CN211198925U - 一种交替海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

根据本实用新型的交替海水淡化装置，采用冷冻法对海水进行淡化，其特征在于，包括制冰部，具有制冰室一和制冰室二；蒸发部；斯特林制冷机，具有冷头和热端换热器，与冷头换热的冷端管路分别通向制冰室一和制冰室二，与热端换热器换热的热端管路分别通向蒸发部和制冰部；以及淡水池，通过管道收集制冰部和蒸发部中产生的淡水，其中，制冰室一和制冰室二均包含制冰板与制冰池，制冰板上分别设置有与冷端管路连通的制冷管和与热端管路连通的散热管，对分别设置在冷端管路和热端管路上的多个控制阀和泵分别进行开合，从而分别控制通向制冷管和散热管中工作介质的流向，使得制冰室一和制冰室二实现交替制冰和化冰。

Description

一种交替海水淡化装置

技术领域

本实用新型属于海水淡化技术领域，涉及一种高效获取淡水的制冷设备，具体涉及一种基于自由活塞斯特林制冷机的交替海水淡化装置。

背景技术

随着人类社会的不断发展、科技的不断进步，加上工业化带来的环境污染，淡水资源在不断地减少，特别是中东地区，虽然有着大量的石油，能带来巨额的财富，但是水资源却极度匮乏，是困扰当地人的重大问题，每年花费在淡水上的经费数不胜数。如何利用当地的现有条件，改善缺水的问题是目前的重要课题。

考虑到中东地区日照情况较好，太阳能资源较丰富，邻近海洋，考虑采用海水淡化技术。目前世界上的海水淡化方法主要有蒸馏法、膜法、冷冻法等。由于斯特林制冷机能提供较多冷量的同时产生较多热量，而使用斯特林制冷机进行海水淡化的技术还不成熟。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于自由活塞斯特林制冷机的交替海水淡化装置，该装置采用太阳能驱动斯特林制冷机，将冷冻法与蒸馏法相结合，一方面通过将海水结晶后再化冰得到淡水，另一方面通过海水蒸馏再冷却液化得到淡水。

本实用新型提供了一种交替海水淡化装置，具有这样的特征，包括制冰部，具有制冰室一和制冰室二；蒸发部，具有集水池；斯特林制冷机，具有冷头和热端换热器，与冷头换热的冷端管路分别通向制冰室一和制冰室二，与热端换热器换热的热端管路分别通向蒸发部和制冰部；以及淡水池，通过管道收集制冰部和蒸发部中产生的淡水，其中，制冰室一和制冰室二均包含制冰板与制冰池，制冰板上分别设置有与冷端管路连通的制冷管和与热端管路连通的散热管，对分别设置在冷端管路和热端管路上的多个控制阀和泵分别进行开合，从而分别控制通向制冷管和散热管中工作介质的流向，使得制冰室一和制冰室二实现交替制冰和化冰。

在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冷管包括多个并联的U型管，散热管包括多个串联的U型管，设置在制冷管的外侧，散热管中充有海水。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，与热端换热器换热的热端管路的一端与海洋连通，热端管路内充有海水，制冷管中充有40％的乙二醇。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，太阳能电池板提供斯特林制冷机运行需要的电能。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，一端与海洋连通的热端管路依次与热端换热器、蒸发部、第一回热器换热后连通海洋。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，蒸发部包括蒸发室、集水池、喷淋管，蒸发室外表面设置有吸热材料，集水池、喷淋管分别设置在蒸发室内，喷淋管设置在集水池的下部且位于热端管路的上部，喷淋管通过管道依次连通第一回热器、喷淋泵和海洋，喷淋管对蒸发室内的热端管路进行喷淋，集水池收集蒸发室内产生的冷凝水，并通过管道将冷凝水输送到淡水池中。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冰室一或制冰室二在化冰开始前，通过管道使用来自淡水池的淡水对制冰室一或制冰室二进行冲洗，冲洗结束后废水通过管道排向海洋。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冰室一与海洋之间管路中设置有第二回热器，用于降低流向制冰室一的海水温度。

另外，在本实用新型提供的交替海水淡化装置中，还可以具有这样的特征：其中，制冰室一与制冰室二设置有输送海水的管道，用于降低流向制冰室二的海水温度。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型所涉及的交替海水淡化装置，装置采用斯特林制冷机制冷，斯特林制冷机的制冷剂采用氦气，无相变且无污染，具有制冷量方便可调，COP较高，启动电流较低的优点。

另外，两个制冰室交替制冰与化冰能有效利用时间，避免了停机去冰带来的时间浪费。

进一步地，斯特林制冷机的冷热端温差较大，采用冷冻法与蒸馏法相结合能高效利用冷量与热量。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中交替海水淡化装置示意图；

图2是本实用新型的实施例中制冷板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的交替海水淡化装置作具体阐述。

实施例

如图1所示，交替海水淡化装置包括斯特林制冷机11、制冰室一25、制冰室二32、蒸发室4和淡水池1。

制冰室一25、制冰室二32均包含制冰板、制冰池、热传感器以及计时器，制冰室一25包括制冰板21，制冰室二32包括制冰板33。

如图2所示，制冰板上布有两套管路，管路I包括多个U型管路，使制冷板的温度更加均匀，该管路所有制冰入口40并联，所有制冰出口41也并联。

管路I的制冰入口40与斯特林制冷机11的冷头相连，制冰出口41亦通向斯特林制冷机11的冷头，管路中充有40％的乙二醇，构成循环，实现冷量的输送，在制冰板上制冰。

管路II为多个U型管首尾相连，紧靠管路I的外侧，管路II的化冰入口39与斯特林制冷机热端换热器相连，管路的化冰出口42通向海洋，管内充有高温海水，实现对制冷板的化冰。

制冰室一25、制冰室二32均设置有两套管路，一套管路入口与海洋相连，出口通向海洋，由阀十26、阀十二30和阀十三34控制，实现向制冷室中海水的充注。

另一套管路入口与淡水池1相连，由阀七22和阀十一27控制，实现冲洗功能，出口通向淡水池，由阀三17和阀六20控制，实现淡水的收集。

当冲洗时，阀七22与阀十一27分别开启，引入淡水池1中的淡水对冰进行冲洗，结束后阀十四35和阀十七38开启，排出盐水，当化冰时，阀三17与阀六20分别开启，在泵二13的作用下，将淡水收集至淡水池1。

实施例中采用斯特林制冷机11实现制冷，斯特林制冷机11的运行靠太阳能电池板10提供电能，充分利用了太阳能。

斯特林制冷机11的冷头与泵三15相连，为制冰室提供冷量，斯特林制冷机的热端换热器与海洋相连，通向蒸发室4和制冰室一25与制冰室二32，为制冰室化冰以及蒸发室4海水蒸发提供热量。

斯特林制冷机11的冷头的冷量由泵三15将载冷剂输送至制冰室一25和制冰室二32，管路出口连回斯特林制冷机冷头，构成循环，实现冷量的输送，进而实现制冰。

与斯特林制冷机11的冷头接触的管道90与泵三15相连通，通过泵三15再通向阀八23和阀九24，最后连向制冰室一25与制冰室二32的制冷板上的管路，为制冷板提供冷量，实现制冰室一25与制冰室二32的交替制冰。

当制冰室一25开始制冰时，阀十二30打开，在泵六31的作用下，海水流往制冰室一25，阀十26关闭。

当制冰室二32开始制冰，阀十二30关闭，阀十26打开，制冰室一25内部的海水输往制冰室二32，实现冷量的再利用。

与斯特林制冷机11的热端换热器进行换热后的热端管路14分为两路，一路通向蒸发室4，另一路分为两路分别通向阀四18与阀五19，并分别连向制冰室一25与制冰室二32上的制冷板上的管路，为制冷板一21与制冰板二33提供热量，实现制冰室一25与制冰室二32的交替除冰。

如图1所示，当制冰室一25开始制冰，制冰室二32开始化冰，在热传感器的控制下，阀十二30打开，阀十26关闭，阀五19关闭，在泵六31的作用下，海水流往制冰室一25，经过一段时间后，在计时器的作用下，阀十二30关闭，阀九24开启，载冷剂进入制冰入口40，从制冰出口41流出，流回斯特林制冷机冷头，构成循环，实现对制冷板一21的制冷，进而实现海水在制冰板上结冰；同时，在制冰室二32，在热传感器的控制下，阀八23关闭，阀十三34开启，室内原先的海水排向回热器二29。经过一段时间，海水排干，在计时器的作用下，阀十三34关闭，阀七22开启，用淡水对制冰板进行冲洗，去除表面盐分，在一定时间后，计时器控制阀七22关闭，阀十四35开启，排干后，计时器控制阀十四35关闭，阀四18开启，高温海水从化冰入口39流入，在管路内停留一段时间，通过热传感器监控制冰板二33的温度，调节阀十五36的开度，海水从化冰出口42流出，流向海洋，实现对制冰板二33的化冰，化冰结束后，在热传感器的控制下，阀十五36关闭，阀四18关闭，阀三17开启，在泵二13的作用下，淡水被收集至淡水池1，收集结束后，在计时器的作用下，阀三17关闭。在制冰板一21表面结较厚冰时，同时满足热传感器设定温度和计时器设定时间，制冰室一25与制冰室二32的功能互换，实现交替式海水淡化。当制冰室一25制冷切换至制冰室二32制冷时，热传感器控制阀十26开启，制冰室一25的海水在泵五28的作用下流进制冰室二32，以利用制冰室一25制冰的剩余冷量，起到节能的作用，当再由制冰室二32制冷切换至制冰室一25制冷时，在热传感器的控制下，阀十三34开启，制冰室二32的海水排向回热器29，最终流向海洋。

当阀四18或阀五19开启的时候，阀一8和阀二9关闭，以保证制冰室内化冰有充足高温海水。当阀四18或阀五19关闭的时候，阀一8和阀二9开启。蒸发室4外表面为吸热材料，从斯特林制冷机热端换热器流出的海水在热端管路14内，通过蒸发室4后与回热器一7相连，在回热器一7中与喷淋管路5进行充分换热，提升喷淋管路5中海水温度，最后流向海洋。同时来自海洋的海水经过换热流向蒸发室4，蒸发室4内喷淋管路5开诸多小孔，对下方热端管路14进行喷淋，喷淋出的海水接触下方热端管路14发生蒸发，蒸发室4上方有集水池3，集水池3有冷凝效果并且对淡水有收集作用，水蒸气冷凝成淡水并被集水池3所收集，集水池3与淡水池1通过蒸发淡水管路2相连通，将获得的淡水输往淡水池1，同时未完全蒸发的高浓度海水通过废水管路6与热端管路14相连排向海洋。

与斯特林制冷机11热端换热器进行换热的管道与海洋相连，实现斯特林制冷机11的换热的同时获得高温海水，通过斯特林制冷机11热端换热器的热端管路14分为两路，一路通向蒸发室4，再流经蒸发室4，进行回热后通往海洋，另一路通向制冰室一25和制冰室二32，在化冰结束后通向海洋。

对流入制冰室一25的海水和流出制冰室二32的海水采用回热器二29，降低了流向制冰室一25的海水的温度，节省了冷量；对通向蒸发室4的喷淋管路5与通向海洋的热端管路14采用回热器一7，提升了通往蒸发室4的海水的温度，节省了热量。

本实施例的基于自由活塞斯特林制冷机的交替海水淡化装置，能交替对海水进行制冰去冰获取淡水，同时对海水进行蒸馏获取淡水，实现了持续不间断获取淡水，避免了停机取冰带来的时间浪费，同时节省了空间与零部件。

海水的反复利用也充分利用了剩余冷量与热量。并且在中东地区缺乏电网却拥有丰富太阳能的情况下，采用太阳能电池板驱动斯特林制冷机能进一步提高能源利用率。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的交替海水淡化装置，装置采用斯特林制冷机制冷，斯特林制冷机的制冷剂采用氦气，无相变且无污染，具有制冷量方便可调，COP较高，启动电流较低的优点。

另外，两个制冰室交替制冰与化冰能有效利用时间，避免了停机去冰带来的时间浪费。

进一步地，斯特林制冷机的冷热端温差较大，采用冷冻法与蒸馏法相结合能高效利用冷量与热量。

进一步地，实施例采用太阳能电池板驱动斯特林制冷机，能很好解决中东地区缺乏电网的困境；海水的多次利用，实现了冷量与热量的充分利用，节能环保。

进一步地，对从海洋通向制冰室一的管路与从制冰室二通向海洋的管路采用回热器，降低了流向制冰室一的海水的温度，节省了冷量；对喷淋管路与蒸发管路采用回热器，提升了通往蒸发室的海水的温度，节省了热量。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种交替海水淡化装置，采用冷冻法对海水进行淡化，其特征在于，包括：

制冰部，具有制冰室一和制冰室二；

蒸发部；

斯特林制冷机，具有冷头和热端换热器，与所述冷头换热的冷端管路分别通向所述制冰室一和所述制冰室二，与所述热端换热器换热的热端管路分别通向所述蒸发部和所述制冰部；以及

淡水池，通过管道收集所述制冰部和所述蒸发部中产生的淡水，

其中，所述制冰室一和所述制冰室二均包含制冰板与制冰池，所述制冰板上分别设置有与所述冷端管路连通的制冷管和与所述热端管路连通的散热管，

对分别设置在所述冷端管路和所述热端管路上的多个控制阀和泵分别进行开合，从而分别控制通向所述制冷管和所述散热管中工作介质的流向，使得所述制冰室一和所述制冰室二实现交替制冰和化冰。

2.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，所述制冷管包括多个并联的U型管，

所述散热管包括多个串联的U型管，设置在所述制冷管的外侧，所述散热管中充有海水。

3.根据权利要求2所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，与所述热端换热器换热的热端管路的一端与海洋连通，热端管路内充有海水，

所述制冷管中充有40％的乙二醇。

4.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，太阳能电池板提供所述斯特林制冷机运行需要的电能。

5.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，一端与海洋连通的所述热端管路依次与所述热端换热器、蒸发部、第一回热器换热后连通海洋。

6.根据权利要求5所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，所述蒸发部包括蒸发室、集水池、喷淋管，

所述蒸发室外表面设置有吸热材料，所述集水池、所述喷淋管分别设置在所述蒸发室内，

所述喷淋管设置在所述集水池的下部且位于所述热端管路的上部，所述喷淋管通过管道依次连通所述第一回热器、喷淋泵和海洋，

所述喷淋管对所述蒸发室内的所述热端管路进行喷淋，

所述集水池收集所述蒸发室内产生的冷凝水，并通过管道将冷凝水输送到所述淡水池中。

7.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，所述制冰室一或所述制冰室二在化冰开始前，通过管道使用来自所述淡水池的淡水对所述制冰室一或所述制冰室二进行冲洗，冲洗结束后废水通过管道排向海洋。

8.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，所述制冰室一与海洋之间管路中设置有第二回热器，用于降低流向制冰室一的海水温度。

9.根据权利要求1所述的交替海水淡化装置，其特征在于：

其中，所述制冰室一与所述制冰室二设置有输送海水的管道，用于降低流向所述制冰室二的海水温度。

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