三罐体，所述第一罐体和内罐体之间具有过饱和溶液层，所述第二罐体和第一罐体之间设有真空隔层，所述第三罐体和第二罐体之间设有保温棉层；通过过饱和溶液、真空、保温棉层三重隔温处理，有效将内罐体与外界进行隔断，避免液氮室内的液氮受热而过多的气化成氮气；通过保温棉进行第一层隔热，将大部分温度进行阻隔，再通过真空隔层进行隔热，将透过保温棉层的热量进行进一的隔断，之后再通过过饱和溶液进行隔热，经过保温棉层和真空隔层已经隔断了大部分的温度，仅有非常微小的热量会到达过饱和溶液层；而过饱和溶液并非采用隔断热量传递的方式进行隔热，而是利用其吸收热量后，将会有晶体析出，而溶液温度不会出现变化的原理，实现对这些微小热量的吸收，保证不会有热量传递到内罐体，相较传统采用隔断热量的传递以实现隔热的情况而言，具有更为良好的隔热效果。

进一步的，所述第一罐体包括上壳体和下壳体，所述下壳体上端部设有向内弯折的第一弯折部，该第一弯折部端部设有向上弯折的焊接部，所述上壳体下端部与所述下壳体焊接固连；所述第二罐体包括上罐和下罐，该下罐的上部设有向内弯折的第二弯折部，该第二弯折部端部设有向上弯折的连接部，所述连接部与所述上壳体和下壳体的连接处焊接固连；通过焊接部和连接部的设置，实现各罐体之间的牢固连接，且相邻两罐体之间的间距通过弯折部的存在而实现，该种结构下，罐体结构稳定，且便于加工和装配；且连接部的焊接位置为第一罐体的上下壳体的连接处，进而当连接部与第一罐体焊接固连时，焊接处能够对上下壳体的连接处起到二次密封的作用，从而进一步提高了第一罐体自身的密封效果，避免出现过饱和溶液泄漏的情况；通过将第一、第二、第三罐体均分成上下结构，使得装配更为容易，可在下部结构安装完成后，使得上部结构穿过导气管，然后与下部结构焊接在一起，既能够实现方便的装配，又能够避免导气管的设置对装配造成的影响；冷凝管穿设在第一、第二、第三罐体的直管为与冷凝管本体螺纹连接，进而可在第一、第二、第三罐体安装完成后，再从侧部的开孔穿过罐体与冷凝管本体相连；所述进液管、出液管在装配时，也是等第一、第二、第三罐体焊接完成后，再穿入至对应位置的通孔内，装配操作简便，且装配完成后整个液氮存储罐的密封效果良好。

进一步的，所述第一弯折部和第二弯折部上分别设有条形的通槽；条形的通槽可将上下壳体、上下罐相连通，且保证在弯折部处存在过饱和溶液和具有真空状态，从而通过通槽的存在有效保证对温度的隔断，减小弯折部的热传导性能，实现更为良好的隔热效果。

进一步的，所述导气管穿过第三、第二、第一罐体后与所述冷凝室相连通，所述内罐体与导气管之间设有第一密封结构，所述第一罐体与导气管之间设有第二密封结构，所述第二罐体与导气管之间设有第三密封结构；通过多个密封结构的设置，保证导气管在穿过多个罐体并与冷凝室连通的结构下，罐体与导气管之间能够实现良好的密封，避免出现过饱和溶液向真空隔层泄漏，真空隔层无法维持真空状态的情况，进一步提升液氮存储罐的隔热效果，减小液氮的气化程度。

进一步的，所述第一密封结构包括设于内罐体上的安装槽、设于该安装槽与导气管端部之间的密封垫、设于该导气管外壁上的外螺纹及位于安装槽内壁与导气管外壁之间的焊料层；所述第二密封结构包括设于第一罐体上部的通孔、由通孔内壁向上延伸形成的延伸筒、设于延伸筒内壁的密封圈及设于密封圈上部的焊料，所述密封圈内壁为由上至下的斜面结构；通过密封垫、螺纹及焊料层的设置，实现了导气管与内罐体之间的三重密封，密封效果良好；且焊料层在加热后将填入至外螺纹与安装槽之间的缝隙内以及密封垫与导气管之间的缝隙内，从而实现导气管与安装槽之间的良好密封，避免内罐体与导气管之间出现漏气的情况；通过延伸筒的设置，增大第二罐体上通孔与导气管之间能够接触的面积的大小，能够实现的密封效果更为良好；且焊料能够在加热后融化，使得导气管与延伸筒之间的缝隙被填满，密封效果良好；通过密封圈内壁斜面结构的设置，使得导气管的直径可设置的略大于密封圈的内径，进而保证导气管插入延伸筒内时，密封圈与导气管之间实现良好密封，进而有效维持真空隔层的真空效果。

综上所述，本发明利用纯水和盐水的凝固点不同，采用制冷单元使得纯水结冰，将盐水和纯水快速实现分离，且该种结构下，盐水和纯水分离完全，不会存在盐水分离不完全的情况，淡化效果良好；其次，该种结构下，每次能够淡化大量的海水，极大程度的提高了系统的工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中海水除盐罐的结构示意图。

图3为本发明中液氮存储罐的结构示意图。

图4为图3中A处的放大图。

图5为图3中B处的放大图。

图6为图3中C处的放大图。

图7为本发明中下壳体或下罐的俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，一种海水淡化系统，包括用于将海水分离为纯水和盐水的多个海水除盐罐1、制冷单元、融冰单元、减压防爆装置以及冷凝装置，所述海水除盐罐1上部设有进水口，下部设有出水口，所述多个海水除盐罐1的进水口通过进水管道相连通，多个海水除盐罐1的出水口通过出水管道相连通，出水管道上连接一盐水管道，盐水管道上设有截止阀；所述制冷单元用于使流经海水除盐罐1内的海水中的纯水结冰，，所述融冰单元用于使结冰后的纯水溶解，所述减压防爆装置用于与所述制冷单元相配合，以防止制冷单元的压强过大；所述冷凝装置用于分别将液氮存储罐22和制冷管21中的液氮受热气化后产生的氮气重新冷凝为液氮。

具体的，所述制冷单元包括制冷管21和液氮存储罐22，所述制冷管为金属管，且为螺旋状设置，该制冷管21置于海水除盐罐1内，且制冷管的一端由海水除盐罐1上部穿出，一端由海水除盐罐1下部穿出；所述液氮存储罐22上设有出液管和进液管，该出液管与所述制冷管21穿出海水除盐罐1下部的部分相连通，该进液管与所述制冷管21穿出海水除盐罐1上部的部分相连通，进而实现制冷管内由下至上的进液，同时实现液氮的循环；所述融冰单元包括热水存储罐31和加热件，所述加热件为市面上直接购买的加热管，设于热水存储罐31内；所述热水存储罐31上同样设有进液管和出液管，该出液管与所述制冷管21穿出海水除盐罐1下部的部分相连通，该进液管与所述制冷管21穿出海水除盐罐1上部的部分相连通；且优选的，所述液氮存储罐22、热水存储罐31、制冷管21的连通处设有三通阀，通过控制三通阀的连通方式，以控制制冷管内是通入液氮还是通入热水；三通阀的具体控制原理为现有技术，不再赘述；对海水进行处理时，将液氮通入制冷管内，待制冷管内充满液氮后，便停止对液氮的通入；通过海水除盐罐1上部的进水口向海水除盐罐1内送入海水，由于海水中纯水与盐水的凝固点不同，故而纯水结冰凝固在海水除盐罐1内，盐水则留至海水除盐罐1底部，并通过海水除盐罐1的出水口向外排出，此时盐水管道上的截止阀打开，盐水由盐水管道进行排水；待盐水排净后，通过设置在液氮存储罐进液管上的水泵将制冷管中的液氮抽回至液氮存储罐内；之后将热水灌入至制冷管内，使得凝结在海水除盐罐1内的纯水融化，由海水除盐罐1下部的出水口排出；融化初期，盐水管道上的截止阀依旧处于打开状态，进而将一部分残留在海水除盐罐1内壁以及管道内壁上的盐水冲走；一段时间后关闭盐水管道上的截止阀，使得纯水被通过出水管道向外排出，从而对纯水进行收集。

具体的，所述减压防爆装置包括导气管41、单向出气件42及截止阀43，所述导气管41设于所述制冷管上部，与该制冷管相连通；所述单向出气件42为市面上购买得到的单向出气阀，该单向出气件设于该导气管内，进而能够控制制冷管内产生的气体向外单向排出，但气体不能够有导气管内反向进入至制冷管内；所述截止阀43设于该导气管上，用于控制导气管的截止和开启；当制冷管内通入的是热水时，可通过截止阀控制导气管关闭，进而防止热水由导气管中喷出。

所述冷凝装置包括隔板51、导气通道52、启闭件53、弹性件54及支架55；所述隔板51焊接固连在液氮存储罐内，通过该隔板将液氮存储罐22分隔为上部的冷凝室221和下部的液氮室222，所述导气管41与该冷凝室221相连通，进而可将制冷管内气化后的氮气输送至冷凝室内；该冷凝室221内穿设有螺旋状的冷凝管223，该冷凝管223与制冷剂存储罐相连通，制冷剂存储罐内存贮的可为氟利昂或其他常用制冷剂；所述导气通道52为设于隔板51中心部位置的圆形的通孔，所述启闭件53包括盖板和与盖板固连的连接杆，所述支架55为圆形的金属板，该金属板通过金属制成的连接臂与隔板相连，进而使得支架能够相对隔板悬空；所述连接杆可上下动作的穿设在该支架55上，从而启闭件也能够上下动作，从而盖板能够实现对导气通道的关闭或打开，进而实现开启或关闭所述导气通道；所述弹性件54为市面上购买得到的拉簧，该弹性件54套设在连接杆上，一端与支架固连，另一端与盖板固连；当制冷管内的氮气较多而使得制冷管内的压强过大时，可通过导气管排出至所述冷凝室内进行冷凝处理。

作为优选，所述隔板51为弧形结构设置，且该隔板51外边缘处间隔均匀的设有多个开孔，该开孔上连接有金属制成的回流筒511，该回流筒511内设有单向出液件512；该单向出液件512为市面上购买得到的单向阀，型号不做限定，结构不再赘述；所述液氮存储罐包括内罐体224、设于内罐体外的第一罐体225、第二罐体226及第三罐体227，罐体224、第一罐体225、第二罐体226及第三罐体227均由不锈钢制成；所述第一罐体225和内罐体224之间具有过饱和溶液层61，该过饱和溶液层61具体为填充在第一罐体225和内罐体224之间的间隙内的过饱和溶液形成，该过饱和溶液可选用醋酸钠溶液；所述第二罐体226和第一罐体225之间设有真空隔层62，该真空隔层62具体为通过真空泵对第二罐体226和第一罐体225之间的间隙进行抽真空处理形成；所述第三罐体227和第二罐体226之间设有保温棉层63，该保温棉层63具体为在第三罐体227和第二罐体226之间的空隙内填入保温棉形成。

具体的，所述第一罐体225包括上壳体2251和下壳体2252，且所述下壳体2252上端部设有向内弯折形成的环形的第一弯折部2253，该第一弯折部端部向上弯折形成有环形的焊接部2254，所述上壳体2251下端部与所述下壳体2252焊接固连，进而实现上下壳体之间的焊接固连；所述第二罐体226包括上罐2261和下罐2262，该下罐2262的上部设有向内弯折形成的环形的第二弯折部2263，该第二弯折部端部向上弯折形成有环形的连接部2264，所述连接部2264与所述上壳体和下壳体的连接处焊接固连；作为优选的，所述第一弯折部2253和第二弯折部2263上分别沿圆周方向上间隔均匀的设有多个条形的通槽9。

所述导气管41在穿过第三、第二、第一罐体后与所述冷凝室221相连通，所述内罐体224与导气管41之间设有第一密封结构，所述第一罐体225与导气管41之间设有第二密封结构，所述第二罐体226与导气管41之间设有第三密封结构；通过三个密封结构的设置，实现内罐体、过饱和溶液层、真空隔层均处于密闭环境，实现良好的密封效果；具体的，所述第一密封结构包括设于内罐体上部位置的安装槽71、密封垫72、外螺纹73及焊料层74；所述密封垫72为橡胶垫，该密封垫设于该安装槽与导气管端部之间，且密封垫72上设有通孔，以保证气体能够通过；所述外螺纹73设于导气管外壁上，该安装槽内壁上设有内螺纹，内外螺纹相互螺接；所述焊料层74为常规的焊料制成，未焊接时为环形结构，套设在导气管上，当导气管插入至安装槽内时，焊料层一同进入至安装槽内；在焊接过程中焊料层将加热融化，进而填入至内外螺纹之间的缝隙以及密封垫与安装槽、导气管之间的缝隙内，实现更为良好的密封；所述第二密封结构包括设于第一罐体上部的通孔81、由通孔内壁向上延伸形成的延伸筒82、设于延伸筒内壁的密封圈83及设于密封圈上部的焊料84，所述密封圈83为具有一定高度和厚度的密封圈，所述焊料为为常规的焊料制成，未焊接时为环形结构，套设在导气管上，当导气管插入至延伸筒内时，焊料一同进入至延伸筒内；在焊接过程中焊料层将加热融化，从而填入至密封圈、导气管、延伸筒之间的缝隙内，实现良好的密封效果；作为优选的，所述密封圈83内壁为由上至下设置的斜面结构。

所述内罐体与冷凝管、进液管、出液管之间均设有密封结构，所述密封结构与所述第一密封结构相同，结构不再赘述；所述第一罐体、第二罐体与冷凝管、进液管、出液管之间均设有密封结构，所述密封结构与所述第二密封结构相同，结构不再赘述。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种海水淡化系统，其特征在于：包括

多个海水除盐罐（1），用于将海水分离为纯水和盐水；

制冷单元，用于使流经海水除盐罐（1）内的海水中的纯水结冰；

融冰单元，用于使结冰后的纯水溶解；

减压防爆装置，用于与所述制冷单元相配合，以防止制冷单元的压强过大；

冷凝装置，用于分别将液氮存储罐（22）和制冷管（21）中的液氮受热气化后产生的氮气重新冷凝为液氮；所述冷凝装置包括设于所述液氮存储罐内的隔板（51）、设于隔板上的导气通道（52）、可相对该导气通道上下动作以开启或关闭所述导气通道的启闭件（53）、作用于该启闭件上的弹性件（54）及设于该隔板上用于对所述启闭件进行支撑的支架（55）；所述导气通道（52）为设于隔板（51）中心部位置的圆形的通孔；

所述液氮存储罐（22）被隔板分隔为上部的冷凝室（221）和下部的液氮室（222），该冷凝室（221）内穿设有螺旋状的冷凝管（223）；所述隔板（51）为弧形结构设置，该隔板（51）外边缘处设有回流筒（511），该回流筒（511）内设有单向出液件（512）；

所述液氮存储罐包括内罐体（224）、设于内罐体外的第一罐体（225）、第二罐体（226）及第三罐体（227），所述第一罐体（225）和内罐体（224）之间具有过饱和溶液层（61），所述第二罐体（226）和第一罐体（225）之间设有真空隔层（62），所述第三罐体（227）和第二罐体（226）之间设有保温棉层（63）；

所述第一罐体（225）包括上壳体（2251）和下壳体（2252），所述下壳体（2252）上端部设有向内弯折的第一弯折部（2253），该第一弯折部端部设有向上弯折的焊接部（2254），所述上壳体（2251）下端部与所述下壳体（2252）焊接固连；

所述第二罐体（226）包括上罐（2261）和下罐（2262），该下罐（2262）的上部设有向内弯折的第二弯折部（2263），该第二弯折部端部设有向上弯折的连接部（2264），所述连接部（2264）与所述上壳体和下壳体的连接处焊接固连；所述第一弯折部（2253）和第二弯折部（2263）上分别设有条形的通槽；

所述制冷单元包括呈螺旋状设置于所述海水除盐罐（1）内的制冷管（21）和与该制冷管（21）相连通的液氮存储罐（22）；所述融冰单元包括与该制冷管（21）相连通的热水存储罐（31）及设于热水存储罐（31）内的加热件，所述液氮存储罐（22）、热水存储罐（31）、制冷管（21）的连通处设有三通阀；

所述制冷管为金属管，且为螺旋状设置，该制冷管（21）置于海水除盐罐（1）内，且制冷管的一端由海水除盐罐（1）上部穿出，一端由海水除盐罐（1）下部穿出；所述液氮存储罐（22）上设有出液管和进液管，该出液管与所述制冷管（21）穿出海水除盐罐（1）下部的部分相连通，该进液管与所述制冷管（21）穿出海水除盐罐（1）上部的部分相连通; 所述热水存储罐（ 31） 上同样设有进液管和出液管，该出液管与所述制冷管（21）穿出海水除盐罐（1）下部的部分相连通，该进液管与所述制冷管（21）穿出海水除盐罐（1）上部的部分相连通。

2.根据权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于：所述减压防爆装置包括设于所述制冷管上部的导气管（41）、设于该导气管内的单向出气件（42）及用于截止和开启该导气管的截止阀（43）。

3.根据权利要求2所述的海水淡化系统，其特征在于：所述导气管（41）穿过第三、第二、第一罐体后与所述冷凝室（221）相连通，所述内罐体（224）与导气管（41）之间设有第一密封结构，所述第一罐体（225）与导气管（41）之间设有第二密封结构，所述第二罐体（226）与导气管（41）之间设有第三密封结构。

4.根据权利要求3所述的海水淡化系统，其特征在于：所述第一密封结构包括设于内罐体上的安装槽（71）、设于该安装槽与导气管端部之间的密封垫（72）、设于该导气管外壁上的外螺纹（73）及位于安装槽内壁与导气管外壁之间的焊料层（74）；所述第二密封结构包括设于第一罐体上部的通孔（81）、由通孔内壁向上延伸形成的延伸筒（82）、设于延伸筒内壁的密封圈（83）及设于密封圈上部的焊料（84），所述密封圈（83）内壁为由上至下的斜面结构。