CN110407289A - 基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法，涉及海水淡化技术领域。所述装置海水冻结装置、海水分离装置以及自然空调制冷装置，海水冻结装置包括海水冻结室，设置于冻结室上方的第一超声波发生器以及冻结室内部的一组凹孔板；海水分离装置包括分离室，分离室内设置有下表面为孔板结构的第一环形坡道；自然空调制冷装置包括制冷室以及设置于制冷室一侧的第二风扇和第二超声波发生器，制冷室内设置有第二环形坡道。本发明利用超声波的热效应和空化效应，使冰体结构松散形成为孔道，冰体表面融溶，加速冰体脱盐；同时分离出的淡水冰体和热空气进行热交换，其冷量得到回收利用，实现自然空调制冷，达到了节能环保可持续的目的。

Description

基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种在超声作用下的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法。
背景技术
在我国的南方沿海地区正面临着水质型和资源型缺水的双重压力，解决水资源的短缺问题已经迫在眉睫。而海水淡化已经成为了解决沿海地区水资源紧缺的根本途径。
目前海水淡化技术研究主要集中在蒸馏法、化学脱盐法、电渗析法和反渗透法。但是，蒸馏法通过加热海水蒸发再冷凝制取蒸馏水，虽然操作简便但能耗大、效率低。化学脱盐在处理中低浓度的矿化度的水时具有一定优势，但在面对高矿化度的海水时不具优势。反渗透法和电渗析法消耗电能较大，后期维护成本高。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种效率高、能耗低、节能环保的海水脱盐装置和方法，以解决水资源短缺问题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法，利用超声波的热效应和空化效应，使冰体结构松散形成为孔道，冰体表面融溶，加速冰体脱盐，脱盐效果好。同时分离出的淡水冰体和热空气进行热交换，其冷量得到回收利用，达到了节能环保可持续的目的。
根据本发明的目的提出的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，包括脱盐装置和自然空调制冷装置，所述脱盐装置包括海水冻结装置和海水分离装置，所述海水冻结装置包括海水冻结室以及设置于冻结室上方的第一超声波发生器，所述冻结室侧壁设置有液体喷口和冷气流喷口、底部连通冰体传输管道、内部设置有一组呈放射状、可旋转的凹孔板。
所述海水分离装置包括分离室，所述分离室内设置有下表面为孔板结构的第一环形坡道，所述第一环形坡道入口端连通冰体传输管道，出口端连通自然空调制冷装置的冰体入口，所述分离室的底部设置有浓盐水出口。
所述自然空调制冷装置包括制冷室以及设置于制冷室一侧的第二风扇和第二超声波发生器，所述制冷室内部设置有第二环形坡道，所述第二环形坡道入口端连通冰体入口，出口端连通制冷室底部的淡水出口，所述制冷室处于第二风扇风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔。
优选的，所述液体喷口设置于凹孔板斜上方，所述凹孔板逆着液体流向旋转，所述凹孔板共12个，其上凹孔均为半径为2.5cm的半圆。
优选的，所述海水分离装置还包括设置于分离室外的第一风扇，所述分离室处于第一风扇风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔。
优选的，第一环形坡道与第二环形坡道均为开放式空间，包括底部坡道和两侧挡板，每一螺旋圈在水平面上的投影均为矩形，每一螺旋圈中的每一直行分坡道与水平面的夹角均为15°～20°。
优选的，所述第一环形坡道为从上至下螺旋半径渐小的漏斗形；所述第一环形坡道下表面孔板结构中孔洞直径为0.3cm。
优选的，所述通风孔的直径为10～15cm。
优选的，所述第一超声波发生器和第二超声波发生器的频率均为20～40kHz。
本发明另外公开的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷方法，使用上述海水脱盐和自然空调制冷装置，具体包括以下步骤：过滤后的海水经过液体喷口喷出雾状液滴进入冻结室，同时冷气流喷口处喷射冷气流冷却凹孔板，雾状液滴接触到被冷却的凹孔板上迅速冻结，同时带有冻结冰体的凹孔板旋转到第一超声波发生器的正下方，在超声波热效应和空化效应下，冰体结构得以松散，形成微孔道，冰体表面也呈融溶状态从凹孔板上脱落至冻结室底部，进入冰体传输管道，随后进入分离室；冰体在第一环形坡道内滑行下降的同时，一侧的第一风扇吹送进热空气，冰体吸收热量后送出冷空气用于自然制冷，同时浓盐水从冰体中分离，从第一环形坡道上的孔洞中下落至底部的浓盐水出口，形成的淡水冰体继续沿第一环形坡道下滑，进入制冷室的冰体入口后随即进入第二环形坡道滑行；冰体在第二环形坡道上滑行下降的同时，一侧的第二风扇吹送进热空气，与冰体进行自然换热后送出冷空气，冰体吸收热量化为淡水，并从第二环形坡道的末端淡水出口排出；另一侧的第二超声波发生器加热第二环形坡道上残留的冰体，加快换热过程中冰体的融化。
优选的，所述冻结室内冷气流喷口喷射进的冷气流温度为-25℃。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法的优点是：
(1)本发明利用超声波的热效应和空化效应，使冰体结构松散形成为孔道，冰体表面融溶，加速冰体脱盐。
(2)本发明分离出的淡水冰体和热空气进行热交换，其冷量得到回收利用，实现自然空调制冷，达到了节能环保可持续的目的。同时，热交换过程中超声波热效应有助于加快冰体的融化，也可以防止坡道上残留冰体形成堵塞，造成装置的故障。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置的结构示意图。
图2为制冷室的俯视图。
图3为凹孔板结构图。
图中的数字或字母所代表的零部件的名称为：
1-过滤器；2-阀门；3-温度计；4-液体喷口；5-冷气流喷口；6-第一超声波发生器；7-冻结室；8-冰体传输管道；9-分离室；10-第一风扇；11-第一环形坡道；12-冰体入口；13-浓盐水出口；14-第二风扇；15-第二环形坡道；16-制冷室；17-淡水出口；18-凹孔板；181-凹孔；19-第二超声波发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。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的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图3示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。
如图1-3所示的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，包括脱盐装置和自然空调制冷装置。
脱盐装置包括海水冻结装置和海水分离装置，其中，海水冻结装置包括海水冻结室7以及设置于冻结室7上方的第一超声波发生器6，冻结室7侧壁设置有液体喷口4和冷气流喷口5、底部连通冰体传输管道8、内部设置有一组呈放射状、可旋转的凹孔板18。具体的，液体喷口4设置于凹孔板18斜上方，凹孔板18逆着液体流向旋转，凹孔板18共12个，其上凹孔181均为半径为2.5cm的半圆。海水冻结之前先进行过滤，海水入口与过滤器之间、过滤器1与冻结室7之间分别设置有阀门2和温度计3。过滤后的海水经过液体喷口4喷出雾状液滴进入冻结室7，同时冷气流喷口5处喷射冷气流冷却凹孔板18，雾状液滴接触到被冷却的凹孔板18上迅速冻结，同时带有冻结冰体的凹孔板18旋转到第一超声波发生器6的正下方，在超声波热效应和空化效应下，冰体结构得以松散，形成微孔道，冰体表面也呈融溶状态从凹孔板18上脱落至冻结室7底部，进入冰体传输管道8，随后进入分离室9。
海水分离装置包括分离室9，分离室9内设置有下表面为孔板结构的第一环形坡道11，第一环形坡道11下表面孔板结构中孔洞直径为0.3cm。第一环形坡道11入口端连通冰体传输管道8，出口端连通自然空调制冷装置的冰体入口12，分离室9的底部设置有浓盐水出口13。冰体在第一环形坡道11滑动下移，浓盐水从冰体中分离，从第一环形坡道11下表面孔板上成型的孔洞中滴落，并从浓盐水出口13流出。
该海水分离装置还包括设置于分离室9外的第一风扇10，分离室9处于第一风扇10风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔，通风孔的直径为10～15cm。冰体在第一环形坡道11内滑行下降的同时，一侧的第一风扇10吹送进热空气，冰体吸收热量后送出冷空气用于自然制冷。
自然空调制冷装置包括制冷室16以及设置于制冷室16一侧的第二风扇14和第二超声波发生器19，制冷室16内部设置有第二环形坡道15，第二环形坡道15入口端连通冰体入口12，出口端连通制冷室16底部的淡水出口17，制冷室16处于第二风扇14风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔，通风孔的直径为10～15cm。冰体在第二环形坡道15上滑行下降的同时，一侧的第二风扇14吹送进热空气，与冰体进行自然换热后送出冷空气，冰体吸收热量化为淡水，并从第二环形坡道15的末端淡水出口17排出；另一侧的第二超声波发生器19加热第二环形坡道15上残留的冰体，加快换热过程中冰体的融化。
进一步的，第一环形坡道11与第二环形坡道15均设计成为开放式空间，即包括底部坡道和两侧边挡板，每一螺旋圈在水平面上的投影均为矩形，每一螺旋圈中的每一直行分坡道与水平面的夹角均为15°～20°。
由于第一环形坡道11是开放式空间，其底部又为孔板结构，为保证融化的浓盐水直接滴落至浓盐水出口13，而非下一螺旋圈上的坡道内，第一环形坡道11被设计为从上至下螺旋半径渐小的漏斗形，分离室9的外壳则为与第一环形坡道11外形相似的梯形。
进一步的，第一超声波发生器6和第二超声波发生器19的频率均为20～40kHz。
本发明另外公开的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷方法，使用上述的海水脱盐和自然空调制冷装置，具体包括以下步骤：过滤后的海水经过液体喷口4喷出雾状液滴进入冻结室7，同时冷气流喷口5处喷射冷气流冷却凹孔板18，雾状液滴接触到被冷却的凹孔板18上迅速冻结，同时带有冻结冰体的凹孔板18旋转到第一超声波发生器6的正下方，在超声波热效应和空化效应下，冰体结构得以松散，形成微孔道，冰体表面也呈融溶状态从凹孔板18上脱落至冻结室7底部，进入冰体传输管道8，随后进入分离室9；冰体在第一环形坡道11内滑行下降的同时，一侧的第一风扇吹10送进热空气，冰体吸收热量后送出冷空气用于自然制冷，同时浓盐水从冰体中分离，从第一环形坡道11上的孔洞中下落至底部的浓盐水出口13，形成的淡水冰体继续沿第一环形坡道11下滑，进入制冷室16的冰体入口12后随即进入第二环形坡道15滑行；冰体在第二环形坡道15上滑行下降的同时，一侧的第二风扇14吹送进热空气，与冰体进行自然换热后送出冷空气，冰体吸收热量化为淡水，并从第二环形坡道15的末端淡水出口17排出；另一侧的第二超声波发生器19加热第二环形坡道15上残留的冰体，加快换热过程中冰体的融化。
进一步的，冻结室7内冷气流喷口5喷射进的冷气流温度为-25℃。
综上所述，本发明公开的一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置及方法，利用超声波的热效应和空化效应，使冰体结构松散形成为孔道，冰体表面融溶，加速冰体脱盐。同时，分离出的淡水冰体和热空气进行热交换，其冷量得到回收利用，实现自然空调制冷，达到了节能环保可持续的目的，且热交换过程中超声波热效应有助于加快冰体的融化，也可以防止坡道上残留冰体形成堵塞，造成装置的故障。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，包括脱盐装置和自然空调制冷装置，所述脱盐装置包括海水冻结装置和海水分离装置，所述海水冻结装置包括海水冻结室(7)以及设置于冻结室(7)上方的第一超声波发生器(6)，所述冻结室(7)侧壁设置有液体喷口(4)和冷气流喷口(5)、底部连通冰体传输管道(8)、内部设置有一组呈放射状、可旋转的凹孔板(18)；
所述海水分离装置包括分离室(9)，所述分离室(9)内设置有下表面为孔板结构的第一环形坡道(11)，所述第一环形坡道(11)入口端连通冰体传输管道(8)，出口端连通自然空调制冷装置的冰体入口(12)，所述分离室(9)的底部设置有浓盐水出口(13)；
所述自然空调制冷装置包括制冷室(16)以及设置于制冷室(16)一侧的第二风扇(14)和第二超声波发生器(19)，所述制冷室(16)内部设置有第二环形坡道(15)，所述第二环形坡道(15)入口端连通冰体入口(12)，出口端连通制冷室(16)底部的淡水出口(17)，所述制冷室(16)处于第二风扇(14)风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔。
2.根据权利要求1所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，所述液体喷口(4)设置于凹孔板(18)斜上方，所述凹孔板(18)逆着液体流向旋转，所述凹孔板(18)共12个，其上凹孔(181)均为半径为2.5cm的半圆。
3.根据权利要求1所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，所述海水分离装置还包括设置于分离室(9)外的第一风扇(10)，所述分离室(9)处于第一风扇(10)风道上的两个对称设置的侧壁上均设置有通风孔。
4.根据权利要求3所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，第一环形坡道(11)与第二环形坡道(15)均为开放式空间，包括底部坡道和两侧挡板，每一螺旋圈在水平面上的投影均为矩形，每一螺旋圈中的每一直行分坡道与水平面的夹角均为15°～20°。
5.根据权利要求4所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，所述第一环形坡道(11)为从上至下螺旋半径渐小的漏斗形；所述第一环形坡道(11)下表面孔板结构中孔洞直径为0.3cm。
6.根据权利要求1或3所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，所述通风孔的直径为10～15cm。
7.根据权利要求1所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，所述第一超声波发生器(6)和第二超声波发生器(19)的频率均为20～40kHz。
8.基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷方法，使用权利要求1-7任一项所述的海水脱盐和自然空调制冷装置，其特征在于，具体包括以下步骤：过滤后的海水经过液体喷口(4)喷出雾状液滴进入冻结室(7)，同时冷气流喷口(5)处喷射冷气流冷却凹孔板(18)，雾状液滴接触到被冷却的凹孔板(18)上迅速冻结，同时带有冻结冰体的凹孔板(18)旋转到第一超声波发生器(6)的正下方，在超声波热效应和空化效应下，冰体结构得以松散，形成微孔道，冰体表面也呈融溶状态从凹孔板(18)上脱落至冻结室(7)底部，进入冰体传输管道(8)，随后进入分离室(9)；冰体在第一环形坡道(11)内滑行下降的同时，一侧的第一风扇(10)吹送进热空气，冰体吸收热量后送出冷空气用于自然制冷，同时浓盐水从冰体中分离，从第一环形坡道(11)上的孔洞中下落至底部的浓盐水出口(13)，形成的淡水冰体继续沿第一环形坡道(11)下滑，进入制冷室(16)的冰体入口(12)后随即进入第二环形坡道(15)滑行；冰体在第二环形坡道(15)上滑行下降的同时，一侧的第二风扇(14)吹送进热空气，与冰体进行自然换热后送出冷空气，冰体吸收热量化为淡水，并从第二环形坡道(15)的末端淡水出口(17)排出；另一侧的第二超声波发生器(19)加热第二环形坡道(15)上残留的冰体，加快换热过程中冰体的融化。
9.根据权利要求8所述的基于超声波的海水脱盐和自然空调制冷方法，其特征在于，所述冻结室(7)内冷气流喷口(5)喷射进的冷气流温度为-25℃。
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