CN112479288A - 一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，包括低温级蒸发器、低温级压缩机、中间换热器、低温级节流阀、高温级蒸发器、高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀、海水循环泵、水罐。本发明利用复叠式热泵技术，能够以环境海水为热源，通过两级循环使工质达到海水沸点温度以上，实现海水淡化。

Description

一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化的技术领域，更具体地，涉及一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置。

背景技术

随着全球经济的发展和人口的快速增加，淡水资源的日趋减少已成为目前面临的严峻挑战之一。海水淡化作为补充淡水的有效方式，不受季节气候的影响，而且水量大，因此对该技术的研发和改进受到社会的密切关注。

目前，海水淡化的方法主要有蒸馏法、膜分离法、冷冻法等，其中蒸馏法实施利用方便，不需要对海水进行预处理，淡水的产量大，水质高，而且对于设备的维修保养也较为方便。在工业化的海水淡化过程中需要消耗大量的化石能源，且对基础设施的建设有要求。如何在进行大规模海水淡化的过程中，减少化石能源消耗，降低污染，降低基础设施建设的成本，是亟待解决的问题。

因此，现有技术中亟需一种解决淡水缺乏的问题的技术方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，包括低温级蒸发器、低温级压缩机、中间换热器、低温级节流阀、高温级蒸发器、高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀、海水循环泵、水罐，所述低温级蒸发器上设置有环境海水进口和环境海水出口，所述低温级蒸发器的工质出口与所述低温级压缩机的进口连接，所述低温级蒸发器的工质进口与所述低温级节流阀的出口连接，所述低温级压缩机的出口与所述中间换热器的低温级工质进口连接，所述低温级节流阀的进口与所述中间换热器的低温级工质出口连接，所述中间换热器的高温级工质出口与所述高温级蒸发器的工质进口连接，所述中间换热器的高温级工质进口与所述高温级节流阀的出口连接，所述高温级蒸发器的工质出口与所述高温级压缩机的工质进口连接，所述高温级压缩机的工质出口与所述高温级冷凝器的工质进口连接，所述高温级节流阀的进口与所述高温级冷凝器的工质出口连接，所述高温级冷凝器的循环海水出口与所述水罐的循环水进口连接，所述高温级冷凝器的循环海水进口与所述海水循环泵的出口连接，所述海水循环泵的进口与所述水罐的循环水出口连接，所述水罐上还连接有用于补充海水的补水阀和用于排出废气海水的排水阀，所述水罐通过蒸汽管路与所述高温级蒸发器的蒸汽进口连接，所述蒸汽管路上还设置有蒸汽控制阀，所述高温级蒸发器的淡水出口与淡水收集装置连接。

所述低温级蒸发器和所述高温级冷凝器均为管壳式换热器，海水流经管程，工质流经壳程。

流经低温级蒸发器、低温级压缩机、中间换热器、低温级节流阀的工质为低温级工质，流经中间换热器、高温级蒸发器、高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀的工质为高温级工质，所述低温级工质和所述高温级工质均为有机工质。

所述低温级工质R134a，R245fa，R227中的一种或多种，高温级工质为R245fa，R365mfc，R142b，R123中的一种或多种。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1.利用复叠式热泵技术，能够以环境海水为热源，通过两级循环使工质达到海水沸点温度以上，实现海水淡化；

2.以制备出的水蒸气作为热泵中高温循环部分的热量来源之一，可实现在对该部分余热进行回收利用的同时，降低水蒸气温度至沸点以下，形成液态淡水；

3.利用热泵进行海水淡化，使用高品质能源电能，减少化石燃料的消耗，降低对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的系统图。

附图标记：1-低温级蒸发器；2-低温级压缩机；3-中间换热器；4-低温级节流阀；5-高温级蒸发器；6-高温级压缩机；7-高温级冷凝器；8-高温级节流阀；9-海水循环泵；10-水罐；11-蒸汽控制阀，12补水阀，13-排水阀。

具体实施方式

下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。

如图1所示的基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，包括低温级蒸发器1、低温级压缩机2、中间换热器3、低温级节流阀4、高温级蒸发器5、高温级压缩机6、高温级冷凝器7、高温级节流阀8、海水循环泵9、水罐10，其中，低温级蒸发器1和高温级冷凝器7均为管壳式换热器，因为海水具有腐蚀性，因而，为便于换热器的清洗，海水流经管程，工质流经壳程。

低温级蒸发器1上设置有环境海水进口和环境海水出口，低温级蒸发器1的工质出口与低温级压缩机2的进口连接，低温级蒸发器1的工质进口与低温级节流阀4的出口连接，低温级压缩机2的出口与中间换热器3的低温级工质进口连接，低温级节流阀4的进口与中间换热器3的低温级工质出口连接，中间换热器3的高温级工质出口与高温级蒸发器5的工质进口连接，中间换热器3的高温级工质进口与高温级节流阀8的出口连接，高温级蒸发器5的工质出口与高温级压缩机6的工质进口连接，高温级压缩机6的工质出口与高温级冷凝器7的工质进口连接，高温级节流阀8的进口与高温级冷凝器7的工质出口连接，高温级冷凝器7的循环海水出口与水罐10的循环水进口连接，高温级冷凝器7的循环海水进口与海水循环泵9的出口连接，海水循环泵9的进口与水罐10的循环水出口连接，流经低温级蒸发器1、低温级压缩机2、中间换热器3、低温级节流阀4的工质为低温级工质，流经中间换热器3、高温级蒸发器5、高温级压缩机6、高温级冷凝器7、高温级节流阀8的工质为高温级工质，低温级工质和高温级工质均为有机工质。

低温级工质为R134a，R245fa，R227中的一种或多种，高温级工质为R245fa，R365mfc，R142b，R123中的一种或多种。本实施例中，低温级工质为R134a和R245fa的混合物，高温级工质为R245fa和R123的混合物。

水罐10上还连接有用于补充海水的补水阀12和用于排出废气海水的排水阀13，补水阀12设置在水罐10与海水源连接的管路上，水罐10通过蒸汽管路与高温级蒸发器5的蒸汽进口连接，蒸汽管路上还设置有蒸汽控制阀11，高温级蒸发器5的淡水出口与淡水收集装置连接。

系统分为两个阶段运行，产生水蒸气之前的阶段为第一阶段，称为启动阶段；产生水蒸气之后的阶段为第二阶段，称为稳定运行阶段。

首先，在启动阶段，打开补水阀12，海水充满水罐10，并开启海水循环泵9。环境海水不断从环境海水进口a进入低温级蒸发器1内，与低温级工质进行换热后，从环境海水出口b流出，液态低温级工质获得热量后蒸发为气态工质，再通过低温级压缩机2后，在中间换热器3中将热量转移至高温级工质，此时低温级气态工质再次变为液态工质，经低温级节流阀4节流降压后，进入到低温级蒸发器1中继续吸热，完成低温级循环。高温级工质在中间换热器3中吸收热量后蒸发为气态，由于此时的水罐10中还未产生水蒸气，因此气态的高温级工质在高温级蒸发器5中不发生热量的交换，之后经高温级压缩机6压缩，在高温级冷凝器7中与蒸馏系统中的海水进行换热；气态工质在高温级冷凝器7中换热后变成液态，经高温级节流阀8节流降压后，重新回到中间换热器3进行吸热，完成高温级循环。

复叠式热泵系统通过两级循环不断将热量从环境海水中转移至循环海水中，循环海水在高温级冷凝器7中不断获得热量，再回到水罐10，最终水罐10中的循环海水温度升高至沸点后产生蒸汽，此时即进入稳定运行阶段。

进入稳定运行阶段后，复叠式热泵系统按照启动阶段的运行方式继续运行，水罐10内的循环海水到达沸点产生蒸汽；此时，打开蒸汽控制阀11，水蒸气从出口d排出，经蒸汽管路进入高温级蒸发器5，从中间换热器3流出的高温级工质在高温级蒸发器5内吸收水蒸气的热量蒸发后，水蒸气降低至沸点以下冷凝成液态淡水；冷凝后得到的液态淡水从出口e流出，进入淡水储存装置。随着水罐10内的水分不断蒸发，循环海水的盐浓度上升；当到达一定浓度时，打开排水阀13，将废弃海水从出口f排出，以更换新的海水，同时，打开补水阀12补充海水。整个系统装置以上述方式循环运行，可以节能高效地制备淡水。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，其特征是，包括低温级蒸发器(1)、低温级压缩机(2)、中间换热器(3)、低温级节流阀(4)、高温级蒸发器(5)、高温级压缩机(6)、高温级冷凝器(7)、高温级节流阀(8)、海水循环泵(9)、水罐(10)，所述低温级蒸发器(1)上设置有环境海水进口和环境海水出口，所述低温级蒸发器(1)的工质出口与所述低温级压缩机(2)的进口连接，所述低温级蒸发器(1)的工质进口与所述低温级节流阀(4)的出口连接，所述低温级压缩机(2)的出口与所述中间换热器(3)的低温级工质进口连接，所述低温级节流阀(4)的进口与所述中间换热器(3)的低温级工质出口连接，所述中间换热器(3)的高温级工质出口与所述高温级蒸发器(5)的工质进口连接，所述中间换热器(3)的高温级工质进口与所述高温级节流阀(8)的出口连接，所述高温级蒸发器(5)的工质出口与所述高温级压缩机(6)的工质进口连接，所述高温级压缩机(6)的工质出口与所述高温级冷凝器(7)的工质进口连接，所述高温级节流阀(8)的进口与所述高温级冷凝器(7)的工质出口连接，所述高温级冷凝器(7)的循环海水出口与所述水罐(10)的循环水进口连接，所述高温级冷凝器(7)的循环海水进口与所述海水循环泵(9)的出口连接，所述海水循环泵(9)的进口与所述水罐(10)的循环水出口连接，所述水罐(10)上还连接有用于补充海水的补水阀(12)和用于排出废气海水的排水阀(13)，所述水罐(10)通过蒸汽管路与所述高温级蒸发器(5)的蒸汽进口连接，所述蒸汽管路上还设置有蒸汽控制阀(11)，所述高温级蒸发器(5)的淡水出口与淡水收集装置连接。

2.根据权利要求1所述的基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，其特征是，所述低温级蒸发器(1)和所述高温级冷凝器(7)均为管壳式换热器，海水流经管程，工质流经壳程。

3.根据权利要求1所述的基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，其特征是，流经低温级蒸发器(1)、低温级压缩机(2)、中间换热器(3)、低温级节流阀(4)的工质为低温级工质，流经中间换热器(3)、高温级蒸发器(5)、高温级压缩机(6)、高温级冷凝器(7)、高温级节流阀(8)的工质为高温级工质，所述低温级工质和所述高温级工质均为有机工质。

4.根据权利要求3所述的基于高温复叠热泵的节能高效海水淡化装置，其特征是，所述低温级工质为R134a，R245fa，R227中的一种或多种，所述高温级工质为R245fa，R365mfc，R142b，R123中的一种或多种。

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