CN112850826B - 一种多级气液分离式热泵海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水淡化技术领域，更具体地，涉及一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，热交换蒸发器与冷凝器形成循环回路连通，持续进行热交换，冷凝器中气体液化放热，温度升高，未淡化的海水从海水入口进入冷凝器，在放热温度下得到预热。预热后的海水进入海水蒸发器进行加热蒸发。在海水蒸发器的流动路径上依次设有多个分液出口，各分液出口均接有气液分离机构，气液分离机构对分液出口流出的蒸发海水进行分液，蒸发出来的气相淡水经气液分离机构进入气液喷射泵或热交换蒸发器，最后提供至淡水用户。另外的未蒸发海水重新进入海水蒸发器，继续进行蒸发，如此多级重复操作，最后剩下的卤水，也即浓海水，从卤水出口、浓海水排出口流出。

Description

一种多级气液分离式热泵海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，更具体地，涉及一种多级气液分离式热泵海水淡化装置。

背景技术

我国淡水资源缺乏，尤其在沿海工业城市人均水资源少，发展海水淡化技术成为当务之急。在现有的海水淡化技术中，蒸馏法淡化海水的技术被广泛应用。然而，这些蒸发淡化海水的技术大多存在着能源利用率不高，蒸发过程中由于蒸汽未能及时排出导致管路内换热不充分，压降损失较大等缺点。

公开号为CN104150548B的中国专利在2016年06月22日公开了一种海水淡化系统，冷凝器的顶部通过管道接真空装置，通过真空装置使冷凝器和蒸发器内获得一定的真空度，形成负压。在蒸发器内采用较低的压力和温度蒸发海水。该方案中使用真空装置配合蒸发器进行海水蒸发，但是所用的蒸发器只有一级蒸发，海水利用率较低，而且该系统未公开所得淡水的输出路径和蒸发后的浓海水利用情况。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，采用气液分离机构对海水蒸发器中的海水进行逐步多级分离，及时排出已蒸发的气相淡水，对未蒸发海水继续加热，最终达到高效排除蒸汽实现强化换热的目的，有效提高海水的利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，包括引入海水的海水入口和浓海水排出口，还包括冷凝器、海水蒸发器、热交换蒸发器、气液喷射泵和淡水箱，所述冷凝器一端与海水入口接通，另一端接通海水蒸发器，同时冷凝器与热交换蒸发器之间热交换式连通；所述海水蒸发器串联设有至少两个分液出口，各分液出口分别连接有气液分离机构，通过气液分离，部分海水蒸发排出，部分海水重新进入海水蒸发器；至少一个所述气液分离机构接通至气液喷射泵，至少一个所述气液分离机构接通至热交换蒸发器；所述海水蒸发器的卤水出口接通浓海水排出口；所述热交换蒸发器单独连通淡水箱，所述淡水箱的出水口接通各气液喷射泵，气相淡水和液相淡水通过气液喷射泵进行淡水输出。淡水箱用于暂时储存液相淡水，由气液喷射泵对气相、液相淡水混合并进行传输。

热交换蒸发器与冷凝器形成循环回路连通，持续进行热交换，冷凝器中气体液化放热，温度升高，未淡化的海水从海水入口进入冷凝器，在放热温度下得到预热。预热后的海水进入海水蒸发器进行加热蒸发。其中，在海水蒸发器的流动路径上依次设有多个分液出口，各分液出口均接有气液分离机构，气液分离机构对分液出口流出的蒸发海水进行分液，蒸发出来的气相淡水经气液分离机构进入气液喷射泵或热交换蒸发器，最后提供至淡水用户。另外的未蒸发海水重新进入海水蒸发器，继续进行蒸发，如此多级重复操作，最后剩下的卤水，也即浓海水，从卤水出口、浓海水排出口流出。

进一步地，还包括回热器，所述回热器包括预热路径和冷却路径，所述预热路径两端分别接通冷凝器、海水蒸发器，用于预热未淡化的海水；所述冷却路径两端分别接通海水蒸发器液相出口、浓海水排出口，用于冷却并排出已淡化的海水。回热器将卤水中的热量用于进一步预热海水，实现耗功的减小，也提高能源利用率。海水流入冷凝器和回热器进行预热，预热完成后流入海水蒸发器中进行蒸发淡化。

进一步地，所述气液分离机构包括联箱、盲板、网板和分液隔板，所述盲板、网板、分液隔板由上至下依次设置于联箱内，相邻之间相隔形成独立区域，透过分液隔板落下的海水重新进行海水蒸发器；所述分液出口接通至网板、分液隔板之间区域，所述气液喷射泵或热交换蒸发器接通至盲板、网板之间区域。本装置中各个气液分离机构可组装为一体，与各个分液出口结构配合。

进一步地，所述气液分离机构接通热交换蒸发器的路径上设有用于控制的流量调节阀。流量调节阀用于灵活调节该路径上气相淡水的流量。

进一步地，所述冷凝器与热交换蒸发器的热交换式连通路径上设有压缩机和节流阀，所述压缩机设于热交换蒸发器流向冷凝器的路径，所述节流阀设于冷凝器流向热交换蒸发器的路径。冷凝器与热交换蒸发器的热交换式连通，整体形成热泵部分，压缩机和节流阀为常用的热泵部件，为公知的现有技术，此处不详细描述其功能作用。

进一步地，所述分液隔板设有若干分液通孔，所述分液通孔均匀排布。所述盲板、网板、分液隔板相互平行。通过合理设置分液通孔的孔径、位置、孔型和孔厚，可调节分液隔板上液膜堆积的高度，从而实现在分液通孔上形成稳定液封，达到“阻汽分液”的目的。同时，通过合理设置网板的网孔大小，可调节网板对夹带液滴的拦截量，实现“阻液分汽”，及时排走蒸汽，提高海水蒸发器的换热性能。与普通换热器相比，具有更好的换热能力。海水蒸发器用于蒸发海水的热源来自于工业余热等低品位热源，在实现了能量充分利用的同时减小了环境污染。

进一步地，所述网板为金属丝网。金属丝网的网孔大小可根据实际选定。

进一步地，所述海水蒸发器包括四个分液出口，其中两个分液出口通过气液分离机构接通气液喷射泵，另外两个分液出口通过气液分离机构接通热交换蒸发器。海水蒸发器中设有四个蒸发管程，分液出口对应的是管程出口，卤水出口设于最后一个管程出口之后。

进一步地，还包括用于储存海水的供料箱，所述海水入口为供料箱的出水口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，采用多级蒸发，并利用气液分离原理在每一管程及时排出蒸汽，降低下一管程中海水的干度，减少了蒸发壁面蒸汽的聚集，降低海水与换热管间的热阻，实现强化传热。

而且，在气液分离机构内设置金属丝网和分液通孔，可实现在气相出口“阻汽排液”和在液相出口“阻液排汽”，达到高效气液分离的目的。分液通孔将水蒸气从海水蒸发器分离出来，一部分水蒸气在热交换蒸发器中集中处理，起到强化传热，提高效率，减少耗材等效果，同时通过管路设计将热泵部分的热量和冷量分别用于蒸汽冷凝和海水预热，使能量得到充分利用。另一部分水蒸气通过气液喷射泵引射淡水箱出口的淡水，以此代替水泵，减少电能消耗，向淡水用户提供淡水。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体连接结构示意图。

图2是本发明实施例1的气液分离机构结构图。

图3是本发明实施例1的网板示意图。

图4是本发明实施例1的分液隔板示意图。

图5是本发明实施例1的盲板示意图。

其中，1冷凝器，2海水蒸发器，3热交换蒸发器，4气液喷射泵，5淡水箱，6气液分离机构，61联箱，62盲板，63网板，64分液隔板，7回热器，8流量调节阀，9压缩机，10节流阀，11供料箱。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，包括冷凝器1、海水蒸发器2、热交换蒸发器3、回热器7、气液喷射泵4和淡水箱5，并同时设有引入海水的海水入口和浓海水排出口。

其中，冷凝器1设有预热入口、预热出口、冷凝入口和冷凝出口，其中预热入口与海水入口接通，预热出口接通海水蒸发器2。冷凝入口、冷凝出口分别接通热交换蒸发器3，与热交换蒸发器3之间热交换式连通，形成循环回路连通，持续进行热交换。因为冷凝器1进行热交换时，气体液化放热，温度升高，未淡化的海水从海水入口进入冷凝器1，在该放热温度下得到预热。

同时，回热器7位于冷凝器1的下游工序，回热器7包括预热路径和冷却路径，预热路径进、出口分别接通冷凝器1、海水蒸发器2，用于预热未淡化的海水。冷却路径进出口分别接通海水蒸发器2卤水出口、浓海水排出口，用于冷却并排出已淡化的海水。回热器7内，高温卤水从回热器7的冷却路径入口中流入，在回热器7内预热海水，在完成换热后从冷却路径出口流出。低温海水从回热器7的预热路径入口流入，在回热器7内被高温卤水加热，在完成换热后从预热路径出口流出。回热器7利用卤水中的热量用于预热海水，实现耗功的减小。

本实施例中，海水蒸发器2中设有四个串联的蒸发管程，每个管程的出口即为分液出口，各分液出口分别连接有气液分离机构6，通过气液分离，部分海水蒸发排出，部分海水重新进入海水蒸发器2，而卤水出口设于最后一个管程出口之后。其中，两个气液分离机构6接通至气液喷射泵4，两个气液分离机构6接通至热交换蒸发器3。

海水蒸发器2包括了第一管程、第二管程、第三管程、第四管程，气液分离机构6分别设置在第一管程与第二管程之间、第二管程与第三管程之间、第三管程与第四管程之间、第四管程与卤水出口之间，如图1所示。

具体地，气液分离机构6包括联箱61、盲板62、网板63和分液隔板64，盲板62、网板63、分液隔板64由上至下依次设置于联箱61内，相邻之间相隔形成独立区域，分液出口接通至网板63、分液隔板64之间区域，气液喷射泵4或热交换蒸发器3接通至盲板62、网板63之间区域，透过网板63蒸发出去的蒸汽进入气液喷射泵4或热交换蒸发器3，透过分液隔板64落下的海水则重新进行海水蒸发器2，如图2所示。

其中，联箱61为圆柱形，各板也为圆形板，盲板62、网板63、分液隔板64相互平行，分液隔板64上设有若干分液通孔，各分液通孔均匀排布，网板63为金属丝网。各个气液分离机构6中的联箱61、盲板62、网板63、分液隔板64可组装为一体，并与各个分液出口结构配合，有效节省空间和材料，如图3-5所示。

加热蒸发的海水从分液出口进入到联箱61内，蒸汽透过高位的网板63排出，进入气液喷射泵4或热交换蒸发器3，剩余的液态海水透过低位的分液隔板64再次进入海水蒸发器2进行蒸发。通过合理设置分液通孔的孔径、位置、孔型和孔厚，可调节分液隔板64上液膜堆积的高度，从而实现在分液通孔上形成稳定液封，达到“阻汽分液”的目的。同时，通过合理设置网板63的网孔大小，可调节网板63对夹带液滴的拦截量，实现“阻液分汽”，及时排走蒸汽，提高海水蒸发器2的换热性能。与普通换热器相比，具有更好的换热能力。海水蒸发器2用于蒸发海水的热源来自于工业余热等低品位热源，在实现了能量充分利用的同时减小了环境污染。

另外，两个气液分离机构6排出的淡水蒸汽接通至气液喷射泵4，另外两个则接通至热交换蒸发器3。

热交换蒸发器3设有蒸发入口、蒸发出口、蒸汽冷凝入口和蒸汽冷凝出口。

蒸发入口的数量与气液分离机构6接通热交换蒸发器3的数量一致，蒸发入口接通对应的热交换蒸发器3，蒸发出口连通淡水箱5，淡水箱5的出水口则重新接回至各气液喷射泵4。气液喷射泵4共有两个引射入口和一个出口，一个引射入口连接气液分离机构6，一个引射入口连接淡水箱5，一个出口进行淡水输出。其中高压蒸汽从引射入口流入，淡水箱5出口的低压液态水从另一个引射入口流入，高压蒸汽引射低压液态水，两股流体在气液喷射泵4中先混合后扩压喷射至淡水用户，采用气液喷射泵4回收部分高压蒸汽中的能量，减小淡水终端泵的耗功，不消耗高品位电能而实现输出。

具体地，气液分离机构6接通热交换蒸发器3的路径上设有用于控制的流量调节阀8，用于控制最后进入淡水箱5的淡水量。

热交换蒸发器3的蒸汽冷凝入口接通冷凝器1的冷凝出口，蒸汽冷凝出口接通冷凝器1的冷凝入口，冷凝器1与热交换蒸发器3的热交换式连通路径上设有压缩机9和节流阀10，压缩机9设于热交换蒸发器3流向冷凝器1的路径，节流阀10则设于冷凝器1流向热交换蒸发器3的路径。冷凝器1与热交换蒸发器3的热交换式连通，整体形成热泵部分，压缩机9和节流阀10为常用的热泵部件，为公知的现有技术，此处不详细描述其功能作用。海水在冷凝器1中进行预热，实际上是利用了冷凝器1冷凝过程的液化放热产生的热量，本方案充分利用可重复能源，提高能源利用率。

此外，本实施例还包括用于储存海水的供料箱11，海水入口为供料箱11的出水口。

热交换蒸发器3与冷凝器1形成循环回路连通，持续进行热交换，冷凝器1中气体液化放热，温度升高，未淡化的海水从海水入口进入冷凝器1，在放热温度下得到预热。

第一次预热后的海水先进入到回热器7进行进一步的预热，回热器7是利用高温卤水的热量用于进一步预热海水，实现耗功的减小，提高能源利用率。预热完成后的海水流入海水蒸发器2，在海水发热器各个管程中进行加热蒸发，其中，在前两个分液出口通过气液分离机构6对蒸发海水进行分液，蒸汽排出至气液喷射泵4，剩余海水继续进入下一管程进行蒸发。在后两个分液出口通过气液分离机构6对蒸发海水进行分液，蒸汽排出至热交换蒸发器3，该部分蒸汽在热交换蒸发器3中液化冷凝之后，储存至淡水箱5中，剩余的卤水进入回热器7，最后从浓海水排出口流出。

气液喷射泵4一个引射入口连接气液分离机构6，一个引射入口连接淡水箱5，一个出口进行淡水输出，两股流体在气液喷射泵4中先混合后扩压喷射至淡水用户，采用气液喷射泵4回收部分高压蒸汽中的能量，减小淡水终端泵的耗功，不消耗高品位电能而实现输出。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，包括引入海水的海水入口和浓海水排出口，其特征在于：包括冷凝器(1)、海水蒸发器(2)、热交换蒸发器(3)、气液喷射泵(4)和淡水箱(5)，所述冷凝器(1)一端与海水入口接通，另一端接通海水蒸发器(2)，同时冷凝器(1)与热交换蒸发器(3)之间热交换式连通；所述海水蒸发器(2)串联设有至少两个分液出口，各分液出口分别连接有气液分离机构(6)，通过气液分离，部分海水蒸发排出，部分海水重新进入海水蒸发器(2)；至少一个所述气液分离机构(6)接通至气液喷射泵(4)，至少一个所述气液分离机构(6)接通至热交换蒸发器(3)；所述海水蒸发器(2)的卤水出口接通浓海水排出口；所述热交换蒸发器(3)单独连通淡水箱(5)，所述淡水箱(5)的出水口接通各气液喷射泵(4)，气相淡水和液相淡水通过气液喷射泵(4)进行淡水输出；

还包括回热器(7)，所述回热器(7)包括预热路径和冷却路径，所述预热路径两端分别接通冷凝器(1)、海水蒸发器(2)，用于预热未淡化的海水；所述冷却路径两端分别接通海水蒸发器(2)液相出口、浓海水排出口，用于冷却并排出已淡化的海水；

所述气液分离机构(6)包括联箱(61)、盲板(62)、网板(63)和分液隔板(64)，所述盲板(62)、网板(63)、分液隔板(64)由上至下依次设置于联箱(61)内，相邻之间相隔形成独立区域，透过分液隔板(64)落下的海水重新进行海水蒸发器(2)；

所述冷凝器(1)与热交换蒸发器(3)的热交换式连通路径上设有压缩机(9)和节流阀(10)，所述压缩机(9)设于热交换蒸发器(3)流向冷凝器(1)的路径，所述节流阀(10)设于冷凝器(1)流向热交换蒸发器(3)的路径。

2.根据权利要求1所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：所述分液隔板(64)设有若干分液通孔，所述分液通孔均匀排布。

3.根据权利要求1所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：所述气液分离机构(6)接通热交换蒸发器(3)的路径上设有用于控制的流量调节阀(8)。

4.根据权利要求3所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：所述盲板(62)、网板(63)、分液隔板(64)相互平行。

5.根据权利要求4所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：所述网板(63)为金属丝网。

6.根据权利要求1所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：所述海水蒸发器(2)包括四个分液出口，其中两个分液出口通过气液分离机构(6)接通气液喷射泵(4)，另外两个分液出口通过气液分离机构(6)接通热交换蒸发器(3)。

7.根据权利要求1所述的一种多级气液分离式热泵海水淡化装置，其特征在于：

还包括用于储存海水的供料箱(11)，所述海水入口为供料箱(11)的出水口。