專利名稱：熱泵式小型海水淡化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化裝置，具體是一種熱泵式小型海水淡化裝置。
背景技術：
淡水是人類日常生活、生產的重要資源，地球上的淡水儲量僅占全球總水量的2.53%，而且其中的68. 7%又屬于固體冰)11，分布在難以利用的高山和南、北兩極地區，還有一部分淡水埋藏于地下很深的地方，很難進行開采，因此，人類實際能夠利用的淡水只占全球總水量的O. 26%左右。隨著人口持續增長及工業生產的飛速發展，帶來了嚴重的淡水資源危機，如何開發淡水資源成了當代人類普遍關心的重大問題，在淡水資源的開發中，海水淡化成了極為重要的開源增量途徑。
海水淡化是利用海水脫鹽的方法生產淡水，常用的海水淡化技術為熱法海水淡化技術，主要有多效閃蒸法和低溫多效蒸餾法。多效閃蒸法是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水；低溫多效蒸餾法是將一系列壓力逐次降低的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用一定量的蒸汽輸入蒸發器內，通過多次的蒸發和冷凝，后面一效的蒸發溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。無論是多效閃蒸法還是低溫多效蒸餾法，都需要建成大規模的海水淡化裝置， 該裝置主要依賴熱電廠、煉鋼廠、化工廠等產生的余熱，在選址方面存在很大的局限性，而且由于該海水淡化裝置的規模大，必須要大批量的生產淡水，這樣才能有效降低每噸淡水的生產成本，因而這一特性決定了它們只能適合在大面積的區域內固定使用，不適用于在偏遠孤島、鄉村及船艦等小面積的區域內小規模、可移動的生產淡水，適用范圍具有很大的局限性，不夠實用。
中國專利文獻公開了 “一種熱泵式海水淡化裝置”(公開號CN201517039U，
公開日2010. 06. 30)，它包括熱泵系統和海水分離系統，熱泵系統包括壓縮機、第一級冷凝器、第二級冷凝器、節流器和蒸發器，海水分離系統包括密閉的海水槽、海水槽頂部設置有抽氣管，抽氣管安裝有真空泵，第一級冷凝器浸入海水槽中，真空泵的排出管道依次經過第二級冷凝器和蒸發器，管道內的水蒸汽與第二級冷凝器和蒸發器進行熱交換后冷卻成液態淡水，海水槽設有進水閥和排水閥。該海水淡化裝置雖然能夠適用于在海船等移動設備上小規模生產淡水，但其海水淡化過程是將海水水蒸汽采用電能驅動的兩級冷凝設備進行冷凝(即采用第二級冷凝器內的冷凝風扇對抽氣管中輸送的蒸汽進行第一次冷卻，使管道中形成水汽混合物，水汽混合物又經蒸發器進行第二次冷凝，最后冷卻成液體淡水)，這樣直接增加了海水淡化的電能消耗，進而增加了海水淡化成本；另外，冷卻成的液體淡水和分離出的濃鹽水均含有較高的余熱，未能利用這一余熱，造成了能源熱量浪費。發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種結構簡單、可移動性強、 適用范圍廣、能源利用率高、海水淡化成本低、可靠實用 的熱泵式小型海水淡化裝置。
本發明采用的技術方案是一種熱泵式小型海水淡化裝置，所述海水淡化裝置采用電能驅動；所述海水淡化裝置包括壓縮機、噴氣抽氣器、冷凝器、主蒸發器和射水抽氣器； 所述壓縮機用作向冷凝器提供高溫高壓的制冷劑氣體，壓縮機的排氣口通過壓縮排氣管線與冷凝器的進氣口連接，壓縮機的吸氣口通過壓縮吸氣管線與噴氣抽氣器的排氣口連接， 由噴氣抽氣器向壓縮機提供低溫低壓的制冷劑氣體；所述噴氣抽氣器的進氣口通過第一氣化制冷管線與主蒸發器的排氣口連接，噴氣抽氣器用作將主蒸發器內氣化形成的氣體吸入；所述冷凝器用作蒸發海水，冷凝器和主蒸發器裝配在共同的密封罩內，冷凝器的制冷劑出口通過第一液態制冷管線與主蒸發器的制冷劑入口連接，在冷凝器上還設有海水入口、 濃鹽水出口和蒸汽出口，冷凝器的海水入口通過淡化管線與海水管線連接，冷凝器的濃鹽水出口通過濃鹽水管線與射水抽氣器的抽濃鹽水口連接，冷凝器的蒸汽出口通過蒸汽通道與主蒸發器的蒸汽入口連接；所述主蒸發器用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸發器上還設有淡水出口，淡水出口上連接有淡水排放管線；所述射水抽氣器用作抽出密封罩內的濃鹽水和不凝氣，并制造、維持密封罩內的真空度，在射水抽氣器上還設有抽氣口、海水入口和鹽海水出口，射水抽氣器的抽氣口通過抽真空管線連接密封罩的真空抽口，射水抽氣器的海水入口通過制真空管線連接海水管線，射水抽氣器的鹽海水出口上連接有鹽海水排放管線。
所述海水淡化裝置還包括有副蒸發器，該副蒸發器的制冷劑入口通過第二液態制冷管線與冷凝器的制冷劑出口連接，副蒸發器的排氣口通過第二氣化制冷管線與噴氣抽氣器的抽氣口連接；且濃鹽水管線內的濃鹽水在副蒸發器內與液態制冷劑形成換熱，副蒸發器利用濃鹽水管線內的濃鹽水余熱加熱、氣化第二液態制冷管線內輸送的液態制冷劑。
所述淡化管線上設有淡水換熱器和鹽水換熱器；所述淡化管線內的海水在淡水換熱器內與淡水排放管線內的淡水形成換熱；所述淡化管線內的海水在鹽水換熱器內與濃鹽水管線內的濃鹽水形成換熱。
所述淡水排放管線上設有淡水泵，淡水泵用作抽出淡水排放管線和主蒸發器內的淡水。
所述海水管線上設有海水泵，海水泵用作向海水管線和冷凝器內泵送海水。
所述抽真空管線上設有抽真空閥。
所述第一液態制冷管線上設有主節流閥。
所述第二液態制冷管線上設有副節流閥。
所述密封罩內的真空度> 87%。
所述主蒸發器的蒸發溫度< 52°C。
本發明的有益效果是1.上述海水淡化裝置有效的將封閉式熱泵技術和熱法海水淡化技術結合在一起，利用壓縮機向冷凝器提供高溫高 壓的制冷劑氣體，通過冷凝器中的制冷劑放熱來蒸發海水， 并將蒸發的水蒸汽通過主蒸發器中的制冷劑吸熱來凝結形成淡水，該海水淡化裝置完全擺脫了傳統熱法海水淡化技術對熱源的依賴性，驅動電能可以因地而異的選用市電、風電、分布式能源站或蓄電池等，選址建設具有很大的隨意性，可謂隨地隨用；而且其結構簡單、緊湊，體積小，質量輕，便于移動、搬運，操作、拆洗方便，檢修、維護輕松，可靠性高，實用性強， 建設成本低，除了在船艦上適用外，還可以在沿海或島嶼上的居民家庭中適用，適用范圍廣，在淡水資源匱乏的當代，在市場上具有較高的競爭力；2.上述海水淡化裝置在淡水的生產過程中，僅在開機啟動時需要靠獨立加熱器產生一定量的初始蒸汽，之后的穩定運行過程中只有壓縮機和水泵少量做功，有效減少了海水淡化的電能消耗，進而降低了海水淡化成本(在額定工況下(海水溫度18°C，鹽度3%)生產I 噸淡水的能耗低于17度電);而且，淡水排放管線內的淡水在淡化管線上的淡水換熱器內與淡化管線內的海水形成了熱交換，使得淡水排放管線內的淡水余熱被回收，提高了淡水的品質，淡化管線內的海水被加熱，減少了冷凝器的熱耗，間接降低了壓縮機的電能消耗；此外，濃鹽水管線在淡化管線上的鹽水換熱器內和副蒸發器內分別形成了兩次余熱回收，不僅進一步提高了進入冷凝器的海水溫度，還會對冷凝器排出的制冷劑進行加熱，這種余熱梯級利用增強了回收效率和系統調控性，降低了壓縮機的電能消耗；通過上述的余熱回收過程，能夠有效利用淡水和濃鹽水的余熱，避免了能源熱量浪費，能源利用率高，進一步降低了海水淡化的生產成本。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1是本發明的一種結構示意圖。
圖中代號含義1 一冷凝器；2—主蒸發器；3—壓縮機；4一主節流閥；5—副節流閥；6—噴氣抽氣器；7—射水抽氣器；8—鹽水換熱器；9一淡水換熱器；10—副蒸發器； 11 一淡水泵；12 —海水泵；13—抽真空閥；14一密封罩；15—海水管線；16—淡化管線； 17—制真空管線；18—鹽海水排放管線；19一濃鹽水管線；20—抽真空管線；21—總液態制冷管線；22—蒸汽通道；23—淡水排放管線；24—第二液態制冷管線；25—壓縮排氣管線；26—壓縮吸氣管線；27—第一液態制冷管線；28—第一氣化制冷管線；29—第二氣化制冷管線。
具體實施方式
參見圖1 :本發明是將封閉式熱泵技術和熱法海水淡化技術有效結合在一起的， 本發明的熱泵系統均采用電能驅動。本發明具體包括壓縮機3、噴氣抽氣器6、冷凝器1、主蒸發器2、射水抽氣器7和副蒸發器10。
其中，壓縮機3用作向冷凝器I提供高溫高壓的制冷劑氣體。壓縮機3的排氣口通過壓縮排氣管線25與冷凝器I的進氣口連接，壓縮機3的吸氣口通過壓縮吸氣管線26 與噴氣抽氣器6的排氣口連接，由噴氣抽氣器6向壓縮機3提供低溫低壓的制冷劑氣體，噴氣抽氣器6提供的低溫低壓制冷劑氣體經壓縮機3壓縮后，形成高溫高壓的制冷劑氣體，高溫高壓的制冷劑氣體經壓縮排氣管線25排給冷凝器I。
噴氣抽氣器6上除了上述的排氣口外，還設有進氣口和抽氣口。噴氣抽氣器6的進氣口連接有第一氣化制冷管線28，通過第一氣化制冷管線28與主蒸發器2的排氣口連接，噴氣抽氣器6用作將主蒸發器2內制冷劑因吸熱而氣化形成的氣體吸入；噴氣抽氣器6 的抽氣口連接有第二氣化制冷管線29，通過第二氣化制冷管線29與副蒸發器10的排氣口連接，噴氣抽氣器6用作將副蒸發器10內制冷劑因 吸熱而氣化形成的氣體吸入。噴氣抽氣器6將進氣口和抽氣口進入的氣體經混合后排給壓縮機3。
冷凝器I用作蒸發海水，冷凝器I采用雙側相變的板式換熱器結構。冷凝器I和主蒸發器2裝配在共同的密封罩14內，要求該密封罩14具有> 87%的真空度。冷凝器I 上除了上述的進氣口外，還設有制冷劑出口、海水入口、濃鹽水出口和蒸汽出口。冷凝器I 的制冷劑出口上連接有總液態制冷管線21，總液態制冷管線21遠離冷凝器I的端部分成兩路；一路連接第一液態制冷管線27，通過第一液態制冷管線27連接主蒸發器2的制冷劑入口，在第一液態制冷管線27上設有主節流閥4 ;另一路連接第二液態制冷管線24，通過第二液態制冷管線24與副蒸發器10的制冷劑入口連接，在第二液態制冷管線24上設有副節流閥5。冷凝器I的海水入口通過淡化管線16與海水管線15連接，在淡化管線16上設有節流孔板(也可采用節流閥代替)，在淡化管線16上還設有淡水換熱器9和鹽水換熱器8 ;在海水管線15上設有海水泵12，海水泵12用作向海水管線15和冷凝器I內泵送海水，在海水管線15上還弓I出有一路連接射水抽氣器7海水入口的制真空管線17，海水進入制真空管線 17和淡化管線16上的流量由淡化管線16上的節流孔板分配，節流孔板位于淡水換熱器的前面。冷凝器I的濃鹽水出口通過濃鹽水管線19與射水抽氣器7的抽濃鹽水口連接，濃鹽水管線19內的濃鹽水在淡化管線16上的鹽水換熱器8內與淡化管線16內的海水形成換熱，利用濃鹽水管線19內的濃鹽水余熱加熱淡化管線16內的海水。冷凝器I的蒸汽出口通過蒸汽通道22與主蒸發器2的蒸汽入口連接，在蒸汽通道22上設有絲網除沫器，用作去除蒸汽中的小水滴。
主蒸發器2用作冷凝海水蒸汽，形成淡水，要求主蒸發器2的蒸發溫度< 52°C，主蒸發器2也采用雙側相變的板式換熱器結構。主蒸發器2上除了上述的制冷劑入口、排氣口和蒸汽入口外，在主蒸發器2上還設有淡水出口，在淡水出口上連接有淡水排放管線23。 該淡水排放管線23內的淡水在淡化管線16上的淡水換熱器9內與淡化管線16內的海水形成換熱，彼此利用，即利用淡水排放管線23內的淡水余熱加熱淡化管線16內的海水，提高進入冷凝器I的海水溫度，利用淡化管線16內的海水冷卻淡水排放管線23內的淡水，提高淡水的品質；在淡水換熱器9下游的淡水排放管線23上設有淡水泵11，淡水泵11用作抽出淡水排放管線23和主蒸發器2內的淡水。
射水抽氣器7用作抽出密封罩14內的濃鹽水和不凝氣，并制造、維持密封罩14內的真空度。射水抽氣器7上除了上述的海水入口和抽濃鹽水口外，在射水抽氣器7上還設有抽氣口和鹽海水出口。射水抽氣器7的抽氣口通過抽真空管線20連接密封罩14的真空抽口，在抽真空管線20上設有抽真空閥13。射水抽氣器7的鹽海水出口上連接有鹽海水排放管線18，用作將制真空的海水和冷凝器I排出的濃鹽水排放。
副蒸發器10也采用雙側相變的板式換熱器結構，副蒸發器10用作加熱、氣化冷凝器I排出的液態制冷劑，并將氣化形成的制冷劑氣體通過第二氣化制冷管線29輸送給噴氣抽氣器6。鹽水換熱器8下游的濃鹽水管線19內的濃鹽水在副蒸發器10內與液態制冷劑形成換熱，副蒸發器10利用濃鹽水管線19內的濃鹽水余熱加熱并氣化第二液態制冷管線 24內輸送的液態制冷劑，回收濃鹽水的余熱。
本發明的工作過程分為兩個流程，即海水流程和熱泵流程，這兩個流程同步。具體是，1.海水流程海水管線15內通過海水泵12泵來的海水分成兩`路，一路經制真空管線17 去射水抽氣器7抽負壓、制造真空，并經鹽海水排放管線18排放，另一路作為原料水經淡化管線16去淡水換熱器9、鹽水換熱器8和冷凝器I ;冷凝器I內的氣態制冷劑釋放凝結熱，使部分海水蒸發，蒸發出來的水蒸汽經蒸汽通道22去主蒸發器2，未被蒸發的濃鹽水經濃鹽水管線19、鹽水換熱器8、副蒸發器10、射水抽氣器7和鹽海水排放管線18排放；主蒸發器2內的液態制冷劑在吸收水蒸汽的潛能后，將水蒸汽冷凝成淡水，淡水在淡水泵11泵抽下，經淡水排放管線23和淡水換熱器9排放。2.熱泵流程從壓縮機3出來的高溫高壓制冷劑氣體，經壓縮排氣管線25去冷凝器I中釋放凝結熱，釋放凝結熱后液化；液態制冷劑經總液態制冷管線21分流成兩股，一股經第一液態制冷管線27和主節流閥4去主蒸發器2， 由主節流閥4對第一液態制冷管線27內的液態制冷劑降溫、加壓，另一股經第二液態制冷管線24和副節流閥5去副蒸發器10，由副節流閥5對第二液態制冷管線24內的液態制冷劑降溫、加壓；液態制冷劑在主蒸發器2和副蒸發器10內分別吸熱，吸熱后氣化；主蒸發器 2內氣化形成的氣體在壓差作用下，直接經排氣口向第一氣化制冷管線28噴射，第一氣化制冷管線28內的氣體進入噴氣抽氣器6后抽負壓、制造真空，副蒸發器10內氣化形成的氣體在噴氣抽氣器6的負壓吸抽下，經第二氣化制冷管線29進入噴氣抽氣器6 ;在噴氣抽氣器6內，經第一氣化制冷管線28和第二氣化制冷管線29進來的氣體混合成一股，然 后經壓縮吸氣管線26去壓縮機3，如此完成一個制冷劑循環。
權利要求
1.一種熱泵式小型海水淡化裝置，所述海水淡化裝置采用電能驅動；其特征在于所述海水淡化裝置包括壓縮機(3)、噴氣抽氣器(6)、冷凝器(I)、主蒸發器(2)和射水抽氣器 (7);所述壓縮機(3)用作向冷凝器(I)提供高溫高壓的制冷劑氣體，壓縮機(3)的排氣口通過壓縮排氣管線(25)與冷凝器(I)的進氣口連接，壓縮機(3)的吸氣口通過壓縮吸氣管線 (26)與噴氣抽氣器(6)的排氣口連接，由噴氣抽氣器(6)向壓縮機(3)提供低溫低壓的制冷劑氣體；所述噴氣抽氣器(6)的進氣口通過第一氣化制冷管線(28)與主蒸發器(2)的排氣口連接，噴氣抽氣器(6)用作將主蒸發器(2)內氣化形成的氣體吸入；所述冷凝器(I)用作蒸發海水，冷凝器(I)和主蒸發器(2 )裝配在共同的密封罩(14)內，冷凝器(I)的制冷劑出口通過第一液態制冷管線(27)與主蒸發器(2)的制冷劑入口連接，在冷凝器(I)上還設有海水入口、濃鹽水出口和蒸汽出口，冷凝器(I)的海水入口通過淡化管線(16)與海水管線(15 )連接，冷凝器(I)的濃鹽水出口通過濃鹽水管線(19 )與射水抽氣器(7 )的抽濃鹽水口連接，冷凝器(I)的蒸汽出口通過蒸汽通道(22 )與主蒸發器(2 )的蒸汽入口連接；所述主蒸發器(2)用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸發器(2)上還設有淡水出口，淡水出口上連接有淡水排放管線(23);所述射水抽氣器(7)用作抽出密封罩(14)內的濃鹽水和不凝氣，并制造、維持密封罩(14 )內的真空度，在射水抽氣器(7 )上還設有抽氣口、海水入口和鹽海水出口，射水抽氣器(7)的抽氣口通過抽真空管線(20)連接密封罩(14)的真空抽口，射水抽氣器(7)的海水入口通過制真空管線(17)連接海水管線(15)，射水抽氣器(7)的鹽海水出口上連接有鹽海水排放管線(18 )。
2.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述海水淡化裝置還包括有副蒸發器(10)，該副蒸發器(10)的制冷劑入口通過第二液態制冷管線(24)與冷凝器(I)的制冷劑出口連接，副蒸發器(10)的排氣口通過第二氣化制冷管線(29)與噴氣抽氣器(6)的抽氣口連接；且濃鹽水管線(19)內的濃鹽水在副蒸發器(10)內與液態制冷劑形成換熱，副蒸發器(10)利用濃鹽水管線(19)內的濃鹽水余熱加熱、氣化第二液態制冷管線 (24)內輸送的液態制冷劑。
3.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述淡化管線(16)上設有淡水換熱器(9)和鹽水換熱器(8);所述淡化管線(16)內的海水在淡水換熱器(9)內與淡水排放管線(23)內的淡水形成換熱；所述淡化管線(16)內的海水在鹽水換熱器(8)內與濃鹽水管線(19)內的濃鹽水形成換熱。
4.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述淡水排放管線 (23)上設有淡水泵(11)，淡水泵(11)用作抽出淡水排放管線(23)和主蒸發器(2)內的淡水。
5.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述海水管線(15)上設有海水泵(12 )，海水泵(12 )用作向海水管線(15 )和冷凝器(I)內泵送海水。
6.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述抽真空管線(20) 上設有抽真空閥(13)。
7.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述第一液態制冷管線(27)上設有主節流閥(4)。
8.根據權利要求2所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述第二液態制冷管線(24 )上設有副節流閥(5 )。
9.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述密封罩(14)內的真空度彡87%。
10.根據權利要求1所述熱泵式小型海水淡化裝置，其特征在于所述主蒸發器(2)的蒸發溫度彡52 °C。
全文摘要
一種熱泵式小型海水淡化裝置，它采用電能驅動，包括壓縮機、噴氣抽氣器、冷凝器、主蒸發器和射水抽氣器；壓縮機用作向冷凝器提供高溫高壓的制冷劑氣體；噴氣抽氣器用作吸入并混合主、副蒸發器內氣化形成的氣體，提供給壓縮機；冷凝器和主蒸發器裝配在共同的密封罩內，冷凝器用作蒸發海水，冷凝器上還設有制冷劑出口、海水入口、濃鹽水出口和蒸汽出口；主蒸發器用作冷凝蒸汽，形成淡水，在主蒸發器上還設有淡水出口；射水抽氣器用作抽出密封罩內的濃鹽水和不凝氣，并制造、維持密封罩內的真空度，在射水抽氣器上還設有抽氣口、海水入口和鹽海水出口。它具有結構簡單、可移動性強、適用范圍廣、能源利用率高、建設及生產成本低、可靠實用等特點。
文檔編號C02F103/08GK103043735SQ201210571479
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者蔣辰翔, 袁秀坤, 李桃, 陽金龍 申請人:東方電氣集團東汽投資發展有限公司