[发明专利]采用连续螺旋状半融冰雪移除系统的脱盐方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及脱盐系统领域，并且尤其是涉及利用压缩空气能量系统在结晶室底部产生冰/盐水混合物的脱盐方法和系统，其中，螺旋状的半融冰雪移除系统被设置成能够连续地从结晶室移除冰粒。

背景技术

在美国，通常大多数地区存在足够多可供利用的新鲜饮用水源。即使在供水不足的地区，人们也已经努力将水从有可利用水的地方输送到需要水的地方。例如，相当大量的水现在正从科罗拉多河(ColoradoRiver)经加利福尼亚输水道(Califoria Aqueduct)输送到人口众多但干旱的加利福尼亚南部(Southern California)地区，从而有充足的水可供利用，这些水不但用于饮用目的，而且也用于农业和灌溉。也存在其它供应和输送水的方式，诸如通过公共设施和管道网，所述水包括来自于湖泊、水库、河流、冰川等的那些水。

然而，遍及该国家和世界也存在许多这样的地理区域，在其中新鲜饮用水不是可容易利用的，或者在其中不方便或不可能在控制成本的基础上将水输送到需要水的地方。这些地区包括山区、农村地区、岛屿等。靠近诸如在干性或干燥气候中的海岸线也存在大的人口聚集中心，在其中存在足够多的海水，但可供利用的饮用水不足以供养人口。

因此，过去已经研发了用于从海水产生新鲜饮用水的脱盐系统和方法。任何脱盐系统的关键在于能够从基础水中分离出包含盐和其它杂质的污染物，从而能够产生新鲜的饮用水。为简单起见，从此时开始，术语“海水”将用于指任何需要净化的污水，而不管水实际上是来自于海洋，还是来自于任何其它源头的水。

当前正在使用至少三种不同类型的脱盐系统并获得了不同程度的成功，包括1)热方法，该方法是利用热或其它方式将海水转化为水蒸汽，诸如通过沸腾实现，2)膜处理方法，该方法是利用相对薄的可渗透材料层分离水和盐，以及3)冷冻结晶处理过程，该过程是利用冻结过程和海水的相图产生新鲜饮用水。

本发明与各种冷冻结晶处理过程一起使用。冷冻结晶处理过程与其它过程的不同之处在于海水被置于冷却温度下，诸如通过制冷剂实现，这引起海水冻结，其中，冷冻用于帮助形成由纯水组成的固态冰晶，所述固态冰晶能随后与包含在残留的基础水中的盐污染物分离。

然而，由于现有的脱盐方法和系统具有缺点，因此需要高效且成本有效的脱盐系统来允许从海水中连续地产生新鲜的饮用水。

发明内容

本发明与采用压缩空气能量系统以冻结海水并在结晶室底部形成似雪水的冰/盐水混合物的脱盐系统一起使用，容易连续地移除冰晶。优选地，所述脱盐系统结合压缩空气能量系统，其中的压缩空气被释放以产生作为副产物的冷空气，所述冷空气随后能够被引入结晶室内并用于速冻被喷入结晶室内的海水液滴。并非如同过去的冷冻结晶方法的情况一样利用制冷剂来降低海水的温度以进行脱盐，本发明优选采用从释放和膨胀压缩空气能量得到的清洁冷空气直接与海水液滴混合以产生冻结的冰粒来进行海水脱盐。

脱盐方法通常包括如下步骤：

1、产生在低至大约-80摄氏度或-175华氏度的温度且稍高于一个大气压下的冷空气的体积流，并将该冷空气引入绝热的结晶混合室内。可以通过采用涡轮膨胀机膨胀压缩空气而获得该冷空气，或者是通过涡轮膨胀机和连带地产生电以及作为副产物的冷空气的发电机而获得该冷空气。

2、产生海水的体积流，所述海水能作为液滴云被喷入室内并与冷空气混合以导致海水液滴的温度降低到或稍高于低共熔温度，对于常规海水，其为大约-21.2摄氏度或-6.2华氏度。在这个方面，所述系统能够被设置成使海水在其被喷入所述室内之前被预先冷却，这能够通过使海水流经环绕结晶室的管道和/或空腔而实现，其中，室内的低温能够用于在海水被引入所述室内之前通过热交换冷却海水。

3、当海水液滴开始和冷空气混合并由于热交换而快速冻结时，纯水的冰晶开始形成，所述冰晶开始与每个液滴周围的盐水溶液分离。随着时间的过去，即在小于几秒种内，冰开始形成并与浓缩的盐水分离，当形成更多的冰时盐水变得更加浓缩。这些局部冻结的冰粒随后开始下落到室底部，在那里它们聚集以便形成冰/盐水的半融冰雪混合物。

4、所述系统优选将半融冰雪混合物的温度维持在稍高于低共熔温度，使混合物保持湿的并且似雪水的，而且不冻结或形成盐晶体。本发明被设计成连续地从结晶室的底部移除这种似雪水的冰/盐水混合物，每次产生相当大量的半融冰雪时，无需停止冷冻结晶处理。