CN102765768A - 一种用热泵提高海水淡化效率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用热泵提高海水淡化效率的装置及方法，该装置包括蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、冷凝器、热交换器、淡水循环箱、浓盐水抽出泵、喷射吸收循环泵Ⅰ、喷射吸收循环泵Ⅱ、射流泵Ⅰ、射流泵Ⅱ、发生器和吸收器；本发明还包括用热泵提高海水淡化效率的装置进行海水淡化的方法。本发明之用热泵提高海水淡化效率的装置结构简单，循环泵少，体积小，占用空间少，运行稳定可靠，产出淡水品质好。使用本发明，不仅可降低设备制造成本，同时还可将海水淡化成本降至2元/吨以下；不仅适宜规模制取淡水，也特别适用于潜艇、轮船、海岛及我国西部水质较差等地方用作制取饮用的淡水，适用范围广。

Description

一种用热泵提高海水淡化效率的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用热泵提高海水淡化效率的装置及方法。

背景技术

随着人口数量的不断增长和经济的迅速发展，加剧了人们对水资源的需求，城市化进程的进一步深入发展同样也加速了淡水资源需求量。世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。

中国属于世界上13个贫水国之一，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，并且由于水资源分布不均，大量的淡水集中在南方，北方淡水资源仅为南方的1/4。可以说，整个淡水资源形势不容乐观。

为此，人们正以极大的努力去寻找淡水资源。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。目前，世界上有150多个国家和地区开展了海水淡化工作，共有约14000座海水淡化厂。

目前，我国具有自主知识产权的单机日产1万立方米反渗透法海水淡化装置和日产1.25万立方米蒸馏法海水淡化装置已建成投产，运行基本正常；多个1万～10万立方米级海水淡化工程已经建成或正在建设；到2010年底我国已建成海水淡化能力超过60万立方米/日。

现有海水淡化方法主要有蒸馏法、高压反渗透法、多级闪蒸法、电渗析法、离子交换法等。这些方法均存在一定缺陷。使用的装置结构较复杂，制造成本较高，而且运行能耗高。如蒸汽喷射泵，能耗高，引射效率较低，且大多需增设抽吸空气装置和增设专用冷凝器专门用于水汽的冷凝，工作效率较低。使用较多的多级闪蒸法海水淡化设备，也需增设抽吸空气装置，且抽吸量较小，真空度较低、蒸发量也低，能耗高，真空持续状态较差。目前，我国海水淡化成本大约是5元/吨左右，远远高于自来水成本。当今世界上大规模海水淡化装置就是采用多级闪蒸法，虽然该技术运用了减压发生进行技术，但还是需要注入较多的热能，去冷凝水汽的冷却水温度基本上与环境温度差不多，其出来的淡水产品温度一般是高于环境温度的。而目前使用较多的海水淡化技术是高压反渗透技术，该技术成本虽有所下降，但依然要消耗较多的电能，还要消耗其他的物料，其成本也不可小觑，而且制出的淡水品质也不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能耗低，工作效率高，成本低的用热泵提高海水淡化效率的装置及方法。

本发明之解决其技术问题采用的技术方案是一种用热泵提高海水淡化效率的装置，其包括蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、冷凝器、热交换器、淡水循环箱、浓盐水抽出泵、喷射吸收循环泵Ⅰ、喷射吸收循环泵Ⅱ、射流泵Ⅰ、射流泵Ⅱ、发生器和吸收器，所述冷凝器通过管道与热交换器相连，热交换器通过管道与蒸发器Ⅰ相连，蒸发器Ⅰ通过管道与浓盐水抽出泵相连，蒸发器Ⅰ的真空室通过管道连接射流泵Ⅰ的引射接口，射流泵Ⅰ的入口连接喷射吸收循环泵Ⅰ，射流泵Ⅰ的喷射出口连接至淡水循环箱，淡水循环箱出口通过管道连接至蒸发器Ⅱ的进口，从蒸发器Ⅱ出口通过管道连接喷射循环泵Ⅰ的进口端，淡水循环箱、蒸发器Ⅱ、喷射吸收循环泵Ⅰ和射流泵Ⅰ构成一淡水喷射制取循环回路；喷射吸收循环泵Ⅱ进口端通过管道连接吸收器，喷射吸收循环泵Ⅱ出口端通过管道连接射流泵Ⅱ，射流泵Ⅱ的引射进口通过管道连接至蒸发器Ⅱ的真空室，射流泵Ⅱ的喷射出口通过管道连接至发生器；发生器下部通过管道连接吸收器，发生器上部通过管道连接至冷凝器一端，冷凝器另一端通过管道连接至蒸发器Ⅱ；吸收器通过管道和循环泵与热交换器连接。

进一步，所述热交换器与吸收器还可制造为一体。

进一步，本发明还包括海水来源箱，海水来源箱通过管道与冷凝器相连。

进一步，本发明还包括淡水蓄水箱，淡水循环箱设置有淡水溢出口，淡水溢出口通过管道连接淡水蓄水箱                                                

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本发明利用热泵提高海水淡化效率的装置进行海水淡化的方法为：

海水来源箱内的海水经管道流入冷凝器内，获取冷凝器内制冷剂蒸汽的潜热后再流入热交换器内，然后通过获取热交换器内浓吸收液的部分显热，经进一步提高温度后，再进入蒸发器Ⅰ内，蒸发器Ⅰ将海水进行蒸发浓缩，蒸发浓缩时产生的浓盐水通过浓盐水抽出泵抽出蒸发器Ⅰ外，蒸发浓缩时产生的水汽经射流泵Ⅰ引射送入至淡水循环箱内，由此完成由海水制取淡水过程和冷凝水汽过程；

部分淡水通过溢出口流入淡水蓄水箱内，淡水循环箱内未经溢出口流出的淡水用于喷射循环，在喷射前，淡水循环箱内的淡水流入蒸发器Ⅱ，淡水自身温度下降，并同时释放出热量，所述热量经射流泵Ⅱ转移至发生器内，发生器通过补偿的高温热量，致使发生器内的吸收液发生浓缩，并产生能用作制冷剂的蒸汽，制冷剂蒸汽通过管道流入冷凝器内释放潜热，冷凝器内的海水得以升温，释放潜热后的制冷剂蒸汽冷凝为液态；制冷剂蒸汽冷凝为液态后经管道流入蒸发器Ⅱ内蒸发，制冷剂蒸汽经蒸发后被射流泵Ⅱ再次引射至发生器内，由此完成制冷剂循环过程；

发生器内的吸收液经浓缩后成为浓吸收液，浓吸收液进入吸收器内释放热量，并将部分显热传给处于热交换器内的海水，吸收器内的浓吸收液在释放了热量后，通过喷射吸收循环泵Ⅱ打入射流泵Ⅱ内，喷射吸收蒸发器Ⅱ内的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽和浓吸收液一同进入发生器内成为稀溶液，由此完成吸收液循环过程。

当热交换器与吸收器制造为一体时,海水在冷凝器升温之后还可以直接到吸收器里获热。

如此周而复始地循环，两个不同的循环体系非常紧密地有机结合在一起，它们之间相互借用，相互依托。热泵循环系统（包括制冷剂循环系统和吸收液循环系统）给海水加温蒸发系统（包括冷凝器、热交换器和蒸发器Ⅰ）提供热源，而且给淡水冷凝喷射循环系统（包括淡水循环箱、蒸发器Ⅱ、喷射吸收循环泵Ⅰ和射流泵Ⅰ构成的淡水喷射制取循环回路，以及冷凝器）提供冷源，用来冷凝蒸发器Ⅰ中在真空情况下由海水形成的水汽；反过来，海水加温蒸发系统又给热泵循环系统提供冷却水来源，而淡水冷凝喷射循环系统又给热泵循环系统提供热源。

试验表明，射流泵比蒸汽喷射泵更节能，引射效率更高，而采用吸收液进行喷射尤其是如此。喷射吸收方式进行热泵循环有着显著优势，喷射吸收循环可以在发生器压力高于冷凝器压力的条件下运行。如果有高温热源，可以通过喷射器的调压作用，使发生器温度提升，而发生器内的吸收液浓度可以保持恒定。发生器可以产生的高压高温蒸汽，也会使吸收器的温度和压力相应的提高，并使之吸收浓度提高，从而使该吸收循环泵工作循效率提高，喷射泵在喷射过程中不仅在传质，同时也在传热，它可以把吸收循环热100%传入发生器内，因此，使用本发明时，只需要在发生器内补偿少许热量，就可致使发生器内的溶液发生了。

本发明无需另外设置抽空气的装置，实现真空手段采用射流泵引射，兼用冷媒水（即从淡水循环箱流入蒸发器Ⅱ的淡水）冷凝的方式来达到提高真空度的目的。本发明无需设置专用冷凝器专门用于水汽的冷凝。本发明中的冷凝器只是用于热泵系统中的制冷剂蒸汽的冷凝，冷凝过程中又为海水提供了热量。蒸发器内的冷媒水（即从淡水循环箱流入蒸发器Ⅱ的淡水）用作喷射所需的喷射循环淡水的同时，不仅有利于提高引射效率，同时又起到了冷凝水汽的功用。本发明可实现一机多用，除了用于海水淡化外，还可用于空调的制冷和采暖，它只需在冷媒水管道（即喷射吸收循环泵Ⅰ、射流泵Ⅰ、淡水循环箱、蒸发器Ⅱ依次连接的管道上）增设一个分支回路就可当作夏季制冷空调用；在冷凝器与吸收器增设分支回路就可当作采暖空调用，实现冬季采暖空调和夏季制冷空调的相互转换。

本发明蒸发所需的大部分热量来自海水自身，通过采用两级喷射吸收热泵原理，一级喷射用作引射水汽，同时也用作冷凝水汽；二级喷射所引射的却是制冷剂蒸汽，并负责把海水热量转移至高温处，同时把转移而来的热量反馈给后面流进冷凝器和热交换器的海水，并使之提温后进入真空环境里的蒸发器内蒸发。通过使用两级喷射吸收热泵原理，发生器所需的补偿热量非常少。本发明无需配置抽吸空气装置，工作效率高，真空度较高、蒸发量也大，所耗动力能源少，真空持续状态好。

本发明之用热泵提高海水淡化效率的装置结构简单，循环泵少，体积小，占用空间少，运行稳定可靠，产出淡水品质好。

使用本发明，不仅可降低设备制造成本，同时还可将海水淡化成本降至2元/吨以下；不仅适宜规模制取淡水，也特别适用于潜艇、轮船、海岛及我国西部水质较差等地方用作制取饮用的淡水，适用范围广。

附图说明

图1为本发明之用热泵提高海水淡化效率的装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

参照图1，本实施例之用热泵提高海水淡化效率的装置，包括蒸发器Ⅰ8、蒸发器Ⅱ11、冷凝器5、热交换器6、淡水循环箱3、浓盐水抽出泵4、喷射吸收循环泵Ⅰ10、喷射吸收循环泵Ⅱ14、射流泵Ⅰ9、射流泵Ⅱ12、发生器13和吸收器15，所述冷凝器5通过管道与热交换器6相连，热交换器6通过管道与蒸发器Ⅰ8相连，蒸发器Ⅰ8通过管道与浓盐水抽出泵4相连，蒸发器Ⅰ8的真空室通过管道连接射流泵Ⅰ9的引射接口，射流泵Ⅰ9的入口连接喷射吸收循环泵Ⅰ10，射流泵Ⅰ9的喷射出口连接至淡水循环箱3，淡水循环箱3出口通过管道连接至蒸发器Ⅱ11的进口，从蒸发器Ⅱ11出口通过管道连接喷射循环泵Ⅰ10的进口端，淡水循环箱3、蒸发器Ⅱ11、喷射吸收循环泵Ⅰ10和射流泵Ⅰ9构成一淡水喷射循环回路；喷射吸收循环泵Ⅱ14进口端通过管道连接吸收器15，喷射吸收循环泵Ⅱ14出口端通过管道连接射流泵Ⅱ12，射流泵Ⅱ12的引射进口通过管道连接至蒸发器Ⅱ11的真空室，射流泵Ⅱ12的喷射出口通过管道连接至发生器13；发生器13下部通过管道连接吸收器15，发生器13上部通过管道连接至冷凝器5一端，冷凝器5另一端通过管道连接至蒸发器Ⅱ11；吸收器15通过循环管道7和循环泵与热交换器6连接。

本实施例还包括海水来源箱1，海水来源箱1通过管道与冷凝器5相连。

本实施例还包括淡水蓄水箱2，淡水循环箱3设置有淡水溢出口，淡水溢出口通过管道连接淡水蓄水箱

2。

所述海水来源箱1与冷凝器5之间的管道上设有节流阀Ⅰ16-1。

所述蒸发器Ⅰ8与浓盐水抽出泵4之间的管道上设有节流阀Ⅱ16-2。

所述蒸发器Ⅰ8的真空室与射流泵Ⅰ9的引射接口之间的管道上设有节流阀Ⅲ16-3。

本发明利用热泵提高海水淡化效率的装置进行海水淡化的方法为：

海水来源箱1内的海水经管道流入冷凝器5内，获取冷凝器内制冷剂蒸汽的潜热后再流入热交换器6内，然后通过获取热交换器6内浓吸收液的部分显热，经进一步提高温度后，再进入蒸发器Ⅰ8内，蒸发器Ⅰ8将海水进行蒸发浓缩，蒸发浓缩时产生的浓盐水通过浓盐水抽出泵4抽出蒸发器Ⅰ8外，蒸发浓缩时产生的水汽经射流泵Ⅰ9引射入至淡水循环箱3内，由此完成制取淡水过程和冷凝水汽过程；

部分淡水通过溢出口流入淡水蓄水箱2内，淡水循环箱3内未经溢出口流出的淡水用于喷射循环，在喷射前，淡水循环箱3内的淡水流入蒸发器Ⅱ11，淡水自身温度下降，并同时释放出热量，所述热量经射流泵Ⅱ12转移至发生器13内，发生器13通过补偿少量的高温热量，致使发生器13内的吸收液发生浓缩，并产生能用作制冷剂的蒸汽，制冷剂蒸汽通过管道流入冷凝器5内释放潜热，冷凝器5内的海水得以升温，释放潜热后的制冷剂蒸汽冷凝为液态，它们之间形成相互借用，相互依托的关系；制冷剂蒸汽冷凝为液态后经管道流入蒸发器Ⅱ11内蒸发，制冷剂蒸汽经蒸发后被射流泵Ⅱ12再次引射至发生器13内，由此完成制冷剂循环过程；

发生器13内的吸收液经浓缩后成为浓吸收液，浓吸收液进入吸收器15内释放热量，由浓吸收液释放的热量通过管道7和循环泵传入热交换器6内，并将部分显热传给处于热交换器6内的海水，吸收器15内的浓吸收液在释放了热量后，通过喷射吸收循环泵Ⅱ14打入射流泵Ⅱ12内，喷射吸收蒸发器Ⅱ11内的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽和浓吸收液一同进入发生器13内成为稀溶液，由此完成吸收液循环过程；

如此，周而复始地进行着海水淡化与制冷、制热过程。

使用本发明之用热泵提高海水淡化效率的装置时，其热源来自于海水本身，以含低品位热能的海水的温度作为热源，稳定性非常好，无需给海水添加更多热量来进行海水蒸发。本发明通过减压蒸发技术和低温冷媒水冷凝喷射方式来提高引射效率，采用两级喷射吸收的方式把海水热量转移至高温处，又重新反馈给海水，使获热的海水进入真空状态下进行蒸发，冷媒水（即从淡水循环箱流入蒸发器Ⅱ的淡水）既起到了引射水汽的作用，同时还起到冷凝水汽的作用。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述热交换器6与吸收器15制造为一体，海水在冷凝器5升温之后还可以直接到吸收器15里获热。其余同实施例1。 

Claims (4)

1.一种用热泵提高海水淡化效率的装置，其特征在于：包括蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、冷凝器、热交换器、淡水循环箱、浓盐水抽出泵、喷射吸收循环泵Ⅰ、喷射吸收循环泵Ⅱ、射流泵Ⅰ、射流泵Ⅱ、发生器和吸收器，所述冷凝器通过管道与热交换器相连，热交换器通过管道与蒸发器Ⅰ相连，蒸发器Ⅰ通过管道与浓盐水抽出泵相连，蒸发器Ⅰ的真空室通过管道连接射流泵Ⅰ的引射接口，射流泵Ⅰ的入口连接喷射吸收循环泵Ⅰ，射流泵Ⅰ的喷射出口连接至淡水循环箱，淡水循环箱出口通过管道连接至蒸发器Ⅱ的进口，从蒸发器Ⅱ出口通过管道连接喷射循环泵Ⅰ的进口端，淡水循环箱、蒸发器Ⅱ、喷射吸收循环泵Ⅰ和射流泵Ⅰ构成一循环回路；喷射吸收循环泵Ⅱ进口端通过管道连接吸收器，喷射吸收循环泵Ⅱ出口端通过管道连接射流泵Ⅱ，射流泵Ⅱ的引射进口通过管道连接至蒸发器Ⅱ的真空室，射流泵Ⅱ的喷射出口通过管道连接至发生器；发生器下部通过管道连接吸收器，发生器上部通过管道连接至冷凝器一端，冷凝器另一端通过管道连接至蒸发器Ⅱ；吸收器通过循环管道和循环泵与热交换器连接。

2.根据权利要求1所述的用热泵提高海水淡化效率的装置，其特征在于：所述热交换器与吸收器制造为一体。

3.根据权利要求1或2所述的用热泵提高海水淡化效率的装置，其特征在于：还包括海水来源箱，海水来源箱通过管道与冷凝器相连。

4.根据权利要求1或2所述的用热泵提高海水淡化效率的装置，其特征在于：还包括淡水蓄水箱，淡水循环箱设置有淡水溢出口，淡水溢出口通过管道连接淡水蓄水箱                                               

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