CN106587228A - 一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统 - Google Patents

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陈桂兵
陈玉涛
张明蕊
王永真
朱强
刁梦珍
汪健生
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Abstract

本发明公开了一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，包括深海浮动平台，动力型分离式热管，淡水室、相变室和淡水提升装置；动力型分离式热管包括蒸发器、冷凝器、储液罐、热管工质泵、热管工质液体管道、热管工质蒸汽管道和气液分离器；蒸发器布置在表层海水中，冷凝器布置在深海中；淡水室和相变室均布置在深海，并共用一个腔体由腔体内的活塞分隔，相变室内填充有由CO2和乙烷组成的混合工质。利用动力型分离式热管将表层海水的热量高效传递到深海中的相变室，混合工质膨胀为淡水提升装置提供动力，将淡水从深海淡水储水箱提升输到深海浮动平台，本发明充分利用表层海水的热量，减少水泵功的输入，实现深海淡水的提升输送。

Description

一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，更具体的说，本发明涉及一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统。
背景技术
当前淡水资源短缺已成为全球性问题，海水淡化被视为最具前景的方法。海水淡化的主要方法为蒸馏法和反渗透法；在反渗透法中，传统方法是利用高压泵为浓海水一侧施加压力，使溶剂水通过半透膜向淡水中输运，盐分和其他成分则留在浓海水测，从而制得淡水。随着膜技术的开发进步，海水淡化的成本降低，加快膜法海水淡化技术的应用。
目前在深海领域出现了一种利用自然水柱压差代替高压泵的反渗透膜技术，此项技术能够节省大部分高压泵的能耗，制水成本较低。但该项技术的海水淡化过程在深海中进行，因此淡水在深海中产生，将淡水提升到海上平台或陆地还会产生能耗。传统方法是将淡水提升输送到陆地或海上平台需要水泵来提供动力，会产生较大的能耗。若利用海水温差能为淡水提升输送提供动力，传统的重力分离式热管不能将表层海水的热量传递到深海中，这使得分离式热管技术受到限制。
发明内容
本发明的目的就是解决以上现有技术存在的问题，并为此提供一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，包括深海浮动平台，动力型分离式热管，淡水室、相变室和淡水提升装置；所述深海浮动平台上设有平台淡水储水箱；所述动力型分离式热管包括蒸发器、冷凝器、储液罐、热管工质泵、热管工质液体管道、热管工质蒸汽管道和气液分离器；所述蒸发器包括动力型分离式热管的蒸发段，所述蒸发器布置在表层海水中，所述冷凝器包括动力型分离式热管的冷凝段，所述冷凝器布置在深海中；所述蒸发器与所述气液分离器连接，所述气液分离器通过所述热管工质蒸汽管道与所述冷凝器相连；所述淡水室和相变室均布置在深海，并共用一个腔体，该腔体内设有活塞，所述活塞将该腔体分为两个腔室，其中一个腔室为所述相变室，所述相变室内填充有工质，所述工质是由CO2和乙烷组成的混合工质，另外一个腔室为所述淡水室；所述淡水提升装置包括深海淡水水箱，所述深海淡水水箱与所述淡水室之间连接有淡水进水管道，所述淡水室与所述平台淡水水箱之间连接有淡水出水管道，所述淡水进水管道上设有淡水进水阀，所述淡水出水管道设有淡水出水阀；所述相变室嵌装在所述冷凝器中，所述气液分离器排出的工质蒸汽通过热管工质蒸汽管道进入所述冷凝器中，将热量传递给所述相变室，后进入储液罐中暂存，通过所述热管工质泵使工质进入所述蒸发器。
进一步讲：
本发明中，所述淡水进水阀和淡水出水阀均为单向阀。
本发明中，所述相变室内的混合工质吸收来自所述冷凝器的热量后膨胀，从而推动所述活塞向上运动，所述活塞推动淡水室内的淡水通过所述淡水出水阀及所述淡水出水管道进入所述平台淡水储水箱。
本发明中，所述冷凝器的两侧设置有深海海水进水阀和深海海水出水阀，利用深海海水对相变室内的混合工质进行冷却，使混合工质体积缩小，所述活塞下降。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用动力型分离式热管，消除了常规重力分离式热管工质输送受重力的影响，可以实现表层海水热量向深海海水传递的功能。本发明利用表层海水与深海海水的温度差和CO2在收缩膨胀过程中体积变化大的特点，提升输送淡水，大幅度节省电能，降低海水淡化成本。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图中：1-蒸发器、2-气液分离器、3-平台淡水储水箱、4-深海浮动平台、5-淡水出水阀、61-淡水进水管道、62-淡水出水管道、7-热管工质蒸汽管道、8-深海淡水水箱、9-淡水进水阀、10-淡水室、11-活塞、12-深海海水进水阀、13-冷凝器、14-储液罐、15-相变室、16-深海海水出水阀、17-热管工质泵、18-热管工质液体管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明提出的一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，包括深海浮动平台4，动力型分离式热管，淡水室10、相变室15和淡水提升装置，所述深海浮动平台4上设有平台淡水储水箱3。
所述动力型分离式热管包括蒸发器1、冷凝器13、储液罐14、热管工质泵17、热管工质液体管道18、热管工质蒸汽管道7和气液分离器2；所述蒸发器1包括动力型分离式热管的蒸发段，所述蒸发器1布置在表层海水中，所述冷凝器13包括动力型分离式热管的冷凝段，所述冷凝器13布置在深海中；所述蒸发器1与所述气液分离器2连接，所述气液分离器2通过所述热管工质蒸汽管道7与所述冷凝器13相连，所述冷凝器13与储液罐14连接，所述储液罐14与热管工质泵17连接，所述热管工质泵17与蒸发器1连接。
所述动力型分离式热管中蒸发器1通过工质相变吸收表层海水的热量，产生的热管工质蒸汽进入气液分离器2，热管工质中少量的液体返回至热管工质液体管道18，热管工质蒸汽通过热管工质蒸汽管道7进入冷凝器13，热管工质被冷却为液体状态，进入储液罐14中暂存，通过热管工质泵17将储液罐14中的热管工质压入蒸发器1中。
所述淡水室10和相变室15均布置在深海，并共用一个腔体，该腔体内设有活塞11，所述活塞11将该腔体分为两个腔室，其中一个腔室为所述相变室15，所述相变室15内填充有工质，所述工质是由CO2和乙烷组成的混合工质，另外一个腔室为所述淡水室10。
所述淡水提升装置包括深海淡水水箱8，所述深海淡水水箱8与所述淡水室10之间连接有淡水进水管道61，所述淡水室10与所述平台淡水水箱3之间连接有淡水出水管道62，所述淡水进水管道61上设有淡水进水阀9，所述淡水出水管道62设有淡水出水阀5。所述淡水进水阀9和淡水出水阀5均为单向阀。
所述相变室15嵌装在所述冷凝器13中，所述气液分离器2排出的工质蒸汽通过热管工质蒸汽管道7进入所述冷凝器13中，所述相变室15内的混合工质吸收来自所述冷凝器13中热管工质蒸汽的热量，混合工质膨胀推动所述活塞11向上运动，所述活塞11推动淡水室10内的淡水通过所述淡水出水阀5及所述淡水出水管道62被提升输送至深海浮动平台4上的平台淡水储水箱3，完成相变室15内混合工质的加热过程。所述冷凝器13的两侧设置有深海海水进水阀12和深海海水出水阀16，所述相变室15内混合工质膨胀过程结束后，开启深海海水进水阀12和深海海水出水阀16，通过温度较低的海水对对相变室15内的相变工质进行冷却，使混合工质收缩体积减小，所述活塞11下降，打开淡水进水阀9，关闭淡水出水阀5，使深海淡水水箱8内的淡水进入到淡水室10内，完成相变室15内混合工质的冷却过程。交替进行相变室15内混合工质的加热过程和冷却过程，通过混合工质的膨胀、收缩推动淡水室10内淡水进入淡水出水管道6，从而进入平台淡水储水箱3。
热管工质蒸汽将热量传递给所述相变室15后进入储液罐14中暂存，避免了热管工质比容变化的影响，保证了热管工质泵17入口处的工质为液态，通过所述热管工质泵17使工质进入所述蒸发器1。当系统停机运行时，所述储液罐14可以暂时储存循环系统中的热管工质。
本发明利用动力型分离式热管将表层海水的热量高效传递到深海中的相变室15，使CO2和乙烷组成的混合工质膨胀，为淡水提升装置提供动力，从而将淡水从深海淡水储水箱提升输到深海浮动平台。本系统将传统分离式热管进行改进，充分利用表层海水的热量，减少水泵功的输入，实现深海淡水的提升输送。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，包括深海浮动平台(4)，所述深海浮动平台(4)上设有平台淡水储水箱(3)；其特征在于：
该系统还包括动力型分离式热管，淡水室(10)、相变室(15)和淡水提升装置；
所述动力型分离式热管包括蒸发器(1)、冷凝器(13)、储液罐(14)、热管工质泵(17)、热管工质液体管道(18)、热管工质蒸汽管道(7)和气液分离器(2)；所述蒸发器(1)包括动力型分离式热管的蒸发段，所述蒸发器(1)布置在表层海水中，所述冷凝器(13)包括动力型分离式热管的冷凝段，所述冷凝器(13)布置在深海中；所述蒸发器(1)与所述气液分离器(2)连接，所述气液分离器(2)通过所述热管工质蒸汽管道(7)与所述冷凝器(13)相连；
所述淡水室(10)和相变室(15)均布置在深海，并共用一个腔体，该腔体内设有活塞(11)，所述活塞(11)将该腔体分为两个腔室，其中一个腔室为所述相变室(15)，所述相变室(15)内填充有工质，所述工质是由CO2和乙烷组成的混合工质，另外一个腔室为所述淡水室(10)；
所述淡水提升装置包括深海淡水水箱(8)，所述深海淡水水箱(8)与所述淡水室(10)之间连接有淡水进水管道(61)，所述淡水室(10)与所述平台淡水水箱(3)之间连接有淡水出水管道(62)，所述淡水进水管道(61)上设有淡水进水阀(9)，所述淡水出水管道(62)设有淡水出水阀(5)；
所述相变室(15)嵌装在所述冷凝器(13)中，所述气液分离器(2)排出的工质蒸汽通过热管工质蒸汽管道(7)进入所述冷凝器(13)中，将热量传递给所述相变室(15)，后进入储液罐中暂存，通过所述热管工质泵(17)使工质进入所述蒸发器(1)。
2.根据权利要求1所述应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，其特征在于，所述淡水进水阀(9)和淡水出水阀(5)均为单向阀。
3.根据权利要求2所述应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，其特征在于，所述相变室(15)内的混合工质吸收来自所述冷凝器(13)的热量后膨胀，从而推动所述活塞(11)向上运动，所述活塞(11)推动淡水室(10)内的淡水通过所述淡水出水阀(5)及所述淡水出水管道(62)进入所述平台淡水储水箱(3)。
4.根据权利要求2所述所述应用动力型分离式热管的深海淡水提升输送系统，其特征在于，所述冷凝器(13)的两侧设置有深海海水进水阀(12)和深海海水出水阀(16)，利用深海海水对相变室(15)内的混合工质进行冷却，使混合工质体积缩小，所述活塞(11)下降。
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