CN103043735A

CN103043735A - 热泵式小型海水淡化装置

Info

Publication number: CN103043735A
Application number: CN2012105714795A
Authority: CN
Inventors: 蒋辰翔; 袁秀坤; 李桃; 阳金龙
Original assignee: DONGQI INVESTEMENT DEVELOPMENT CO LTD OF DONGFANG ELECTRICAL GROUP
Current assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103043735B

Abstract

一种热泵式小型海水淡化装置，它采用电能驱动，包括压缩机、喷气抽气器、冷凝器、主蒸发器和射水抽气器；压缩机用作向冷凝器提供高温高压的制冷剂气体；喷气抽气器用作吸入并混合主、副蒸发器内气化形成的气体，提供给压缩机；冷凝器和主蒸发器装配在共同的密封罩内，冷凝器用作蒸发海水，冷凝器上还设有制冷剂出口、海水入口、浓盐水出口和蒸汽出口；主蒸发器用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸发器上还设有淡水出口；射水抽气器用作抽出密封罩内的浓盐水和不凝气，并制造、维持密封罩内的真空度，在射水抽气器上还设有抽气口、海水入口和盐海水出口。它具有结构简单、可移动性强、适用范围广、能源利用率高、建设及生产成本低、可靠实用等特点。

Description

热泵式小型海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化装置，具体是一种热泵式小型海水淡化装置。

背景技术

淡水是人类日常生活、生产的重要资源，地球上的淡水储量仅占全球总水量的2.53%，而且其中的68.7%又属于固体冰川，分布在难以利用的高山和南、北两极地区，还有一部分淡水埋藏于地下很深的地方，很难进行开采，因此，人类实际能够利用的淡水只占全球总水量的0.26%左右。随着人口持续增长及工业生产的飞速发展，带来了严重的淡水资源危机，如何开发淡水资源成了当代人类普遍关心的重大问题，在淡水资源的开发中，海水淡化成了极为重要的开源增量途径。

海水淡化是利用海水脱盐的方法生产淡水，常用的海水淡化技术为热法海水淡化技术，主要有多效闪蒸法和低温多效蒸馏法。多效闪蒸法是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水；低温多效蒸馏法是将一系列压力逐次降低的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入蒸发器内，通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。无论是多效闪蒸法还是低温多效蒸馏法，都需要建成大规模的海水淡化装置，该装置主要依赖热电厂、炼钢厂、化工厂等产生的余热，在选址方面存在很大的局限性，而且由于该海水淡化装置的规模大，必须要大批量的生产淡水，这样才能有效降低每吨淡水的生产成本，因而这一特性决定了它们只能适合在大面积的区域内固定使用，不适用于在偏远孤岛、乡村及船舰等小面积的区域内小规模、可移动的生产淡水，适用范围具有很大的局限性，不够实用。

中国专利文献公开了“一种热泵式海水淡化装置”（公开号: CN201517039U，公开日: 2010.06.30），它包括热泵系统和海水分离系统，热泵系统包括压缩机、第一级冷凝器、第二级冷凝器、节流器和蒸发器，海水分离系统包括密闭的海水槽、海水槽顶部设置有抽气管，抽气管安装有真空泵，第一级冷凝器浸入海水槽中，真空泵的排出管道依次经过第二级冷凝器和蒸发器，管道内的水蒸汽与第二级冷凝器和蒸发器进行热交换后冷却成液态淡水，海水槽设有进水阀和排水阀。该海水淡化装置虽然能够适用于在海船等移动设备上小规模生产淡水，但其海水淡化过程是将海水水蒸汽采用电能驱动的两级冷凝设备进行冷凝（即采用第二级冷凝器内的冷凝风扇对抽气管中输送的蒸汽进行第一次冷却，使管道中形成水汽混合物，水汽混合物又经蒸发器进行第二次冷凝，最后冷却成液体淡水），这样直接增加了海水淡化的电能消耗，进而增加了海水淡化成本；另外，冷却成的液体淡水和分离出的浓盐水均含有较高的余热，未能利用这一余热，造成了能源热量浪费。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、可移动性强、适用范围广、能源利用率高、海水淡化成本低、可靠实用的热泵式小型海水淡化装置。

本发明采用的技术方案是：一种热泵式小型海水淡化装置，所述海水淡化装置采用电能驱动；所述海水淡化装置包括压缩机、喷气抽气器、冷凝器、主蒸发器和射水抽气器；所述压缩机用作向冷凝器提供高温高压的制冷剂气体，压缩机的排气口通过压缩排气管线与冷凝器的进气口连接，压缩机的吸气口通过压缩吸气管线与喷气抽气器的排气口连接，由喷气抽气器向压缩机提供低温低压的制冷剂气体；所述喷气抽气器的进气口通过第一气化制冷管线与主蒸发器的排气口连接，喷气抽气器用作将主蒸发器内气化形成的气体吸入；所述冷凝器用作蒸发海水，冷凝器和主蒸发器装配在共同的密封罩内，冷凝器的制冷剂出口通过第一液态制冷管线与主蒸发器的制冷剂入口连接，在冷凝器上还设有海水入口、浓盐水出口和蒸汽出口，冷凝器的海水入口通过淡化管线与海水管线连接，冷凝器的浓盐水出口通过浓盐水管线与射水抽气器的抽浓盐水口连接，冷凝器的蒸汽出口通过蒸汽通道与主蒸发器的蒸汽入口连接；所述主蒸发器用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸发器上还设有淡水出口，淡水出口上连接有淡水排放管线；所述射水抽气器用作抽出密封罩内的浓盐水和不凝气，并制造、维持密封罩内的真空度，在射水抽气器上还设有抽气口、海水入口和盐海水出口，射水抽气器的抽气口通过抽真空管线连接密封罩的真空抽口，射水抽气器的海水入口通过制真空管线连接海水管线，射水抽气器的盐海水出口上连接有盐海水排放管线。

所述海水淡化装置还包括有副蒸发器，该副蒸发器的制冷剂入口通过第二液态制冷管线与冷凝器的制冷剂出口连接，副蒸发器的排气口通过第二气化制冷管线与喷气抽气器的抽气口连接；且浓盐水管线内的浓盐水在副蒸发器内与液态制冷剂形成换热，副蒸发器利用浓盐水管线内的浓盐水余热加热、气化第二液态制冷管线内输送的液态制冷剂。

所述淡化管线上设有淡水换热器和盐水换热器；所述淡化管线内的海水在淡水换热器内与淡水排放管线内的淡水形成换热；所述淡化管线内的海水在盐水换热器内与浓盐水管线内的浓盐水形成换热。

所述淡水排放管线上设有淡水泵，淡水泵用作抽出淡水排放管线和主蒸发器内的淡水。

所述海水管线上设有海水泵，海水泵用作向海水管线和冷凝器内泵送海水。

所述抽真空管线上设有抽真空阀。

所述第一液态制冷管线上设有主节流阀。

所述第二液态制冷管线上设有副节流阀。

所述密封罩内的真空度≥87%。

所述主蒸发器的蒸发温度≤52℃。

本发明的有益效果是：

1. 上述海水淡化装置有效的将封闭式热泵技术和热法海水淡化技术结合在一起，利用压缩机向冷凝器提供高温高压的制冷剂气体，通过冷凝器中的制冷剂放热来蒸发海水，并将蒸发的水蒸汽通过主蒸发器中的制冷剂吸热来凝结形成淡水，该海水淡化装置完全摆脱了传统热法海水淡化技术对热源的依赖性，驱动电能可以因地而异的选用市电、风电、分布式能源站或蓄电池等，选址建设具有很大的随意性，可谓随地随用；而且其结构简单、紧凑，体积小，质量轻，便于移动、搬运，操作、拆洗方便，检修、维护轻松，可靠性高，实用性强，建设成本低，除了在船舰上适用外，还可以在沿海或岛屿上的居民家庭中适用，适用范围广，在淡水资源匮乏的当代，在市场上具有较高的竞争力；

2. 上述海水淡化装置在淡水的生产过程中，仅在开机启动时需要靠独立加热器产生一定量的初始蒸汽，之后的稳定运行过程中只有压缩机和水泵少量做功，有效减少了海水淡化的电能消耗，进而降低了海水淡化成本（在额定工况下（海水温度18℃，盐度3%）生产1吨淡水的能耗低于17度电）；而且，淡水排放管线内的淡水在淡化管线上的淡水换热器内与淡化管线内的海水形成了热交换，使得淡水排放管线内的淡水余热被回收，提高了淡水的品质，淡化管线内的海水被加热，减少了冷凝器的热耗，间接降低了压缩机的电能消耗；此外，浓盐水管线在淡化管线上的盐水换热器内和副蒸发器内分别形成了两次余热回收，不仅进一步提高了进入冷凝器的海水温度，还会对冷凝器排出的制冷剂进行加热，这种余热梯级利用增强了回收效率和系统调控性，降低了压缩机的电能消耗；通过上述的余热回收过程，能够有效利用淡水和浓盐水的余热，避免了能源热量浪费，能源利用率高，进一步降低了海水淡化的生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图中代号含义：1—冷凝器；2—主蒸发器；3—压缩机；4—主节流阀；5—副节流阀；6—喷气抽气器；7—射水抽气器；8—盐水换热器；9—淡水换热器；10—副蒸发器；11—淡水泵；12—海水泵；13—抽真空阀；14—密封罩；15—海水管线；16—淡化管线；17—制真空管线；18—盐海水排放管线；19—浓盐水管线；20—抽真空管线；21—总液态制冷管线；22—蒸汽通道；23—淡水排放管线；24—第二液态制冷管线；25—压缩排气管线；26—压缩吸气管线；27—第一液态制冷管线；28—第一气化制冷管线；29—第二气化制冷管线。

具体实施方式

参见图1：本发明是将封闭式热泵技术和热法海水淡化技术有效结合在一起的，本发明的热泵系统均采用电能驱动。本发明具体包括压缩机3、喷气抽气器6、冷凝器1、主蒸发器2、射水抽气器7和副蒸发器10。

其中，压缩机3用作向冷凝器1提供高温高压的制冷剂气体。压缩机3的排气口通过压缩排气管线25与冷凝器1的进气口连接，压缩机3的吸气口通过压缩吸气管线26与喷气抽气器6的排气口连接，由喷气抽气器6向压缩机3提供低温低压的制冷剂气体，喷气抽气器6提供的低温低压制冷剂气体经压缩机3压缩后，形成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体经压缩排气管线25排给冷凝器1。

喷气抽气器6上除了上述的排气口外，还设有进气口和抽气口。喷气抽气器6的进气口连接有第一气化制冷管线28，通过第一气化制冷管线28与主蒸发器2的排气口连接，喷气抽气器6用作将主蒸发器2内制冷剂因吸热而气化形成的气体吸入；喷气抽气器6的抽气口连接有第二气化制冷管线29，通过第二气化制冷管线29与副蒸发器10的排气口连接，喷气抽气器6用作将副蒸发器10内制冷剂因吸热而气化形成的气体吸入。喷气抽气器6将进气口和抽气口进入的气体经混合后排给压缩机3。

冷凝器1用作蒸发海水，冷凝器1采用双侧相变的板式换热器结构。冷凝器1和主蒸发器2装配在共同的密封罩14内，要求该密封罩14具有≥87%的真空度。冷凝器1上除了上述的进气口外，还设有制冷剂出口、海水入口、浓盐水出口和蒸汽出口。冷凝器1的制冷剂出口上连接有总液态制冷管线21，总液态制冷管线21远离冷凝器1的端部分成两路；一路连接第一液态制冷管线27，通过第一液态制冷管线27连接主蒸发器2的制冷剂入口，在第一液态制冷管线27上设有主节流阀4；另一路连接第二液态制冷管线24，通过第二液态制冷管线24与副蒸发器10的制冷剂入口连接，在第二液态制冷管线24上设有副节流阀5。冷凝器1的海水入口通过淡化管线16与海水管线15连接，在淡化管线16上设有节流孔板（也可采用节流阀代替），在淡化管线16上还设有淡水换热器9和盐水换热器8；在海水管线15上设有海水泵12，海水泵12用作向海水管线15和冷凝器1内泵送海水，在海水管线15上还引出有一路连接射水抽气器7海水入口的制真空管线17，海水进入制真空管线17和淡化管线16上的流量由淡化管线16上的节流孔板分配，节流孔板位于淡水换热器的前面。冷凝器1的浓盐水出口通过浓盐水管线19与射水抽气器7的抽浓盐水口连接，浓盐水管线19内的浓盐水在淡化管线16上的盐水换热器8内与淡化管线16内的海水形成换热，利用浓盐水管线19内的浓盐水余热加热淡化管线16内的海水。冷凝器1的蒸汽出口通过蒸汽通道22与主蒸发器2的蒸汽入口连接，在蒸汽通道22上设有丝网除沫器，用作去除蒸汽中的小水滴。

主蒸发器2用作冷凝海水蒸汽，形成淡水，要求主蒸发器2的蒸发温度≤52℃，主蒸发器2也采用双侧相变的板式换热器结构。主蒸发器2上除了上述的制冷剂入口、排气口和蒸汽入口外，在主蒸发器2上还设有淡水出口，在淡水出口上连接有淡水排放管线23。该淡水排放管线23内的淡水在淡化管线16上的淡水换热器9内与淡化管线16内的海水形成换热，彼此利用，即利用淡水排放管线23内的淡水余热加热淡化管线16内的海水，提高进入冷凝器1的海水温度，利用淡化管线16内的海水冷却淡水排放管线23内的淡水，提高淡水的品质；在淡水换热器9下游的淡水排放管线23上设有淡水泵11，淡水泵11用作抽出淡水排放管线23和主蒸发器2内的淡水。

射水抽气器7用作抽出密封罩14内的浓盐水和不凝气，并制造、维持密封罩14内的真空度。射水抽气器7上除了上述的海水入口和抽浓盐水口外，在射水抽气器7上还设有抽气口和盐海水出口。射水抽气器7的抽气口通过抽真空管线20连接密封罩14的真空抽口，在抽真空管线20上设有抽真空阀13。射水抽气器7的盐海水出口上连接有盐海水排放管线18，用作将制真空的海水和冷凝器1排出的浓盐水排放。

副蒸发器10也采用双侧相变的板式换热器结构，副蒸发器10用作加热、气化冷凝器1排出的液态制冷剂，并将气化形成的制冷剂气体通过第二气化制冷管线29输送给喷气抽气器6。盐水换热器8下游的浓盐水管线19内的浓盐水在副蒸发器10内与液态制冷剂形成换热，副蒸发器10利用浓盐水管线19内的浓盐水余热加热并气化第二液态制冷管线24内输送的液态制冷剂，回收浓盐水的余热。

本发明的工作过程分为两个流程，即海水流程和热泵流程，这两个流程同步。具体是，1.海水流程：海水管线15内通过海水泵12泵来的海水分成两路，一路经制真空管线17去射水抽气器7抽负压、制造真空，并经盐海水排放管线18排放，另一路作为原料水经淡化管线16去淡水换热器9、盐水换热器8和冷凝器1；冷凝器1内的气态制冷剂释放凝结热，使部分海水蒸发，蒸发出来的水蒸汽经蒸汽通道22去主蒸发器2，未被蒸发的浓盐水经浓盐水管线19、盐水换热器8、副蒸发器10、射水抽气器7和盐海水排放管线18排放；主蒸发器2内的液态制冷剂在吸收水蒸汽的潜能后，将水蒸汽冷凝成淡水，淡水在淡水泵11泵抽下，经淡水排放管线23和淡水换热器9排放。2.热泵流程：从压缩机3出来的高温高压制冷剂气体，经压缩排气管线25去冷凝器1中释放凝结热，释放凝结热后液化；液态制冷剂经总液态制冷管线21分流成两股，一股经第一液态制冷管线27和主节流阀4去主蒸发器2，由主节流阀4对第一液态制冷管线27内的液态制冷剂降温、加压，另一股经第二液态制冷管线24和副节流阀5去副蒸发器10，由副节流阀5对第二液态制冷管线24内的液态制冷剂降温、加压；液态制冷剂在主蒸发器2和副蒸发器10内分别吸热，吸热后气化；主蒸发器2内气化形成的气体在压差作用下，直接经排气口向第一气化制冷管线28喷射，第一气化制冷管线28内的气体进入喷气抽气器6后抽负压、制造真空，副蒸发器10内气化形成的气体在喷气抽气器6的负压吸抽下，经第二气化制冷管线29进入喷气抽气器6；在喷气抽气器6内，经第一气化制冷管线28和第二气化制冷管线29进来的气体混合成一股，然后经压缩吸气管线26去压缩机3，如此完成一个制冷剂循环。

Claims

1.一种热泵式小型海水淡化装置，所述海水淡化装置采用电能驱动；其特征在于：所述海水淡化装置包括压缩机（3）、喷气抽气器（6）、冷凝器（1）、主蒸发器（2）和射水抽气器（7）；所述压缩机（3）用作向冷凝器（1）提供高温高压的制冷剂气体，压缩机（3）的排气口通过压缩排气管线（25）与冷凝器（1）的进气口连接，压缩机（3）的吸气口通过压缩吸气管线（26）与喷气抽气器（6）的排气口连接，由喷气抽气器（6）向压缩机（3）提供低温低压的制冷剂气体；所述喷气抽气器（6）的进气口通过第一气化制冷管线（28）与主蒸发器（2）的排气口连接，喷气抽气器（6）用作将主蒸发器（2）内气化形成的气体吸入；所述冷凝器（1）用作蒸发海水，冷凝器（1）和主蒸发器（2）装配在共同的密封罩（14）内，冷凝器（1）的制冷剂出口通过第一液态制冷管线（27）与主蒸发器（2）的制冷剂入口连接，在冷凝器（1）上还设有海水入口、浓盐水出口和蒸汽出口，冷凝器（1）的海水入口通过淡化管线（16）与海水管线（15）连接，冷凝器（1）的浓盐水出口通过浓盐水管线（19）与射水抽气器（7）的抽浓盐水口连接，冷凝器（1）的蒸汽出口通过蒸汽通道（22）与主蒸发器（2）的蒸汽入口连接；所述主蒸发器（2）用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸发器（2）上还设有淡水出口，淡水出口上连接有淡水排放管线（23）；所述射水抽气器（7）用作抽出密封罩（14）内的浓盐水和不凝气，并制造、维持密封罩（14）内的真空度，在射水抽气器（7）上还设有抽气口、海水入口和盐海水出口，射水抽气器（7）的抽气口通过抽真空管线（20）连接密封罩（14）的真空抽口，射水抽气器（7）的海水入口通过制真空管线（17）连接海水管线（15），射水抽气器（7）的盐海水出口上连接有盐海水排放管线（18）。

2.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化装置还包括有副蒸发器（10），该副蒸发器（10）的制冷剂入口通过第二液态制冷管线（24）与冷凝器（1）的制冷剂出口连接，副蒸发器（10）的排气口通过第二气化制冷管线（29）与喷气抽气器（6）的抽气口连接；且浓盐水管线（19）内的浓盐水在副蒸发器（10）内与液态制冷剂形成换热，副蒸发器（10）利用浓盐水管线（19）内的浓盐水余热加热、气化第二液态制冷管线（24）内输送的液态制冷剂。

3.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述淡化管线（16）上设有淡水换热器（9）和盐水换热器（8）；所述淡化管线（16）内的海水在淡水换热器（9）内与淡水排放管线（23）内的淡水形成换热；所述淡化管线（16）内的海水在盐水换热器（8）内与浓盐水管线（19）内的浓盐水形成换热。

4.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述淡水排放管线（23）上设有淡水泵（11），淡水泵（11）用作抽出淡水排放管线（23）和主蒸发器（2）内的淡水。

5.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述海水管线（15）上设有海水泵（12），海水泵（12）用作向海水管线（15）和冷凝器（1）内泵送海水。

6.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述抽真空管线（20）上设有抽真空阀（13）。

7.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述第一液态制冷管线（27）上设有主节流阀（4）。

8.根据权利要求2所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述第二液态制冷管线（24）上设有副节流阀（5）。

9.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述密封罩（14）内的真空度≥87%。

10.根据权利要求1所述热泵式小型海水淡化装置，其特征在于：所述主蒸发器（2）的蒸发温度≤52℃。