利用自然气流通风使海冰脱盐淡化装置的建筑结构的制作方法

本发明涉及一种海冰脱盐淡化的装置，尤其是涉及一种通过重力方法使海冰脱盐淡化的装置。属于海水淡化技术领域。

背景技术：

环渤海地区是我国淡水资源最缺乏的地区之一，渤海是我国冬季主要结冰海区，开发海冰资源用以解决环渤海地区的缺水状况，是我国海水淡化研究领域的最新前沿课题。

海冰主要由多边形的纯水冰晶、卤水胞、空气和少量固体杂质组成。海冰中所含有的盐分主要来自冰体内部的卤水胞，卤水胞为高浓度盐水，在一般的低温环境中（-30℃）也不会结冰，而以液体形式存在于海冰内部。海冰内部的冰晶之间还存在有缝隙，这为卤水胞在重力作用下沿着这些缝隙流出冰体提供了条件。海冰重力脱盐就是根据海冰的液-固两相共生的结构特征，通过重力作用将海冰冰体中的卤水胞排出去的方法。

中国发明专利申请200510092863.7公开了一种重力法海冰脱盐设施，但这种设施存在缺陷，主要表现为堆积的海冰受空气温度变化影响很大，融化速度得不到控制。海冰重力脱盐是指海冰内部的卤水胞受重力作用面下渗流出冰体的过程，由于海冰内部的缝隙非常细小，因此卤水胞的下渗速度很慢、渗出量也少。但海冰的融化受环境温度，也就是空气温度的影响很大。当脱盐设施中的海冰暴露在空气之中时，如果中午时分的空气温度升至海冰的冰点温度（-1.4℃）以上，海冰中的纯水冰晶就会产生部分融化，这些融水会下渗到脱盐设施的底部，并与受重力作用而下渗到此的卤水混合在一起，此时若想把卤水排出脱盐设施，势必要带走很多淡水；若不进行排水，则重力脱盐过程将无法实现。因此，合理地控制和减缓海冰融化速度，对于充分排出冰内卤水胞、提高重力脱盐率，对于减少淡水冰晶融化、提高淡水回收率都是非常重要的。

中国发明专利申请2010102414342（一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺）公布了一种用隔温层覆盖在海冰上，隔离海冰与外界气温的方法，其目的是控制融冰的温度：为了加快卤水胞的下渗速度，可以适时对隔温层内的海冰进行通入温暖的空气，使冰块内部的温度发生变化，促进冰块内部缝隙扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体；当冰块中的纯水冰晶将要融化时，停止温暖空气的输入。该方法的优点是提高了淡水的回收率。但是该方法一方面需要通风设备和消耗电力；另一方面，在融冰后期，将出现数量较多的盐度在1‰至1.3‰的低盐度卤水，该卤水盐度已经接近标准淡水的盐度，且数量较大，作为废水处理，十分可惜。

技术实现要素：

针对上述专利申请2010102414342（一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺）的不足之处，本发明提出这样一种装置和方法：利用自然力对海冰进行通风融冰制作淡水；利用自然力将1‰至1.3‰的低盐度卤水改造成为淡水。此外，该装置和方法还能够在无人值守的情况下，利用自然力自动控制通风融冰的时间。

本发明设计思路：1、利用伯努利原理，驱使自然气流进入海冰堆中进行热交换。2、利用太阳能对高盐度卤水进行蒸馏，所取得的蒸馏水用来稀释1‰至1.3‰的低盐度卤水，使之成为盐度低于1‰的淡水。3、根据海冰中淡水冰晶在即将融化前卤水量增大的现象，利用出卤量大小，自动控制通风机构的开闭。

本发明是通过如下技术方案实现的：该装置包括融冰室、储水池、排气罩；

融冰室俯视形状呈矩形，融冰室前、后侧分别为墙体；融冰室左、右侧分别依次向外设置铁丝网、含有气隙和板条的第二透风板、含有气隙的第一透风板、拉伸弹簧、拉绳、滑轮、接卤桶、接卤井；第一透风板与第二透风板滑动连接；拉伸弹簧的一端固定于所述墙体，另一端与第一透风板连接；拉绳绕过滑轮，拉绳的一端与第一透风板的拉杆连接，另一端与接卤桶接连；接卤桶位于接卤井内，且位于水槽下方；接卤桶底部设一漏洞；

融冰室的底部为设置有漏水孔的底板，融冰室通过漏水孔与位于融冰室下方的储水池相通；所述储水池下部设置有与接卤井相通的水槽；水槽两端分别设置有浮动闸门；

融冰室内水平置放多根具有多个通风孔的通气管，通气管两端的管口分别面向铁丝网和第二透风板的气隙设置；

所述排气罩顶部呈圆弧形，且设置有至少一个排气孔；

融冰室左、右侧还分别设置有低盐卤水池和蒸馏池；融冰室左、右侧的接卤井分别与所述低盐卤水池和蒸馏池连通；融冰室左、右侧的蒸馏池上方设置有倾斜的透光棚，透光棚的最低处位于所述低盐卤水池的上方；所述的低盐卤水池与所述的接卤井相通处设置有第一闸门，所述的蒸馏池与所述的接卤井相通处设置有第二闸门；

所述浮动闸门呈l形，其内中空，底部呈一向上弯曲的弧面。

所述的拉杆与第一透风板固连。

所述的铁丝网两端分别与所述墙体固连；第二透风板与铁丝网固连。

所述的第一透气板可以由翻盖透气板代替，所述的第二透气板可以由大气隙底板代替；大气隙底板包括筋条和气腔；翻盖透气板包括气口、透气板、盖板，盖板中设有短臂和铰接于透气板的支轴；盖板的两端各设置有与透气板连接的扭转弹簧；在翻盖透气板相对于大气隙底板朝拉伸弹簧的移动中，所述短臂受阻于大气隙底板的筋条时，则盖板被迫绕支轴转动打开，同时扭转弹簧积蓄了弹力能量，外界的气流可以通过翻盖透气板的气口和大气隙底板的气腔进入到海冰中；反之，当翻盖透气板朝拉绳移动时，则扭转弹簧结蓄的弹力能量，迫使盖板转动，盖住气腔，阻止外界气流流入海冰中。

该装置的使用方法：

待脱盐淡化的碎块状的海冰放置在融冰室中；之后，将排气罩安放在融冰室上；进入自然通风阶段：

第一步骤：融冰室左、右侧的第一透风板的气隙和第二透风板的气隙处于重合位置；一方面，外界气流流过排气罩的弧形顶时，流速加大，压强变小，排气罩内空气从下部被吸到上部，进而从排气口流出；另一方面，外界的空气穿过融冰室左、右侧的第一透风板的气隙、第二透风板的气隙、铁丝网，其中一部分外界的空气进入碎块状海冰间的空隙，另一部分外界的空气从通气管管口进入，进而从多个通风孔流出，进入到碎块状的海冰间；该两部分外界的空气在碎块状的海冰中经过热交换后，上升至排气罩，进而从排气口流出；当外界气温低，流入海冰中的外界低温空气不能使冰块内部缝隙扩大，因此下渗到储水池的卤水量较少，从储水池的水槽流入融冰室左、右侧的接卤桶内的卤水全部从漏洞流出；

第二步骤：当外界温度升高，流入海冰中的暖空气加快促进冰块内部缝隙扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体，卤水量增加，流入融冰室左、右侧的接卤桶内的较大量的卤水来不及全部从漏洞流出，使得接卤桶内卤水越积越多，表明海冰中的淡水冰晶将要融化，最后承接了一定量卤水的融冰室左、右侧的接卤桶分别通过拉绳克服拉伸弹簧的弹力，拉动融冰室左、右侧的第一透风板的气隙到与第二透风板的板条重合的位置；从而自动隔绝了外界的温暖空气进入海冰堆中，避免淡水冰晶融化；

第三步骤：融冰室中海冰的温度逐渐降低，下渗的卤水量逐渐减少，最后从储水池的水槽流入融冰室左、右侧的接卤桶内的卤水全部从漏洞流出；融冰室左、右侧的拉伸弹簧的弹力分别克服接卤桶的重量，将融冰室左、右侧的第一透风板的气隙拉到与第二透风板的气隙重合的位置，使融冰室中的海冰与外界空气进行热交换；

重复第一步骤、第二步骤和第三步骤；当测得从水槽中流出的卤水盐度大于1.3‰时，分别关闭融冰室左、右侧的第一闸门，打开融冰室左、右侧的第二闸门，水槽中的卤水通过融冰室左、右侧的接卤桶和接卤井排入所述的蒸馏池；当测得从水槽中流出的卤水盐度在1‰—1.3‰之间时，分别关闭融冰室左、右侧的第二闸门，打开融冰室左、右侧的第一闸门，水槽中的卤水通过融冰室左、右侧的接卤桶和接卤井排入所述的低盐卤水池；当测得从水槽中流出的卤水盐度小于1‰时，分别关闭融冰室左、右侧的第一闸门和第二闸门；同时分别将融冰室左、右侧的浮动闸门下沉至水槽底部并固定，阻止水槽流出水来；之后，融冰室左、右侧的第一透气板持续被所述的拉伸弹簧拉住，使得外界的空气穿过融冰室左、右侧的第一透气板的气隙、铁丝网和融冰室左、右侧的第二透气板的气隙、铁丝网，其中一部分外界的空气进入碎块状海冰间的空隙，另一部分外界的空气从通气管管口进入，进而从多个通风孔流出，进入到碎块状的海冰间；该两部分外界的空气在碎块状的海冰中经过热交换后，上升至排气罩，进而从排气口流出；海冰在融冰室中逐渐融化为淡水流入储水池中；

阳光透过融冰室左、右侧的透光棚，加热融冰室左、右侧的蒸馏池中的卤水，使卤水蒸发，其水蒸汽上升，在融冰室左、右侧的透光棚上遇冷，凝结成蒸馏水，蒸馏水流向位于所述的透光棚最低处，进而流入所述的低盐卤水池，融冰室左、右侧的低盐卤水池中的卤水不断被蒸馏水稀释，最后成为盐度小于1‰的淡水。

当所述融冰室内的海冰全部融化为淡水流入储水池，且测得储水池中的水为盐度小于0.9‰以下的淡水，而此时低盐卤水池中的卤水还没有被足够多的蒸馏水稀释成为盐度小于1‰的淡水；为尽快结束淡水制作，可以将一定数量的储水池中的淡水加入到低盐卤水池中，使低盐卤水池中的水稀释成为盐度小于1‰的淡水。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用伯努利原理设计的通风结构，使海冰脱盐淡化的方法比现有技术省略了用于融冰的通风设备和电力消耗。

2、本发明通过稀释和太阳能蒸馏的方法，将1‰至1.3‰的低盐度卤水，使之成为淡水。从而将现有技术中的废水变成淡水，因此比现有技术较大程度地提高了淡水的生产效率。

3、根据卤水量的大小自动控制通风机构的开合，减轻了值守人员的工作量。

4、由于有了自动控制通风机构，可以根据环境温度自动增加通风次数（而现有技术通常是选择在中午时分通风一次），从而加快了将海冰制作成淡水的速度。

下面结合图对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图和气流图。

图2是图1运作过程图。

图3是图2的c-c局部示意图。

图4是图2中的a-a向局部示意图（图2中的b-b向局部示意图与a-a向局部示意图相同）。

图5是图4中的d-d向局部示意图。

图6是图4中的零部件立体图。

图7通气管的剖视图。

图8是实施例3的立体示意图。

图9是图8中的c-c剖视图。

图10是图8运作过程的状态图。

图11是图10中的d-d剖视图。

具体实施方式

实施例1：（见图1—图7）本发明装置包括融冰室32、储水池35、排气罩28；

融冰室32俯视形状呈矩形，融冰室32前、后侧分别为混凝土墙体（未画出）；融冰室左、右侧分别依次向外设置铁丝网37、含有气隙711和板条729的第二透风板72（见图4和图6）、含有气隙711的第一透风板71、拉伸弹簧74、拉绳46、滑轮44、接卤桶41、接卤井43；也就是说，融冰室左、右侧分别设置的零部件都是一样的（图4是图2中的a-a向局部示意图，图2中的b-b向局部示意图与a-a向局部示意图相同）。铁丝网37两端分别与所述墙体固连；第二透风板72与铁丝网37固连；第一透风板71与第二透风板72滑动连接；拉伸弹簧74的一端固定于融冰室32的墙体，另一端与第一透风板71连接；拉绳46绕过滑轮44，拉绳46的一端与第一透风板的拉杆719连接，另一端与接卤桶41接连（见图4）；接卤桶41位于接卤井43内，且位于水槽35下方；接卤桶41底部设一漏洞42；

融冰室32内水平置放多根具有多个通风孔331的通气管33（见图2和图6），通气管33两端的管口分别朝铁丝网37和第二透风板的气隙721设置。

融冰室32的底部为设有漏水孔的底板34，融冰室32通过漏水孔（未画出）与位于融冰室下方的储水池35相通；所述储水池35下部设有与接卤井43相通的水槽351；水槽351两端分别设置有浮动闸门36；浮动闸门36呈l形，其内中空，为一壳体，底部呈一向上弯曲的弧面，恰如船头，迎水而浮。当浮动闸门36内灌入水后，就会下沉至水槽351底部，阻止水槽351中的水流出。浮动闸门36的另一个作用是可以阻止外界的空气从水槽351进入到融冰室32，以免影响融冰室32中的温度的控制。

所述排气罩28顶部呈圆弧形，且设置有多个排气孔29；

为了将盐度高的卤水实施太阳能蒸馏，产生的蒸馏水用于稀释1‰至1.3‰的低盐度卤水，使之成为淡水，本发明在融冰室32左、右侧还分别设置有低盐卤水池2和蒸馏池3；融冰室32左、右侧的接卤井43分别与所述低盐卤水池2和蒸馏池连通3；融冰室32左、右侧的蒸馏池3上方设置有倾斜的透光棚93，透光棚93的最低处位于所述低盐卤水池2的上方；所述的低盐卤水池2与所述的接卤井43相通处设置有第一闸门91，所述的蒸馏池3与所述的接卤井43相通处设置有第二闸门92；

该装置的使用方法：

待脱盐淡化的碎块状的海冰放置在融冰室32中；之后，将排气罩28安放在融冰室32上；进入自然通风阶段：

第一步骤：融冰室32左、右侧各自的第一透风板的气隙711和第二透风板的气隙711处于重合位置；一方面，外界气流流过排气罩28的弧形顶27时，流速加大，压强变小，排气罩28内空气从下部被吸到上部，进而从排气口29流出；另一方面，外界的空气穿过融冰室32左、右侧各自的第一透风板的气隙711、第二透风板的气隙711、铁丝网37，其中一部分外界的空气进入碎块状海冰间的空隙（因为透风板气隙711的通风面积大于通气管33管口的面积），另一部分外界的空气从通气管33管口进入，进而从多个通风孔331流出，进入到碎块状的海冰间；该两部分外界的空气在碎块状的海冰中经过热交换后，上升至排气罩28，进而从排气口29流出；当外界气温低，流入海冰中的外界低温空气不能使冰块内部缝隙扩大，因此下渗到储水池35的卤水量较少，从储水池的水槽351流入融冰室左、右侧的接卤桶41内的卤水全部从漏洞42

第二步骤：当外界温度升高，流入海冰中的暖空气加快促进冰块内部缝隙扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体，卤水量增加，流入融冰室左、右侧的接卤桶41内的较大量的卤水来不及全部从漏洞42流出，使得接卤桶41内卤水越积越多，表明海冰中的淡水冰晶将要融化，最后承接了一定量卤水的融冰室32左、右侧的接卤桶41分别通过拉绳46克服拉伸弹簧74的弹力，拉动融冰室32左、右侧的第一透风板的气隙711到与第二透风板的板条729重合的位置；从而自动隔绝了外界的温暖空气进入海冰堆中，避免淡水冰晶融化；

第三步骤：融冰室32中海冰的温度逐渐降低，下渗的卤水量逐渐减少，最后从储水池35的水槽351流入融冰室32左、右侧的接卤桶41内的卤水全部从漏洞42流出；融冰室32左、右侧的拉伸弹簧74的弹力分别克服接卤桶41的重量，将融冰室32左、右侧的第一透风板的气隙711拉到与第二透风板的气隙711重合的位置，使融冰室32中的海冰与外界空气进行热交换；

重复第一步骤、第二步骤和第三步骤；当测得从水槽351中流出的卤水盐度大于1.3‰时，分别关闭融冰室32左、右侧的第一闸门91，打开融冰室32左、右侧的第二闸门92，水槽351中的卤水通过融冰室32左、右侧的接卤桶41和接卤井43排入所述的蒸馏池3；当测得从水槽351中流出的卤水盐度在1‰—1.3‰之间时，分别关闭融冰室32左、右侧的第二闸门92，打开融冰室32左、右侧的第一闸门91，水槽351中的卤水通过融冰室32左、右侧的接卤桶41和接卤井43排入所述的低盐卤水池2；当测得从水槽351中流出的卤水盐度小于1‰时，分别关闭融冰室32左、右侧的第一闸门91和第二闸门92；同时分别将融冰室32左、右侧的浮动闸门36下沉至水槽351底部并固定（浮动闸门36是空心的，只要灌进水，即可下沉），阻止水槽351流出水来；之后，融冰室32左、右侧的第一透气板71持续被所述的拉伸弹簧74拉住，使得外界的空气穿过融冰室32左、右侧的第一透气板71的气隙711、铁丝网37和融冰室32左、右侧的第二透气板72的气隙711、铁丝网37，其中一部分外界的空气进入碎块状海冰间的空隙，另一部分外界的空气从通气管33管口进入，进而从多个通风孔331流出，进入到碎块状的海冰间；该两部分外界的空气在碎块状的海冰中经过热交换后，上升至排气罩28，进而从排气口29流出；海冰在融冰室32中逐渐融化为淡水流入储水池35中；

现有技术通常将盐度在1‰—1.3‰的卤水作废水处理，本发明可以利用蒸馏水稀释的方法，将这部分低盐度的卤水改造成为淡水：阳光透过融冰室32左、右侧的透光棚93，加热融冰室32左、右侧的蒸馏池3中的卤水，使卤水蒸发，其水蒸汽上升，在融冰室32左、右侧的透光棚93上遇冷，凝结成蒸馏水，蒸馏水流向位于所述的透光棚93最低处，进而流入所述的低盐卤水池2，融冰室32左、右侧的低盐卤水池2中的卤水不断被蒸馏水稀释，最后成为盐度小于1‰的淡水。

如果气温高，产生的蒸馏水足够多的话，也可以将1‰—1.5‰的卤水或者盐度更高的卤水改造成淡水。

实施例2、当融冰室32内的海冰已经全部融化为淡水流入储水池35，且测得储水池35中的水为盐度小于0.9‰以下的淡水，而此时低盐卤水池2中的卤水还没有被足够多的蒸馏水稀释成为盐度小于1‰的淡水。为尽快结束淡水制作，可以通过以下两种方法尽快得到更多的淡水：第一种方法，可以将一定数量（通过计算）的储水池35中的淡水加入到低盐卤水池2中，使低盐卤水池2中的水稀释成为盐度小于1‰的淡水；第二种方法，将一定数量（通过计算）的低盐卤水池2中的盐度大于1‰的水，加入到储水池35中盐度小于0.9‰以下的淡水中，使储水池35中的水成为盐度小于1‰的淡水。

实施例3，在实施例1中进入海冰的通风量是由第一透气板71和第二透气板72的气隙711大小决定的。特点是第一透气板71短距离移动，就可以开闭通风的气隙711，其结构简单，但通风面积只能是透气板面积的不到一半。如果采用如下结构（见图8至图11），就可以在短距离移动不变的情况下，获得较大的通风面积。

该结构特点是增大通风的空腔，具体技术方案是：用翻盖透气板81代替所述的第一透气板71，用大气隙底板82代替所述的第二透气板72；大气隙底板82包括筋条829和气腔821；翻盖透气板81包括气口811、透气板812、盖板814，盖板814中设有短臂815和铰接于透气板812的支轴816；盖板814的两端各设置有与透气板812连接的扭转弹簧818；在翻盖透气板814相对于大气隙底板82朝拉伸弹簧74的移动中，所述短臂815受阻于大气隙底板的筋条829时，则盖板814被迫绕支轴816转动打开（见图9），同时扭转弹簧818积蓄了弹力能量，外界的气流可以通过翻盖透气板的气口811和大气隙底板的气腔821进入到海冰中。反之，当翻盖透气板81朝拉绳46移动时，扭转弹簧818结蓄的弹力能量，迫使盖板814转动，盖住气腔821（见图10和图11），阻止外界气流流入海冰中。