一种制冰淡化装置

摘要

本发明公开了一种制冰淡化装置，包括进料筒体、中间体和出料筒体。中间体包括冷媒腔、隔热腔、制冰单元和床料颗粒回收段，冷媒腔由上管板、下管板、外筒体以及传热管围成，外筒体在冷媒腔处连接有冷媒进口管和冷媒出口管；隔热腔由隔热板、外筒体、传热管和下管板围成，腔内填充有保温材料；上管板顶壁上设置有床料颗粒回收段，包括与制冰单元数目相等且位置一一对中的若干柱形腔体和若干变径管，变径管的上端为与柱形腔体内壁固定相连的方口端，并且下端为与柱形腔体底壁平齐的圆口端，所述的柱形腔体底壁与上管板固定相连，所述变径管圆口端与上管板接触。该装置可减少与外界环境间的散热，高效节能，运行稳定。

权利要求

1.一种制冰淡化装置，其特征在于：包括自下而上依次同轴线固定相连的进料筒体(1)、中间体(2)和出料筒体(3)，进料管(6)的出口与所述的进料筒体的底部中间连通，出料管(9)的进口与所述的出料筒体的顶部中间连通；

所述的中间体包括外筒体(17)，在所述的外筒体(17)的顶部沿水平方向固定有上管板(19)，在所述的上管板(19)的顶壁上设置有位于出料筒体(3)内的床料颗粒回收段(15)，所述的出料筒体(3)与上管板(19)固定相连；

在所述的外筒体(17)的底部沿水平方向连接有隔热板(16)，在所述的隔热板上方的外筒体内沿水平方向固定有下管板(18)，在所述的上管板、下管板和隔热板上同竖直轴线开有多个安装孔，沿同一个竖直轴线设置的上管板、下管板和隔热板上的安装孔组成一组安装孔，在每一组安装孔内安装有一个制冰单元(14)，每一个制冰单元包括一个传热管(20)，所述的传热管自上而下依次与上管板、下管板及隔热板相连，在每一个所述的传热管内底部连接有一个旋流器(21)，所述的旋流器包括沿水平方向上下间隔设置的顶板(26)、底板(23)，在所述的底板和顶板之间连接有螺旋板(24)，所述的螺旋板上端与顶板固定，所述的螺旋板下端与底板固定，所述的顶板与传热管内壁固定，所述的底板的直径小于顶板的直径，所述的底板与传热管内壁间的空隙为进料口，在所述的顶板中间开有料液出口(27)，所述的螺旋板的螺旋通道形成进料通道(25)，液体沿着底板与传热管内壁间的空隙进入螺旋板与传热管之间的间隙后，进入进料通道，再经料液出口进入传热管内部,在每一个传热管内设置有床料颗粒(22)；所述的进料通道出口处的径向宽度小于床料颗粒的粒径；

冷媒腔(13)为由所述的上管板、下管板、外筒体以及传热管围成的腔体，外筒体在冷媒腔处的下部连接有冷媒进口接管，外筒体在冷媒腔处的上部连接有冷媒出口接管；隔热腔(12)为由隔热板、外筒体、传热管和下管板围成的腔体，在所述的隔热腔内填充有保温材料；

所述的床料颗粒回收段包括与制冰单元数目相等且位置一一对中的若干柱形腔体(28)和若干变径管(29)；变径管的上端为与柱形腔体内壁固定相连的方口端，并且下端为与柱形腔体底壁平齐的圆口端，所述变径管方口端横截面积大于圆口端横截面积，所述的柱形腔体底壁与上管板固定相连，所述变径管圆口端与上管板接触且与上管板安装孔一一对中；所述的变径管圆口端直径大于等于上管板上的安装孔直径且两者之间差值小于传热管内床料颗粒当量直径的2倍。

2.根据权利要求1所述的制冰淡化装置，其特征在于：若干柱形腔体是由数个格栅板相互隔成。

3.根据权利要求1或者2所述的制冰淡化装置，其特征在于：所述的进料筒体由进料封头和进料中间筒通过焊接连接组成，进料筒体与中间体和出料筒体之间的连接方式为密封连接，进料筒体和外筒体之间采用法兰连接或者焊接连接，外筒体和上管板之间采用焊接，上管板和出料筒体之间采用法兰连接或者焊接；所述的进料管的出口与进料封头的底部中间连通；所述的出料筒体由出料中间筒和出料封头通过焊接连接组成，所述的出料管的进口与出料封头的顶部中间连通，所述的床料颗粒回收段位于出料中间筒内。

说明书

一种制冰淡化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及海水淡化处理装置，尤其涉及一种制冰淡化装置。

背景技术

[0002] 海水冷冻淡化技术的关键在于制冰淡化方法，常用的制冰方法包括刮削式、直接接触式、真空式、流化床式及过冷水制冰等，其中刮削式制冰需额外为刮刀配置动力装置，能效不经济；直接接触式制冰冷媒与海水接触换热，需增加冷媒相分离步骤，工艺复杂；真空式及过冷水式制冰工艺参数控制严苛，系统稳定性差；而流化床制冰法是依靠在制冰器内处于流化状态的小颗粒对传热壁面的持续碰撞，去除壁面上生成的微小冰晶，形成流体冰浆的过程。该方法传热管内床料颗粒的扰流作用可使管内流场近似等温，因而具备很高的传热效率；生成的冰晶尺寸细小，脱盐效果好，且冰晶与海水混合成的冰浆易于传输、分离和融化；该方法冷媒与海水通过传热壁面间接接触，对水质无污染；实验证明，流化床制冰具备显著的技术优势，是实现海水冷冻淡化的有效途径。目前尚未有应用该原理的装置的报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少与外界环境间的散热面积,保证装置运行稳定的制冰淡化装置。

[0004] 本发明的一种制冰淡化装置，包括自下而上依次同轴线固定相连的进料筒体、中间体和出料筒体，进料管的出口与所述的进料筒体的底部中间连通，出料管的进口与所述的出料筒体的顶部中间连通；

[0005] 所述的中间体包括外筒体，在所述的外筒体的顶部沿水平方向固定有上管板，在所述的上管板的顶壁上设置有位于出料筒体内的床料颗粒回收段，所述的出料筒体与上管板固定相连；

[0006] 在所述的外筒体的底部沿水平方向连接有隔热板，在所述的隔热板上方的外筒体内沿水平方向固定有下管板，在所述的上管板、下管板和隔热板上同竖直轴线开有多个安装孔，沿同一个竖直轴线设置的上管板、下管板和隔热板上的安装孔组成一组安装孔，在每一组安装孔内安装有一个制冰单元，每一个制冰单元包括一个传热管，所述的传热管自上而下依次与上管板、下管板及隔热板相连，在每一个所述的传热管内底部连接有一个旋流器，所述的旋流器包括沿水平方向上下间隔设置的顶板、底板，在所述的底板和顶板之间连接有螺旋板，所述的螺旋板上端与顶板固定，所述的螺旋板下端与底板固定，所述的顶板与传热管内壁固定，所述的底板的直径小于顶板的直径，所述的底板与传热管内壁间的空隙为进料口，在所述的顶板中间开有料液出口，所述的螺旋板的螺旋通道形成进料通道，液体沿着底板与传热管内壁间的空隙进入螺旋板与传热管之间的间隙后，进入进料通道，再经料液出口进入传热管内部,在每一个传热管内设置有床料颗粒，所述的进料通道出口处的径向宽度小于床料颗粒的粒径；

[0007] 冷媒腔为由所述的上管板、下管板、外筒体以及传热管围成的腔体，外筒体在冷媒腔处的下部连接有冷媒进口接管，外筒体在冷媒腔处的上部连接有冷媒出口接管；隔热腔为由隔热板、外筒体、传热管和下管板围成的腔体，在所述的隔热腔内填充有保温材料；

[0008] 所述的床料颗粒回收段包括与制冰单元数目相等且位置一一对中的若干柱形腔体和若干变径管；变径管的上端为与柱形腔体内壁固定相连的方口端，并且下端为与柱形腔体底壁平齐的圆口端，所述变径管方口端横截面积大于圆口端横截面积，所述的柱形腔体底壁与上管板固定相连，所述变径管圆口端与上管板接触且与上管板安装孔一一对中，所述的变径管圆口端直径大于等于上管板上的安装孔直径且两者之间差值小于传热管内床料颗粒当量直径的2倍。

[0009] 本发明的有益效果是：

[0010] 1.本发明为多根散式流化床制冰单元的集成，共用同一个冷媒腔体，在降低装置加工制造成本的同时，减少与外界环境间的散热面积，且装置体积小，占地节省。

[0011] 2.本发明在上管板上端设置床料颗粒回收段，该结构可防止床料颗粒溢出，增加了系统的调节余量，保证装置运行稳定。

[0012] 3.本发明颗粒回收段柱形腔体截面设计为方形，可使所有柱形腔体紧密切合，与传统的圆形颗粒回收段相比可保证颗粒回落无死角。

附图说明

[0013] 附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

[0014] 图1‑1为本发明一种制冰淡化装置结构图；

[0015] 图1‑2为图1‑1所示的装置的剖视图；

[0016] 图2为本发明一种制冰淡化装置结构爆炸图；

[0017] 图3为本发明一种制冰淡化装置中间体结构仰视图；

[0018] 图4为本发明一种制冰淡化装置中间体结构主视图；

[0019] 图5为本发明一种制冰淡化装置中间体结构俯视图；

[0020] 图6为本发明一种制冰淡化装置中间体结构剖视图；

[0021] 图7为图6所示装置的中间体结构的J处局部放大图；

[0022] 图8为图6所示装置的中间体结构的L处局部放大图；

[0023] 图9为本发明一种制冰淡化装置中间体结构爆炸图；

[0024] 图10为本发明一种制冰淡化装置床料颗粒回收段装配原理图；

[0025] 图11为本发明一种制冰淡化装置制冰单元的剖视结构图；

[0026] 图12‑1为本发明一种制冰淡化装置旋流器结构图；

[0027] 图12‑2为图12‑1中所示的旋流器爆炸示意图；

[0028] 图12‑3为图12‑1中所示的旋流器的横截面示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

[0030] 如附图所示的本发明的一种制冰淡化装置，如图1所示，包括自下而上依次同轴线固定相连的进料筒体1、中间体2和出料筒体3。进料管6的出口与所述的进料筒体1的底部中间连通，出料管9的进口与所述的出料筒体3的顶部中间连通。

[0031] 所述的中间体包括外筒体17，在所述的外筒体17的顶部沿水平方向固定有上管板19，在所述的上管板19的顶壁上设置有位于出料筒体3内的床料颗粒回收段15，所述的出料筒体3与上管板19固定相连；

[0032] 作为本发明的一种实施方式，所述的进料筒体1由进料封头8和进料中间筒7通过焊接连接组成，进料筒体1与中间体2和出料筒体3之间的连接方式为密封连接，进料筒体1和外筒体17之间采用法兰连接或者焊接连接，外筒体17和上管板之间采用焊接，上管板和出料筒体3之间采用法兰连接或者焊接。所述的进料管6的出口与进料封头8的底部中间连通。所述的出料筒体3由出料中间筒10和出料封头11通过焊接连接组成，所述的出料管9的进口与出料封头11的顶部中间连通，所述的床料颗粒回收段位于出料中间筒内。

[0033] 在所述的外筒体17的底部沿水平方向连接有隔热板16，在所述的隔热板16上方的外筒体17内沿水平方向固定有下管板18，在所述的上管板19、下管板18和隔热板16上同竖直轴线开有多个安装孔，沿同一个竖直轴线设置的上管板19、下管板18和隔热板16上的安装孔组成一组安装孔，在每一组安装孔内安装有一个制冰单元14，每一个制冰单元14包括一个传热管20，所述的传热管20自上而下依次与上管板19、下管板18及隔热板16相连，在每一个所述的传热管20内底部连接有一个旋流器21，所述的旋流器21包括沿水平方向上下间隔设置的顶板26、底板23，在所述的底板23和顶板26之间连接有螺旋板24，所述的螺旋板24上端与顶板26固定，所述的螺旋板24下端与底板23固定，所述的顶板26与传热管20内壁固定，所述的底板23的直径小于顶板26的直径，所述的底板23与传热管20内壁间的空隙为进料口，在所述的顶板26中间开有料液出口27，所述的螺旋板24的螺旋通道形成进料通道25，液体沿着所述底板23与传热管20内壁间的空隙进入螺旋板24与传热管20之间的间隙后，进入进料通道25，再经料液出口27进入传热管20内部,在每一个传热管20内设置有床料颗粒22。所述的进料通道25出口处的径向宽度小于床料颗粒22的粒径。

[0034] 冷媒腔13为由所述的上管板19、下管板18、外筒体17以及传热管20围成的腔体，外筒体17在冷媒腔13处的下部连接有冷媒进口接管4，外筒体17在冷媒腔13处的上部连接有冷媒出口接管5。

[0035] 隔热腔12为由隔热板16、外筒体17、传热管20和下管板18围成的腔体，在所述的隔热腔12内填充有保温材料。

[0036] 所述的床料颗粒回收段15包括与制冰单元数目相等且位置一一对中的若干柱形腔体28和若干变径管29。变径管的上端为与柱形腔体内壁固定相连的方口端，并且下端为与柱形腔体底壁平齐的圆口端，所述变径管方口端横截面积大于圆口端横截面积，如图6所示，圆口端直径等于或者略微大于安装孔直径效果最好，大太多部分床料颗粒会落在安装孔与圆口端围城的环形区域内不能回流，小于安装孔直径，会挡住传热管通道，妨碍颗粒流出，所述的变径管圆口端直径大于等于上管板上的安装孔直径且两者之间差值小于传热管内床料颗粒当量直径的2倍。所述的柱形腔体28底壁与上管板19固定相连。所述变径管圆口端与上管板接触且与上管板安装孔一一对中。

[0037] 变径管方口端横截面积大于圆口端横截面积是为了保证柱形腔体28的横截面积大于传热管横截面积，颗粒行至柱形腔体内，因为流通截面积增加，颗粒速度降低，可保证颗粒不会冲出柱形腔体，顺利回流至传热管内。

[0038] 作为本发明的一种实施方式，若干柱形腔体28是由数个格栅板30相互隔成。

[0039] 优选的，所述的床料颗粒22的当量直径≥1mm。

[0040] 床料颗粒22的材质为耐海水腐蚀、比重大、体积热容大、导热性好的金属，如不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金等。

[0041] 床料颗粒22的形状和数量可根据具体工况而定。床料颗粒22可以为多种颗粒搭配使用。如可以采用当量直径3mm和当量直径4mm的颗粒混合搭配。

[0042] 优选的，变径管方口端横截面积应大于等于圆口端横截面积的2倍，此时柱形腔体内液体表观流速可降低达50％以上，可快速将颗粒截留，避免颗粒冲出，系统稳定性高。

[0043] 实施例1

[0044] 以包含89个制冰单元的制冰装置为例，主体材质选用耐海水腐蚀的316L，如图1所示，进料筒体、中间体和出料筒体均采用法兰连接，法兰间设置密封垫片。进料筒体为由法兰、进料中间筒和进料封头彼此焊接而成，出料筒体为由法兰、出料中间筒和出料封头彼此焊接而成。

[0045] 中间体的上下管板间距600mm，下管板与隔热板间距100mm，即冷媒腔高度600mm，隔热腔高度100mm，传热管直径DN50，床料颗粒当量直径5mm，旋流器螺旋板的进料通道出口宽度4mm，中间体所包含各个部件的连接方式均为焊接，隔热腔内填充聚氨酯保温材料。

[0046] 89根传热管布置方式如图3所示，格栅板30相互隔成的柱形腔体截面为边长90mm的正方形，柱形腔体高200mm，内置的圆形‑方形变径管圆形端直径60mm，方形端边长89mm，格栅板与上管板间采用焊接方式连接，圆形‑方形变径管与格栅板之间通过设置卡槽固定。

[0047] 本制冰淡化装置的工作过程如下：

[0048] 本发明装置中，海水经进料管6进入进料筒体1，并从进料筒体进入制冰单元底部旋流器的螺旋通道中，海水在螺旋通道的导引下在螺旋通道末端形成旋流，床料颗粒在旋流进料海水的作用下发生流态化，合理控制海水的进料速度可保证床料颗粒22在传热管20内自下而上均匀分布，此外，床料颗粒在旋流的作用下产生沿传热管径向的离心运动，该离心运动可改变传热管内部床料颗粒的径向分布，使床料颗粒向传热管壁面处集中，同时该离心运动也增大了床料颗粒与传热管壁面的碰撞速度，从而强化床料颗粒对壁面冰晶的去除能力。对于个别冲出传热管的床料颗粒当经过床料颗粒回收段时，因流通截面积增加，海水表观流速迅速降低，床料颗粒受力平衡发生改变，迅速回落，并在圆形‑方形变径管的约束下回流至传热管内部。于此同时，冷媒经冷媒进口接管4进入冷媒腔13，冷媒与海水换热升温后自冷媒出口接管5流出，传热管内海水与冷媒在壁面换热生成冰晶，床料颗粒去除壁面冰晶，被去除的冰晶与海水组成冰浆经传热管和床料颗粒回收段15进入出料筒体3，并自出料管流出装置。

[0049] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。