CN104326519B - 蒸发冷凝式海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蒸发冷凝式海水淡化装置，它属于用蒸发方法对水、废水或污水的处理。该装置包括蒸发桶组件(1)、冷凝桶组件(2)、蒸发、冷凝循环换热系统(3)、海水泵送系统(4)、电控柜(5)。蒸发桶组件(1)与冷凝桶组件(2)相连，海水泵送系统(4)与电动高速离心喷雾器(1‑1)相连，蒸发、冷凝循环换热系统(3)与冷凝桶体(2‑1)相连，又与蒸发锥桶螺旋形喷管(1‑3)相连，电控柜(5)与各动力装置、传感器相连。其优点：采用电动高速离心喷雾器，可将水变成微米级颗粒；采用高压离心风机、螺旋形喷管、圆锥形蒸发桶，形成强烈的热旋风，使水雾迅速蒸发；蒸发锥桶半部为透明有机玻璃，可利用阳光辐射热；采用变频热泵，可节能10‑30％。

Description

蒸发冷凝式海水淡化装置
技术领域
本发明所述的技术方案属于用蒸发方法对水、废水或污水的处理领域，依据国际专利分类法，属于C02F1/04。
背景技术
现有的热泵海水淡化装置，如我国专利号为ZL201120168601.5名称为《风、光伏发电空气源热泵海水淡化装置》，包括微风、太阳能组合发电机组、蒸发桶、空气源热泵机组和冷凝桶四部分。微风、太阳能组合发电机组经电缆与空气源热泵机组和海水泵相连。蒸发桶经连通管与冷凝桶顶部的水蒸汽旋流器相连。空气源热泵机组经热风机、热风管与热风旋流器相连。其不足之处：一是蒸发桶为一不透光的玻璃钢桶，不利于利用太阳能辐射加热蒸发室；二是蒸发桶内热风旋流器有旋流混合作用，但向上力量不足，不利于扰动全蒸发桶的气流；三是喷雾器是一个关键部件，不能用一般的喷雾器；四是热风机为普通离心风机，风压低，扰动力不足；五是海水入口应装过滤器，以防喷雾器堵塞；六是蒸发桶为一直桶，不利于底部喷入的热气流从下而上加速旋转。
发明内容
本发明的目的是为克服现有空气源热泵海水淡化装置存在的不足，提出一种蒸发锥桶面向阳光部半圆锥体壁面为能透光的有机玻璃制成、采用高压离心风机、锥桶螺旋形喷管、电动高速离心喷雾器、变频制冷剂压缩机的蒸发冷凝式海水淡化装置。
本发明的目的是这样实现的：本装置包括蒸发桶组件、冷凝桶组件、蒸发、冷凝循环换热系统、海水泵送系统、电控柜五大部分。蒸发桶组件通过顶部的蒸发桶出气管与冷凝桶组件顶部的冷凝桶进气管相连。海水泵送系统通过海水盘管进入冷凝桶体内，通过海水输送管与蒸发锥桶内的电动高速离心喷雾器相连。蒸发、冷凝循环换热系统经制冷剂蒸发盘管与冷凝桶体相连，经高压离心风机出风管与蒸发锥桶中的蒸发锥桶螺旋形喷管相连。电控柜通过电缆和导线与制冷剂压缩机、高压离心风机、电动高速离心喷雾器、海水增压泵和各运行和安全监控参数传感器相连。
蒸发桶组件由电动高速离心喷雾器、蒸发锥桶、蒸发锥桶螺旋形喷管、集料斗、出料口、出料口阀门、蒸发桶支座、海水输送管、蒸发桶出气管组成。蒸发锥桶为一圆锥形桶，底部大，上部小，其底部装有半圈蒸发锥桶螺旋形喷管，该喷管下端与高压离心风机出风管相连，该喷管沿桶体圆周盘旋向上，喷出的高速气流会沿桶体旋转向上，并且由于桶体呈圆锥形，上端圆周越来越小，所以转速越来越快，使整个桶体内热空气与水雾的混流达到最佳状态。蒸发锥桶面向阳光部半圆锥体壁面由透明的有机玻璃制成，可以充分透过阳光辐射热。蒸发锥桶另外半个圆锥体壁面由深色玻璃钢组成，可以吸收和储存太阳辐射热，同样能对桶内的空气、水雾辐射加热。蒸发锥桶下部为集料斗，喷出的水雾经热空气的强烈混流换热，迅速蒸发，剩下的盐粉落下由集料斗收集，定期打开出料口阀门，装袋储存。整个蒸发桶组件桶体部份由蒸发桶支座支承。蒸发锥桶顶部有蒸发桶出气管，直接与冷凝桶进气管相连。蒸发锥桶顶部还设有电动高速离心喷雾器，与海水输送管相连，海水输送管与海水盘管相连。海水由海水增压泵增压，可以确保电动高速离心喷雾器的喷雾质量。
冷凝桶组件由冷凝桶体、冷凝桶进气管、旋流器、空气出口、冷凝水出口阀门组成。冷凝桶体为一食品级的玻璃钢圆桶。顶部有冷凝桶进气管，由蒸发锥桶饱含水蒸汽的热空气经冷凝桶进气管导入冷凝桶体内，经旋流器分布全桶，由上而下先经海水盘管冷凝，再经制冷剂蒸发盘管冷凝，由空气出口排出桶外。冷凝水滴入冷凝桶体下部贮存，定期通过冷凝水出口阀门取出使用或贮存。
蒸发、冷凝循环换热系统实际是一个变形的空气源热泵，它由制冷剂压缩机、制冷剂冷凝盘管、制冷剂节流器、制冷剂蒸发盘管、集气罩、高压离心风机引风管、高压离心风机、高压离心风机出风管、制冷剂组成。为了本装置的需要，将蒸发盘管放在冷凝桶体内，将冷凝盘管放在集气罩内，并将排风机改为高压离心风机。蒸发冷凝循环换热系统工作时，制冷剂压缩机将制冷剂蒸汽压送至制冷剂冷凝盘管，高压离心风机强力抽吸集气罩内的空气，此空气冷却了制冷剂冷凝盘管中的制冷剂蒸汽，使其冷凝为液体，并放出大量冷凝热，加热空气。此热空气被高压离心风机压送至蒸发锥桶螺旋形喷管，形成快速蒸发海水水雾的热旋风。蒸发海水水雾后的热空气，通过蒸发桶出气管进入冷凝桶进气管，经旋流器将热空气旋转散布到全冷凝桶体内，首先经过海水盘管，部分水蒸汽冷凝成水，放出冷凝热，预热海水盘管中的海水，再经过制冷剂蒸发盘管，空气继续降温，水蒸汽绝大部份冷凝成水，放出大量冷凝热，制冷剂吸热蒸发为蒸汽。
海水泵送系统由海水引水管、过滤器、海水增压泵、海水盘管组成。海水盘管安装在冷凝桶体上方，冷凝桶进气管送入的饱含水蒸汽的热空气首先经过海水盘管，受到初步冷却，部分水蒸汽冷凝成水，放出冷凝热，使海水预热升温。海水盘管出口与海水输送管相连，海水输送管与电动高速离心喷雾器相连，受到预热的海水在此喷出，雾化成均匀的细微颗粒。与海水接触的所有管件、部件均由耐海水腐蚀的不锈钢材料制成。
电控柜通过电缆和导线与制冷剂压缩机、高压离心风机、电动高速离心喷雾器、海水增压泵和各运行和安全参数监控传感器相连。
本发明的优点：
1、采用电动高速离心喷雾器，可将水变成均匀的微米级颗粒，极大提高了与热空气的换热面积。
2、采用高压离心风机和蒸发锥桶螺旋形喷管，并采用圆锥形蒸发桶，使蒸发锥桶内自下而上形成强烈的热旋风，与全室的水雾最充分地混流，使水雾迅速蒸发。
3、蒸发锥桶面向阳光半圆锥体壁面由透明的有机玻璃制成，可以充分透过阳光辐射热。蒸发锥桶另外半个圆锥体壁面由为深色玻璃钢组成，可以吸收和储存太阳辐射热，同样能对桶内的空气、水雾辐射加热。
4、采用变频制冷剂压缩机，白天有太阳能辐射时，可根据蒸发锥桶内设定的温度降低压缩机转速，估计可节能10％-30％。
5、空气源热泵制冷剂的冷凝放热、蒸发吸热正好与海水淡化装置的蒸发吸热，冷凝放热相互匹配，做到热能和冷能的循环互相利用，使能源效能达到最大化。
6、运行良好，更加节能的海水淡化装置，它不仅适用于海岛的小型装置，也适用其他沿海地区的大型设备；不仅适用于海水淡化，也适用于废水、污水处理。
附图说明
图1为蒸发冷凝式海水淡化装置系统图。
零部件编号：蒸发桶组件1、冷凝桶组件2、蒸发、冷凝循环换热系统3、海水泵送系统4、电控柜5、电动高速离心喷雾器1-1、蒸发锥桶1-2、蒸发锥桶螺旋形喷管1-3、集料斗1-4、出料口1-5、出料口阀门1-6、蒸发桶支座1-7、海水输送管1-8、蒸发桶出气管1-9、冷凝桶体2-1、冷凝桶进气管2-2、旋流器2-3、空气出口2-4、冷凝水出口阀门2-5、制冷剂压缩机3-1、制冷剂冷凝盘管3-2、制冷剂节流器3-3、制冷剂蒸发盘管3-4、集气罩3-5、高压离心风机引风管3-6、高压离心风机3-7、高压离心风机出风管3-8、制冷剂3-9、海水引水管4-1、过滤器4-2、海水增压泵4-3、海水盘管4-4。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步描述。
图1为蒸发冷凝式海水淡化装置系统图。从图中可以看出，本装置包括蒸发桶组件1、冷凝桶组件2、蒸发、冷凝循环换热系统3、海水泵送系统4、电控柜5五大部分。蒸发桶组件1通过顶部的蒸发桶出气管1-9与冷凝桶组件2顶部的冷凝桶进气管2-2相连，海水泵送系统通过海水盘管4-4进入冷凝桶体2-1内，通过海水输送管1-8与蒸发锥桶1-2内的电动高速离心喷雾器1-1相连，蒸发、冷凝循环换热系统3经制冷剂蒸发盘管3-4与冷凝桶体2-1相连，经高压离心风机出风管3-8与蒸发锥桶1-2中的蒸发锥桶螺旋形喷管1-3相连。电控柜5通过电缆和导线与制冷剂压缩机3-1、高压离心风机3-7、电动高速离心喷雾器1-1、海水增压泵4-3和各运行和安全监控参数传感器相连。
蒸发桶组件1由电动高速离心喷雾器1-1、蒸发锥桶1-2、蒸发锥桶螺旋形喷管1-3、集料斗1-4、出料口1-5、出料口阀门1-6、蒸发桶支座1-7、海水输送管1-8、蒸发桶出气管1-9组成。蒸发锥桶1-2为一圆锥形桶，底部大，上部小，其底部装有半圈蒸发锥桶螺旋形喷管1-3，该喷管下端与高压离心风机出风管3-8相连，该喷管沿桶体圆周盘旋向上，喷出的高速气流会沿桶体旋转向上，并且由于桶体呈圆锥形，上端圆周越来越小，所以转速越来越快，使整个桶体内热空气与水雾的混流达到最佳状态。蒸发锥桶1-2面向阳光部半圆锥体壁面由透明的有机玻璃制成，可以充分透过阳光辐射热。蒸发锥桶1-2另外半个圆锥体壁面由深色玻璃钢组成，可以吸收和储存太阳辐射热，同样能对桶内的空气、水雾辐射加热。蒸发锥桶1-2下部为集料斗1-4，喷出的水雾经热空气的强烈混流换热，迅速蒸发，剩下的盐粉落下由集料斗1-4收集，定期打开出料口阀门1-6，装袋储存。整个蒸发桶组件1桶体部份由蒸发桶支座1-7支承。蒸发锥桶1-2顶部有蒸发桶出气管1-9，直接与冷凝桶进气管2-2相连。蒸发锥桶1-2顶部还设有电动高速离心喷雾器1-1，与海水输送管1-8相连，海水输送管1-8与海水盘管4-4相连。海水由海水增压泵4-3增压，可以确保电动高速离心喷雾器1-1的喷雾质量。
冷凝桶组件2由冷凝桶体2-1、冷凝桶进气管2-2、旋流器2-3、空气出口2-4、冷凝水出口阀门2-5组成。冷凝桶体2-1为一食品级的玻璃钢圆桶。顶部有冷凝桶进气管2-2，由蒸发锥桶1-2饱含水蒸汽的热空气经冷凝桶进气管2-2导入冷凝桶体2-1内，经旋流器2-3分布全桶，由上而下先经海水盘管4-4冷凝，再经制冷剂蒸发盘管3-4冷凝，由空气出口2-4排出桶外。冷凝水滴入冷凝桶体2-1下部贮存，定期通过冷凝水出口阀门2-5取出使用或贮存。
蒸发、冷凝循环换热系统3由制冷剂压缩机3-1、制冷剂冷凝盘管3-2、制冷剂节流器3-3、制冷剂蒸发盘管3-4、集气罩3-5、高压离心风机引风管3-6、高压离心风机3-7、高压离心风机出风管3-8、制冷剂3-9组成。制冷剂冷凝盘管3-2放置在集气罩3-5内，制冷剂蒸发盘管3-4放置在冷凝桶体2-1内。蒸发冷凝循环换热系统3工作时，制冷剂压缩机3-1将制冷剂3-9蒸汽压送至制冷剂冷凝盘管3-2，高压离心风机3-7强力抽吸集气罩3-5内的空气，此空气冷却了制冷剂冷凝盘管3-2中的制冷剂3-9蒸汽，使其冷凝为液体，并放出大量冷凝热，加热空气。此热空气被高压离心风机3-7压送至蒸发锥桶螺旋形喷管1-3，形成快速蒸发海水水雾的热旋风。蒸发海水水雾后的热空气，通过蒸发桶出气管1-9进入冷凝桶进气管2-2，经旋流器2-3将热空气旋转散布到全冷凝桶体2-1内，首先经过海水盘管4-4，部分水蒸汽冷凝成水，放出冷凝热，预热海水盘管4-4中的海水，再经过制冷剂蒸发盘管3-4，空气继续降温，水蒸汽绝大部分冷凝成水，放出大量冷凝热，制冷剂3-9吸热蒸发为蒸汽。
海水泵送系统4由海水引水管4-1、过滤器4-2、海水增压泵4-3、海水盘管4-4组成。海水盘管4-4安装在冷凝桶体2-1上方，冷凝桶进气管2-2送入的饱含水蒸汽的热空气首先经过海水盘管4-4，受到初步冷却，部分水蒸汽冷凝成水，放出冷凝热，使海水预热升温；。海水盘管4-4出口与海水输送管1-8相连，海水输送管1-8与电动高速离心喷雾器1-1相连，受到预热的海水在此喷出，雾化成均匀的细微颗粒。与海水接触的所有管件、部件均由耐海水腐蚀的不锈钢材料制成。
电控柜5通过电缆和导线与制冷剂压缩机3-1、高压离心风机3-7、电动高速离心喷雾器1-1、海水增压泵4-3和各运行和安全参数监控传感器相连。
本蒸发冷凝式海水淡化装置的运行过程如下：
首先启动制冷剂压缩机3-1，再启动高压离心风机3-7，当蒸发锥桶1-2内空气达到设定温度，再启动海水增压泵4-3、电动高速离心喷雾器1-1，喷出的细微颗粒雾水被热旋风强烈扰动和换热，迅速蒸发。充满水蒸气的热空气经蒸发桶出气管1-9、冷凝桶进气管2-2进入冷凝桶2，由旋流器2-3均匀散布于冷凝桶2内。先经过海水盘管4-4，部分水蒸汽冷凝，放出冷凝热，预热海水。再经过制冷剂蒸发盘管3-4，大部分水蒸汽冷凝，放出冷凝热，被制冷剂3-9吸收气化成蒸汽。冷凝水滴入冷凝桶体2-1下部贮存，定期通过冷凝水出口阀门2-5取出使用或贮存。冷却后的空气经空气出口2-4排出。制冷剂3-9蒸汽被制冷剂机压缩机3-1压缩并送往制冷剂冷凝盘管3-2。高压离心风机3-7强力抽吸集气罩3-5内的空气，此空气冷却了制冷剂冷凝盘管3-2中的制冷剂3-9蒸汽，使其冷凝为液体，并放出大量冷凝热，加热空气。此热空气被高压离心风机3-7压送至蒸发锥桶螺旋形喷管1-3，形成的热旋风快速蒸发海水水雾，盐粉落入集料斗1-4，定期打开出料口阀门1-6，装袋储存。含有大量水蒸汽的热空气经蒸发桶出气管1-9进入冷凝桶进气管2-2，如此不断循环，海水不断变成纯水，并同时收获盐粉。

Claims (4)

1.一种蒸发冷凝式海水淡化装置，其特征在于：它包括蒸发桶组件(1)、冷凝桶组件(2)、蒸发、冷凝循环换热系统(3)、海水泵送系统(4)、电控柜(5)五大部分；蒸发桶组件(1)通过顶部的蒸发桶出气管(1-9)与冷凝桶组件(2)顶部的冷凝桶进气管(2-2)相连，海水泵送系统(4)通过海水盘管(4-4)进入冷凝桶体(2-1)内，通过海水输送管(1-8)与蒸发锥桶(1-2)内的电动高速离心喷雾器(1-1)相连，蒸发、冷凝循环换热系统(3)经制冷剂蒸发盘管(3-4)与冷凝桶体(2-1)相连，经高压离心风机出风管(3-8)与蒸发锥桶(1-2)中的蒸发锥桶螺旋形喷管(1-3)相连，电控柜(5)通过电缆和导线与制冷剂压缩机(3-1)、高压离心风机(3-7)、电动高速离心喷雾器(1-1)、海水增压泵(4-3)和各运行和安全监控参数传感器相连；所述的蒸发桶组件(1)由电动高速离心喷雾器(1-1)、蒸发锥桶(1-2)、蒸发锥桶螺旋形喷管(1-3)、集料斗(1-4)、出料口(1-5)、出料口阀门(1-6)、蒸发桶支座(1-7)、海水输送管(1-8)、蒸发桶出气管(1-9)组成；蒸发锥桶(1-2)为一圆锥形桶，底部大，上部小，其底部装有半圈蒸发锥桶螺旋形喷管(1-3)，该喷管下端与高压离心风机出风管(3-8)相连，该喷管沿桶体圆周盘旋向上，喷出的高速气流会沿桶体旋转向上，并且由于桶体呈圆锥形，上端圆周越来越小，所以转速越来越快，使整个桶体内热空气与水雾的混流达到最佳状态；蒸发锥桶(1-2)面向阳光部半圆锥体壁面由透明的有机玻璃制成，可以充分透过阳光辐射热；蒸发锥桶(1-2)另外半个圆锥体壁面由深色玻璃钢组成，可以吸收和储存太阳辐射热，同样能对桶内的空气、水雾辐射加热；蒸发锥桶(1-2)下部为集料斗(1-4)，喷出的水雾经热空气的强烈混流换热，迅速蒸发，剩下的盐粉落下由集料斗(1-4)收集，定期打开出料口阀门(1-6)，装袋储存；整个蒸发桶组件(1)桶体部份由蒸发桶支座(1-7)支承；蒸发锥桶(1-2)顶部有蒸发桶出气管(1-9)，直接与冷凝桶进气管(2-2)相连；蒸发锥桶(1-2)顶部还设有电动高速离心喷雾器(1-1)，与海水输送管(1-8)相连，海水输送管(1-8)与海水盘管(4-4)相连；海水由海水增压泵(4-3)增压，可以确保电动高速离心喷雾器(1-1)的喷雾质量；冷凝桶组件(2)由冷凝桶体(2-1)、冷凝桶进气管(2-2)、旋流器(2-3)、空气出口(2-4)、冷凝水出口阀门(2-5)组成；冷凝桶体(2-1)为一食品级的玻璃钢圆桶；顶部有冷凝桶进气管(2-2)，由蒸发锥桶(1-2)饱含水蒸汽的热空气经冷凝桶进气管(2-2)导入冷凝桶体(2-1)内，经旋流器(2-3)分布全桶，由上而下先经海水盘管(4-4)冷凝，再经制冷剂蒸发盘管(3-4)冷凝，由空气出口(2-4)排出桶外；冷凝水滴入冷凝桶体(2-1)下部贮存，定期通过冷凝水出口阀门(2-5)取出使用或贮存。
2.按照权利要求1所述的蒸发冷凝式海水淡化装置，其特征在于：所述的蒸发、冷凝循环换热系统(3)由制冷剂压缩机(3-1)、制冷剂冷凝盘管(3-2)、制冷剂节流器(3-3)、制冷剂蒸发盘管(3-4)、集气罩(3-5)、高压离心风机引风管(3-6)、高压离心风机(3-7)、高压离心风机出风管(3-8)、制冷剂(3-9)组成；制冷剂冷凝盘管(3-2)放置在集气罩(3-5)内，制冷剂蒸发盘管(3-4)放置在冷凝桶体(2-1)内；蒸发冷凝循环换热系统(3)工作时，制冷剂压缩机(3-1)将制冷剂(3-9)蒸汽压送至制冷剂冷凝盘管(3-2)，高压离心风机(3-7)强力抽吸集气罩(3-5)内的空气，此空气冷却了制冷剂冷凝盘管(3-2)中的制冷剂(3-9)蒸汽，使其冷凝为液体，并放出大量冷凝热，加热空气；此热空气被高压离心风机(3-7)经高压离心风机出风管(3-8)压送至蒸发锥桶螺旋形喷管(1-3)，形成快速蒸发海水水雾的热旋风，蒸发海水水雾后的热空气，通过蒸发桶出气管(1-9)进入冷凝桶进气管(2-2)，经旋流器(2-3)将热空气旋转散布到全冷凝桶体(2-1)内，首先经过海水盘管(4-4)，再经过制冷剂蒸发盘管(3-4)，空气继续降温，水蒸汽绝大部份冷凝成水，放出大量冷凝热，制冷剂(3-9)吸热蒸发为蒸汽。
3.按照权利要求1所述的蒸发冷凝式海水淡化装置，其特征在于：所述的海水泵送系统(4)由海水引水管(4-1)、过滤器(4-2)、海水增压泵(4-3)、海水盘管(4-4)组成；海水盘管(4-4)安装在冷凝桶体(2-1)上方，冷凝桶进气管(2-2)送入的饱含水蒸汽的热空气首先经过海水盘管(4-4)，受到初步冷却，部分水蒸汽冷凝成水，放出冷凝热，使海水预热升温；海水盘管(4-4)出口与海水输送管(1-8)相连，海水输送管(1-8)与电动高速离心喷雾器(1-1)相连，受到预热的海水在此喷出，雾化成均匀的细微颗粒；与海水接触的所有管件、部件均由耐海水腐蚀的不锈钢材料制成。
4.按照权利要求1所述的蒸发冷凝式海水淡化装置，其特征在于：所述的电控柜(5)通过电缆和导线与制冷剂压缩机(3-1)、高压离心风机(3-7)、电动高速离心喷雾器(1-1)、海水增压泵(4-3)和各运行和安全参数监控传感器相连。
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