CN113479959A - 一种节能型海水淡化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型海水淡化装置及方法，包括海水罐、压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器和淡水罐，压缩机能够利用低温热能运行，压缩机内的工质通过工质管路依次与冷凝器和蒸发器连通并回流至压缩机内形成工质循环，冷凝器和蒸发器连通的工质管路上设置有节流阀，蒸发器的换热管的进液口与海水罐连通、出液口与淡水罐连通。本发明是基于热能驱动的蒸汽压缩式热泵的海水淡化装置，利用太阳能光热作为驱动热源，既减少了传统蒸馏法中海水淡化对化石能源的消耗和对环境的污染，也节省了传统热泵机组消耗大量电能的问题，间接降低了CO2的排放，可实现低温热能的梯级利用，提高能源的利用效率。

Description

一种节能型海水淡化装置及方法
技术领域
本发明涉及海水淡化的技术领域，特别是涉及一种节能型海水淡化装置及方法。
背景技术
随着经济的快速发展和全球人口的快速增加，淡水资源短缺及能源问题日益严重，海水淡化作为一种有效增补淡水的方式，已成为解决全球水资源危机的重要途径。
当前，海水淡化常规的方法有蒸馏法、离子交换法、反渗透法和冷冻法等，但使用这些方法进行工业化的海水淡化过程中都需要消耗大量化石能源，进而产生温室气体、环境污染等问题。将回收低温余热或者可再生能源(太阳能、地热能等)的热泵技术与海水淡化密切融合起来，不仅能够节能减排，也可部分解决地域性缺水问题，是一种高效有潜力的技术。但传统的蒸汽压缩式热泵需消耗大量的电能，其耗电量约占全世界发电量的15％，间接导致大量CO2的排放。因此，若能利用低温热能(余热、太阳能等)，作为驱动热源，实现海水淡化，不仅可减少能量的消耗降低污染，还可回收余热或者利用可再生能源，可兼顾解决环境与发展的矛盾，亦可缓解淡水缺乏的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型海水淡化装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使化石能源的消耗减少，合理利用低温热能，可减少环境热污染，提高能源利用效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种节能型海水淡化装置，包括海水罐、压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器和淡水罐，所述压缩机能够利用低温热能运行，所述压缩机内的工质通过工质管路依次与所述冷凝器和所述蒸发器连通并回流至所述压缩机内形成工质循环，所述冷凝器和所述蒸发器连通的工质管路上设置有所述节流阀，所述蒸发器的换热管的进液口与所述海水罐连通、出液口与所述淡水罐连通。
优选的，所述冷凝器的换热管一端通过循环泵与所述海水罐连通、另一端通过回流管路与所述海水罐连通，所述循环泵与一控制器电连接。
优选的，所述海水罐上设置有压力传感器和温度传感器，所述海水罐与所述蒸发器连通的管路上设置有蒸汽流通阀，蒸汽流通阀为电磁阀，所述压力传感器、所述温度传感器和所述蒸汽流通阀分别与所述控制器电连接。
优选的，所述海水罐的上部设置有进水管、底部设置有排水管、内部设置有液位计，所述进水管上设置有进水阀，所述排水管上设置有排水阀，所述进水阀和所述排水阀均为电磁阀，所述液位计、所述进水阀和所述排水阀均与所述控制器电连接。
优选的，所述蒸发器的出液管上设置有排液支管和集水管，所述集水管通过集水阀门与所述淡水罐连通，所述排液支管上设置有排液阀门，所述排液阀门为电磁阀且与所述控制器电连接。
优选的，所述压缩机为努森压缩机，且所述努森压缩机的微通道采用多级并联和多级串联的方式设置，所述努森压缩机的热腔分别连接有进液管和出液管。
优选的，所述出液管上设置有两条支路，一条支路直接出液、另一条支路经过所述蒸发器并与所述排液支管连通，每个支路上分别设置有一阀门，两个阀门分别为一级循环阀门和二级利用阀门，所述一级循环阀门和所述二级利用阀门为电磁阀且与所述控制器电连接。
优选的，所述低温热能为工业余热或者太阳能。
本发明还包括一种节能型海水淡化方法，基于上述的节能型海水淡化装置，先关闭一级循环阀门和蒸汽流通阀，打开二级利用阀门、循环泵和排液阀门，努森压缩机利用废液中的低温热源驱动运行，蒸发器再次利用所述废液中的余热进行换热利用，最终在排液支路上排出所述废液，海水罐中海水利用冷凝器中的换热进行预热，使海水蒸发产生水蒸气，当温度和气压达到设定温度时，控制器打开一级循环阀门、蒸汽流通阀和集水阀门，关闭二级利用阀门和排液阀门，水蒸气经过所述蒸发器的换热冷凝至淡水罐中。
优选的，所述控制器根据液位计实时监测所述海水罐中液位，当海水低于控制器中液位设定的最低值时，先控制排水阀打开，将含盐量高的海水全部排出，关闭排水阀，再控制进水阀打开注入新的海水，直至到达控制器中液位设定的最大值，关闭进水阀，往复循环。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明是一种基于热能驱动的蒸汽压缩式热泵的海水淡化装置，利用低温热能作为驱动热源，既减少了传统蒸馏法中海水淡化对化石能源的消耗和对环境的污染，也节省了传统热泵机组消耗大量电能的问题，间接降低了CO2的排放，可实现低温热能的梯级利用，可减少环境热污染，提高能源的利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明节能型海水淡化装置的结构示意图；
图2为本发明中努森压缩机的微通道多级并联和多级串联的结构示意图；
其中：1-压缩机，2-冷凝器，3-节流阀，4-蒸发器，5-海水罐，6-循环泵，7-淡水罐，8-温度传感器，9-压力传感器，10-液位计，11-蒸汽流通阀，12-排水阀，13-进水阀，14-集水阀门，15-排液阀门，16-一级循环阀门，17-二级利用阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种节能型海水淡化装置及方法，以解决现有技术存在的问题，使化石能源的消耗减少，合理利用低温热能，可减少环境热污染，提高能源利用效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图2所示：本实施例提供了一种节能型海水淡化装置，包括海水罐5、压缩机1、蒸发器4、节流阀3、冷凝器2和淡水罐7，压缩机1能够利用低温热能运行，压缩机1内的工质通过工质管路依次与冷凝器2和蒸发器4连通并回流至压缩机1内形成工质循环，冷凝器2和蒸发器4连通的工质管路上设置有节流阀3，蒸发器4的换热管的进液口与海水罐5连通、出液口与淡水罐7连通。考虑到海水的腐蚀性，为便于换热器的清洗，蒸发器4和冷凝器2均采用管壳式换热器，海水走管程，工质走壳程。
冷凝器2的换热管一端通过循环泵6与海水罐5连通、另一端通过回流管路与海水罐5连通，循环泵6与一控制器电连接，海水利用冷凝器2中的换热进行预热。海水罐5上设置有压力传感器9和温度传感器8，海水罐5与蒸发器4连通的管路上设置有蒸汽流通阀11，蒸汽流通阀11为电磁阀，压力传感器9、温度传感器8和蒸汽流通阀11分别与控制器电连接。海水罐5的上部设置有进水管、底部设置有排水管、内部设置有液位计10，进水管上设置有进水阀13，排水管上设置有排水阀12，进水阀13和排水阀12均为电磁阀，液位计10、进水阀13和排水阀12均与控制器电连接。海水罐5上设置有压力和温度示数达到水的沸点温度，即有水蒸气产生时，开启蒸汽流通阀11进入海水的蒸发阶段。
蒸发器4的出液管上设置有排液支管和集水管，集水管通过集水阀门14与淡水罐7连通，排液支管上设置有排液阀门15，排液阀门15为电磁阀且与控制器电连接。低温余热流经蒸发器4，实现热量的梯级利用。
压缩机1为努森压缩机，且努森压缩机的微通道采用多级并联和多级串联的方式设置，努森压缩机的热腔分别连接有进液管和出液管。低温热能为工业余热或者太阳能。压缩机1为努森压缩机，努森压缩机优选采用冷腔、微通道(或微孔)和热腔的设计方式，低温热源进入到努森压缩机的热腔与热腔的工质进行(不直接接触)换热。考虑到热泵机组的工质流量和升压的需求，努森压缩机的微通道采用多级串、并联的方式设置，考虑到海水的沸点温度，用于热泵机组循环的工质可采用水、R245fa、R236fa或R245ca等。
出液管上设置有两条支路，一条支路直接出液、另一条支路经过蒸发器4并与排液支管连通，每个支路上分别设置有一阀门，两个阀门分别为一级循环阀门16和二级利用阀门17，一级循环阀门16和二级利用阀门17为电磁阀且与控制器电连接。
本发明还包括一种节能型海水淡化方法，基于上述的节能型海水淡化装置，控制器先关闭一级循环阀门16和蒸汽流通阀11，打开二级利用阀门17、循环泵6和排液阀门15，努森压缩机利用废液中的低温热源驱动运行，蒸发器4再次利用废液中的余热进行换热利用，最终在排液支路上排出废液，海水罐5中海水利用冷凝器2中的换热进行预热，使海水蒸发产生水蒸气，当温度和气压达到设定温度时，控制器打开一级循环阀门16、蒸汽流通阀11和集水阀门14，关闭二级利用阀门17和排液阀门15，水蒸气经过蒸发器4的换热冷凝至淡水罐7中。
控制器根据液位计10实时监测海水罐5中液位，当海水低于控制器中液位设定的最低值时，先控制排水阀12打开，将含盐量高的海水全部排出，关闭排水阀12，再控制进水阀13打开注入新的海水，直至到达控制器中液位设定的最大值，关闭进水阀13，往复循环。
本实施例是一种基于热能驱动的蒸汽压缩式热泵的海水淡化装置，利用低温热源作为驱动热源，既减少了传统蒸馏法中海水淡化对化石能源的消耗和对环境的污染，也节省了传统热泵机组消耗大量电能的问题，间接降低了CO2的排放，可实现低温热源(工业余热或太阳能)的梯级利用，可减少环境热污染，提高了能源的利用效率。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种节能型海水淡化装置，其特征在于：包括海水罐、压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器和淡水罐，所述压缩机能够利用低温热能运行，所述压缩机内的工质通过工质管路依次与所述冷凝器和所述蒸发器连通并回流至所述压缩机内形成工质循环，所述冷凝器和所述蒸发器连通的工质管路上设置有所述节流阀，所述蒸发器的换热管的进液口与所述海水罐连通、出液口与所述淡水罐连通。
2.根据权利要求1所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝器的换热管一端通过循环泵与所述海水罐连通、另一端通过回流管路与所述海水罐连通，所述循环泵与一控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述海水罐上设置有压力传感器和温度传感器，所述海水罐与所述蒸发器连通的管路上设置有蒸汽流通阀，蒸汽流通阀为电磁阀，所述压力传感器、所述温度传感器和所述蒸汽流通阀分别与所述控制器电连接。
4.根据权利要求2所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述海水罐的上部设置有进水管、底部设置有排水管、内部设置有液位计，所述进水管上设置有进水阀，所述排水管上设置有排水阀，所述进水阀和所述排水阀均为电磁阀，所述液位计、所述进水阀和所述排水阀均与所述控制器电连接。
5.根据权利要求2所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述蒸发器的出液管上设置有排液支管和集水管，所述集水管通过集水阀门与所述淡水罐连通，所述排液支管上设置有排液阀门，所述排液阀门为电磁阀且与所述控制器电连接。
6.根据权利要求5所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述压缩机为努森压缩机，且所述努森压缩机的微通道采用多级并联和多级串联的方式设置。
7.根据权利要求6所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述努森压缩机的热腔分别连接有进液管和出液管，所述出液管上设置有两条支路，一条支路直接出液、另一条支路经过所述蒸发器并与所述排液支管连通，每个支路上分别设置有一阀门，两个阀门分别为一级循环阀门和二级利用阀门，所述一级循环阀门和所述二级利用阀门为电磁阀且与所述控制器电连接。
8.根据权利要求1所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：所述低温热能为工业余热或者太阳能。
9.一种节能型海水淡化方法，基于权利要求1-8中任意一项所述的节能型海水淡化装置，其特征在于：控制器先关闭一级循环阀门和蒸汽流通阀，打开二级利用阀门、循环泵和排液阀门，努森压缩机利用废液中的低温热源驱动运行，蒸发器再次利用所述废液中的余热进行换热利用，最终在排液支路上排出所述废液，海水罐中海水利用冷凝器中的换热进行预热，使海水蒸发产生水蒸气，当温度和气压达到设定温度时，控制器打开一级循环阀门、蒸汽流通阀和集水阀门，关闭二级利用阀门和排液阀门，水蒸气经过所述蒸发器的换热冷凝至淡水罐中。
10.根据权利要求9所述的节能型海水淡化方法，其特征在于：所述控制器根据液位计实时监测所述海水罐中液位，当海水低于控制器中液位设定的最低值时，先控制排水阀打开，将含盐量高的海水全部排出，关闭排水阀，再控制进水阀打开注入新的海水，直至到达控制器中液位设定的最大值，关闭进水阀，往复循环。
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