CN108203129B - 热泵驱动的引射式负压海水淡化装置和方法 - Google Patents

Abstract

热泵驱动的引射式负压蒸发海水淡化装置和方法，利用射流器使海水发生罐产生负压，降低海水的蒸发温度；将热泵的冷凝器放置在海水发生罐中，利用制冷剂冷凝所释放的潜热为海水蒸发提供热量。海水蒸发产生的水蒸气经过水蒸气‑水换热器，由于冷却循环水水温低，水蒸气能快速、充分地在换热器表面冷凝，为低温海水蒸发提供持续的传质动力，同时水蒸气将冷凝热量释放给冷却循环水，造成循环水温度升高，循环水在水泵的驱动下经过热泵的蒸发器，在蒸发器中制冷剂从循环水中吸收热量使得循环水温降低。由于热泵冷凝器与蒸发器热量不平衡，压缩机等输入电能最终变为热能，由风冷换热器散失到环境中，循环水的温度将维持不变。

Description

热泵驱动的引射式负压海水淡化装置和方法

技术领域

本发明涉及一种热泵驱动的引射式负压海水淡化装置和方法。

背景技术

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一。但由于目前水源污染比较严重，自来水系统提供的水必须经过二次净化才能符合人们的饮用要求。现有净水方式比较多，通常有蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，其共同特点是要消耗相当可观的电力。

负压蒸发技术是一种有效的节能的水净化技术，并且能与太阳能、风能、地热等可再生能源结合应用，制取淡水，迎合了发展的需求。关键是要开发出实用且有效的负压蒸发水净化方案。

发明内容

本发明的目的是要提供一种以热泵驱动的、能使海水在负压下进行沸腾蒸发生产淡水的装置，其采用射流真空泵产生较大的系统负压，以降低海水的蒸发温度；通过采用热泵循环与循环水结合的方式，将海水汽化产生的水蒸气在冷凝时的凝结潜热回收，用以提供海水蒸发所需的热量，采用间歇式排水方法将杂质水和淡水排放到常压环境下。因而本发明具有效率高、能耗低等优点。

本发明涉及一种热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，具体涉及了一种使用射流真空泵实现负压蒸发、采用热泵循环回收冷凝潜热，属于利用负压蒸发生产纯净水的技术领域。

一种热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，发生罐、集水罐、水箱、采样结构，其中包括一个采样罐、一个出样阀、一个截止阀、引射真空泵循环，其中包括一个水泵、一个射流器，热泵循环部分，其中包括一个压缩机、一个蒸发器、一个冷凝器、一个风冷换热器、一个毛细管，换热器，气液分离网，进液阀，废液阀，出水阀，排气阀，控制器。

其工作过程是：引射真空泵循环首先对发生罐和集水罐内部抽真空，待达到设定真空度时，控制器控制打开进液阀，海水被吸入到发生罐，当水量达到设定值后，控制器启动热泵循环部分，海水在热泵冷凝器上蒸发成为水蒸气，水蒸气经过气液分离筛网进入换热器，与循环水发生热量交换，并在换热器内表面冷凝，凝结的液态水由于重力滑落至集水罐，循环水升温由水泵驱动，进入蒸发器与制冷剂发生热交换，温度降低，因此循环水温总体维持不变，待收集淡水量达到要求，控制器停止热泵工作，打开排气阀，发生罐和集水罐恢复常压，控制器停止引射真空泵循环，然后打开废液阀以及出水阀，将未蒸发的海水和淡水排出，之后控制器关闭所有阀门，装置进入下一个生产淡水过程。

根据本发明的一个方面，提供了一种热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于包括发生罐、集水罐、水箱、引射真空泵循环、热泵循环部分、换热器、气液分离网、采样结构、进液阀、废液阀、排气阀、出水阀、控制器，

其中，

引射真空泵循环包括一个水泵和一个射流器，

热泵循环部分包括一个压缩机、一个蒸发器、一个冷凝器、一个风冷换热器、一个毛细管，

采样结构包括一个采样罐、出样阀、截止阀。

根据本发明的另一个方面，提供了基于上述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置的引射式负压海水淡化方法，其特征在于包括：

使循环水在水泵的驱动下经过射流器，在射流器内部将压力能转变为速度能，从而产生负压，达到抽真空的目的，

利用引射真空泵循环部分，在发生罐未注入海水时对发生罐和集水罐抽真空，并且在海水的蒸发冷凝过程中持续工作，为海水的蒸发提供了持续的负压环境；

由控制器控制热泵循环部分，其中，

使蒸发器与循环水换热，循环水放热，温度降低，使降温后循环水在水泵驱动下，进入换热器；与此同时，制冷剂吸热，使发生相变后的制冷剂进入压缩机；

使制冷剂经压缩机升压后进入安装在发生罐内的冷凝器，使海水吸收制冷剂的冷凝放热量而气化出水蒸气，水蒸气在换热器中向低温循环水释放热量而冷凝成为液态水，同时循环水吸收热量，温度升高后经射流器进入水箱；

使制冷剂经冷凝器放热后再经过风冷换热器，将额外的热量释放到环境中，实现了蒸发器和冷凝器之间的热量平衡，间接的实现了循环水温保持不变。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示的根据本发明的实施例的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置包括：发生罐(1)、集水罐(2)、水箱(3)、引射真空泵循环部分、热泵循环部分、换热器(6)、气液分离网(7)、采样机构、进液阀(9)、废液阀(10)、排气阀(11)、出水阀(12)、控制器(13)；其中，引射真空泵循环部分包括一个水泵(4-1)和一个射流器(4-2)，热泵循环部分包括一个压缩机(5-1)、一个蒸发器(5-2)、一个冷凝器(5-3)、一个风冷换热器(5-4)、一个毛细管(5-5)，采样机构包括一个采样罐(8-1)、出样阀(8-2)、截止阀(8-3)。

发生罐(1)的进出水装置包括第一废液阀(9)、第二废液阀(10)、排气阀(11)。

发生罐(1)内部安装有气液分离网(7)，对水蒸气进行气液分离。

集水罐(2)的出水功能由出水阀(12)完成。

采样罐(8-1)的进出水装置包括出样阀(8-2)和截止阀(8-3)。

换热器(6)安装在射流器(4-2)与发生罐(1)之间，并且其垂直安装高度要高于射流器(4-2)。

热泵循环部分的冷凝器(5-3)安装在发生罐(1)的底部。

在上述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置的工作中，循环水在水泵(4-1)的驱动下经过射流器(4-2)，在射流器内部将压力能转变为速度能，从而产生负压，达到对发生罐(1)、集水罐(2)抽真空的目的。

包括射流器(4-2)的引射真空泵循环部分在发生罐(1)未注入海水时对发生罐(1)和集水罐(2)抽真空，并且在海水的蒸发冷凝过程中持续工作，为海水的蒸发提供了持续的负压环境。

采样机构(8)在系统运行时对水质进行测量；当需要采样时，将截止阀(8-3)关闭，打开出样阀(8-2)，使采样罐(8-1)恢复常压，罐内水由于重力因素自然流出，供水质检测使用。

热泵循环部分由控制器(13)控制。其中，蒸发器(5-2)与循环水换热，循环水放热，温度降低，降温后的循环水在水泵(4-1)驱动下进入换热器(6)；与此同时，蒸发器(5-2)中的制冷剂吸热，发生相变后进入压缩机(5-1)；制冷剂经压缩机升压后进入安装在发生罐(1)内的冷凝器(5-3)，海水吸收制冷剂的冷凝放热量而气化出水蒸气，水蒸气在换热器(6)中向低温的循环水释放热量而冷凝成为液态水，同时循环水吸收热量而温度升高后经射流器(4-2)进入水箱(3)；制冷剂经冷凝器(5-3)放热后，再经过风冷换热器(5-4)，将额外的热量释放到环境中，实现了蒸发器和冷凝器之间的热量平衡，并间接的实现了循环水温保持不变。

根据本发明的一个实施例，风冷换热器(5-4)采用变频控制风扇，通过风扇的转速调节来适应压缩机功耗的变化，达到节能的目的。

根据本发明的一个实施例，在发生罐(1)内部安装有气液分离网(7)，用于防止海水沸腾蒸发时夹带的小水滴进入集水罐(2)污染淡水。

发生罐(1)和集水罐(2)的进出水功能部分包括进液阀(9)、废液阀(10)、出水阀(12)，当控制器(13)(通过相应的传感器，未显示)判定废液达到设定量时，停止热泵循环部分(5)的工作，打开排气阀(11)，待压力恢复至常压时，停止引射真空泵循环部分(4)，打开废液阀(10)将发生罐(1)内的杂质水排出，同时，打开出水阀(12)将集水罐(2)内的淡水排出，待杂质水和淡水完全排出，最后将所有的阀门关闭；之后，控制器(13)控制打开引射真空泵循环部分的水泵(4-1)和射流器(4-2)，对装置的发生罐(1)、集水罐(2)抽真空，打开进液阀(9)，由于发生罐(1)内是负压状态，海水被吸入发生罐(1)中；待发生罐(1)内水量达到预定的设定值时，关闭进液阀(9)，且控制器(13)打开热泵循环部分(5)。

Claims (9)

1.一种热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于包括发生罐（1）、集水罐（2）、水箱（3）、引射真空泵循环部分（4）、热泵循环部分（5）、换热器（6）、气液分离网（7）、采样结构（8）、进液阀（9）、废液阀（10）、排气阀（11）、出水阀（12）、控制器（13），

其中，

引射真空泵循环部分（4）包括一个水泵（4-1）、一个射流器（4-2），

热泵循环部分（5）包括一个压缩机（5-1）、一个蒸发器（5-2）、一个冷凝器（5-3）、一个风冷换热器（5-4）、一个毛细管（5-5），

采样结构（8）包括采样罐（8-1）、出样阀（8-2）、截止阀（8-3），

循环水在水泵（4-1）的驱动下经过射流器（4-2），在射流器内部将压力能转变为速度能，从而产生负压，达到抽真空的目的，

热泵循环部分（5）由控制器（13）控制，

蒸发器（5-2）与循环水换热，循环水放热，温度降低，降温后循环水在水泵（4-1）驱动下，进入换热器（6）；与此同时，制冷剂吸热，发生相变后进入压缩机（5-1）；

制冷剂经压缩机升压后进入一个冷凝器（5-3），其安装在发生罐内，海水吸收制冷剂的冷凝放热量而气化出水蒸气，水蒸气在换热器（6）中向低温循环水释放热量而冷凝成为液态水，同时循环水吸收热量，温度升高后经射流器（4-2）进入水箱（3）；

制冷剂经冷凝器（5-3）放热后，再经过风冷换热器（5-4），将额外的热量释放到环境中，实现了蒸发器和冷凝器之间的热量平衡，间接的实现了循环水温保持不变。

2.根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于：

引射真空泵循环部分（4），在发生罐（1）未注入海水时对其和集水罐（2）抽真空，并且在海水的蒸发冷凝过程中持续工作，为海水的蒸发提供了持续的负压环境。

3.根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于：

采样结构（8）是在系统运行时对水质进行测量的辅助装置，需要采样时，将截止阀（8-3）关闭，打开出样阀（8-2），采样罐（8-1）恢复常压，罐内水由于重力因素自然流出，供水质检测使用，保证取样质量的同时，并不影响系统正常工作。

4.根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于：

风冷换热器（5-4）采用变频控制风扇，可以通过风扇的转速调节来适应压缩机功耗的变化，达到节能和系统能量平衡的目的。

5.根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征在于：

安装在发生罐（1）内部的气液分离网（7），用于防止海水沸腾蒸发时夹带小水滴进入集水罐（2），污染淡水。

6.根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置，其特征于：

发生罐（1）和集水罐（2）的进出水功能由进液阀（9）、废液阀（10）、出水阀（12）提供，

当控制器（13）判定废液达到设定量时，停止热泵循环部分（5）的工作，打开排气阀（11），待压力恢复至常压，停止引射真空泵循环部分（4），打开废液阀（10），将发生罐（1）内的杂质水排出，打开出水阀（12），将集水罐（2）内的淡水排出，所有的阀门关闭；之后控制器（13）控制打开引射真空泵循环部分（4），对装置内部抽真空，打开进液阀（9），由于发生罐（1）内是负压状态，海水被吸入罐中，待罐内水量达到设定值，关闭进液阀（9），控制器（13）打开热泵循环部分（5）。

7.基于根据权利要求1所述的热泵驱动的引射式负压海水淡化装置的引射式负压海水淡化方法，其特征在于包括以下步骤：

使循环水在水泵（4-1）的驱动下经过射流器（4-2），在射流器内部将压力能转变为速度能，从而产生负压，达到抽真空的目的，

利用引射真空泵循环部分（4），在发生罐（1）未注入海水时对发生罐（1）和集水罐（2）抽真空，并且在海水的蒸发冷凝过程中持续工作，为海水的蒸发提供了持续的负压环境；

由控制器（13）控制热泵循环部分（5），其中，

使蒸发器（5-2）与循环水换热，循环水放热，温度降低，使降温后循环水在水泵（4-1）驱动下，进入换热器（6）；与此同时，制冷剂吸热，使发生相变后的制冷剂进入压缩机（5-1）；

使制冷剂经压缩机升压后进入安装在发生罐内的冷凝器（5-3），使海水吸收制冷剂的冷凝放热量而气化出水蒸气，水蒸气在换热器（6）中向低温循环水释放热量而冷凝成为液态水，同时循环水吸收热量，温度升高后经射流器（4-2）进入水箱（3）；

使制冷剂经冷凝器（5-3）放热后再经过风冷换热器（5-4），将额外的热量释放到环境中，实现了蒸发器和冷凝器之间的热量平衡，间接的实现了循环水温保持不变。

8.根据权利要求7所述的引射式负压海水淡化方法，其特征于：

由进液阀（9）、废液阀（10）、出水阀（12）提供发生罐（1）和集水罐（2）的进出水功能，

当控制器（13）判定废液达到设定量时，停止热泵循环部分（5）的工作，打开排气阀（11），待压力恢复至常压，停止引射真空泵循环部分（4），打开废液阀（10），将发生罐（1）内的杂质水排出，打开出水阀（12），将集水罐（2）内的淡水排出，所有的阀门关闭；之后控制器（13）控制打开引射真空泵循环部分（4），对装置内部抽真空，打开进液阀（9），由于发生罐（1）内是负压状态，海水被吸入罐中，待罐内水量达到设定值，关闭进液阀（9），控制器（13）打开热泵循环部分（5）。

9.根据权利要求7所述的引射式负压海水淡化方法，其特征在于进一步包括：

在需要采样时，将截止阀（8-3）关闭，打开出样阀（8-2），采样罐（8-1）恢复常压，罐内水由于重力因素自然流出，供水质检测使用，保证取样质量的同时，并不影响系统正常工作。

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