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CN1724395A - 太阳能热泵联合海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热泵联合海水淡化装置。本发明属于海水淡化技术领域。太阳能热泵联合海水淡化装置，包括太阳能集热器、热交换器和循环泵组成的太阳能集热循环装置；其特点是：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成热泵循环装置；热交换器、冷凝器构成闪发器，闪发器的海水管道、蒸汽管道、真空管道经多效蒸馏器分别与海水取水和浓海水冷凝管道、淡水管道及真空装置相连接；海水冷凝管道经蒸发器连接泵，淡水管道经蒸发器连接泵。本发明在提高能量有效利用的同时，极大地提高了单位面积太阳能的淡水产量，具有结构简单、能量利用率高、海水淡化造水比高等优点。

Description

太阳能热泵联合海水淡化装置
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，特别涉及一种太阳能集热、热泵技术和低温多效蒸馏技术有机结合的海水淡化装置。
背景技术
目前，水资源缺乏，特别是岛屿及沙漠地区虽有丰富的海水或苦咸水资源，但无生活或生产用淡水。能源危机和由于使用矿物能源造成的环境污染促使开发利用象太阳能、风能等清洁能。以尽可能低的能源代价获得所需淡水可以促进人类可持续发展。
CN94113407.5、CN01134409.1公开了太阳能蒸海水淡化装置，CN0311698.3公开了双级吸收压缩式高温热泵海水淡化装置，在太阳能和海水淡化技术结合方面，太阳能是密度较低且时间和地域分布不均的能源，太阳能利用率随环境温度升下降和集热温度提高下降，而在太阳能辐射强度高的时候，冷却用海水温度也相应较高，蒸馏淡化器排出的浓水和淡水温度在夏季达40℃以上，给环境带来热污染又带走大量有效能量。而在蒸馏淡化设计中，必须考虑静液柱带来的沸点升高和产生蒸汽的有效利用。同时，海水温度超过75℃时，解决系统的阻垢问题将非常困难。
发明内容
本发明为解决公知技术存在的问题，而提供了一种太阳能热泵联合海水淡化装置。
本发明的目的是利用太阳能集热技术和热泵技术提高能量利用率和高造水比的海水淡化装置。
本发明是利用热泵技术将蒸馏系统的最后一效蒸汽、浓水和淡水等低品位热量回收，借助太阳能集热为补充热源，从而实现单级压缩将热能送往高温区域，在有效利用能量同时，降低了热污染并可延长蒸馏器的运行周期。
太阳能热泵联合海水淡化装置，主要包括：太阳能集热器、热交换器和循环泵组成太阳能集热系统；由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器构成热泵系统；闪发器、折流板、低温多效蒸馏器；淡水泵、浓水泵、真空泵；阻垢剂系统、海水送水泵、预处理系统和海水取水系统组成。
太阳能集热系统提供较低温度闪发器的蒸发能量，热泵系统冷凝器提供较高温度闪发器的蒸发能量，两个闪发器中蒸发出的蒸汽作为低温多效蒸馏器的蒸汽源，低温多效蒸馏器最后一效产生的蒸汽除预热原海水外剩余蒸汽进入热泵系统蒸发器冷凝，低温多效蒸馏器中形成的淡水和浓水分别进入热泵系统不同的蒸发器回收热量，海水取水系统取得的海水经海水送水泵送入预处理系统过滤并脱气，阻垢剂系统将阻垢剂按一定比例加入预热海水中，预处理系统出来海水经各效蒸汽预热。
本发明采用如下技术方案来实现：
太阳能热泵联合海水淡化装置，包括太阳能集热器、热交换器和循环泵组成的太阳能集热循环装置；其特点是：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成热泵循环装置；热交换器、冷凝器构成闪发器，闪发器的海水管道、蒸汽管道、真空管道经多效蒸馏器分别与海水取水和浓海水冷凝管道、淡水管道及真空装置相连接；海水冷凝管道经蒸发器连接泵，淡水管道经蒸发器连接泵。
本发明还可以采用如下技术措施来进一步实现：
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中闪发器为热交换器构成的闪发器和冷凝器构成的闪发器，闪发器和闪发器间有折流板。
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中的多效蒸馏器预热海水管道连接阻垢剂添加装置。
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中的海水取水管道连接海水过滤、脱气预处理装置。
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中的太阳能集热器是真空镀膜管，单元集成为横管或立管，单元组件为并联或串联连接。
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中的低温多效蒸馏器采用水平降膜或垂直降膜蒸发结构。
所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其中的热泵循环装置的蒸发器由供蒸汽冷凝的蒸发器和回收浓水、淡水热量的蒸发器组成。
本发明的优点和积极效果
本发明与现有技术相比，利用太阳能集热技术、热泵技术和多效海水蒸馏淡化技术相结合，在提高能量有效利用的同时，极大地提高了单位面积太阳能的淡水产量。较通常海水淡化工艺采用原海水作为蒸汽冷凝用冷却水，用水量大并且将大量热量排出系统相比，该工艺使用热泵技术回收浓水、淡水和最后一效的低品位热能，可以大量节约冷却用原海水，热泵系统释放的高品位热能可以继续加热经太阳能集热系统加热的海水，并在闪发器中提供海水蒸发所需要的潜热。
使用以上装置可以实现热量更有效利用，排出系统的淡水和浓水温度在25～28℃，并且节省大量用于冷却最后一效蒸汽的冷却海水。利用热泵吸热并在高温区放热，使系统得以循环工作。
本发明综合了热泵和低温多效海水淡化的优点，以太阳能为辅助补充热源进行海水淡化。在35～40℃的热源中回收热量，制热输出60～65℃。低温多效蒸馏器采用4～8效，造水比在3～6之间。本装置具有太阳能集热技术和热泵技术能量利用率高，海水淡化造水比高等优点。
附图说明
图1为本发明的太阳能热泵联合海水淡化装置示意图。
图中，1-太阳能集热器，2-热交换器，3-循环泵，4-压缩机，5-膨胀阀，6-蒸发器，7-蒸发器，8-蒸发器，9-冷凝器，10-闪发器，11-闪发器，12-折流板，13-折流板，14-低温多效蒸馏器，15-淡水泵，16-浓水泵，17-真空泵，18-阻垢剂系统，19-海水送水泵，20-预处理系统，21-海水取水系统。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、发明内容、特征及其功效，详细说明如下：
实施例1
太阳能热泵联合海水淡化装置，由太阳能集热器1、热交换器2和循环泵3组成太阳能集热循环装置；压缩机4、冷凝器9、膨胀阀5、蒸发器6蒸发器7、蒸发器8和冷凝器9构成的热泵系统；热交换器2构成闪发器10，冷凝器9构成闪发器11，闪发器10和闪发器11间有折流板12和折流板13；闪发器10和闪发器11的海水管道、蒸汽管道、真空管道经多效蒸馏器14分别与海水取水和浓海水冷凝管道、淡水管道及真空泵17相连接；海水冷凝管道经蒸发器6连接浓海水排出泵16，淡水管道经蒸发器7和蒸发器8连接淡水排出泵15。太阳能集热器1是真空镀膜管，单元集成为横管，单元组件为并联连接；多效蒸馏器14采用水平降膜蒸发结构，多效蒸馏器预热海水管道连接阻垢剂添加装置18；海水取水管道连接海水过滤、脱气预处理装置20，海水预处理装置20的海水由泵19从海水取水系统21取得。
太阳能热泵联合海水淡化装置的工作过程：
太阳能集热器1产生的热量通过设在闪发器10中热交换器2为海水真空蒸发提供热量，当温度达到设定温度时循环泵3启动，这样可以不断将太阳能集热器吸收的热量传给闪发器10。经过低温多效蒸馏器14的预热海水进入闪发器11，闪发器11海水蒸发所需热量由热泵系统冷凝器9提供，低温多效蒸馏器14产生的浓水、淡水和最后一效蒸汽分别进入蒸发器6、蒸发器7、蒸发器8，热泵系统吸收浓水、淡水和最后一效蒸汽产生的低品位热量通过压缩机4将热量变为较高品位热能，得到的较高品位热能经设在闪发器11中的冷凝器9提供海水真空蒸发所需热量。由压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6蒸发器7、蒸发器8和冷凝器9构成的热泵系统。闪发器10和闪发器11产生的蒸汽作为低温多效蒸馏器14的蒸汽源，在低温多效蒸馏器14的每效中，蒸汽冷凝的同时又产生二次蒸汽，除用来预热消耗少量二次蒸汽外，其余作为下一效的热源，其它各效如此类推。真空泵17提供低温多效蒸馏器14、闪发器10和闪发器11所需真空。淡水和浓水则由淡水泵15和浓水泵16排出。通过阻垢剂系统18加入适量阻垢剂防止系统结垢并保证蒸发系统传热效率。通过海水取水系统21取得的海水，由海水送水泵20加压经预处理系统19脱气并过滤后，进入淡化装置。

Claims (7)

1.一种太阳能热泵联合海水淡化装置，包括太阳能集热器(1)、热交换器(2)和循环泵(3)组成的太阳能集热循环装置；其特征是：压缩机(4)、冷凝器(9)、膨胀阀(5)和蒸发器组成热泵循环装置；热交换器(2)、冷凝器(9)构成闪发器，闪发器的海水管道、蒸汽管道、真空管道经多效蒸馏器(14)分别与海水取水和浓海水冷凝管道、淡水管道及真空装置(17)相连接；海水冷凝管道经蒸发器(6)连接泵(16)，淡水管道经蒸发器(7、8)连接泵(15)。
2.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：闪发器为热交换器(2)构成的闪发器(10)和冷凝器(9)构成的闪发器(11)，闪发器(10)和闪发器(11)间有折流板(12)和折流板(13)。
3.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：多效蒸馏器(14)预热海水管道连接阻垢剂添加装置(18)。
4.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：海水取水管道连接海水过滤、脱气预处理装置(20)。
5.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：太阳能集热器(1)是真空镀膜管，单元集成为横管或立管，单元组件为并联或串联连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：多效蒸馏器(14)采用水平降膜或垂直降膜蒸发结构。
7.根据权利要求1所述的太阳能热泵联合海水淡化装置，其特征是：热泵循环装置的蒸发器由供蒸汽冷凝的蒸发器(8)和回收浓水、淡水热量的蒸发器(6)及蒸发器(7)组成。
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