CN205773859U - 一种冰冻法水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种低成本的冰冻法水处理设备，用于海水淡化和工业水处理，解决地球缺水和水体污染问题。本实用新型的冰冻法水处理设备由预处理系统、冷冻系统、换热系统及二次分离系统构成，其中冷冻系统可以获得淡水及浓缩高盐水，换热系统可以将冷冻系统的热量进行转换而产生供建筑物使用的冷媒或热媒，二次分离系统可以提高盐水的浓度和淡水的产量。本实用新型的设备可运用于海水淡化、工业废水处理、中水处理回用，本实用新型运用战略成本管理分析，将冷冻法水处理、水源热泵、低温雾化蒸馏技术相结合，在利用冷冻法提纯淡水的同时，进行溶质物质提取，并提供冷媒或热媒，从而取得可观的经济效益，有利于吸引企业主动进行水处理，减少水体污染。

Description

一种冰冻法水处理设备

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及到一种低成本的，同时可进行溶质物质提取及供冷媒供热媒的水处理设备。

背景技术

随着人类的人口的增长，工业的不断发展，物质生活不断进步，人类基本的生存条件却越来越差，其中一个重要的体现就是淡水资源越来越匮乏、天然水体被污染严重。解决缺水和水体污染问题，将是让我们的子孙后代如何继续在这个星球生存下去的重要问题。

1、地球根本不缺水。H₂O是地球上最丰富的一种化合物，地球表面73%是被水体覆盖。我们缺的其实是低成本的淡水。在地球的水资源中，海水占97.3%，淡水只占2.7%。所以解决缺水的问题的根本方向是设法从海洋里取得大量低成本的淡水。

2、水体污染的来源主要是城镇废水排入导致。而城镇废水中，68%是工业废水，32%是生活废水。生活污水的成分99％为水，固体杂质不到1％，大多为无毒物质，以可生物降解的有机物为主，即BOD为主。而工业废水，水质情况复杂，常常含有各种有害物质，重金属、难生物降解有机物、有害可溶化合物等。

造成水体污染的根本原因是水处理的成本问题，因工业水处理成本高，会增加产品的生产成本，降低产品市场竞争力，所以厂家不想处理，而是偷偷排入水体。所以，解决水体污染的根本途径是：低成本的工业水处理工艺，不但要低成本，而且要有利润，甚至是高利润。

3、冷冻法水处理原理。冰是单矿岩，不能和其他物质共处，所以水在结晶过程中，会自动排除杂质，以保持其纯净，冷冻法水淡化正是利用这一原理。冻结海水或废水时，杂质（包括可溶的和不溶的）被排除在冰晶以外。冰晶经过洗涤、分离、融化后即得到淡水。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种低成本的冰冻法水处理设备，用于海水淡化和工业水处理，解决地球缺水和水体污染问题。

本实用新型的冰冻法水处理设备由预处理系统、冷冻系统、换热系统及二次分离系统构成，所述二次分离系统由加压泵、雾化喷头、箱体、冷凝盘管、淡水承接盘及高盐水承接盘构成，所述冷凝盘管、淡水承接盘、雾化喷头、高盐水承接盘均位于箱体内并由高到低分布，淡水承接盘位于冷凝盘管的正下方；所述二次分离系统还设有冷却水入口、冷却水出口、高盐水出口、淡水进水口、淡水出口；所述冷冻系统由一次预冷器、二次预冷器、用于将海水进行冰冻以获得冰和浓缩高盐水的蒸发器、冷凝融冰槽、压缩机、第一辅助冷凝器、第二辅助冷凝器构成；所述预处理系统的出水端依次通过一次预冷器的预冷通道、二次预冷器的预冷通道后与蒸发器的进水口相连；蒸发器的高盐水出口与二次预冷器的冷媒通道入口端相连，二次预冷器的冷媒通道出口端分成两支路，一支路依次通过第一辅助冷凝器换热阀、第一辅助冷凝器的换热通道后与加压泵的入水口相连，另一支路通过高盐水直排阀与高盐水出口相连；蒸发器的冰块出口与冷凝融冰槽相连，冷凝融冰槽的出水口分成两路，一路通过冷凝换热器淡水进水阀与冷凝换热器的第一换热端口相连，另一路依次通过淡水冷凝换热器旁通阀、一次预冷器的冷媒通道后再分成两支路，一支路依次通过第二辅助冷凝器换热阀、第二辅助冷凝器的换热通道后与二次分离系统的淡水进水口相连，另一支路通过淡水直通阀与二次分离系统的淡水进水口相连；蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂入口相连，压缩机的制冷剂出口依次通过第一辅助冷凝器旁通阀、第二辅助冷凝器旁通阀后分成两路，一路通过冷凝换热器热媒进入阀与冷凝换热器的第二换热端口相连，另一路通过冷凝换热器热媒旁通阀后再分成两支路，其中一支路依次通过冷凝融冰槽的制冷剂通道、节流阀后与蒸发器的制冷剂入口相连，另一支路通过冷凝换热器热媒排出阀与冷凝换热器的第一换热端口相连；所述冷凝换热器的第二换热端口通过淡水冷凝换热器旁通阀与冷凝融冰槽的出水口相连；所述第一辅助冷凝器旁通阀与由第一辅助冷凝器的制冷剂通道、第一辅助冷凝器连通阀构成的支路并联，所述第二辅助冷凝器旁通阀与由第二辅助冷凝器的制冷剂通道、第二辅助冷凝器连通阀构成的支路并联；冷凝换热器的换热通道与循环泵、风机盘管依次连接以构成换热循环通道；所述加压泵的出水口与雾化喷头相连；冷却水入口通过冷却水换热进水阀后分成两路，一路依次通过淡水换热进水阀、淡水换热器旁通阀后与淡水出口相连，另一路通过冷凝盘管的冷却水通道后再分成两个支路，其中一个支路通过冷却水换热出水阀与冷却水出口相连，另一支路通过淡水换热出水阀与淡水出口相连；淡水承接盘与淡水出口相连，高盐水承接盘通过换热器高盐水出水阀与高盐水出口相连。

上述的冰冻法水处理设备的运行方法包括春秋季工作模式、夏季工作模式和冬季工作模式，其中：

所述夏季工作模式如下：开启第一辅助冷凝器连通阀、第二辅助冷凝器连通阀、第一辅助冷凝器换热阀、第二辅助冷凝器换热阀、冷凝换热器淡水进水阀、冷凝换热器淡水出水阀、冷却水换热进水阀、冷却水换热出水阀、箱体高盐水出水阀、淡水换热器旁通阀、冷凝换热器热媒旁通阀，关闭第一辅助冷凝器旁通阀、第二辅助冷凝器旁通阀、高盐水直排阀、淡水直通阀、淡水冷凝换热器旁通阀、冷凝换热器热媒排出阀、冷凝换热器热媒进入阀、淡水换热出水阀、淡水换热进水阀；在夏季工作模式中：海水经过预处理系统的预处理后，依次经过一次预冷器、二次预冷器的预冷，然后再进入到蒸发器内，生成冰块和浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽内融化，变成淡水而流经冷凝换热器的换热通道，与冷凝换热器的换热通道内的工质进行热量交换，该工质经过冷凝换热器后降低温度；冷凝换热器的换热通道流出的淡水流经一次预冷器的冷媒通道，对一次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；一次预冷器的冷媒通道流出的淡水流经第二辅助冷凝器的换热通道，与第二辅助冷凝器的制冷剂通道中的制冷剂交换热量后温度升高，最后由淡水出口流出；蒸发器内产生的浓缩高盐水先流经二次预冷器的冷媒通道，对二次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；然后再流经第一辅助冷凝器的换热通道，与第一辅助冷凝器的制冷剂通道中的制冷剂交换热量，然后经加压泵加压，由雾化喷头喷出形成水雾，水雾中的含盐较少的小雾化颗粒及蒸汽向上而被冷凝盘管冷凝，形成淡水而落到淡水承接盘后，流向淡水出口，而水雾中的含盐较多的大雾化颗粒向下而落到高盐水承接盘后，流向高盐水出口；冷凝盘管中冷却水流动而对含盐较少的水雾及蒸汽进行降温冷凝；冷媒进入压缩机后被压缩，然后流经第一辅助冷凝器的制冷剂通道，与第一辅助冷凝器的换热通道内的浓缩高盐水进行热交换，然后再流经第二辅助冷凝器的制冷剂通道，与第二辅助冷凝器的换热通道内的淡水进行热交换，再流经冷凝融冰槽的制冷剂通道，与冷凝融冰槽内的换热通道的冰进行热交换，然后经过节流阀而变成气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器内的海水进行热交换，最后返回压缩机。

所述冬季工作模式如下：开启第一辅助冷凝器旁通阀、第二辅助冷凝器旁通阀、高盐水直排阀、淡水直通阀、淡水冷凝换热器旁通阀、冷凝换热器热媒排出阀、冷凝换热器热媒进入阀、淡水换热器旁通阀，关闭第一辅助冷凝器连通阀、第二辅助冷凝器连通阀、第一辅助冷凝器换热阀、第二辅助冷凝器换热阀、冷凝换热器淡水进水阀、冷凝换热器淡水出水阀、冷却水换热进水阀、冷却水换热出水阀、淡水换热出水阀、淡水换热进水阀、箱体高盐水出水阀、冷凝换热器热媒旁通阀；在冬季工作模式中，海水经过预处理系统的预处理后，依次经过一次预冷器、二次预冷器的预冷，然后再进入到蒸发器内，生成冰块和浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽内融化，变成淡水而流经一次预冷器的冷媒通道，对一次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；一次预冷器的冷媒通道流出的淡水最后由淡水出口流出；蒸发器内产生的浓缩高盐水先流经二次预冷器的冷媒通道，对二次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；然后由高盐水出口流出；在冬季工作模式中，冷凝盘管及加压泵均不工作；冷媒进入压缩机后被压缩，然后流经冷凝换热器的换热通道，与冷凝换热器的换热通道内的工质进行热交换，该工质经过冷凝换热器后提高温度；冷凝换热器的换热通道流出的冷媒流经冷凝融冰槽的制冷剂通道，与冷凝融冰槽内的换热通道的冰进行热交换，然后经过节流阀而变成气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器内的海水进行热交换，最后返回压缩机。

所述春秋季工作模式如下：开启第二辅助冷凝器旁通阀、第一辅助冷凝器连通阀、第一辅助冷凝器换热阀、淡水直通阀、淡水冷凝换热器旁通阀、淡水换热出水阀、淡水换热进水阀、箱体高盐水出水阀、冷凝换热器热媒旁通阀，关闭第一辅助冷凝器旁通阀、第二辅助冷凝器连通阀、高盐水直排阀、第二辅助冷凝器换热阀、冷凝换热器淡水进水阀、冷凝换热器淡水出水阀、冷凝换热器热媒排出阀、冷凝换热器热媒进入阀、冷却水换热进水阀、冷却水换热出水阀、淡水换热器旁通阀；在春秋季工作模式中，海水经过预处理系统的预处理后，依次经过一次预冷器、二次预冷器的预冷，然后再进入到蒸发器内，生成冰块和浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽内融化，变成淡水而流经一次预冷器的冷媒通道，对一次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；一次预冷器的冷媒通道流出的淡水再流经冷凝盘管的冷却水通道，最后由淡水出口流出；蒸发器内产生的浓缩高盐水先流经二次预冷器的冷媒通道，对二次预冷器的预冷通道中的海水进行预冷；然后再流经第一辅助冷凝器的换热通道，与第一辅助冷凝器的制冷剂通道中的制冷剂交换热量，然后经加压泵加压，由雾化喷头喷出形成水雾，水雾中的含盐较少的小雾化颗粒及蒸汽向上而被冷凝盘管冷凝，形成淡水而落到淡水承接盘后，流向淡水出口，而水雾中的含盐较多的大雾化颗粒向下而落到高盐水承接盘后，由高盐水出口流出；冷凝盘管中淡水流动而对含盐较少的水雾及蒸汽进行降温冷凝；制冷剂进入压缩机后被压缩，然后流经第一辅助冷凝器的制冷剂通道，与第一辅助冷凝器的换热通道内的浓缩高盐水进行热交换，然后再流经冷凝融冰槽的制冷剂通道，与冷凝融冰槽内的换热通道的冰进行热交换，然后经过节流阀而变成气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器内的海水进行热交换，最后返回压缩机；在春秋季工作模式中，换热系统不工作。

在所述夏季工作模式和冬季工作模式中，所述冷凝换热器的换热通道内的工质进行热交换后，流经风机盘管而与大气进行换热，实现夏季制冷或冬季制暖。

进一步地，所述高盐水出口通往晒盐场，在工作过程中，由高盐水出口流出的高盐水流向晒盐场进行晒盐。

具体来说，所述蒸发器由外筒、内筒及驱动内筒转动的驱动单元构成，所述外筒、内筒嵌套且相互之间设有间隙，所述内筒的两端分别设有蒸发器的制冷剂入口及制冷剂出口，所述外筒的一侧设有进水口，另一侧设有除冰缺口，所述除冰缺口处固定设有刮冰刀，所述除冰缺口通过传送机构或者倾斜的传送板与冷凝融冰槽相连，从而将由刮冰刀自内筒表面刮下的冰传送到冷凝融冰槽内。海水流入到内筒与外筒之间的间隙内，低温的内筒在转动过程中，会逐渐有海水被冷冻为冰而附着在内筒的表面，在此过程中，由于冰自身的单矿岩特性，会与海水中的盐分分离，使得剩余的海水成为高盐度的浓缩高盐水；内筒转动过程中，刮冰刀会将内筒表面的冰刮下而借由传送机构或者倾斜的传送板传送到冷凝融冰槽内，从而实现产生冰和浓缩高盐水的目的。

具体来说，所述预处理系统由吸水口、格栅模块、杀菌除藻模块、沉砂池依次串联而形成预处理通路，所述预处理通路在格栅模块的后端设有取水泵，所述沉砂池的出水口为预处理系统的出水端。上述格栅模块、杀菌除藻模块、沉砂池可以对水源进行过滤、杀菌、除藻、除油等预处理，进而提高水源的纯净度。

本实用新型的设备可运用于海水淡化、工业废水处理、中水处理回用，本实用新型运用战略成本管理分析，将冷冻法水处理、水源热泵、低温雾化蒸馏技术的工作原理相结合，在利用冷冻法提纯淡水的同时，进行溶质物质提取，并提供冷媒或热媒，从而取得可观的经济效益，有利于吸引企业主动进行水处理，减少水体污染。

附图说明

图1是本实用新型的冰冻法水处理设备的夏季工作模式原理图。

图2是本实用新型的冰冻法水处理设备的冬季工作模式原理图。

图3是本实用新型的冰冻法水处理设备的春秋季工作模式原理图。

图4是本实用新型中蒸发器的结构原理图。

附图标记：

1、预处理系统；11、吸水口；12、格栅模块；13、取水泵；14、杀菌除藻模块；15、沉砂池；2、冷冻系统；21、一次预冷器；22、二次预冷器；23、蒸发器；231、外筒；232、内筒；233、刮冰刀；234、传送板；24、冷凝融冰槽；25、压缩机；26、第一辅助冷凝器；27、第二辅助冷凝器；28、节流阀；3、换热系统；31、冷凝换热器；32、循环泵；33、风机盘管；4、二次分离系统；41、加压泵；42、雾化喷头；43、箱体；44、冷凝盘管；45、淡水承接盘；46、高盐水承接盘；

A：第一辅助冷凝器旁通阀；B、第二辅助冷凝器旁通阀；C、第一辅助冷凝器连通阀；D、第二辅助冷凝器连通阀；E、第一辅助冷凝器换热阀；F、高盐水直排阀；G、第二辅助冷凝器换热阀；H、淡水直通阀；I、淡水冷凝换热器旁通阀；J、冷凝换热器淡水进水阀；K、冷凝换热器淡水出水阀；L、冷凝换热器热媒排出阀；M、冷凝换热器热媒进入阀；N、冷却水换热进水阀；O、冷却水换热出水阀；P、淡水换热出水阀；Q、淡水换热进水阀；R、箱体高盐水出水阀；S、淡水换热器旁通阀；T、冷凝换热器热媒旁通阀。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例的冰冻法水处理设备由预处理系统1、冷冻系统2、换热系统3及二次分离系统4构成，所述二次分离系统4由加压泵41、雾化喷头42、箱体43、冷凝盘管44、淡水承接盘45及高盐水承接盘46构成，所述冷凝盘管44、淡水承接盘45、雾化喷头42、高盐水承接盘46均位于箱体43内并由高到低分布，淡水承接盘45位于冷凝盘管44的正下方；所述二次分离系统4还设有冷却水入口、冷却水出口、高盐水出口、淡水进水口、淡水出口（本实施例中，二次分离系统4采用海水作为冷却水）；所述冷冻系统2由一次预冷器21、二次预冷器22、用于将海水进行冰冻以获得冰和浓缩高盐水的蒸发器23、冷凝融冰槽24、压缩机25、第一辅助冷凝器26、第二辅助冷凝器27构成；所述预处理系统1的出水端依次通过一次预冷器21的预冷通道、二次预冷器22的预冷通道后与蒸发器23的进水口相连；蒸发器23的高盐水出口与二次预冷器22的冷媒通道入口端相连，二次预冷器22的冷媒通道出口端分成两支路，一支路依次通过第一辅助冷凝器换热阀E、第一辅助冷凝器26的换热通道后与加压泵41的入水口相连，另一支路通过高盐水直排阀F与高盐水出口相连；蒸发器23的冰块出口与冷凝融冰槽24相连，冷凝融冰槽24的出水口分成两路，一路通过冷凝换热器淡水进水阀J与冷凝换热器31的第一换热端口相连，另一路依次通过淡水冷凝换热器旁通阀I、一次预冷器21的冷媒通道后再分成两支路，一支路依次通过第二辅助冷凝器换热阀G、第二辅助冷凝器27的换热通道后与二次分离系统4的淡水进水口相连，另一支路通过淡水直通阀H与二次分离系统4的淡水进水口相连；蒸发器23的制冷剂出口与压缩机25的制冷剂入口相连，压缩机25的制冷剂出口依次通过第一辅助冷凝器旁通阀A、第二辅助冷凝器旁通阀B后分成两路，一路通过冷凝换热器热媒进入阀M与冷凝换热器31的第二换热端口相连，另一路通过冷凝换热器热媒旁通阀T后再分成两支路，其中一支路依次通过冷凝融冰槽24的制冷剂通道、节流阀28后与蒸发器23的制冷剂入口相连，另一支路通过冷凝换热器热媒排出阀L与冷凝换热器31的第一换热端口相连；所述冷凝换热器31的第二换热端口通过淡水冷凝换热器旁通阀I与冷凝融冰槽24的出水口相连；所述第一辅助冷凝器旁通阀A与由第一辅助冷凝器26的制冷剂通道、第一辅助冷凝器连通阀C构成的支路并联，所述第二辅助冷凝器旁通阀B与由第二辅助冷凝器27的制冷剂通道、第二辅助冷凝器连通阀D构成的支路并联；冷凝换热器31的换热通道与循环泵32、风机盘管33依次连接以构成换热循环通道；所述加压泵41的出水口与雾化喷头42相连；冷却水入口通过冷却水换热进水阀N后分成两路，一路依次通过淡水换热进水阀Q、淡水换热器旁通阀S后与淡水出口相连，另一路通过冷凝盘管44的冷媒通道后再分成两个支路，其中一个支路通过冷却水换热出水阀O与冷却水出口相连，另一支路通过淡水换热出水阀P与淡水出口相连；淡水承接盘45与淡水出口相连，高盐水承接盘46通过换热器高盐水出水阀R与高盐水出口相连，高盐水出口通往晒盐场（当然，高盐水出口还可以通往可以利用高盐水的其它地方，例如氢气、氯气产生设备等）。

具体来说，所述蒸发器23由外筒231、内筒232及驱动内筒232转动的驱动单元（图中未画出驱动单元）构成，所述外筒231、内筒232嵌套且相互之间设有间隙，所述内筒232的两端分别设有蒸发器23的制冷剂入口及制冷剂出口，所述外筒231的一侧设有进水口，另一侧设有除冰缺口，所述除冰缺口处固定设有刮冰刀233，所述除冰缺口通过倾斜的传送板234与冷凝融冰槽24相连，从而将由刮冰刀233自内筒232表面刮下的冰传送到冷凝融冰槽24内。海水流入到内筒232与外筒231之间的间隙内，低温的内筒232在转动过程中，会逐渐有海水被冷冻为冰而附着在内筒232的表面，在此过程中，由于冰自身的单矿岩特性，会与海水中的盐分分离，使得剩余的海水成为高盐度的浓缩高盐水；内筒232转动过程中，刮冰刀233会将内筒232表面的冰刮下而借由倾斜的传送板234传送到冷凝融冰槽24内，从而实现产生冰和浓缩高盐水的目的。

具体来说，所述预处理系统1由吸水口11、格栅模块12、取水泵13、杀菌除藻模块14、沉砂池15依次串联而形成预处理通路，沉砂池15的出水口为预处理系统1的出水端。上述格栅模块12、杀菌除藻模块14、沉砂池15可以对水源进行过滤、杀菌、除藻、除油等预处理，进而提高水源的纯净度。

在本实施例中，以处理海水（即海水淡化）来举例，说明该设备的工作流程。运行工况选择在中国华南地区的珠三角沿海。夏季8月份，浅层海水平均温度为28℃，平均气温为33℃。冬季2月份，浅层海水平均温度为20℃，平均气温为15℃。春秋季5月和11月，浅层海水平均温度为25℃，平均气温为24℃。海水含盐量为3.5%（即1000Kg海水中，含有35Kg海盐）。

下面结合具体的季节工作模式来进行经济效益的分析，其中：

所述夏季工作模式如下：开启第一辅助冷凝器连通阀C、第二辅助冷凝器连通阀D、第一辅助冷凝器换热阀E、第二辅助冷凝器换热阀G、冷凝换热器淡水进水阀J、冷凝换热器淡水出水阀K、冷却水换热进水阀N、冷却水换热出水阀O、箱体高盐水出水阀R、淡水换热器旁通阀S、冷凝换热器热媒旁通阀T，关闭第一辅助冷凝器旁通阀A、第二辅助冷凝器旁通阀B、高盐水直排阀F、淡水直通阀H、淡水冷凝换热器旁通阀I、冷凝换热器热媒排出阀L、冷凝换热器热媒进入阀M、淡水换热出水阀P、淡水换热进水阀Q；

在夏季工作模式中：28℃的海水经过预处理系统1的预处理后，依次经过一次预冷器21（降低至15℃）、二次预冷器22（降低至10℃）的预冷，然后再进入到蒸发器23内，蒸发器23的内筒232表面温度为-4℃，海水在蒸发器23内生成冰块和2℃的浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽24内，与冷凝融冰槽24的制冷剂通道内的40℃的制冷剂热交换而融化，变成5℃的淡水而流经冷凝换热器31的换热通道，与冷凝换热器31的换热通道内的13℃的工质（可采用水来充当工质）进行热量交换，该工质经过冷凝换热器31后降低至8℃；该工质进入建筑物的空调末端系统（即风机盘管33）与33℃的大气进行换热，实现建筑物的制冷，从而产生经济效益，同时该工质升温到13℃而返回冷凝换热器31。

冷凝换热器31的换热通道流出的淡水（已升高至10℃）流经一次预冷器21的冷媒通道，对一次预冷器21的预冷通道中的28℃的海水进行预冷；一次预冷器21的冷媒通道流出的淡水（已升高至25℃）流经第二辅助冷凝器27的换热通道，与第二辅助冷凝器27的制冷剂通道中的50℃的制冷剂交换热量后（已升高至33℃），最后由淡水出口流出，此淡水为的体积约为原海水总体积的70%；

蒸发器23内产生的浓缩高盐水（被内筒232冷却为2℃）先流经二次预冷器22的冷媒通道，对二次预冷器22的预冷通道中的15℃的海水进行预冷；同时自身被加热为13℃，然后再流经第一辅助冷凝器26的换热通道，与第一辅助冷凝器26的制冷剂通道中的60℃的冷媒交换热量，自身被加热至45℃，然后经加压泵41加压，由雾化喷头42喷出，因为压力骤降，在45℃的情况下，形成直径15-60微米左右的水雾颗粒和蒸汽，水雾中的含盐较少的小雾化颗粒及蒸汽向上运动而与冷凝盘管44接触，与冷凝盘管44中的冷凝通道内的28℃的海水热交换而被冷凝，形成33℃的淡水而落到淡水承接盘45后，流向淡水出口，而水雾中的含盐较多的大雾化颗粒向下运动而落到高盐水承接盘46后，降温至43℃并流向高盐水出口；在二次分离系统4中得到淡水和高盐水的比例约为1：1，浓缩高盐水的含盐量由11.7%变成的23.3%，浓缩高盐水的体积变为原来海水总体积的15%。冷凝盘管44中28℃的冷却水流动而对含盐较少的水雾及蒸汽进行降温冷凝。

0℃、压力为0.15MPa的制冷剂（气体形态）进入压缩机25后被压缩成60℃、0.5MPa的高温高压汽体，然后流经第一辅助冷凝器26的制冷剂通道，与第一辅助冷凝器26的换热通道内的13℃的浓缩高盐水进行热交换，变成50℃、0.5MPa的制冷剂，然后再流经第二辅助冷凝器27的制冷剂通道，与第二辅助冷凝器27的换热通道内的25℃的淡水进行热交换，变成40℃、0.5MPa的制冷剂，再流经冷凝融冰槽24的冷媒通道，与冷凝融冰槽24内的换热通道的-2℃的冰进行热交换，变成15℃、0.5MPa的制冷剂（液体形态），然后经过节流阀28压力骤降后而变成-4℃、0.15MPa气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器23内的10℃的海水进行热交换，变成0℃、压力为0.15MPa的制冷剂返回压缩机25。

夏季工作过程的热量转移公式如下： 1X28℃海水=0.7X33℃淡水+ 0.3X45℃高盐水+2.2X8℃冷冻水-2.2X13℃冷冻水+1X2.5℃水热量损耗

其中海水中所含的盐分由1体积28℃海水，浓缩到0.15体积43℃高温浓缩盐水，因为体积的减小和温度的提高，可以大大减少所需的晒盐场的面积，具体可以减少到只需要常规晒盐场面积的8%，使得制盐成本急剧降低。

所述冬季工作模式如下：开启第一辅助冷凝器旁通阀A、第二辅助冷凝器旁通阀B、高盐水直排阀F、淡水直通阀H、淡水冷凝换热器旁通阀I、冷凝换热器热媒排出阀L、冷凝换热器热媒进入阀M、淡水换热器旁通阀S，关闭第一辅助冷凝器连通阀C、第二辅助冷凝器连通阀D、第一辅助冷凝器换热阀E、第二辅助冷凝器换热阀G、冷凝换热器淡水进水阀J、冷凝换热器淡水出水阀K、冷却水换热进水阀N、冷却水换热出水阀O、淡水换热出水阀P、淡水换热进水阀Q、箱体高盐水出水阀R、冷凝换热器热媒旁通阀T；

在冬季工作模式中，20℃的海水经过预处理系统1的预处理后，依次经过一次预冷器21（降低至15℃）、二次预冷器22（降低至10℃）的预冷，然后再进入到蒸发器23内，蒸发器23的内筒232表面温度为-4℃，海水在蒸发器23内生成冰块和2℃的浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽24内，与冷凝融冰槽24的制冷剂通道内的50℃的冷媒热交换而融化，变成10℃的淡水而流经一次预冷器21的冷媒通道，对一次预冷器21的预冷通道中的20℃的海水进行预冷；一次预冷器21的冷媒通道流出的淡水（已经升高至15℃）最后由淡水出口流出，此淡水的体积约为原海水总体积的70%。

蒸发器23内产生的2℃的浓缩高盐水先流经二次预冷器22的冷媒通道，对二次预冷器22的预冷通道中的15℃的海水进行预冷，同时自身变成13℃，然后由高盐水出口流出；在冬季工作模式中，冷凝盘管44及加压泵41均不工作；

0℃、压力为0.15MPa的制冷剂（气体形态）进入压缩机25后被压缩成60℃、0.5MPa的高温高压汽体，然后流经冷凝换热器31的换热通道，与冷凝换热器31的换热通道内的50℃的工质进行热交换，变成50℃、0.5MPa的制冷剂，该工质经过冷凝换热器31后提高至55℃，进入建筑物的空调末端系统（即风机盘管33）与15℃的大气进行换热，实现建筑物的制暖，同时该工质降温到50℃后返回至冷凝换热器31；冷凝换热器31的换热通道流出的制冷剂流经冷凝融冰槽24的冷媒通道，与冷凝融冰槽24内的换热通道的-2℃的冰进行热交换，变成15℃、0.5MPa的制冷剂（液体形态），然后经过节流阀28压力骤降后而变成-4℃、0.15MPa气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器23内的10℃的海水进行热交换，变成0℃、压力为0.15MPa的气态制冷剂返回压缩机25。

热媒水流程：55℃的热媒水，进入建筑物的空调末端系统（风机盘管33）与15℃的大气进行换热，热媒水降温到50℃。热媒水在进入冷凝器（换热器），与从压缩机25出来的60℃的制冷剂进行换热，温度升高成55℃的热媒水。

冬季工作过程的热量转移公式如下： 1X20℃海水=0.7X15℃淡水+ 0.3X13℃高盐水+0.7X55℃热媒水-0.7X50℃热媒水+1X2.1℃水热量损耗。

所述春秋季工作模式如下：开启第二辅助冷凝器旁通阀B、第一辅助冷凝器连通阀C、第一辅助冷凝器换热阀E、淡水直通阀H、淡水冷凝换热器旁通阀I、淡水换热出水阀P、淡水换热进水阀Q、箱体高盐水出水阀R、冷凝换热器热媒旁通阀T，关闭第一辅助冷凝器旁通阀A、第二辅助冷凝器连通阀D、高盐水直排阀F、第二辅助冷凝器换热阀G、冷凝换热器淡水进水阀J、冷凝换热器淡水出水阀K、冷凝换热器热媒排出阀L、冷凝换热器热媒进入阀M、冷却水换热进水阀N、冷却水换热出水阀O、淡水换热器旁通阀S；在春秋季工作模式中，海水经过预处理系统1的预处理后，依次经过一次预冷器21、二次预冷器22的预冷，然后再进入到蒸发器23内，生成冰块和浓缩高盐水，冰块进入到冷凝融冰槽24内融化，变成淡水而流经一次预冷器21的冷媒通道，对一次预冷器21的预冷通道中的海水进行预冷；一次预冷器21的冷媒通道流出的淡水再流经冷凝盘管44的冷媒通道，最后由淡水出口流出；蒸发器23内产生的浓缩高盐水先流经二次预冷器22的冷媒通道，对二次预冷器22的预冷通道中的海水进行预冷；然后再流经第一辅助冷凝器26的换热通道，与第一辅助冷凝器26的制冷剂通道中的制冷剂交换热量，然后经加压泵41加压，由雾化喷头42喷出形成水雾，水雾中的含盐较少的小雾化颗粒及蒸汽向上而被冷凝盘管44冷凝，形成淡水而落到淡水承接盘45后，流向淡水出口，而水雾中的含盐较多的大雾化颗粒向下而落到高盐水承接盘46后，由高盐水出口流出；冷凝盘管44中淡水流动而对含盐较少的水雾及蒸汽进行降温冷凝；制冷剂进入压缩机25后被压缩，然后流经第一辅助冷凝器26的制冷剂通道，与第一辅助冷凝器26的换热通道内的浓缩高盐水进行热交换，然后再流经冷凝融冰槽24的制冷剂通道，与冷凝融冰槽24内的换热通道的冰进行热交换，然后经过节流阀28而变成气体进入到蒸发器的制冷剂通道内，与蒸发器23内的海水进行热交换，最后返回压缩机25；在春秋季工作模式中，换热系统3不工作。

春秋季工作过程的热量转移公式如下：1X25℃海水=0.7X14℃淡水+ 0.3X43℃高盐水+1X2.3℃水热量损耗。

在上述各个季节的工作过程中，由高盐水出口流出的高盐水流向晒盐场进行晒盐。

下面是经济成本分析。

1、珠江口夏季工况：

成本：因压缩机25出口温度提高，总能耗增加30%，总成本为7.5元/立方米海水（其中电费2.2元）。

收入：a、产生30Kg的海盐，海盐销售价0.3元/kg海盐，9元；b、产生2.2立方米冷媒（5.8kwh/m³） （8℃/13℃），冷媒销售价0.73元/kwh，9.3元；c、产生0.85立方米的淡水，淡水销售价2元/立方米，1.7元。

利润： 9+9.3+1.7-7.5=12.5元，利润率167%。

2、珠江口冬季工况：

成本：总成本为7元/立方米海水（其中电费2元）。

收入：a、产生20Kg的海盐，海盐销售价0.3元/kg海盐，6元；b、产生0.7立方米的淡水，淡水销售价2元/立方米，1.4元；c、产生0.7立方米热煤(2.6kwh/m³) （50 ℃-------55℃），热媒销售价0.32元/kwh，0.58元。

利润：6+1.4+0.58-7=0.98元，利润率14%。

3、珠江口春秋季工况：

成本：总成本为7元/立方米海水。

收入：a、产生30Kg的海盐，海盐销售价0.3元/kg海盐，9元；b、产生0.85立方米的淡水，淡水销售价2元/立方米，1.7元。

利润：9+1.7-7=3.7元，利润率53%。

4、该设备在海水淡化的年平均利润约为（167%+14%+2X53%）/4=72%，利润可观。

由以上经济成本分析可知，光制盐收入已足够覆盖设备运行总成本，淡水成了副产物，即：制淡水为零成本。

另外，需要提的是，此冷冻法海水淡化，所制的淡水已经可以饮用，对人体无害。但由于海水冻结的过程中会使少量盐分以盐胞的方式夹杂在冰晶之间，冰晶外壁也会黏附上一些盐分。所制淡水依然含有少量的盐分，有微咸味，口感不佳。而且所得的淡水的氯化物指标和溶解性总固体指标，比《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定的限值高，并未完全达到国家饮用水水质标准。处理方式，建议有条件的城市将此冷冻法海水淡化所得淡水，与由淡水水源处理所得的自来水，按小于1：1.5的比例混合，可减少微咸味，达到国家饮用水水质标准。

Claims (4)

1.一种冰冻法水处理设备，其特征在于由预处理系统、冷冻系统、换热系统及二次分离系统构成，所述二次分离系统由加压泵、雾化喷头、箱体、冷凝盘管、淡水承接盘及高盐水承接盘构成，所述冷凝盘管、淡水承接盘、雾化喷头、高盐水承接盘均位于箱体内并由高到低分布，淡水承接盘位于冷凝盘管的正下方；所述二次分离系统还设有冷却水入口、冷却水出口、高盐水出口、淡水进水口、淡水出口；所述冷冻系统由一次预冷器、二次预冷器、用于将海水进行冰冻以获得冰和浓缩高盐水的蒸发器、冷凝融冰槽、压缩机、第一辅助冷凝器、第二辅助冷凝器构成；所述预处理系统的出水端依次通过一次预冷器的预冷通道、二次预冷器的预冷通道后与蒸发器的进水口相连；蒸发器的高盐水出口与二次预冷器的冷媒通道入口端相连，二次预冷器的冷媒通道出口端分成两支路，一支路依次通过第一辅助冷凝器换热阀、第一辅助冷凝器的换热通道后与加压泵的入水口相连，另一支路通过高盐水直排阀与高盐水出口相连；蒸发器的冰块出口与冷凝融冰槽相连，冷凝融冰槽的出水口分成两路，一路通过冷凝换热器淡水进水阀与冷凝换热器的第一换热端口相连，另一路依次通过淡水冷凝换热器旁通阀、一次预冷器的冷媒通道后再分成两支路，一支路依次通过第二辅助冷凝器换热阀、第二辅助冷凝器的换热通道后与二次分离系统的淡水进水口相连，另一支路通过淡水直通阀与二次分离系统的淡水进水口相连；蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂入口相连，压缩机的制冷剂出口依次通过第一辅助冷凝器旁通阀、第二辅助冷凝器旁通阀后分成两路，一路通过冷凝换热器热媒进入阀与冷凝换热器的第二换热端口相连，另一路通过冷凝换热器热媒旁通阀后再分成两支路，其中一支路依次通过冷凝融冰槽的制冷剂通道、节流阀后与蒸发器的制冷剂入口相连，另一支路通过冷凝换热器热媒排出阀与冷凝换热器的第一换热端口相连；所述冷凝换热器的第二换热端口通过淡水冷凝换热器旁通阀与冷凝融冰槽的出水口相连；所述第一辅助冷凝器旁通阀与由第一辅助冷凝器的制冷剂通道、第一辅助冷凝器连通阀构成的支路并联，所述第二辅助冷凝器旁通阀与由第二辅助冷凝器的制冷剂通道、第二辅助冷凝器连通阀构成的支路并联；冷凝换热器的换热通道与循环泵、风机盘管依次连接以构成换热循环通道；所述加压泵的出水口与雾化喷头相连；冷却水入口通过冷却水换热进水阀后分成两路，一路依次通过淡水换热进水阀、淡水换热器旁通阀后与淡水出口相连，另一路通过冷凝盘管的冷却水通道后再分成两个支路，其中一个支路通过冷却水换热出水阀与冷却水出口相连，另一支路通过淡水换热出水阀与淡水出口相连；淡水承接盘与淡水出口相连，高盐水承接盘通过换热器高盐水出水阀与高盐水出口相连。

2.根据权利要求1所述的冰冻法水处理设备，其特征在于所述高盐水出口通往晒盐场。

3.根据权利要求1或2所述的冰冻法水处理设备，其特征在于所述蒸发器由外筒、内筒及驱动内筒转动的驱动单元构成，所述外筒、内筒嵌套且相互之间设有间隙，所述内筒的两端分别设有蒸发器的制冷剂入口及制冷剂出口，所述外筒的一侧设有进水口，另一侧设有除冰缺口，所述除冰缺口处固定设有刮冰刀，所述除冰缺口通过传送机构或者倾斜的传送板与冷凝融冰槽相连，从而将由刮冰刀自内筒表面刮下的冰传送到冷凝融冰槽内。

4.根据权利要求1或2所述的冰冻法水处理设备，其特征在于所述预处理系统由吸水口、格栅模块、杀菌除藻模块、沉砂池依次串联而形成预处理通路，所述预处理通路在格栅模块的后端设有取水泵，所述沉砂池的出水口为预处理系统的出水端。