CN109626473A - 闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭式制冷式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。该系统包括海水泵、预热器、控制阀、第一储水箱、加湿器、第二储水箱、除湿器、循环泵、循环风机以及热泵循环子系统；其中热泵循环子系统包括蒸发器、与蒸发器冷却剂侧出口相连的压缩机、与压缩机出口相连的海水加热器以及与海水加热器冷却剂侧出口相连的节流阀。其特征在于：该系统由热泵驱动的海水淡化系统为闭式湿空气热力循环系统，利用热泵循环系统中的压缩机供给少量能量，无需外加热源，通过充分回收湿空气冷凝潜热可以实现多场合、高效率的海水淡化过程；整个系统结构紧凑、能耗低，特别适用于淡水需求量小且分散的地区。本系统提高了系统热能的综合利用效率，减少了热污染排放。
Description
技术领域
本发明设计了一种闭式制冷式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
加湿脱湿海水淡化技术是解决淡水需求量小、需求分散的有效途径之一，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。然而该技术需要额外热源驱动，因此对于热源不稳定的地区很受限。由于预热冷海水后的湿空气中仍有大量水蒸气尚未得到冷凝，因此湿空气冷凝潜热的利用潜力巨大，这也是导致现有加湿脱湿海水淡化系统热能利用效率低的主要原因。而热泵循环技术早已展现出余热回收的潜力，但目前对于热泵技术耦合加湿脱湿海水淡化系统以提高能源综合利用效率的研究还未得到关注。
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利用、热效率高的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统。
一种闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：该系统包括海水泵、预热器、控制阀、第一储水箱、加湿器、第二储水箱、除湿器、循环泵、循环风机以及热泵循环子系统；所述热泵循环子系统包括蒸发器、压缩机、海水加热器和节流阀；
其中海水泵出口与预热器海水侧进口相连，预热器海水侧出口与海水加热器海水侧进口相连，海水加热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大气相通；加湿器空气侧出口与循环风机进口相连，循环风机出口与除湿器空气侧进口相连，除湿器空气侧出口与蒸发器空气侧进口相连，蒸发器空气侧出口与加湿器空气侧进口相连，蒸发器淡水侧出口与第二储水箱进口相连；除湿器淡水侧出口与循环泵进口相连，循环泵出口与预热器淡水侧进口相连，预热器淡水侧出口一路与除湿器淡水侧进口相连,另一路与控制阀进口相连，控制阀出口与第一储水箱进口相连；
其中在热泵循环子系统中，蒸发器冷却剂侧出口与压缩机进口相连，压缩机出口与海水加热器冷却剂侧进口相连，海水加热器冷却剂侧出口与节流阀进口相连，节流阀出口与蒸发器冷却剂侧进口相连。
所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统的工作方法，其特征在于：冷海水从海水泵进入系统，然后通过预热器预热后进入海水加热器进一步加热产生热海水，之后进入加湿器与冷空气传热传质，热海水中部分水分被蒸发变成卤水从加湿器底部排出系统；而冷空气经加温加湿后变成高温高湿的湿空气，通过循环风机进入除湿器底部降温除湿，从除湿器顶部排出的湿空气进入蒸发器进一步除湿后进入加湿器完成循环；由蒸发器冷凝得到的淡水进入第二储水箱储存，而在除湿器冷凝得到的淡水经循环泵进入预热器预热海水，同时回收湿空气的冷凝潜热，之后低温淡水一部分进入除湿器冷凝湿空气，一部分进入第一储水箱进行储存，储水比例由控制阀调节。
在热泵循环子系统中，冷却剂首先在蒸发器中吸收湿空气的冷凝潜热后蒸发，然后进入压缩机中加热加压变成高温蒸汽，之后进入海水加热器中加热海水，低温冷却剂经节流阀膨胀降压后进入蒸发器完成循环。
本发明的有益效果是：本发明提出的由热泵驱动的海水淡化系统为闭式湿空气热力循环系统，利用热泵循环系统中的压缩机供给少量能量，无需外加热源，通过充分回收湿空气冷凝潜热可以实现多场合、高效率的海水淡化过程；整个系统结构紧凑、能耗低，特别适用于淡水需求量小且分散的地区，提高了海水淡化系统的经济性和适应性的同时，减少了热污染排放，提高了系统热能的综合利用效率。
所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：为了增加气液两相的接触面积并延长接触时间，实现充分加湿，加湿器和除湿器中采用直接接触式的填料塔，填料采用高分子多孔介质。
所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：加湿器和除湿器顶部分别布置有喷淋装置，以满足海水与湿空气的充分接触传热传质，提高加湿效率。
所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：为了防止海水腐蚀，预热器和海水加热器采用钛材列管式换热器，而蒸发器采用板式换热器。
附图说明
图1 闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统；
图中标号名称：1-海水泵；2-预热器；3-控制阀；4-第一储水箱；5-加湿器；6-第二储水箱；7-除湿器；8-循环泵；9-蒸发器；10-压缩机；11-海水加热器；12-节流阀；13-循环风机；14-喷淋装置；A-热泵循环子系统。
具体实施方法
图1是本发明提出的闭式制冷式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：
冷海水从海水泵1进入系统，然后通过预热器2预热后进入海水加热器11进一步加热产生热海水，之后进入加湿器5与冷空气传热传质，热海水中部分水分被蒸发变成卤水从加湿器5底部排出系统；而冷空气经加温加湿后变成高温高湿的湿空气，通过循环风机13进入除湿器7底部降温除湿，从除湿器7顶部排出的湿空气进入蒸发器9进一步除湿后进入加湿器5完成循环；由蒸发器9冷凝得到的淡水进入第二储水箱6储存，而在除湿器7冷凝得到的淡水经循环泵8进入预热器2预热海水，同时回收湿空气的冷凝潜热，之后低温淡水一部分进入除湿器6冷凝湿空气，一部分进入第一储水箱4进行储存，储水比例由控制阀3调节。
在热泵循环子系统A中，冷却剂首先在蒸发器9中吸收湿空气的冷凝潜热后蒸发，然后进入压缩机10中加热加压变成高温蒸汽，之后进入海水加热器11中加热海水，低温冷却剂经节流阀12膨胀降压后进入蒸发器9完成循环。
Claims (5)
1.一种闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：该系统包括海水泵（1）、预热器（2）、控制阀（3）、第一储水箱（4）、加湿器（5）、第二储水箱（6）、除湿器（7）、循环泵（8）、循环风机（13）以及热泵循环子系统（A）；所述热泵循环子系统（A）包括蒸发器（9）、压缩机（10）、海水加热器（11）和节流阀（12）；
其中海水泵（1）出口与预热器（2）海水侧进口相连，预热器（2）海水侧出口与海水加热器（11）海水侧进口相连，海水加热器（11）海水侧出口与加湿器（5）海水侧进口相连，加湿器（5）海水侧出口与大气相通；加湿器（5）空气侧出口与循环风机（13）进口相连，循环风机（13）出口与除湿器（7）空气侧进口相连，除湿器（7）空气侧出口与蒸发器（9）空气侧进口相连，蒸发器（9）空气侧出口与加湿器（5）空气侧进口相连，蒸发器（9）淡水侧出口与第二储水箱（6）进口相连；除湿器（7）淡水侧出口与循环泵（8）进口相连，循环泵（8）出口与预热器（2）淡水侧进口相连，预热器（2）淡水侧出口一路与除湿器（7）淡水侧进口相连,另一路与控制阀（3）进口相连，控制阀（3）出口与第一储水箱（4）进口相连；
其中在热泵循环子系统（A）中，蒸发器（9）冷却剂侧出口与压缩机（10）进口相连，压缩机（10）出口与海水加热器（11）冷却剂侧进口相连，海水加热器（11）冷却剂侧出口与节流阀（12）进口相连，节流阀（12）出口与蒸发器（9）冷却剂侧进口相连。
2.根据权利要求1所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：加湿器（5）和除湿器（7）采用直接接触式的填料塔，填料采用高分子多孔介质。
3.根据权利要求1所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：加湿器（5）和除湿器（7）顶部分别布置有喷淋装置（14）。
4.根据权利要求1所述的闭式制冷式加湿脱湿海水淡化系统，其特征在于：预热器（2）和海水加热器（11）采用钛材列管式换热器，蒸发器（9）采用板式换热器。
5.根据权利要求1所述的闭式制冷式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：
冷海水从海水泵（1）进入系统，然后通过预热器（2）预热后进入海水加热器（11）进一步加热产生热海水，之后进入加湿器（5）与冷空气传热传质，热海水中部分水分被蒸发变成卤水从加湿器（5）底部排出系统；而冷空气经加温加湿后变成高温高湿的湿空气，通过循环风机（13）进入除湿器（7）底部降温除湿，从除湿器（7）顶部排出的湿空气进入蒸发器（9）进一步除湿后进入加湿器（5）完成循环；由蒸发器（9）冷凝得到的淡水进入第二储水箱（6）储存，而在除湿器（7）冷凝得到的淡水经循环泵（8）进入预热器（2）预热海水，同时回收湿空气的冷凝潜热，之后低温淡水一部分进入除湿器（6）冷凝湿空气，一部分进入第一储水箱（4）进行储存，储水比例由控制阀（3）调节。
在热泵循环子系统（A）中，冷却剂首先在蒸发器（9）中吸收湿空气的冷凝潜热后蒸发，然后进入压缩机（10）中加热加压变成高温蒸汽，之后进入海水加热器（11）中加热海水，低温冷却剂经节流阀（12）膨胀降压后进入蒸发器（9）完成循环。
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