技术领域
[0001] 本
发明涉及一种冷冻法
海水淡化冰水分离系统。
背景技术
[0002] 水资源短缺已成为全球性问题。采用
海水淡化技术开辟新的
淡水资源，增加淡水总供应量，已逐渐成为世界各国解决“水危机”的一种重要途径。
[0003] 冷冻法海水淡化是利用海水在结冰时，盐分被排除在冰晶以外，通过对冰晶洗涤、分离、融化后得到淡水的方法。由于冰的融化热为334.7kJ/kg，仅是水
汽化热(在100℃时为2257.2kJ/kg)的1/7，且相对于水的沸点，自然状态下的海水更接近于冰点，因此与常规淡化方法(膜法和热法)相比冷冻法的能耗很低，由于低温操作，海水对设备的
腐蚀轻、没有
结垢，故可省去对海水除
钙、镁等预处理工艺，降低了海水淡化系统的建设成本，同时由于排出的腐蚀生成物少，对环境的污染较小。
[0004] 近年来，随着我国对清洁
能源需求的日益增长，LNG产业蓬勃发展，LNG冷能的无偿使用使得冷冻法海水淡化的生产成本大幅降低，冷冻海水淡化技术现已成为LNG冷能利用和海水淡化领域研究的热点。
[0005] 但海水在制冰过程中因受结晶脱盐原理的约束，其生成的冰晶中会夹带有一定数量的“盐水胞”，同时冰晶在与浓海水分离过程中表面也会附着有大量的盐水，因此，冰晶的洗涤和分离是海水冷冻淡化工艺的关键环节，直接关系着产品水的产量及后处理工艺的繁简，因此研究冰晶的
净化技术对于提高冷冻法海水淡化技术经济效益具有重要的意义。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种冷冻海水淡化用冰晶与海水相分离的装置，本发明综合了离心分离法、
挤压分离法、和洗涤法，可通过几种冰水分离方法的组合，实现迅速的冰水分离，在明显降低冰晶损失率的同时有效提高冰晶的脱盐率。
[0007] 本发明一种冷冻法海水淡化冰水分离装置，包括设置在一
支架上方的密封
箱体，所述密封箱体的顶部设有淡水喷淋系统，所述密封箱体的
侧壁的下方设有抽气系统和浓水排放系统；所述密封箱体设有可开合的密封顶盖，所述密封箱体的底部设有由
电机带动的磁耦合
力矩
传动系统，所述磁耦合力矩传动系统的上方设有圆锥面形的
保护罩；所述密封箱体的底面为一导流面；所述密封箱体的内壁上设有一环形
挡板，所述环形挡板上方安装有冰晶漏网部件，所述冰晶漏网部件包括有冰晶漏网和由所述磁耦合力矩传动系统带动的冰晶漏网
支撑架；所述淡水喷淋系统包括淡水箱和喷头，所述淡水箱和喷头之间的喷淋管路上设有节流
阀、淡水
泵、第一
球阀和第一流量计，所述喷头通过一喷头接管安装在所述密封顶盖的中心处；所述抽气系统包括与所述密封箱体侧壁贯通的抽气接管，所述抽气接管通过抽气管路连接至一抽气泵，所述抽气管路上设有第二球阀和压力表；所述浓盐水排放系统包括与所述密封箱体侧壁底部贯通的浓海水排放接管，所述浓海水排放接管通过排放管路连接至一浓海水池，在排放管路上设有第二流量计、第三球阀；所述电机，所述
节流阀、淡水泵、第一球阀和第一流量计，所述抽气泵、第二球阀和压力表，所述第二流量计和第三球阀均与所述控制系统连接，所述控制系统实现对电机的转速、所述淡水喷淋系统的喷淋水量，所述浓盐水排放系统的浓水
排量，所述抽气系统的抽气速度的实时监测和控制。
[0008] 本发明中，所述导流面具有自中心至边缘呈15°的坡度。
[0009] 所述冰晶漏网支撑架的底端为一支撑轴，所述支撑轴的下端通过一
联轴器与磁耦合力矩传动系统的
主轴相连，所述支撑轴的上端连接有四根支撑杆，所述冰晶漏网由
自上而下相连的网圈、防护圈和丝网构成，所述网圈与所述防护圈固定，所述防护圈与所述丝网固定，所述丝网的网眼规格为40目，所述四根支撑杆连接至所述网圈的底部，所述网圈与所述环形挡板之间具有间隙，且网圈外径大于所述环形挡板的内径。。
[0010] 目前常用的冷冻法海水淡化冰水分离方法主要有离心法、洗涤法、挤压法等，在低温条件下，卤水在冰晶表面有较强的粘附力，单纯使用离心法和挤压法均会残余一定的盐分，而洗涤法虽有较高的脱盐率，但却需要消耗大量的淡水。本发明集合了上述几种洗冰方法的技术优势，具有如下优点：
[0011] (1)本发明在轴系带动冰晶漏网自转实现离心分离的
基础上，加入了喷淋装置和抽气装置，淡水从顶部
喷嘴均匀的喷洒在漏网中的冰水混合物上，可对冰晶进行洗涤，同时，抽气装置可使得冰晶漏网上部和下部之间形成一定的压差，实现对冰晶的挤压，有利于冰晶缝隙间盐水的排放，本发明发挥了离心法、洗涤法、挤压法各自的技术优势，实现迅速的冰水分离，在明显降低冰晶损失率的同时有效提高冰晶的脱盐率。
[0012] (2)本发明采用磁耦合力矩传动系统提供离心分离所需动力，实现了全密封传动，保证了密封箱体的气密性，而且系统传输
能量和控制速度的能力不受
电动机轴和密封箱体内轴系之间由于安装未对准原因而产生的小
角度或者小偏移的影响，系统安装简易，
精度要求低；由于没有机械联接，使得电动机本身的振动不会引起密封箱体的震动，提高了系统的
稳定性和可靠性。
[0013] (3)圆锥面形的保护罩可对自冰晶漏网流出的浓海水起到引流作用，促进浓海水排放，同时可避免浓海水腐蚀轴系下端
轴承等零部件，提高了系统的可靠性和安全性。
[0014] (4)本发明采用插接方式
定位冰晶漏网，便于冰晶漏网的拆卸，缩短了中间操作时间，有利于降低冰晶的损失率。
[0015] (5)该冰水分离装置结构小巧紧凑、占地面积小，便于移动和携带；几种冰水分离方法高度集成，一体化程度高。
附图说明
[0016] 图1是本发明冷冻法海水淡化冰水分离装置结构示意图；
[0017] 图2是图1中所示磁耦合力矩传动系统的结构放大图。
[0018] 图中：
[0019] 1-控制主机 2-控制面板 3、8、11、19、22-定位螺钉[0020] 4-第一安装板 6-外磁
转子 7、12-端盖
[0021] 9-电机 10-
输出轴 13-隔离套
[0022] 14-浓海水池 16-浓海水排放接管 17-第三球阀
[0023] 18-第二流量计 20-第二安装板 21-轴承
[0024] 23-套筒 24-保护罩 25-冰晶漏网
[0025] 26-筒体 27-环形挡板 28-网圈
[0026] 29-卡柱 30-卡环 31-密封顶盖
[0027] 32-进气孔 33-喷头 34-喷头接管
[0028] 35-第一球阀 36-
密封圈 37-转动机构
[0029] 38-淡水泵 39-节流阀 40-淡水箱
[0030] 41-淡水出口接管 42-冰晶漏网支撑架 43-联轴器
[0031] 44-主轴 45-抽气接管 46-第二球阀
[0032] 47-抽气泵 48-压力表 49-支架
[0033] 50-第一流量计 51-内磁转子 52-
底板[0034] 53-密封箱体 54-磁耦合力矩传动系统 55-淡水喷淋系统
[0035] 56-抽气系统 57-浓盐水排放系统 58-轴系
[0036] 59-
轴头 60-控制系统 61-塑料软管
[0037] 62-防护圈 63-丝网
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和具体
实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
[0039] 如图1和图2所示，本发明一种冷冻法海水淡化冰水分离装置，包括设置在一支架49上方的密封箱体53，所述密封箱体53的顶部设有淡水喷淋系统55，所述密封箱体53的侧壁的下方设有抽气系统56和浓水排放系统57。
[0040] 所述密封箱体53包括密封顶盖31、筒体26、底板52和隔离套13，所述密封箱体53的材质可选择
钛、
铝黄铜、不锈
钢中的任一种；所述密封顶盖31与所筒体26间设置一转动机构37，实现顶盖的闭合和打开；为保密封箱体53的气密性，所述密封顶盖31配备一密封圈36和卡环30，所述密封圈36的材质选自于三元乙丙
橡胶、丁晴橡胶和
硅胶中的任一种，所述卡柱29
焊接于所述筒体26的上端，所述密封顶盖31闭合时，所述卡环30可套在卡柱29上，使所述密封顶盖31与所述筒体26间实现密封。所述隔离套13位于磁耦合力矩传动系统中内磁转子51与外磁转子6之间，与所述底板52间以焊接形式连接。
[0041] 所述淡水喷淋系统55包括淡水箱40和喷头33，淡水箱40的底部设有淡水出口接管41，所述淡水出口接管41和喷头33之间的喷淋管路上设有节流阀39、淡水泵38、第一球阀35和第一流量计50，所述喷淋管路可以是塑料软管61，所述喷头33通过一喷头接管34安装在所述密封顶盖31的中心处，所述喷头33与喷头接管34之间为
螺纹连接，所述密封顶盖31上还开有一进气孔32。
[0042] 所述抽气系统56包括与所述密封箱体侧壁贯通的抽气接管45，所述抽气接管45通过抽气管路连接至一抽气泵47，所述抽气管路上设有第二球阀46和压力表48，所述抽气接管45焊接在所述密封箱体侧壁底部的一抽气孔中，所述抽气管路可以是塑料软管61。
[0043] 所述浓盐水排放系统57包括与所述密封箱体侧壁底部贯通的浓海水排放接管16，所述浓海水排放接管16焊接在所述密封箱体侧壁底部的一排放孔中，所述浓海水排放接管16通过排放管路连接至一浓海水池14，在排放管路上设有第二流量计18、第三球阀
17，所述排放管路可以是塑料软管61。
[0044] 所述密封箱体53的底部设有由电机9带动的磁耦合力矩传动系统54，所述磁耦合力矩传动系统54包括轴系58、内磁转子51和外磁转子6；所述轴系58包括主轴44、第一安装板4、第二安装板20、轴承21、套筒23、联轴器43和内磁转子51，除所述内磁转子51外，其余零部件的材质可选择钛、铝黄铜、
不锈钢中的任一种；第一安装板4设计为圆环形状，与所述底板52间用定位螺钉3连接，第二安装板20设计为圆环形状，以定位螺钉19与第一安装板4连接；所述轴承21安装于所述主轴44的轴颈上，所述轴承21与主轴44的轴颈之间为
过盈配合，所述轴承21的
内圈靠主轴44的轴肩和所述套筒23实现轴向定位，所述套筒23以定位螺钉22与所述主轴44实现定位；所述轴承21的
外圈与所述第二安装板20间以过盈配合实现径向定位。所述内磁转子51通过键连接安装于所述主轴44的轴头
59上，主轴44的轴端设有端盖7，所述端盖7与轴头59之间采用定位螺钉8进行连接；所述外磁转子6以键连接安装于所述电机9的输出轴10上，输出轴10上设有端盖12，所述端盖12与所述输出轴10之间采用定位螺钉11进行连接；所述支架49可以设计为环形，包括有上下两层平台，材质为
碳钢，所述电机9安装于所述支架49的下层平台，所述密封箱体
53安装于所述支架49的上层平台，安装所述密封箱体53时，所述隔离套13需对准支架49的中心，支架49的上层平台与所述密封箱体53间通过过盈配合实现定位；安装所述电机9时，电机的输出轴10需对准支架49的中心，支架的下层平台与电机9间通过过盈配合实现定位，以保证输出轴10与轴系58同轴安装。
[0045] 所述磁耦合力矩传动系统54的上方设有圆锥面形的保护罩24；所述密封箱体53的底面为一导流面，所述导流面具有自中心至边缘呈15°的坡度，以便于浓盐水的排放，所述保护罩24与所述主轴44之间为间隙配合，所述保护罩24的底面可设计为自中心至边缘呈15°的坡度，放置于密封箱体的导流面上。
[0046] 所述密封箱体53的内壁上设有一环形挡板27，所述环形挡板27上方安装有冰晶漏网部件，所述冰晶漏网部件包括有冰晶漏网25和由所述磁耦合力矩传动系统54带动的冰晶漏网支撑架42，在所述密封顶盖31闭合之前，对所述网圈28与所述环形挡板27之间的间隙进行液封，所述抽气系统56工作时，可在所述冰晶漏网25上部和底部之间产生压差。所述冰晶漏网支撑架42的底端为一支撑轴，所述支撑轴的下端通过所述联轴器43与磁耦合力矩传动系统54的主轴相连，即，所述联轴器43的一端通过键连接安装于所述主轴44的轴头上，其另一端也是通过键连接与冰晶漏网支撑架42底端的支撑轴相连；
[0047] 所述支撑轴的上端连接有四根支撑杆，所述冰晶漏网的网圈28的外径大于所述环形挡板27的内径，所述四根支撑杆连接至所述冰晶漏网的网圈28的底部，即，所述网圈28沿直径方向对称地打4个
盲孔，使网圈与所述冰晶漏网支撑架上端的四根支撑杆实现间隙配合，两者采用插接方式连接；所述冰晶漏网的网圈28与所述环形挡板27之间的间隙保持在1-2mm范围内，所述冰晶漏网25由自上而下相连的网圈28、防护圈62和丝网63构成，所述网圈28与所述防护圈62间和所述防护圈62与所述网圈28间均为焊接形式固定连接，所述网圈28和防护圈62的材质可选择钛、铝黄铜、不锈钢中的任一种，所述防护圈62的高度应保持在所述冰晶漏网25高度的1/3-1/2之间，冰晶漏网25中冰浆由于浓海水的排出和挤压作用而液位降低，防护圈62可保证冰
浆液位的降低不至导致抽气系统56在密封箱体53中形成的气流从丝网63通过而使得压差消失，所述丝网63为40目不锈钢丝网。
[0048] 所述电机9，所述节流阀39、淡水泵38、第一球阀35和第一流量计50，所述抽气泵47、第二球阀46和压力表48，所述第二流量计18和第三球阀17均与所述控制系统60连接，所述控制系统60包括控制主机1、控制面板2和仪表采集系统，所述控制系统实现对电机9的转速、所述淡水喷淋系统55的喷淋水量，所述浓盐水排放系统57的浓水排量，所述抽气系统56的抽气速度的实时监测和控制。
[0049] 本发明一种冷冻法海水淡化冰水分离装置实现冰水分离的具体操作步骤如下：
[0050] 步骤一：启动本发明控制系统60，打开本发明装置中的所有阀
门，包括第一球阀35、第二球阀46、第三球阀17和节流阀39；
[0051] 步骤二：将冷冻法海水淡化制取的冰浆倒入冰晶漏网25中，对环形挡板27与网圈28之间的间隙进行液封，盖上密封顶盖31，将卡环30套在卡柱29上。
[0052] 步骤三：通过控制主机1启动淡水泵38、抽气泵47和电机9，在电机9的带动下，磁耦合力矩传动系统通过联轴器43将
扭矩传递给冰晶漏网支撑架42的底端的支撑轴，在冰晶漏网支撑架42的带动下，冰浆随冰晶漏网25自转，实现冰水混合物的离心分离；喷头33喷出的淡水可对冰浆进行洗涤；抽气泵47通过抽气使得密封箱体53中形成自进气孔32流经丝网63和抽气接管45的气流，气流在流经丝网63时由于受到冰浆的阻挡，使得冰浆的上部和下部形成压差，因此冰浆受到挤压，从而进一步
加速了冰晶缝隙间盐水的排放，防护圈62可保证压差恒定，从丝网63中排出浓海水部分沿着圆锥面形的保护罩24流到密封箱体53的底面，即具有自中心至边缘呈15°坡度的导流面，在导流面的作用下，浓海水迅速从浓海水排放接管16排至浓海水池14，在上述洗涤、离心和挤压的作用下，冰晶得到净化，同时控制主机1通过控制面板2和仪表采集系统可对机9的转速、淡水喷淋系统55的喷淋水量，浓盐水排放系统57的浓水排量以及抽气系统56的抽气速度进行实时记录和控制。步骤四：冰水分离后，通过控制主机1停止淡水泵38、抽气泵47和电机9，打开密封顶盖31，由于冰晶漏网25的网圈28与冰晶漏网支撑架42的四根支撑杆间为间隙配合的插接，因此可轻松取出冰晶漏网25，再将冰晶漏网25中干净的冰晶取出。
[0053] 尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多
变形，这些均属于本发明的保护之内。
