CN207904067U - 膜式加湿器及其海水淡化装置和动力联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种膜式加湿器及其海水淡化装置和动力联产系统。膜式加湿器，包括整体呈管状的空气流道，液体流道包括N个由中空纤维膜管制成的液体子流道，N≥1；每个液体子流道均为由多根中空纤维膜管组成的管束，属于同一管束的中空纤维膜管构成以相应液体子流道的轴线为中心的纺锤形。海水淡化装置包括依次连通并形成循环的冷凝减湿器、冷凝器和上述膜式加湿器。而动力联产系统则包括喷射制冷循环模块、制热模块、上述海水淡化装置及涡轮发电模块，同时实现了海水中水分运载用空气和蒸汽的循环利用，提高了能源的利用率，具有资源利用率高且环境友好等优点。

Description

膜式加湿器及其海水淡化装置和动力联产系统

技术领域

本实用新型属于传质传热技术领域，具体涉及一种膜式加湿器及其海水淡化装置和动力联产系统。

背景技术

伴随着人类社会的迅速发展，化石燃料的大量使用造成严重的能源短缺问题和环境问题，人类对社会可持续发展的要求使其必须重视并尽快解决以上问题，使用中低温热源和更高效的多联产系统变得越来越重要。

19世纪30年代喷射器作为制冷装置有过短暂的繁荣，然而蒸汽压缩制冷系统表现出的高效率几乎彻底取代了喷射器在制冷系统中应用。20世纪中期随着能源问题以及环境问题的日益显著，清洁可靠的制冷系统能够重新进入人们的视野，作为最主要的两种制冷系统，喷射器制冷系统的效率虽然比吸收式制冷系统的效率要低，但其直接利用绿色环保工程，且因装置几乎无需维护以及尺寸较小的特点获得了更多的关注。此外，这些系统能够利用低温度热源(低于350K)，如太阳能、地热能和工业过程中废弃的废热。

淡水资源是人类生存与发展的最重要物质基础之一，海水淡化和废水净化技术正逐步成为解决淡水资源短缺的重要手段。

海水淡化又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的过程，常用的海水淡化方法有热法和膜法两种。膜法的反渗透技术是一种利用半透膜的选择透过性，在外加高压的条件下使水逆浓度梯度透过半透膜，而使盐分和杂质留在膜的另一侧的技术。反渗透法一般由电能和机械能驱动，系统需要维持较高的运行压力，对设备的耐压能力要求很高，同时需要消耗大量的高品位能源，并且海水的淡水产率较低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提出一种膜式加湿器及其海水淡化装置和动力联产系统，克服现有技术中存在的完全使用电、化石燃料的能源弊端，改变现有集热后直接高温蒸发海水的水盐分离膜式，提高淡水的产出效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

膜式加湿器，包括整体呈管状的空气流道，还包括液体流道，所述液体流道包括N个由中空纤维膜管制成的液体子流道，N≥1；所述液体子流道位于所述空气流道内部，各个所述液体子流道的轴线与所述空气流道的轴线垂直，所述液体子流道的一端与进液总管连通，另一端与出液总管连通，所述进液总管的进口和出液总管的出口穿出所述的空气流道。

进一步，每个液体子流道均为由多根中空纤维膜管组成的管束，上述中空纤维膜管的中部向远离所在管束的轴线方向弯曲，属于同一管束的中空纤维膜管的中部互不接触，以使属于同一管束的中空纤维膜管构成以相应液体子流道的轴线为中心的纺锤形。

更进一步，当N≥3时，所述管束等距间隔设置。

再进一步，相邻两管束的轴线在垂直于所述空气流道轴线的平面上的投影不重合。

海水淡化装置，包括冷凝减湿器、冷凝器和膜式加湿器，所述膜式加湿器为权利要求1-4任一所述的膜式加湿器；所述冷凝减湿器的管程的进口与所述海水进水管连通；所述冷凝器为换热器，该换热器包括加热流道和被加热流道，所述被加热流道的进口与通过管道与所述冷凝减湿器的管程的出口连通，所述被加热流道的出口与所述膜式加湿器的进液总管连通；所述膜式加湿器的出液总管与浓缩海水卤排出管连通；所述膜式加湿器的空气流道的两端分别与所述冷凝减湿器的壳程的进口和出口连通；所述冷凝减湿器的壳程底部开口排水口，以排出冷凝产生的淡水。

动力联产系统，包括喷射制冷循环模块和权利要求5所述的海水淡化装置；所述喷射制冷循环模块包括喷射器、膨胀阀和蒸发器，所述蒸发器为换热器，包括一个用于蒸发制冷的蒸发流道和一个用于冷却液体的冷却流道；所述喷射器的进口与蒸汽输送管的出口端连通，所述喷射器的出口通过管道与所述冷凝器的加热流道的进口连通，所述冷凝器的加热流道的出口通过冷凝液输送管与所述蒸发器的蒸发流道的进口连通，所述膨胀阀设置在所述的冷凝液输送管上，所述蒸发器的蒸发流道的出口通过管道与所述喷射器的进口连通。

进一步，还包括制热模块，所述制热模块包括分流器和热交换器；所述分流器上设置有一个蒸汽进口和两个蒸汽出口，所述热交换器包括两个换热流道；所述分流器的蒸汽进口通过管道与所述喷射器的出口连通，一个蒸汽出口通过管道与所述冷凝器的加热流道的进口连通，另一个蒸汽出口通过热源输送管与所述热交换器的一个换热流道的入口连通，该换热流道的出口与所述冷凝器和膨胀阀之间的所述冷凝液输送管连通；在所述的热源输送管上设置有阀门，以控制制热模块的运行。

进一步，还包括涡轮发电模块，所述涡轮发电模块包括蒸汽发生器和涡轮机；所述蒸汽发生器上设置有用于引入水的进水口，所述蒸汽发生器的出汽口与所述涡轮机的进汽口连通，所述涡轮机的排汽口与所述蒸汽输送管的进口端连通。

更进一步，所述进水口通过进水管与所述的冷凝液输送管连通，在所述的冷凝液输送管上设置有液泵。

与现有的技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的膜式加湿器是一种中空纤维膜加湿器，分为液体流道和空气流道，空气流道为圆柱型流道，而液体流道为多个中空纤维膜管束以径向方向插入安装在空气流道中，纺锤形管束的截面布满空气流道，强化了空气流动，增加了湍流程度，提高了传质传热的效率。

2、本实用新型的海水淡化装置以膜式加湿器为核心部件，利用中空纤维膜管的特殊性质，用海水中的水分给空气加湿，再利用海水为加湿空气降温，使加湿空气中的水分冷凝成液相而制得淡水。空气可以循环利用，此外，空气在减湿冷凝器中还可以为海水预热，以节省能源。

3、本实用新型的动力联产系统包括喷射器制冷循环模块、制热模块、海水淡化装置及涡轮发电模块，创造性地将制冷、制热、海水淡化和发电功能融为一体，同时实现了海水中水分运载用空气和蒸汽的循环利用，提高了能源的利用率，具有资源利用率高且环境友好等优点。

附图说明

图1为本实用新型的膜式加湿器的结构示意图；

图2为本实用新型的膜式加湿器的截面示意图；

图3为本实用新型的海水淡化装置的结构示意图；

图4为本实用新型的动力联产系统的结构示意图。

附图中：1—热交换器；2—海水进水管；3—冷凝减湿器；4—阀门；5—分流器；6—喷射器；7—涡轮机；8—蒸汽发生器；9—液泵；10—冷凝器；11—膨胀阀；13—排水口；15—浓缩海水卤排出管；16—膜式加湿器；17—蒸发器；18—进液总管；19—出液总管；20—管束；21—空气流道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1、2所示，膜式加湿器，包括整体呈管状的空气流道21，还包括液体流道，所述液体流道包括N个由中空纤维膜管制成的液体子流道，N≥1；所述液体子流道位于所述空气流道21内部，各个所述液体子流道的轴线与所述空气流道21的轴线垂直，所述液体子流道的一端与进液总管18连通，另一端与出液总管19连通，所述进液总管18的进口和出液总管19的出口穿出所述的空气流道21。

所述进液总管18和出液总管19均为盲管，进液总管18的进口端和出液总管19的出口端开口，另一端封闭。

空气流道21外壁为圆柱形，液体流道由中空纤维膜管束20组成，以空气流道21径向方向插入安装于空气流道21，从而空气在流道中横掠冲刷纤维膜管束20进行传质。经过加热的海水等溶液(在图2中，箭头代表其进、出方向)可以从进液总管18流入，然后分别流入各个中空纤维膜管中，最后从出液总管19流出，干空气从空气流道21入口进入，然后横掠冲刷中空纤维膜管，最后从空气流道21出口流出，在此过程中，海水中水蒸汽在蒸汽压差的作用下透过中空纤维膜管进入到空气流道21中被流过的干空气带走，实现空气的加湿过程。

作为优化，如图1、2所示，每个液体子流道均为由多根中空纤维膜管组成的管束20，上述中空纤维膜管的中部向远离所在管束20的轴线方向弯曲，属于同一管束20的中空纤维膜管的中部互不接触，以使属于同一管束20的中空纤维膜管构成以相应液体子流道的轴线为中心的纺锤形。中空纤维膜管具有半透性，其允许水蒸汽通过而阻止其他物质通过。为了增加两流道之间的传质，将管束20致成纺锤形，同时使纺锤形管束20的截面尽量布满空气流道21，从而减少空气因走最外层管子与空气流道21壁面之间的旁路而降低传质效率。

作为进一步优化，当N≥3时，所述管束20等距间隔设置。其中管束20的数量可根据处理量的不同而选择。

作为更进一步优化，相邻两管束20的轴线在垂直于所述空气流道21轴线的平面上的投影不重合。相邻两个管束20在径向方向成一定角度，并非平行结构，这样可以进一步使中空纤维膜管更均匀地分布在空气流道21中，以提高传质传热效率。

如图3所示，海水淡化装置，包括冷凝减湿器3、冷凝器10和膜式加湿器16，所述膜式加湿器16为上述膜式加湿器16；所述冷凝减湿器3的管程的进口与所述海水进水管2连通；所述冷凝器10为换热器，该换热器包括加热流道和被加热流道，所述被加热流道的进口与通过管道与所述冷凝减湿器3的管程的出口连通，所述被加热流道的出口与所述膜式加湿器16的进液总管18连通；所述膜式加湿器16的出液总管19与浓缩海水卤排出管15连通；所述膜式加湿器16的空气流道21的两端分别与所述冷凝减湿器3的壳程的进口和出口连通；所述冷凝减湿器3的壳程底部开口排水口13，以排出冷凝产生的淡水。

新鲜海水流入冷凝减湿器3中进行预热，预热后的海水经过冷凝器10进行加热，接着流入膜式加湿器16，热海水表面蒸汽压大于干空气的蒸汽压，当加热后的海水通过加湿器的液体流道时，海水中水分会在压力差的作用下透过半透膜而进入空气流道21被流过的干空气带走，海水浓缩为海水卤而被排出加湿器。而干空气变为湿空气流入到冷凝减湿器3中，空气中蒸汽冷凝成淡水，同时冷凝放热对流入冷凝减湿器3的海水进行预热，之后湿空气变为干空气继续吹入膜式加湿器16，完成循环以持续工作。

如图4所示，动力联产系统，包括喷射制冷循环模块和上述海水淡化装置；所述喷射制冷循环模块包括喷射器6、膨胀阀11和蒸发器17，所述蒸发器17为换热器，包括一个用于蒸发制冷的蒸发流道和一个用于冷却液体的冷却流道；所述喷射器6的进口与蒸汽输送管的出口端连通，所述喷射器6的出口通过管道与所述冷凝器10的加热流道的进口连通，所述冷凝器10的加热流道的出口通过冷凝液输送管与所述蒸发器17的蒸发流道的进口连通，所述膨胀阀11设置在所述的冷凝液输送管上，所述蒸发器17的蒸发流道的出口通过管道与所述喷射器6的进口连通。

利用喷射器6使蒸汽的压力升至冷凝压力，不同于压缩制冷循环与吸收式制冷循环，当蒸汽压力升高至冷凝压力后进入冷凝器10中冷凝放热并冷凝为饱和液体，之后通过膨胀阀11将压力降低至蒸发压力，再在蒸发器17中蒸发制冷，蒸发后的蒸汽回到喷射器6的吸入腔，完成喷射器6制冷的循环。

作为优化，还包括制热模块，所述制热模块包括分流器5和热交换器1；所述分流器5上设置有一个蒸汽进口和两个蒸汽出口，所述热交换器1包括两个换热流道；所述分流器5的蒸汽进口通过管道与所述喷射器6的出口连通，一个蒸汽出口通过管道与所述冷凝器10的加热流道的进口连通，另一个蒸汽出口通过热源输送管与所述热交换器1的一个换热流道的入口连通，该换热流道的出口与所述冷凝器10和膨胀阀11之间的所述冷凝液输送管连通；在所述的热源输送管上设置有阀门4，以控制制热模块的运行。

当热源充足时，启动制热模块，以提高热源的利用率，当热源不足时，则可关闭，以保证喷射器6制冷循环模块的正常运行。

作为优化，还包括涡轮发电模块，所述涡轮发电模块包括蒸汽发生器8和涡轮机7；所述蒸汽发生器8上设置有用于引入水的进水口，所述蒸汽发生器8的出汽口与所述涡轮机7的进汽口连通，所述涡轮机7的排汽口与所述蒸汽输送管的进口端连通。

这样可以充分利用涡轮发电之后的蒸汽，以回收蒸汽和显热。

作为进一步优化，所述进水口通过进水管与所述的冷凝液输送管连通，在所述的冷凝液输送管上设置有液泵9。这样可以对冷凝后的得到水进行循环利用，避免物质损失，提高利用率。

系统运行时，热空气通过蒸汽发生器8为其提供热量使得蒸汽发生器8中的水蒸发而产生过热蒸汽，然后过热蒸汽流经涡轮机7并膨胀做功使涡轮机7发电，然后膨胀后的蒸汽进入喷射器6作为主射流进入主喷嘴，膨胀到至比蒸发器17更低的压力，主喷嘴出口与蒸发器17之间的压力差使得流出蒸发器17的蒸汽通过喷射器6的吸入腔进入喷射器6，然后两股蒸汽在喷射器6的混合区进行混合，接着经过喷射器6的扩压段将压力增加到冷凝压力，之后流出至分流器5中，可根据需求将蒸汽分为两部分，其中一部分流入到冷凝器10中冷凝放热从而为海水淡化模块提供热量，另一部分通过打开阀门4让其流至热交换器1中，与流入热交换器1另一流道的冷流体进行热交换而完成制热，然后流出热交换器1与冷凝器10中蒸汽冷凝成的饱和液体再次汇成一股流体，之后该股流体分为两部分，其中一部分由液泵9输送回蒸汽发生器8中，另一部分流入膨胀阀11中将压力降至蒸发压力，然后流入蒸发器17中进行蒸发吸热，对待冷却物质进行冷却，之后蒸汽在压力差的作用下流至喷射器6的吸入腔。该系统的运行中包括了喷射器6制冷循环、制热循环、海水淡化循环及涡轮发电四个模块的循环工作。

本实用新型的上述实施例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.膜式加湿器，包括整体呈管状的空气流道，其特征在于，还包括液体流道，所述液体流道包括N个由中空纤维膜管制成的液体子流道，N≥1；所述液体子流道位于所述空气流道内部，各个所述液体子流道的轴线与所述空气流道的轴线垂直，所述液体子流道的一端与进液总管连通，另一端与出液总管连通，所述进液总管的进口和出液总管的出口穿出所述的空气流道。

2.根据权利要求1所述的膜式加湿器，其特征在于，每个液体子流道均为由多根中空纤维膜管组成的管束，上述中空纤维膜管的中部向远离所在管束的轴线方向弯曲，属于同一管束的中空纤维膜管的中部互不接触，以使属于同一管束的中空纤维膜管构成以相应液体子流道的轴线为中心的纺锤形。

3.根据权利要求2所述的膜式加湿器，其特征在于，当N≥3时，所述管束等距间隔设置。

4.根据权利要求3所述的膜式加湿器，其特征在于，相邻两管束的轴线在垂直于所述空气流道轴线的平面上的投影不重合。

5.海水淡化装置，其特征在于，包括冷凝减湿器、冷凝器和膜式加湿器，所述膜式加湿器为权利要求1-4任一所述的膜式加湿器；所述冷凝减湿器的管程的进口与所述海水进水管连通；所述冷凝器为换热器，该换热器包括加热流道和被加热流道，所述被加热流道的进口与通过管道与所述冷凝减湿器的管程的出口连通，所述被加热流道的出口与所述膜式加湿器的进液总管连通；所述膜式加湿器的出液总管与浓缩海水卤排出管连通；

所述膜式加湿器的空气流道的两端分别与所述冷凝减湿器的壳程的进口和出口连通；所述冷凝减湿器的壳程底部开口排水口，以排出冷凝产生的淡水。

6.动力联产系统，其特征在于，包括喷射制冷循环模块和权利要求5所述的海水淡化装置；所述喷射制冷循环模块包括喷射器、膨胀阀和蒸发器，所述蒸发器为换热器，包括一个用于蒸发制冷的蒸发流道和一个用于冷却液体的冷却流道；所述喷射器的进口与蒸汽输送管的出口端连通，所述喷射器的出口通过管道与所述冷凝器的加热流道的进口连通，所述冷凝器的加热流道的出口通过冷凝液输送管与所述蒸发器的蒸发流道的进口连通，所述膨胀阀设置在所述的冷凝液输送管上，所述蒸发器的蒸发流道的出口通过管道与所述喷射器的进口连通。

7.根据权利要求6所述的动力联产系统，其特征在于，还包括制热模块，所述制热模块包括分流器和热交换器；所述分流器上设置有一个蒸汽进口和两个蒸汽出口，所述热交换器包括两个换热流道；所述分流器的蒸汽进口通过管道与所述喷射器的出口连通，一个蒸汽出口通过管道与所述冷凝器的加热流道的进口连通，另一个蒸汽出口通过热源输送管与所述热交换器的一个换热流道的入口连通，该换热流道的出口与所述冷凝器和膨胀阀之间的所述冷凝液输送管连通；在所述的热源输送管上设置有阀门，以控制制热模块的运行。

8.根据权利要求6所述的动力联产系统，其特征在于，还包括涡轮发电模块，所述涡轮发电模块包括蒸汽发生器和涡轮机；所述蒸汽发生器上设置有用于引入水的进水口，所述蒸汽发生器的出汽口与所述涡轮机的进汽口连通，所述涡轮机的排汽口与所述蒸汽输送管的进口端连通。

9.根据权利要求8所述的动力联产系统，其特征在于，所述进水口通过进水管与所述的冷凝液输送管连通，在所述的冷凝液输送管上设置有液泵。