CN112484174A - 基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机 - Google Patents

基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机 Download PDF

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Abstract

本发明属于海水淡化技术与热泵技术的交叉领域，公开了一种基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，由蒸汽压缩式热泵、海水加热器、加湿器，风机、一级除湿器、二级除湿器、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、送风格栅、淡水水箱组成，蒸汽压缩式热泵包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器。本发明与现有技术相比，可充分利用热泵的制冷和制热能力，同时实现制备淡水和房屋供冷的功能，从而提升热泵式加湿除湿海水淡化技术的应用前景。

Description

基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机
技术领域
本发明属于海水淡化技术与热泵技术的交叉领域，具体涉及一种基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机。
背景技术
目前应用最广泛的海水淡化方法是热法中的多效蒸馏法、多级闪蒸法和膜法当中的反渗透法，但这些方法初投资高、运行维护复杂，并不十分适用于海岛淡水需求量小、需求位置分散且运行维护条件困难的情况。
近些年来，加湿-除湿海水淡化装置具有占地面积小、易于操作维护、常压下运行、与可再生能源具有良好的兼容性等优点，能适应海岛淡水需求分布分散且目标产量较低的情况，因而得到了广泛研究。
在各类加湿-除湿海水淡化装置类型中，热泵式装置能综合利用热泵提供的热量和冷量、达到全天候运行的要求，避免太阳能直接驱动造成的受天气条件制约等不确定性。热泵式加湿-除湿海水淡化的本质原理为：利用热泵的制热量将海水中的水分转化为水蒸气进入空气中，同时利用热泵的制冷量将高温高含湿量的空气冷却，空气中析出的冷凝水即为所需的淡水。
在现有的热泵式加湿-除湿海水淡化装置中，通常被冷却的空气温度较低，具有给室内的相对高温环境供冷的潜力，但以往的专利和研究较少关注这一点。
针对现有技术的不足，本发明提出的基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，可充分利用热泵的制冷和制热能力，同时实现制备淡水和房屋供冷的功能，从而提升热泵式加湿除湿海水淡化技术的应用前景。
发明内容
本发明提出了一种基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，可同时实现制备淡水和房屋供冷的功能。
本发明通过以下技术方案来实现的：
一种基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，由蒸汽压缩式热泵、海水加热器、加湿器，风机、一级除湿器、二级除湿器、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、送风格栅、淡水水箱组成，蒸汽压缩式热泵包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；
风机、加湿器、海水加热器相连接、一级除湿器依次相连接；
加湿器、一级除湿器、二级除湿器、送风格栅依次相连接；
一级除湿器、二级除湿器分别连接淡水水箱；
二级除湿器、冷却水循环泵、冷凝器依次相连接形成一闭环循环管路；
压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器依次相连接形成一闭环循环管路；
蒸发器、冷却水循环泵、海水加热器依次相连接形成一闭环循环管路；
加湿器为逆流填料式；
蒸汽压缩式热泵采用冷水机组形式；
上述的连接形式为管路连接；
本技术方案的工作原理主要包括空气回路、海水回路和制冷剂回路三个回路，实现制备淡水和房屋供冷功能的：
空气回路：空气首先通过风机从外界环境进入逆流填料式加湿器，加湿器中热海水和空气发生热质交换，高温高含湿量的空气离开加湿器后连续地流经一级除湿器和二级除湿器。在一级除湿器中，热湿空气的热量被用于预热低温海水，同时淡水从空气中冷凝出来进入淡水水箱；类似地，在二级除湿器中，热湿空气被冷冻水冷却，同样产生淡水进入淡水水箱。最终低温空气从二级除湿器流经送风格栅进入房屋内，实现一体机的供冷功能。
海水回路：海水首先从原水箱被泵入一级除湿器，在一级除湿器内被热湿空气预热，然后流入海水加热器被高温冷却水再次加热，随后热海水进入加湿器通过喷嘴喷射到填料表面与空气发生热质交换，最后从加湿器排出。
制冷剂回路：制冷剂在蒸汽压缩式热泵循环中依次流经压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，在冷凝器中向冷却水释放热量，同时从蒸发器中的冷冻水中吸收热量。冷却水从冷凝器中的制冷剂吸收热量并将热量传递给海水加热器中的海水。冷冻水从二级除湿器中的热湿空气吸收热量，并将热量释放给蒸发器中的制冷剂。
本发明与现有技术的有益效果和区别在于：
1、采用蒸汽压缩式热泵而不是吸收式，无需外界热源供应，操作管理便捷，占地面积小，更适用于海岛环境下的加湿-除湿海水淡化装置。
2、蒸汽压缩式热泵采用冷水机组形式，一方面可直接使用成熟的定型热泵产品，避免单独开发防腐蚀的热泵原件，降低本技术方案的开发成本；另一方面冷水机组可做成模块化的方箱型式，方便产品的运输安装。
3、加湿器采用逆流式填料塔的形式，提升了空气的加湿效果；一级除湿器起到了热量回收的作用，这些均提高了本技术方案的性能表现。
4、可充分利用加湿除湿过程的最终低温空气，实现房屋供冷功能，拓展了热泵式加湿除湿海水淡化装置的使用场景，降低了海岛房屋的淡水和冷量供应的综合成本。
5、由于热泵能同时提供热量和冷量，可以提升加湿-除湿海水淡化装置的制水效率。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明的系统组织示意图；
图中：1、蒸汽压缩式热泵，2、海水加热器，3、加湿器，4、风机，5、一级除湿器，6、二级除湿器，7、冷却水循环泵，8、冷冻水循环泵，9、送风格栅，10、淡水水箱，11、压缩机，12、冷凝器，13、节流阀，14、蒸发器。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：如图1所示，一种基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，由蒸汽压缩式热泵1、海水加热器2、加湿器3，风机4、一级除湿器5、二级除湿器6、冷却水循环泵7、冷冻水循环泵8、送风格栅9、淡水水箱10组成，蒸汽压缩式热泵1包括压缩机11、冷凝器12、节流阀13和蒸发器14；
风机4、加湿器3、海水加热器2相连接、一级除湿器5依次相连接；
加湿器3、一级除湿器5、二级除湿器6、送风格栅9依次相连接；
一级除湿器5、二级除湿器6分别连接淡水水箱10；
二级除湿器6、冷却水循环泵7、冷凝器12依次相连接形成一闭环循环管路；
压缩机11、冷凝器12、节流阀13、蒸发器14依次相连接形成一闭环循环管路；
蒸发器14、冷却水循环泵7、海水加热器2依次相连接形成一闭环循环管路；
加湿器3为逆流填料式；
蒸汽压缩式热泵1采用冷水机组形式；
上述的连接形式为管路连接；
蒸汽压缩式热泵1是集成式冷水机组，压缩机11是涡旋压缩机，膨胀装置是毛细管，制冷剂是R22，蒸汽压缩式热泵1在标准工况下的额定制冷量为10.8kW，额定输入功率为2.7kW，额定COP为4.0，蒸汽压缩式热泵1对外留有冷却水和冷冻水的进、回水接口。
海水加热器2为钛合金材质以防止海水腐蚀，其换热面积为2m2。
加湿器3尺寸为500mm×500mm×1500mm，型式为逆流式，空气从下方进入上方流出，高温海水从上方进入下方流出；加湿器3下侧布置有整流格栅，上侧布置有喷嘴；填料为聚丙烯材质，通过支架连接在加湿器3外壳，填料比表面积为350m2/m3。
风机4为离心式风机，额定功率为0.15kW。
一级除湿器5为平板翅片管式换热器，采用钛管铝翅片，总换热面积28m2。
二级除湿器6为平板翅片管式换热器，采用铜管铝翅片，总换热面积21m2。
冷却水循环泵7和冷冻水循环泵8为离心泵，额定功率均为0.8kW。
送风格栅9为PVC材质，尺寸为200mm×200mm。
淡水水箱10为PVC材质，尺寸为500mm×500mm×500mm。
本技术方案的工作原理主要包括空气回路、海水回路和制冷剂回路三个回路，实现制备淡水和房屋供冷功能的：
空气回路：空气首先通过风机4从外界环境进入逆流填料式加湿器3，加湿器3中热海水和空气发生热质交换，高温高含湿量的空气离开加湿器3后连续地流经一级除湿器5和二级除湿器6。在一级除湿器5中，热湿空气的热量被用于预热低温海水，同时淡水从空气中冷凝出来进入淡水水箱10；类似地，在二级除湿器6中，热湿空气被冷冻水冷却，同样产生淡水进入淡水水箱10，最终低温空气从二级除湿器6流经送风格栅9进入房屋内，实现一体机的供冷功能。
海水回路：海水首先从原水箱被泵入一级除湿器5，在一级除湿器5内被热湿空气预热，然后流入海水加热器2被高温冷却水再次加热，随后热海水进入加湿器3通过喷嘴喷射到填料表面与空气发生热质交换，最后从加湿器3排出。
制冷剂回路：制冷剂在蒸汽压缩式热泵1循环中依次流经压缩机11、冷凝器12、节流阀13和蒸发器14，在冷凝器12中向冷却水释放热量，同时从蒸发器14中的冷冻水中吸收热量。冷却水从冷凝器12中的制冷剂吸收热量并将热量传递给海水加热器2中的海水。冷冻水从二级除湿器6中的热湿空气吸收热量，并将热量释放给蒸发器14中的制冷剂。
基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机的运行流程，在以下运行工况：在室外空气温度35℃，空气相对湿度40％，海水温度30℃，空气流量300m3/h，海水流量600m3/h的条件下，上述一体机的运行结果为：淡水产量22kg/h，室内送风温度25℃。按每天运行20小时进行估算，该一体机每天可生产440kg淡水，足够10人的日常生活淡水需求；室内人均新风需求量按30m3/h计算，一体机的送风可同时满足室内人员的温度和新风需求。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (3)

1.基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，其特征在于，由蒸汽压缩式热泵(1)、海水加热器(2)、加湿器(3)，风机(4)、一级除湿器(5)、二级除湿器(6)、冷却水循环泵(7)、冷冻水循环泵(8)、送风格栅(9)、淡水水箱(10)组成，所述的蒸汽压缩式热泵(1)包括压缩机(11)、冷凝器(12)、节流阀(13)和蒸发器(14)；
所述的风机(4)、加湿器(3)、海水加热器(2)相连接、一级除湿器(5)依次相连接；
所述的加湿器(3)、一级除湿器(5)、二级除湿器(6)、送风格栅(9)依次相连接；
所述的一级除湿器(5)、二级除湿器(6)分别连接淡水水箱(10)；
所述的二级除湿器(6)、冷却水循环泵(7)、冷凝器(12)依次相连接形成一闭环循环管路；
所述的压缩机(11)、冷凝器(12)、节流阀(13)、蒸发器(14)依次相连接形成一闭环循环管路；
所述的蒸发器(14)、冷却水循环泵(7)、海水加热器(2)依次相连接形成一闭环循环管路；
所述的加湿器(3)为逆流填料式；
所述的蒸汽压缩式热泵(1)是集成式冷水机组，所述的压缩机(11)是涡旋压缩机，膨胀装置是毛细管，蒸汽压缩式热泵(1)对外留有冷却水和冷冻水的进、回水接口。
2.根据权利1所述的基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，其特征在于，所述的加湿器(3)下侧布置有整流格栅，上侧布置有喷嘴，填料通过支架连接在加湿器(3)外壳；
所述的风机(4)为离心式风机；
所述的一级除湿器(5)为平板翅片管式换热器；
所述的二级除湿器(6)为平板翅片管式换热器；
所述的冷却水循环泵(7)和冷冻水循环泵(8)为离心泵。
3.根据权利1或2所述的基于蒸汽压缩式热泵技术的加湿除湿海水淡化与空调一体机，其特征在于，所述的海水加热器(2)为钛合金材质；
所述的加湿器(3)填料为聚丙烯材质；
所述的一级除湿器(5)采用钛管铝翅片；
所述的二级除湿器(6)采用铜管铝翅片；
所述的送风格栅(9)为PVC材质；
所述的淡水水箱(10)为PVC材质。
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胡松涛: ""热泵空调与海水淡化系统联合运行方式探讨"", 《暖通空调》 *

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