CN215667243U - 一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统，包括离心机，所述离心机包括箱体、盖体、转鼓、离心电机、螺旋刮刀以及操作机构，所述盖体上开设有离心进液孔，所述转鼓的侧壁上开设有的多个穿孔，所述螺旋刮刀的上端固定连接或一体连接有出料杆，所述出料杆和所述螺旋刮刀的横截面都呈V形或U形，所述箱体的上部开设有与所述出料杆衔接的离心出料孔，所述箱体的下部开设有与所述箱体的内腔连通的排水孔。通过设置螺旋管道和出料杆，可在离心机不停止工作的情况下完全冰晶的提取，效率相对较高，通过对离心淡化后的冰进行存储，实现冷能在时间和空间上的转移，能够有效的对可在生能源所发的电进行消纳，亦可根据高峰低谷电的差异进行套利。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水处理和能量梯级利用系统，尤其是一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统。
背景技术
海水淡化是实现水资源利用的开源增量技术，未来必将大力发展，常见的海水淡化方法主要有蒸馏法、反渗透法和冷冻法，其中，传统的冷冻法主要是将海水在低温下冷却至结冰，冰晶经分离、洗涤、融化后得到淡水的方法，而冰晶分离主要采用的是重力法脱盐，分离效率相对较低，且脱盐之后还需要使用淡水去除冰晶表面的含盐水，这也会影响海水淡化效率。此外，随着可再生能源发电系统的发展，储能是提高随机性发电消纳的重要方法，其中冰蓄冷在建筑节能方面起到重要的作用，也是未来发展的主要趋势之一，然而现有的的海水淡化系统都不具有储能功能，淡化成本制约着其发展，产品竞争力相对较低。
公布号为CN112299521A的中国发明专利申请公开了一种用于海水淡化的离心设备，其虽然在一定程度上能够提高盐分和冰晶的分离速度，然而，其在完成分离工序之后，需要停机以便取出冰晶，且取出的冰晶同样需要使用淡水去除冰晶表面的含盐水，影响效率，且冰晶的冷能没有得到充分利用。
此外，传统的冷冻法主要是以块状并为研究对象，由于冰的导热系数低，随着冰层厚度增加，块状冰的制取效率低且能耗大，因此采用传统的冷冻法的海水淡化系统效率相对较低且能耗相对较大。
有鉴于此，本申请人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种效率相对较高的海水淡化与冰蓄冷耦合系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统，包括依次连接的制冰机和离心机，所述离心机包括上端具有开口的箱体、盖合在所述箱体上的盖体、竖直布置且转动连接在所述箱体的内腔中的转鼓、用于驱动所述转鼓转动的离心电机、设置在所述转鼓内的螺旋刮刀以及用于驱动所述螺旋刮刀紧贴或远离所述转鼓的内侧壁的操作机构，所述盖体上开设有与所述箱体的内腔连通的离心进液孔，所述离心进液孔与所述制冰机连接，所述转鼓的侧壁上开设有的多个穿孔，所述螺旋刮刀的上端固定连接或一体连接有位于所述转鼓上端的出料杆，所述出料杆和所述螺旋刮刀的横截面都呈V形或U形，所述箱体的上部开设有与所述出料杆衔接的离心出料孔，所述箱体的下部开设有与所述箱体的内腔连通的排水孔，
作为本实用新型的一种改进，所述制冰机使用悬浮式冰晶法进行高效制冰，所述制冰机包括外筒体、设置在所述外筒体内的内筒体、穿插在所述内筒体内且与所述内筒体同轴布置的搅拌杆、用于驱动所述搅拌杆转动的搅拌电机以及固定连接在所述搅拌杆上用于刮除粘附在所述内筒体的内壁上的冰晶的刮板，所述外筒体和所述内筒体之间设置有密闭的制冷剂通道，且所述外筒体上部设置有与所述制冷剂通道连通的制冷剂输入接头和与所述内筒体连通的制冰出液接头，所述外筒体下部设置有与所述制冷剂通道连通的制冷剂输出接头和与所述内筒体连通的制冰进液接头。
作为本实用新型的一种改进，所述离心出料孔上连接有盐度计，所述盐度计与所述离心电机直接或间接通讯连接。
作为本实用新型的一种改进，还包括预冷换热器，所述预冷换热器的冷介质入口与所述排水孔连通，所述预冷换热器的出水口与所述制冰机连接。
作为本实用新型的一种改进，还包括蓄冰箱，所述蓄冰箱的上端开设有与所述离心出料孔连通的蓄冰进冰孔，所述蓄冰箱的侧壁下部开设有冷冻水出口。
作为本实用新型的一种改进，所述冷冻水出口连接有用水设备，所述用水设备上设置有回流管，所述蓄冰箱的内腔上部设置有与所述回流管连接的喷淋管。
采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
1、通过设置螺旋管道和出料杆，可在离心机不停止工作的情况下完全冰晶的提取，效率相对较高，同时由于离心机没有停止工作，冰晶表面没有含盐水，无需使用淡水去除冰晶表面的含盐水，进一步提高了海水淡化效率。
2、本实用新型采用的制冰机，由于在制冰过程中不断进行了搅拌，不易结块，因此所获得的冰为流态冰，冰水混合端的热阻几乎为零，能够与制冷工质进行快速换热，换热效率高，制冰时间短；此外，流态冰由于冰晶的体积小，脱盐过程相当于将表面的盐分分离，因此在相同转速和离心时间的情况下，脱盐效果更佳。
3、本实用新型采用的制冰机，水从下往上流，制冷工质从上往下流，通过冰晶密度小于水密度的原理，生成的冰晶自动往顶部聚集，可以有效的实现高含冰率冰浆与低含冰率冰浆的分层，从上部排出冰浆能够实现冰浆的连续输出。
4、本实用新型采用的蓄冰箱，利用冰浮于水面的原理，通过上部喷淋回流水，下部排出冷冻水，使得水冲刷冰晶，对流换热取代导热换热，实现快速换热。
5、本实用新型将冷冻法的融冰过程与蓄冷结合起来，制冰机一机两用，使系统更紧凑，更有应用价值，此外，实现了海水淡化和蓄冷的耦合，可实现电网高峰低谷电的套利或实现可再生能源发电的消纳，降低海水淡化成本。
6、通过对离心淡化后的冰进行存储，实现冷能在时间和空间上的转移，能够有效的对可在生能源所发的电进行消纳，亦可根据高峰低谷电的差异进行套利。
7、对淡化过程的能量梯级利用有利于提高系统的能量利用率降低系统的综合成本，提高产品竞争力。
附图说明
图1为本实用新型海水淡化与冰蓄冷耦合系统的结构示意图；
图2为本实用新型中制冰机的剖切结构示意图；
图3为本实用新型中离心机的剖切结构示意图，图中省略部分零部件；
图4为本实用新型中转鼓及其配合部件的结构示意图；
图5为本实用新型中蓄冰箱的结构示意图。
图中标示对应如下：
10-制冰机； 11-外筒体；
12-内筒体； 13-搅拌杆；
14-搅拌电机； 15-刮板；
16-制冷剂通道； 17-制冷剂输入接头；
18-制冰出液接头； 19-制冷剂输出接头；
20-离心机； 21-箱体；
22-盖体； 23-转鼓；
24-螺旋刮刀； 25-操作机构；
26-离心进液孔； 27-盐度计；
28-出料杆； 29离心出料孔；
30-预冷换热器； 40-蓄冰箱；
41-蓄冰进液孔； 42-冷冻水出口；
43-喷淋管； 50-用水设备；
61-制冰进液接头； 62-排水孔；
63-控制器； 64-熔化器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1-图5所示，本实施例提供一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统，包括依次连接的制冰机10和离心机20，还包括分别与离心机20连接的预冷换热器30和蓄冰箱40。
制冰机10包括外筒体11、设置在外筒体11内的内筒体12、穿插在内筒体12内且与内筒体12同轴布置的搅拌杆13、用于驱动搅拌杆13转动的搅拌电机14以及固定连接在搅拌杆13上用于刮除粘附在内筒体12的内壁上的冰晶的刮板15，其中，搅拌电机14和搅拌杆13之间的具体传动连接结构为常规的结构，例如通过联轴器连接等。外筒体11和内筒体12之间设置有密闭的制冷剂通道16，该制冷剂通道16优选为螺旋通道；外筒体11上部设置有与制冷剂通道16的上端连通的制冷剂输入接头17和与内筒体12连通的制冰出液接头18，外筒体11下部设置有与制冷剂通道16的下端连通的制冷剂输出接头19和与内筒体12连通的制冰进液接头61，优选的，制冰进液接头61位于外筒体11的底部。使用时，液态制冷剂由相对位于上方的制冷剂输入接头17流入，以气态的形式从相对下方的制冷剂输出接头19流出，从而带走海水中热量，使部分海水结冰。当然，制冰机10还可以包括换热管等零部件，这些零部件的结构及其连接方式与常规的制冰机10相同，并非本实施例的重点，此处不再详述。通过在制冰过程中不断搅拌，可避免结块，获得流态冰。
离心机20包括上端具有开口的箱体21、盖合在箱体21上的盖体22、竖直布置且转动连接在箱体21的内腔中的转鼓23、用于驱动转鼓23转动的离心电机(图中未示出)、设置在转鼓23内的螺旋刮刀24以及用于驱动螺旋刮刀24紧贴或远离转鼓23的内侧壁的操作机构25，其中，离心电机和转鼓23之间的具体传动连接结构与常规的离心机相同，转鼓23的侧壁上开设有多个穿孔，穿孔的宽度或直径不能太大，以便水能够在离心力作用下被甩出转鼓23，而冰晶则被过滤在转鼓23的内侧壁上；操作机构25可以为常规的机构，如与螺旋刮刀24固定连接的电动伸缩杆等。盖体22上开设有与箱体21的内腔连通的离心进液孔26，该离心进液孔26通过导管与制冰机10的制冰出液接头18连接；螺旋刮刀24的螺栓方向与转鼓23的转动方向相同，且螺旋刮刀24在水平面上的投影的弦长应该与转鼓的半径相匹配，以便紧密贴合，螺旋刮刀24的上端固定连接或一体连接有位于转鼓23上端的出料杆28，且出料杆28和螺旋刮刀24的横截面都呈V形或U形，即其上侧都形成有V形槽或U形槽，且两者的V形槽或U形槽相互连通，箱体21的上部开设有与出料杆28衔接的离心出料孔29，箱体21的下部开设有与箱体21的内腔连通的排水孔62，这样，不需要去冰晶时，螺旋刮刀24远离转鼓23的侧壁，当螺旋刮刀24紧贴在转鼓23的内侧壁上时，随着转鼓23的转动，粘附在其内侧壁上的冰晶会被螺旋刮刀24挂落并掉落到V形槽或U形槽内，同时在转鼓23转动所形成的旋流的作用下往上流到出料杆28上，最终从离心出料孔29排出，而剩余的低温高盐海水则经排水孔62排出，实现海水淡化，在上述过程中，离心机20转速不便，可实现离心机20的连续工作，而无需停机取冰晶。
通过将流态冰引入离心机20可以有效的将冰水分离，并且与重力法类似，离心力提供的加速度可以加快冰晶内盐包的脱离，从而实现快速脱盐的效果，在5000r/min的情况下，转动2分钟即可将3％盐度的海水脱盐至0.1％以下的盐度。
考虑到海水具有季节性雨季和旱季盐度不一样以及制冰工况变化，优选的，在本实施例中，离心出料孔29上连接有盐度计27，盐度计27与离心电机直接通讯连接或通过控制器63间接通讯连接，这样，当盐度计27检测到盐度高于预先设置的最高阈值时，则控制器63增长离心时间或加快离心速度，反之，当盐度计27检测到的盐都低于预先设置的最小阀值时，则减少离心时间或降低离心速度，以此实现对离心机20工作状态的实时控制，有效降低能耗。此外，必要时，可以在盐度计27和离心出料孔29之间设置熔化器64，以融合冰晶，避免冰晶直接进入盐度计27影响计量准确性。
预冷换热器30的结构与常规的换热器结构相同，可直接从市场上购买获得，该预冷换热器30具有相互连通的冷介质入口和和热介质出口以及相互连通的进水孔和出水孔，预冷换热器30的冷介质入口与排水孔62连通，预冷换热器30的出水口与制冰机10的制冰进液接头61连接。这样，当海水经预冷换热器30进入制冰机10时，可以被预冷，进而提高制冰机10的工作效率，充分利用从离心机20排出的水中的冷能，而从热介质出口流出的水则直接排掉或收集以便进一步提取盐分。
蓄冰箱40为常规的保温箱体，其上端开设有与离心出料孔29连通的蓄冰进液孔41，蓄冰箱40的侧壁下部开设有冷冻水出口42，以便为需要使用冷水的设备提供冷水。优选的，冷冻水出口42连接有常规的用水设备50，该用水设备50上设置有回流管，蓄冰箱40的内腔上部设置有与回流管连接的喷淋管43。由于冰晶的密度小于水的密度，因此进入蓄冰箱40后冰晶可以悬浮在蓄冰箱40的内腔的上部；当需要冷能时，回流的水温度较高，经过上部喷淋与冰晶充分接触后吸收冷能，最后以冷冻水的形式排出蓄冰箱40，这样无需设置换热器，经济可靠，并且由于接触面大，换热效率高。冷冻水对外提供冷能后，可以根据蓄冰箱40内水位来决定是否需要回流。
本实施例提供的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，解耦冷冻法海水淡化水凝结和融化的过程，将脱盐后的冰当做蓄冷介质，制冷机组同时可以为脱盐和蓄冷使用，能够有效提高系统各部件的使用率，提高生产效益；该系统可以结合可再生能源发电使用，也可以在孤岛、船舶以及能源微网等场景下使用。
上面结合附图对本实用新型做了详细的说明，但是本实用新型的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本实用新型做出各种变形，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，包括依次连接的制冰机和离心机，所述离心机包括上端具有开口的箱体、盖合在所述箱体上的盖体、竖直布置且转动连接在所述箱体的内腔中的转鼓、用于驱动所述转鼓转动的离心电机、设置在所述转鼓内的螺旋刮刀以及用于驱动所述螺旋刮刀紧贴或远离所述转鼓的内侧壁的操作机构，所述盖体上开设有与所述箱体的内腔连通的离心进液孔，所述离心进液孔与所述制冰机连接，所述转鼓的侧壁上开设有的多个穿孔，所述螺旋刮刀的上端固定连接或一体连接有位于所述转鼓上端的出料杆，所述出料杆和所述螺旋刮刀的横截面都呈V形或U形，所述箱体的上部开设有与所述出料杆衔接的离心出料孔，所述箱体的下部开设有与所述箱体的内腔连通的排水孔。
2.如权利要求1所述的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，所述制冰机包括外筒体、设置在所述外筒体内的内筒体、穿插在所述内筒体内且与所述内筒体同轴布置的搅拌杆、用于驱动所述搅拌杆转动的搅拌电机以及固定连接在所述搅拌杆上用于刮除粘附在所述内筒体的内壁上的冰晶的刮板，所述外筒体和所述内筒体之间设置有密闭的制冷剂通道，且所述外筒体上部设置有与所述制冷剂通道连通的制冷剂输入接头和与所述内筒体连通的制冰出液接头，所述外筒体下部设置有与所述制冷剂通道连通的制冷剂输出接头和与所述内筒体连通的制冰进液接头。
3.如权利要求1所述的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，所述离心出料孔上连接有盐度计，所述盐度计与所述离心电机直接或间接通讯连接。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，还包括预冷换热器，所述预冷换热器的冷介质入口与所述排水孔连通，所述预冷换热器的出水口与所述制冰机连接。
5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，还包括蓄冰箱，所述蓄冰箱的上端开设有与所述离心出料孔连通的蓄冰进液孔，所述蓄冰箱的侧壁下部开设有冷冻水出口。
6.如权利要求5所述的海水淡化与冰蓄冷耦合系统，其特征在于，所述冷冻水出口连接有用水设备，所述用水设备上设置有回流管，所述蓄冰箱的内腔上部设置有与所述回流管连接的喷淋管。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113697898A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-11-26 | 泉州装备制造研究所 | 一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统 |
| CN113697898B (zh) * | 2021-09-24 | 2024-05-07 | 泉州装备制造研究所 | 一种海水淡化与冰蓄冷耦合系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20220128 Effective date of abandoning: 20240507 |
|
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