CN1198407A - 交替冻结海水淡化法 - Google Patents

Abstract

本发明属于从海水中提取淡水的一种方法。是用间接冷冻法从海水中提取淡水的一种新方法。关键是采用“交替压缩式制冷机”,制冷工质往返流动,并且不需要移动冻结的冰晶。这种制冷机内部分为A、B两部分,每部分的排热和吸热交替进行,海水结冰,以及冰的融化也在A、B部交替进行。此方法杜绝了冰晶剥离和输送时对设备的损坏,提高了换热效率,节约能源,简化设备和工艺,大大降低海水淡化的成本,使海水淡化成为可以大量应用的实用方法。

Description

交替冻结海水淡化法

本发明属于从海水中提取淡水的一种方法。并属于海水淡化技术中的冷冻法，而且属于其中的间接冷冻法。

现有的海水淡化技术，主要有减压蒸馏法、逆渗透法、冷冻法、电渗析法等，都存在着耗费能量大、耗费材料多的问题，成本过高，只能在特别缺乏淡水的场合使用。有关的专业书籍中的计算指出，从含盐3.4％、温度25℃的海水中提取一吨淡水，理论的能耗率为每吨1.41千瓦时，实际能耗率为上述值的几倍到几十倍。目前已用于实际的各种海水淡化方法互相比较，能耗率较低的，材料耗费特别高，总成本比较接近。但实际应用中从海水中提取的淡水数量很小。本发明所归类的“间接冷冻法”，其能耗在已有技术中是较低的，但有重大技术难题仍没有克服，这些难题是：1.要从换热面上取下冰晶，这样做极易损坏设备。2.需要很大的换热面积，换热效率低，占用设备昂贵。而解决第二个问题的任何措施，都不利于取下和运走冰晶，因此无法解决上述技术难题。

本发明的目的是解决上述技术难题，使属于间接冷冻法的交替冻结海水淡化法成为最好的海水淡化方法，能耗率在当前各种海水淡化法中最低，材料耗费很低，总成本最低，便于大规模应用。

本发明的要点，可概括为一句：根本不取下冰晶，让冻结的冰晶在原来位置融化成淡水，再作为产品取出。具体来说如下：一，使用交替压缩式制冷机。这种制冷机是专为本方法设计的。二，采用细而且直的工业纯铁管作为换热管，在水换热箱中高密度地排列。

本发明的优点是：一，杜绝了取下和运走冰晶时对设备的损坏，免去了所耗费的运送能量。二，由于不需要取下和运走冰晶，设备可大大简化，并可采用工艺很简单的细直纯铁管，高密度排列，换热效率大大提高，而设备成本反而降低了。三，在每一个生产环节，都非常节约地回收冷能源，以降低总的生产成本率和能耗率。

本发明的说明书附图中，对本发明的最佳实施例作了示意的表达。(有许多按常规必须安装的泵和阀，在图中都省略了。附图只重点示意本发明的构思。)

图1是“交替压缩式制冷机的结构示意”。本发明必须采用它。它使用氨作为制冷工质。这种制冷机的基本特点是：一，制冷工质不是循环流动，而是气态的制冷工质在A换热部和B换热部之间往返流动。二，压缩或旋转的方向是交替转换的，A换热部和B换热部二者之一吸热，另一部就排热。下一行程，方向转换，吸热的换成排热的，排热的换成吸热的。

在这个最佳实施例中，交替压缩式制冷机使用直流电机作为动力，使用较高压的直流电作为电源。这是考虑到经常换向时要便于回收电能。

每当刚换向时，暂不需开动螺旋推进压缩器。比如在正向旋转快开始时，A、B气室通向螺旋推进压缩器的阀门仍关闭着。此时A气室的气压高于B气室，B-A组阀门被控制而关闭。打开A-B组阀门，氨气从A气室通过并推动A-B涡轮机而进入B气室，这样A-B涡轮机得到动力而旋转，可把这动力传出，发出电能，送回电源，这是回收能量的一个方法。然后就出现了A、B气室气压基本相等的情况，这时打开A、B气室通向螺旋推进压缩器的双向阀门，开动螺旋推进压缩器，使之正向旋转。这样A气室的氨气气压减小到一个规定值，反之B气室气压增高到一个规定值。

当下一个制冷行程开始后，出现跟上述完全对称的过程，与上述的过程相比，A和B互换，螺旋推进压缩器是反向旋转，但其余是相同的。

换热管系中的换热管排列在水换热箱中，可以用壁厚0.1毫米、内经0.8毫米的纯铁管，各换热管中心之间的平均距离为1.55毫米，正三角排列。

采用本发明从海水中提取淡水，就是要采用交替压缩式制冷机及一些辅助设备。

图2是“交替冻结海水淡化法的水和空气流的流程示意。”图2和以下的交替冻结海水淡化法的工作过程的表达，就是对于本发明的最佳实施例的表达。

交替冻结海水淡化法的工作过程如下：

准备条件：1.有着足够使用的海水，假定含盐率3.5％(平均含盐率)。2.各种图2中所提到的设备和未提到的常规设备，还有动力设备和电源条件。3.临近起动时，要准备出稍超过半个水换热箱容积的、合乎粗制淡水的产品质量要求的、温度约0℃的粗制淡水，装在淡水贮存箱中备用，这将在起动过程中使用。

其工作过程，开始是起动过程，然后是连续生产过程。叙述如下：

起动过程：

第一步，从海中吸取的海水(本文中简称为“粗海水”)，分成两部分，分别送往预冷制冷机的排水箱和排冷水箱。把含有废热的海水排回海中，得到冷海水(温度约-1.5℃)。

第二步，冷海水分两部分输往交替压缩式制冷机的A部水换热箱和B部水换热箱(简称A部和B部)，选择B部冷海水作为冷却液，吸收制冷工质的热量后，带着废热排回海中。A部冷海水冻结成冰。输送和排放B部海水的速度很快，以提供充足的冷源。同时放慢螺旋压缩器的转速，延长此行程的维持时间。而预冷制冷机却要加强运转。假定在这行程中交替压缩制冷机的运行旋转方向为正向。

第三步，在上述行程结速后，压缩制冷暂停。这时，A部的结冰量大致达到淡水回收率的要求(约占A部水换热箱容积的一半，结成了冰晶，包裹在换热管上)。然后把剩余的冷的浓海水(约-4℃，含盐7％)输往预冷制冷机，作为对粗海水预冷的冷却液。同时B部的水换热箱内换上-1.5℃的冷海水。

如果工作条件差，还要另外采用一些简单方法，才可以顺利完成起动过程。那些方法在此省略。(本说明书所说的预冷制冷机，可以是一个综合的系统。但是简称为预冷制冷机。它的工作目标是提供-1.5℃的冷海水，并尽量利用工作过程中产生的冷能量，以及产品中的多余冷能)。

第四步，然后用压缩空气流对A部的冰稍加冲刷，冲去过多的粘附在冰上的浓海水。

第五步，然后用预先准备的粗制淡水(0℃)填满A部水换热箱。(此举是为提高换热效率，充分利用冷能)。

第六步，然后继续进行压缩制冷。由于交替压缩制冷机的工作特性，冷却的部位与刚才恰恰相反。B部水换热箱内的冷海水结冰，A部水换热箱内的冰受热融化。这一冷却行程结束后，压缩制冷又暂停。

此时，起动过程结束，连续生产过程开始，后者只能紧接前者而继续进行。紧接着，连续生产过程开始。

连续生产过程：

第一步，A部水换热箱排出粗制淡水，数量有一个水换热箱的容积。其中一半作为产品，送往用户，另一半备用于下一行程填满水换热箱。

由于换热管很细，毛细作用相对强，要用压缩空气流高速推动附着在换热管上的水，以克服毛细作用力。然后形成高速水流，在压缩空气泵中再回收动能。如此才能顺利排出一个水换热箱容积的淡水。(在生产过程中，如果气体和液体的动能便于回收，都要尽量回收)。还有其它技术诀窍，可用于解决上述的水换热箱全部排水的技术问题。在此省略了。

除此之外，还有少量的多余废热，要依靠淡水贮存箱中的付制冷机，把这少量的多余废热排出到海中去，使淡水贮存箱中的水温始终保持接近0℃，不会持续升高。这样才可保证连续生产过程正常地持续下去。(这部分废热，大约每公斤产品淡水有2.2千卡，大约占交替压缩制冷机的制冷量的2.65％。此废热的温度大约0℃)。

第二步，B部排出浓海水(-4℃，含盐的7％)往预冷制冷机的冷凝管换热箱，作为对粗海水预冷的冷源。同时，A部的水换热箱内换上整箱的冷海水。此时B部水换热箱内已有约52％容积为冰所占据。

第三步，然后执行起动过程的第四、第五步骤，但是A部换成了B部。

第四步，然后继续压缩制冷，冷却部位与刚才恰恰相反，A部的冷海水结冰，B部的冰受热融化，这一冷却行程结束时，压缩制冷又暂停。

第五步，然后重复连续生产过程的第一步。但A部换成了B部；再重复连续生产过程的第二步，B部换成了A部。再重复连续生产过程的第三步，但B部又换成了A部。再继续压缩制冷，冷却部位与刚才恰恰相反，B部的冷海水结冰，A部的冰受热融化。然后重复连续生产过程的第五步，但其部位与前四步相同，与第五步相反。如此，连续生产过程照上述的规则和顺序重复和反复地维持进行。每个制冷周期中，含有两个行程，A部和B部交替地产生淡水。每个行程中都有半个水换热箱容积的淡水被生产。连续生产过程的所有状态逐渐正常。

这样生产的淡水，是温度在0℃的粗制淡水。如果嫌它含盐量不够低，可以进行精制。

按以上方法生产的，无论是粗制淡水还是精制淡水，从交替压缩式制冷机的水换热箱作为产品输出时，水温都在0℃左右。这是一个可利用的冷源，将其输往“预冷制冷机”，作为冷却液，可把原始的较高温海水，冷却到0℃左右，而且能耗很低。从理论上说，这不算制冷，只是热量的交换，没有熵的变化。对此我已有大幅度节能的设想。(在此省略)。

这些淡水的冷能源非常可观。当淡水的冷能用尽后，其温度略同于粗海水，也作为产品输往用户。作为最终产品的淡水，有冷的和不冷的两类。冷的淡水可用作用户的空调用冷源，也可作为海水温差发电设备的冷源。不冷的淡水，较适合直接用于农业和用于生活。

使用本发明从海水中提取淡水的设备，如果设在某些地点，经济效益格外好。远洋渔船和各种海船，沿海沙漠地带，都是很适用这种设备的。估计：与现在的间接冷冻法的海水淡化方法的最好水平相比，本发明的方法节约用电超过四分之三，节约材料消耗的比率更高。应该立刻切实地完成试验，然后推广应用。

Claims (2)

1.一种从海水中提取淡水的方法。其特征在于，使用交替压缩式制冷机，这种制冷机的特点是换热部分分为两部分，排热和吸热在这两部分交替进行。

2.使海水冻结，以提取淡水的方法。其海水冻结后的冰晶，不需移动，在原位置融化成淡水。

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