CN109626472A - 空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统及其工作方法，属于海水淡化与能源动力领域。该系统包括鼓风机、加湿器、除湿器、排风机、储水箱、海水泵、控制阀以及循环泵，其特征在于：该系统还包括由第一蒸发器、第二蒸发器、压缩机、空气加热器和节流阀组成的闭式热泵循环子系统。本发明提出的空气加热型的耦合热泵海水淡化系统为开式湿空气热力循环系统，利用闭式热泵循环系统中的压缩机供给少量能量，无需外加热源，通过充分回收卤水余热以及湿空气冷凝潜热可以实现低能耗、高效率的海水淡化过程。整个系统结构简单、运行稳定，通过耦合热泵余热回收技术实现了能量梯级利用，提高了加湿脱湿海水淡化系统的能量利用效率。
Description
技术领域
本发明设计了一种空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统及其工作方法，属于海水淡化与能源动力领域。
背景技术
随着社会经济的发展，作为地球上一切生物赖以发展和生存的必需物质，世界淡水资源已经变得非常短缺，因此合理利用淡水和能源成为新世纪全球面临的难点之一。而加湿脱湿海水淡化技术无疑是解决淡水危机的重要途径之一，即经过加热器预热后的热海水与低温低湿空气传热传质，变成浓海水排出，而空气变为高温高湿的湿空气去预热冷海水，同时湿空气中的部分水蒸气被冷凝，实现海水淡化的过程。然而对于开式加湿脱湿海水淡化系统的排出卤水和湿空气仍有大量余热尚未得到充分回收利用,这也是导致了现有加湿脱湿海水淡化系统热效率低的主要原因。
目前,热泵循环技术早已展现出余热回收的潜力，但对于利用热泵技术加热湿空气以驱动加湿脱湿海水淡化系统从而提高能源综合利用效率的研究还未得到重视。
发明内容
本发明针对加湿脱湿海水淡化系统能源利用效率低等缺点，提出一种由热泵驱动的余热充分回收、热效率高的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统。
一种空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，包括鼓风机、加湿器、除湿器、排风机、储水箱、海水泵、控制阀以及循环泵，其特征在于：该系统还包括由第一蒸发器、第二蒸发器、压缩机、空气加热器和节流阀组成的闭式热泵循环子系统；
其中鼓风机出口与加湿器湿空气侧进口相连，加湿器湿空气侧出口与空气加热器湿空气侧进口相连，空气加热器湿空气侧出口与除湿器湿空气进口相连，除湿器湿空气出口与排风机进口相连，排风机出口与第二蒸发器海水侧进口相连，第二蒸发器海水侧出口与大气相通；海水泵出口与除湿器海水侧进口相连，除湿器海水侧出口与加湿器海水侧进口相连，加湿器海水侧出口与循环泵进口相连，循环泵出口一路与第一蒸发器海水侧进口相连，第一蒸发器海水侧出口与大气相通；另一路与控制阀进口相连，控制阀出口与除湿器海水侧进口相连；除湿器淡水侧出口和第二蒸发器淡水侧出口分别与储水箱相连；
其中在闭式热泵循环子系统中，第一蒸发器和第二蒸发器冷却剂侧出口分别与压缩机进口相连，压缩机出口与空气加热器冷却剂侧进口相连，空气加热器冷却剂侧出口与节流阀进口相连，节流阀出口分别与第一蒸发器和第二蒸发器冷却剂侧进口相连。
所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统的工作方法，其特征在于：原料冷海水通过海水泵进入系统，随后进入除湿器冷凝湿空气，同时自身温度升高，从除湿器顶部排出的热海水进入加湿器用于加湿空气，同时热海水浓缩变成卤水，卤水通过循环泵一路进入第一蒸发器进行余热回收之后排出系统，另一路经控制阀与进料冷海水混合一同进入除湿器完成循环，回流卤水量由控制阀控制；
常压空气通过鼓风机进入系统，然后进入加湿器与热海水直接接触发生传热传质，吸湿后的湿空气进入空气加热器进一步加热升温，之后进入除湿器除湿，湿空气中部分蒸汽得到冷凝，从除湿器底部排出的湿空气经过排风机进入第二蒸发器进一步得到冷凝，之后排出系统；从除湿器和第二蒸发器冷凝得到的淡水一同收集到储水箱；
在闭式热泵循环子系统中，冷却剂首先在第一蒸发器和第二蒸发器中分别吸收卤水余热和湿空气冷凝潜热后蒸发，随后高温冷却剂一同进入压缩机中加热加压，之后进入空气加热器中加热空气，放热后的低温冷却剂经节流阀膨胀降压后分别进入第一蒸发器和第二蒸发器完成循环。
本发明的有益效果是：本发明提出的空气加热型的耦合热泵海水淡化系统为开式湿空气热力循环系统，利用闭式热泵循环系统中的压缩机供给少量能量，无需外加热源，通过充分回收卤水余热以及湿空气冷凝潜热可以实现低能耗、高效率的海水淡化过程；整个系统结构紧凑、无需额外热源，特别适用于淡水需求量小且分散的地区，易推广。
所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：为了提高空气加湿效率，实现充分加湿，加湿器采用直接接触式的填料塔，填料采用高分子多孔介质，并在加湿器顶部设置喷淋装置。
所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：由于海水具有较强的腐蚀性，因此除湿器和第一蒸发器采用钛材列管式换热器。
所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：为减小设备占地空间并提高换热效率，第二蒸发器和空气加热器采用板翅式换热器。
附图说明
图1 空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统；
图中标号名称：1-鼓风机；2-加湿器；3-除湿器；4-排风机；5-储水箱；6-海水泵；7-控制阀；8-循环泵；9-第一蒸发器；10-第二蒸发器；11-压缩机；12-空气加热器；13-节流阀；14-喷淋装置。
具体实施方法
图1是本发明提出的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，下面参照图1说明系统的工作过程：
原料冷海水通过海水泵6进入系统，随后进入除湿器3冷凝湿空气，同时自身温度升高，从除湿器3顶部排出的热海水进入加湿器2用于加湿空气，同时热海水浓缩变成卤水，卤水通过循环泵8一路进入第一蒸发器9进行余热回收之后排出系统，另一路经控制阀7与进料冷海水混合一同进入除湿器3完成循环，回流卤水量由控制阀7控制；
常压空气通过鼓风机1进入系统，然后进入加湿器2与热海水直接接触发生传热传质，吸湿后的湿空气进入空气加热器12进一步加热升温，之后进入除湿器3除湿，湿空气中部分蒸汽得到冷凝，从除湿器3底部排出的湿空气经过排风机4进入第二蒸发器10进一步得到冷凝，之后排出系统；从除湿器3和第二蒸发器10冷凝得到的淡水一同收集到储水箱5；
在闭式热泵循环子系统中，冷却剂首先在第一蒸发器9和第二蒸发器10中分别吸收卤水余热和湿空气冷凝潜热后蒸发，随后高温冷却剂一同进入压缩机11中加热加压，之后进入空气加热器12中加热空气，放热后的低温冷却剂经节流阀12膨胀降压后分别进入第一蒸发器9和第二蒸发器10完成循环。
Claims (5)
1.一种空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，包括鼓风机（1）、加湿器（2）、除湿器（3）、排风机（4）、储水箱（5）、海水泵（6）、控制阀（7）以及循环泵（8），其特征在于：该系统还包括由第一蒸发器（9）、第二蒸发器（10）、压缩机（11）、空气加热器（12）和节流阀（13）组成的闭式热泵循环子系统；
其中鼓风机（1）出口与加湿器（2）湿空气侧进口相连，加湿器（2）湿空气侧出口与空气加热器（12）湿空气侧进口相连，空气加热器（12）湿空气侧出口与除湿器（3）湿空气进口相连，除湿器（3）湿空气出口与排风机（4）进口相连，排风机（4）出口与第二蒸发器（10）海水侧进口相连，第二蒸发器（10）海水侧出口与大气相通；海水泵（6）出口与除湿器（3）海水侧进口相连，除湿器（3）海水侧出口与加湿器（2）海水侧进口相连，加湿器（2）海水侧出口与循环泵（8）进口相连，循环泵（8）出口一路与第一蒸发器（9）海水侧进口相连，第一蒸发器（9）海水侧出口与大气相通；另一路与控制阀（7）进口相连，控制阀（7）出口与除湿器（3）海水侧进口相连；除湿器（3）淡水侧出口和第二蒸发器（10）淡水侧出口分别与储水箱（5）相连；
其中在闭式热泵循环子系统中，第一蒸发器（9）和第二蒸发器（10）冷却剂侧出口分别与压缩机（11）进口相连，压缩机（11）出口与空气加热器（12）冷却剂侧进口相连，空气加热器（12）冷却剂侧出口与节流阀（13）进口相连，节流阀（13）出口分别与第一蒸发器（9）和第二蒸发器（10）冷却剂侧进口相连。
2.根据权利要求1所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：加湿器（2）采用直接接触式的填料塔，填料采用高分子多孔介质，且在加湿器（2）顶部布置有喷淋装置（14）。
3.根据权利要求1所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：除湿器（3）和第一蒸发器（9）采用钛材列管式换热器。
4.根据权利要求1所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：第二蒸发器（10）和空气加热器（12）采用板翅式换热器。
5.根据权利要求1所述的空气加热型热泵加湿脱湿海水淡化系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作过程：
原料冷海水通过海水泵（6）进入系统，随后进入除湿器（3）冷凝湿空气，同时自身温度升高，从除湿器（3）顶部排出的热海水进入加湿器（2）用于加湿空气，同时热海水浓缩变成卤水，卤水通过循环泵（8）一路进入第一蒸发器（9）进行余热回收之后排出系统，另一路经控制阀（7）与进料冷海水混合一同进入除湿器（3）完成循环，回流卤水量由控制阀（7）控制；
常压空气通过鼓风机（1）进入系统，然后进入加湿器（2）与热海水直接接触发生传热传质，吸湿后的湿空气进入空气加热器（12）进一步加热升温，之后进入除湿器（3）除湿，湿空气中部分蒸汽得到冷凝，从除湿器（3）底部排出的湿空气经过排风机（4）进入第二蒸发器（10）进一步得到冷凝，之后排出系统；从除湿器（3）和第二蒸发器（10）冷凝得到的淡水一同收集到储水箱（5）；
在闭式热泵循环子系统中，冷却剂首先在第一蒸发器（9）和第二蒸发器（10）中分别吸收卤水余热和湿空气冷凝潜热后蒸发，随后高温冷却剂一同进入压缩机（11）中加热加压，之后进入空气加热器（12）中加热空气，放热后的低温冷却剂经节流阀（12）膨胀降压后分别进入第一蒸发器（9）和第二蒸发器（10）完成循环。
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Application publication date: 20190416 |