《湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法及装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法及装置.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102432081 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 2 0 8 1 A *CN102432081A* (21)申请号 201110350985.7 (22)申请日 2011.11.09 C02F 1/22(2006.01) C02F 103/08(2006.01) (71)申请人中国矿业大学 地址 221116 江苏省徐州市大学路1号中国 矿业大学科技处 (72)发明人高蓬辉 (74)专利代理机构江苏圣典律师事务所 32237 代理人程化铭 (54) 发明名称 湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法及装 置 (57) 摘要 一种湿。
2、度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法 及装置，在0环境下，干燥冷气流通过海水表面 时，表面部分海水蒸发吸收热量，剩余海水由于释 放出热量而冻结，通过对冷冻的冰晶进行融化分 离得到淡水。该淡化过程将空气作为媒介，避免了 使用化工制冷剂可能引起的对淡水污染和对环境 的破坏问题，弥补了冷媒直接接触冷冻海水淡化 方法存在的不足；利用水的蒸发潜热吸收海水溶 液热量使海水冻结，不需要消耗外部能量，减少了 对能源的消耗；蒸发冷冻过程不需要在真空环境 下进行，无需解决抽真空带来的问题，减少了设备 的初投资，降低了操作的技术要求。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 。
3、权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102432084 A 1/1页 2 1.一种湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法，其特征在于包括如下步骤： a、从设置的蒸发冷冻室（1）顶部进水口（10）注入0的海水至蒸发冷冻室气流进口 （11）位置处，打开启动制冷系统的阀门（6），制冷系统中的0制冷气流通过风机（5）抽入 气流循环管路，进入气流循环管路的制冷气流经第一热交换器（2）后从蒸发冷冻室气流进 口（11）进入蒸发冷冻室（1）内，进入蒸发冷冻室（1）内的制冷气流经海水表面后从蒸发冷 冻室气流出口（9）进入气流循环管路，依次经第一热交换器（2）、膜除湿器（3）和第二热交 换器（4）。
4、、风机（5）和第一热交换器（2）再进入蒸发冷冻室（1）内，如此不断循环，与此同时， 向与第二热交换器（4）相连的海水冷却管路（12）中通入海水，对蒸发冷冻室气流出口内的 气流进行冷却； b、当蒸发冷冻室（1）内的海水表面结冰厚达3cm时，打开冰体排放口（8）的阀门，将结 冰体排出后，关闭冰体排放口（8）的阀门，经蒸发冷冻室（1）顶部的进水口（10）补入海水至 蒸发冷冻室气流进口（11）处，关闭顶部的进水口（10）的阀门； c、重复步骤a和b ，每重复步骤a和b 35次后，经浓缩海水排放阀门（7）排出部份 被浓缩后的海水，同时经蒸发冷冻室（1）顶部的进水口（10）补入海水至蒸发冷冻室气流进 口（。
5、11）处； d、将排出的结冰体汇集融化后得到淡水。 2.根据权利要求1所述的湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法，其特征在于：当0 制冷气流从蒸发冷冻室气流进口（11）进入2060分钟后，关闭启动制冷系统的阀门（6）， 停止进入0制冷气流。 3.一种实现上述方法的湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化装置，其特征在于：它包括 蒸发冷冻室（1）、连接在蒸发冷冻室（1）侧壁和顶部的蒸发冷冻室气流进、出口（11、9），蒸 发冷冻室气流进、出口（11、9）经管路连通，构成气流循环管路，气流循环管路并行连接有 第一热交换器（2），经第一热交换器（2）的出气管路上串连有膜除湿器（3）、第二热交换器 （4），第二热交。
6、换器（4）上连有与出气管路并连的海水冷却管路（12）；经第一热交换器（2） 的入气管路上连有风机（5），风机（5）的入口处设有启动制冷系统的阀门（6），所述的蒸发 冷冻室（1）的顶部设有海水进水口（10），底部设有浓缩海水排放阀门（7），蒸发冷冻室（1） 的外侧壁上设有由阀门控制的冰体排放口（8），冰体排放口（8）的孔位低于蒸发冷冻室气 流进口（11）的孔位。 4.根据权利要求3要求所述的湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化装置，其特征在于： 所述冰体排放口（8）的孔位低于蒸发冷冻室气流进口（11）孔位的距离为515cm。 权 利 要 求 书CN 102432081 A CN 102432084 A。
7、 1/3页 3 湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及海水淡化技术领域，尤其是一种适用于淡化海水的湿度差驱动下的蒸 发冷冻海水淡化方法及装置。 背景技术 0002 全球日益严重的淡水短缺，已经成为威胁人类生存和制约经济发展的严重问题。 海水淡化作为水资源的开源增量技术，成为解决这一危机的重要途径。目前，全球已有海水 淡化厂1.5万多座，超过120个国家通过海水淡化来获取淡水。国内外海水淡化方法有几 十种，但实际采用的主要是蒸馏法（包括闪蒸和低温蒸馏）、反渗透法、冷冻法。蒸馏法和反 渗透法均需要消耗大量的由石油、天然气或煤转化成的热能或电能，淡水生产成本和操作 。
8、技术要求较高。冷冻法分为间接冷冻法（利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使海水冷 冻结冰）和直接冷冻法（冷冻剂或冷媒与海水直接接触使海水结冰）。间接冷冻法传热效率 低且需要较大的传热面积，因此，在实际工程中较多采用直接冷冻法。根据冷冻剂的不同， 直接冷冻法分为冷媒直接接触法和真空蒸发式直接冷冻法。冷媒直接接触法通常以不溶于 水且沸点接近于海水冰点的正丁烷作为冷冻剂，将其与海水混合后冷冻获取冰，冰融化后 得到淡水。在循环过程中系统必需严格密封且水体不可避免会受到正丁烷的污染。真空蒸 发式直接冷冻淡化方法中典型的有真空冷冻蒸汽压缩法、真空冷冻蒸汽吸收法和真空冷冻 气相冷凝法。三者主要的不同在于蒸汽移。
9、去的方式不同，但均需采用额外的设备来处理蒸 发冷冻过程中产生的水蒸汽,且淡化过程中真空的维持增大了初投资和电能的耗费。 发明内容 0003 技术问题：本发明的目的是提出一种方法简便、装置结构简单、易操作的湿度差驱 动蒸发冷冻海水淡化方法及装置。 0004 技术方案：本发明湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法，包括如下步骤： a、从设置的蒸发冷冻室顶部进水口注入0的海水至蒸发冷冻室气流进口位置处，打 开启动制冷系统的阀门，制冷系统中的0制冷气流通过风机抽入气流循环管路，进入气流 循环管路的制冷气流经第一热交换器后从蒸发冷冻室气流进口进入蒸发冷冻室内，进入蒸 发冷冻室内的制冷气流经海水表面后从蒸发冷。
10、冻室气流出口进入气流循环管路，依次经第 一热交换器、膜除湿器和第二热交换器、风机和第一热交换器再进入蒸发冷冻室内，如此不 断循环，与此同时，向与第二热交换器相连的海水冷却管路中通入海水，对蒸发冷冻室气流 出口内的气流进行冷却； b、当蒸发冷冻室内的海水表面结冰厚达3cm时，打开冰体排放口的阀门，将结冰体排 出后，关闭冰体排放口的阀门，经蒸发冷冻室顶部的进水口补入海水至蒸发冷冻室气流进 口处，关闭顶部的进水口的阀门； c、重复步骤a和b ，每重复步骤a和b 35次后，经浓缩海水排放阀门排出部份被浓 缩后的海水，同时经蒸发冷冻室顶部的进水口补入海水至蒸发冷冻室气流进口处； 说 明 书CN 1024。
11、32081 A CN 102432084 A 2/3页 4 d、将排出的结冰体汇集融化后得到淡水。 0005 当0制冷气流从蒸发冷冻室气流进口进入2060分钟后，关闭启动制冷系统的 阀门，停止进入0制冷气流。 0006 本发明的湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化装置，包括蒸发冷冻室、连接在蒸发 冷冻室侧壁和顶部的蒸发冷冻室气流进、出口，蒸发冷冻室气流进、出口经管路连通，构成 气流循环管路，气流循环管路并行连接有第一热交换器，经第一热交换器的出气管路上串 连有膜除湿器、第二热交换器，第二热交换器上连有与出气管路并连的海水冷却管路；经第 一热交换器的入气管路上连有风机，风机的入口处设有启动制冷系统的阀。
12、门，所述的蒸发 冷冻室的顶部设有海水进水口，底部设有浓缩海水排放阀门，蒸发冷冻室的外侧壁上设有 由阀门控制的冰体排放口，冰体排放口的孔位低于蒸发冷冻室气流进口的孔位。 0007 所述冰体排放口的孔位低于蒸发冷冻室气流进口孔位的距离为515cm。 0008 有益效果：本发明以湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化，整个淡化过程为在0临 界或接近0临界条件下，干燥冷气流通过海水表面时，海水由于蒸发而发生冻结，通过对 冷冻得到的冰晶进行融化分离得到淡水。系统在循环过程中，气流在加湿后，在蒸发冷冻室 外部通过换热装置进行升温与降温，通过膜除湿器进行除湿，最终获得初始状态的干燥冷 气流。在此过程中，利用维持蒸发冷。
13、冻临界温度向外界排出的热量对气流进行除湿和升温； 利用融化冰晶的冷量对气流进行降温处理。该淡化过程是将空气作为媒介，避免了使用制 冷剂可能引起的对淡水污染和对环境的破坏问题，弥补了冷媒直接接触冷冻海水淡化方法 存在的不足；利用水的蒸发潜热吸收海水溶液热量使海水冻结，在0条件下海水的凝固 热约为334kJ/kg，蒸发潜热为2501kJ/kg，蒸发潜热约为水凝固热量的7倍，不需要消耗外 部能量，从而减少了对能源的消耗；蒸发冷冻过程不需要在真空环境下进行，无需解决抽真 空带来的问题，减少了设备的初投资，降低了操作的技术要求。主要优点是：完全利用自然 工质，对水体没有污染；装置结构简单，无需在真空下操。
14、作，能耗低，可成为淡水短缺地区一 种理想的淡水获取途径。 附图说明 0009 图1是本发明的装置结构示意图。 0010 图中：1-蒸发冷冻室，2-第一热交换器，4-第二热交换器，3-膜除湿器，5-风机， 6-启动制冷系统的阀门，7-浓缩海水排放阀门，8-冰体排放口，9-蒸发冷冻室气流出口， 10-进水口，11-蒸发冷冻室气流进口，12-海水冷却管路。 具体实施方式 0011 本发明湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化方法：首先从设置的蒸发冷冻室1顶部 进水口10注入0的海水至蒸发冷冻室气流进口11位置处，打开启动制冷系统的阀门6， 制冷系统中的0制冷气流通过风机5抽入气流循环管路，进入气流循环管路的。
15、制冷气流 经第一热交换器2后从蒸发冷冻室气流进口11进入蒸发冷冻室1内，当0制冷气流从蒸 发冷冻室气流进口11进入2060分钟后，关闭启动制冷系统的阀门6，停止进入0制冷 气流。进入蒸发冷冻室1内的制冷气流经海水表面在湿度差的作用下，海水表面部分水蒸 发吸热，而使剩余部分海水冻结，然后得到加湿的制冷气流从蒸发冷冻室气流出口9进入 说 明 书CN 102432081 A CN 102432084 A 3/3页 5 气流循环管路，依次经第一热交换器2、膜除湿器3和第二热交换器4、风机5和第一热交换 器2再进入蒸发冷冻室1内，如此不断循环，与此同时，向与第二热交换器4相连的海水冷 却管路12中通入海。
16、水，对蒸发冷冻室气流出口内的气流进行冷却；当蒸发冷冻室1内的海 水表面结冰厚达3cm时，打开冰体排放口8的阀门，将结冰体排出后，关闭冰体排放口8的 阀门，经蒸发冷冻室1顶部的进水口10补入海水至蒸发冷冻室气流进口11入口处，关闭顶 部的进水口10的阀门；重复上述步骤 ，每重复步骤35次后，打开浓缩海水排放阀门7 排出部份被浓缩后的海水，同时经蒸发冷冻室1顶部的进水口10补入海水至蒸发冷冻室气 流进口11入口处；将排出的结冰体汇集融化后得到淡水。 0012 实现上述方法的湿度差驱动下的蒸发冷冻海水淡化装置，如图1所示，主要由蒸 发冷冻室1、第一热交换器2、第二热交换器4、膜除湿器3、风机5和海水。
17、冷却管路12构成， 蒸发冷冻室1的顶部分别设有补充海水的进水口10和蒸发冷冻室气流进口11，蒸发冷冻 室1的两侧壁上分别设有冰体排放口8和蒸发冷冻室气流出口9，蒸发冷冻室1的底部设 有浓缩海水排放阀门7，连接风机5的管路上设有启动系统接入阀门6。连接在蒸发冷冻室 1侧壁和顶部的蒸发冷冻室气流进、出口11、9经管路连通，构成气流循环管路，气流循环管 路并行连接有第一热交换器2，经第一热交换器2的出气管路上串连有膜除湿器3、第二热 交换器4，第二热交换器4上连有与出气管路并连的海水冷却管路12；经第一热交换器2的 入气管路上连有风机5，风机5的入口处设有启动制冷系统的阀门6，所述的蒸发冷冻室1 的顶部设有海水进水口10，底部设有浓缩海水排放阀门7，蒸发冷冻室1的外侧壁上设有由 阀门控制的冰体排放口8，冰体排放口8的孔位低于蒸发冷冻室气流进口11的孔位，所述冰 体排放口8的孔位低于蒸发冷冻室气流进口11孔位的距离为515cm。 说 明 书CN 102432081 A CN 102432084 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102432081 A 。