專利名稱：一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置及方法。
背景技術：
隨著人口數量的不斷增長和經濟的迅速發展，加劇了人們對水資源的需求，城市化進程的進一步深入發展同樣也加速了淡水資源需求量。世界上淡水資源不足，已成為人們日益關切的問題。中國屬于世界上13個貧水國之一，人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，并且由于水資源分布不均，大量的淡水集中在南方，北方淡水資源僅為南方的1/4。可以說，整個淡水資源形勢不容樂觀。 為此，人們正以極大的努力去尋找淡水資源。作為水資源的開源增量技術，海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。目前，世界上有150多個國家和地區開展了海水淡化工作，共有約14000座海水淡化廠。目前，我國具有自主知識產權的單機日產I萬立方米反滲透法海水淡化裝置和日產I. 25萬立方米蒸餾法海水淡化裝置已建成投產，運行基本正常；多個I萬 10萬立方米級海水淡化工程已經建成或正在建設；到2010年底我國已建成海水淡化能力超過60萬立
方米/日。現有海水淡化方法主要有蒸餾法、高壓反滲透法、多級閃蒸法、電滲析法、離子交換法等。這些方法均存在一定缺陷。使用的裝置結構較復雜，制造成本較高，而且運行能耗高。如蒸汽噴射泵，能耗高，引射效率較低，且大多需增設抽吸空氣裝置和增設專用冷凝器專門用于水汽的冷凝，工作效率較低。使用較多的多級閃蒸法海水淡化設備，也需增設抽吸空氣裝置，且抽吸量較小，真空度較低、蒸發量也低，能耗高，真空持續狀態較差。目前，我國海水淡化成本大約是5元/噸左右，遠遠高于自來水成本。當今世界上大規模海水淡化裝置就是采用多級閃蒸法，雖然該技術運用了減壓發生進行技術，但還是需要注入較多的熱能，去冷凝水汽的冷卻水溫度基本上與環境溫度差不多，其出來的淡水產品溫度一般是高于環境溫度的。而目前使用較多的海水淡化技術是高壓反滲透技術，該技術成本雖有所下降，但依然要消耗較多的電能，還要消耗其他的物料，其成本也不可小覷，而且制出的淡水品質也不夠理想。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種能耗低，工作效率高，成本低的用熱泵提高海水淡化效率的裝置及方法。本發明之解決其技術問題采用的技術方案是一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置，其包括蒸發器I、蒸發器II、冷凝器、熱交換器、淡水循環箱、濃鹽水抽出泵、噴射吸收循環泵I、噴射吸收循環泵II、射流泵I、射流泵II、發生器和吸收器，所述冷凝器通過管道與熱交換器相連，熱交換器通過管道與蒸發器I相連，蒸發器I通過管道與濃鹽水抽出泵相連，蒸發器I的真空室通過管道連接射流泵I的引射接口，射流泵I的入口連接噴射吸收循環泵I，射流泵I的噴射出口連接至淡水循環箱，淡水循環箱出口通過管道連接至蒸發器II的進口，從蒸發器II出口通過管道連接噴射循環泵I的進口端，淡水循環箱、蒸發器
II、噴射吸收循環泵I和射流泵I構成一淡水噴射制取循環回路；噴射吸收循環泵II進口端通過管道連接吸收器，噴射吸收循環泵II出口端通過管道連接射流泵II，射流泵II的引射進口通過管道連接至蒸發器II的真空室，射流泵II的噴射出口通過管道連接至發生器；發生器下部通過管道連接吸收器，發生器上部通過管道連接至冷凝器一端，冷凝器另一端通過管道連接至蒸發器II ;吸收器通過管道和循環泵與熱交換器連接。進一步，所述熱交換器與吸收器還可制造為一體。
進一步，本發明還包括海水來源箱，海水來源箱通過管道與冷凝器相連。進一步，本發明還包括淡水蓄水箱，淡水循環箱設置有淡水溢出口，淡水溢出口通過管道連接淡水蓄水箱。本發明利用熱泵提高海水淡化效率的裝置進行海水淡化的方法為
海水來源箱內的海水經管道流入冷凝器內，獲取冷凝器內制冷劑蒸汽的潛熱后再流入熱交換器內，然后通過獲取熱交換器內濃吸收液的部分顯熱，經進一步提高溫度后，再進入蒸發器I內，蒸發器I將海水進行蒸發濃縮，蒸發濃縮時產生的濃鹽水通過濃鹽水抽出泵抽出蒸發器I外，蒸發濃縮時產生的水汽經射流泵I引射送入至淡水循環箱內，由此完成由海水制取淡水過程和冷凝水汽過程；
部分淡水通過溢出口流入淡水蓄水箱內，淡水循環箱內未經溢出口流出的淡水用于噴射循環，在噴射前，淡水循環箱內的淡水流入蒸發器II，淡水自身溫度下降，并同時釋放出熱量，所述熱量經射流泵II轉移至發生器內，發生器通過補償的高溫熱量，致使發生器內的吸收液發生濃縮，并產生能用作制冷劑的蒸汽，制冷劑蒸汽通過管道流入冷凝器內釋放潛熱，冷凝器內的海水得以升溫，釋放潛熱后的制冷劑蒸汽冷凝為液態；制冷劑蒸汽冷凝為液態后經管道流入蒸發器II內蒸發，制冷劑蒸汽經蒸發后被射流泵II再次引射至發生器內，由此完成制冷劑循環過程；
發生器內的吸收液經濃縮后成為濃吸收液，濃吸收液進入吸收器內釋放熱量，并將部分顯熱傳給處于熱交換器內的海水，吸收器內的濃吸收液在釋放了熱量后，通過噴射吸收循環泵II打入射流泵II內，噴射吸收蒸發器II內的制冷劑蒸汽，制冷劑蒸汽和濃吸收液一同進入發生器內成為稀溶液，由此完成吸收液循環過程。當熱交換器與吸收器制造為一體時，海水在冷凝器升溫之后還可以直接到吸收器里獲熱。如此周而復始地循環，兩個不同的循環體系非常緊密地有機結合在一起，它們之間相互借用，相互依托。熱泵循環系統(包括制冷劑循環系統和吸收液循環系統)給海水加溫蒸發系統(包括冷凝器、熱交換器和蒸發器I )提供熱源，而且給淡水冷凝噴射循環系統(包括淡水循環箱、蒸發器II、噴射吸收循環泵I和射流泵I構成的淡水噴射制取循環回路，以及冷凝器)提供冷源，用來冷凝蒸發器I中在真空情況下由海水形成的水汽；反過來，海水加溫蒸發系統又給熱泵循環系統提供冷卻水來源，而淡水冷凝噴射循環系統又給熱泵循環系統提供熱源。試驗表明，射流泵比蒸汽噴射泵更節能，引射效率更高，而采用吸收液進行噴射尤其是如此。噴射吸收方式進行熱泵循環有著顯著優勢，噴射吸收循環可以在發生器壓力高于冷凝器壓力的條件下運行。如果有高溫熱源，可以通過噴射器的調壓作用，使發生器溫度提升，而發生器內的吸收液濃度可以保持恒定。發生器可以產生的高壓高溫蒸汽，也會使吸收器的溫度和壓力相應的提高，并使之吸收濃度提高，從而使該吸收循環泵工作循效率提高，噴射泵在噴射過程中不僅在傳質，同時也在傳熱，它可以把吸收循環熱100%傳入發生器內，因此，使用本發明時，只需要在發生器內補償少許熱量，就可致使發生器內的溶液發生了。本發明無需另外設置抽空氣的裝置，實現真空手段采用射流泵引射，兼用冷媒水(即從淡水循環箱流入蒸發器II的淡水)冷凝的方式來達到提高真空度的目的。本發明無需設置專用冷凝器專門用于水汽的冷凝。本發明中的冷凝器只是用于熱泵系統中的制冷劑蒸汽的冷凝，冷凝過程中又為海水提供了熱量。蒸發器內的冷媒水(即從淡水循環箱流入蒸發器II的淡水)用作噴射所需的噴射循環淡水的同時，不僅有利于提高引射效率，同時又起到了冷凝水汽的功用。本發明可實現一機多用，除了用于海水淡化外，還可用于空調的制冷和 采暖，它只需在冷媒水管道(即噴射吸收循環泵I、射流泵I、淡水循環箱、蒸發器II依次連接的管道上)增設一個分支回路就可當作夏季制冷空調用；在冷凝器與吸收器增設分支回路就可當作采暖空調用，實現冬季采暖空調和夏季制冷空調的相互轉換。本發明蒸發所需的大部分熱量來自海水自身，通過采用兩級噴射吸收熱泵原理，一級噴射用作引射水汽，同時也用作冷凝水汽；二級噴射所引射的卻是制冷劑蒸汽，并負責把海水熱量轉移至高溫處，同時把轉移而來的熱量反饋給后面流進冷凝器和熱交換器的海水，并使之提溫后進入真空環境里的蒸發器內蒸發。通過使用兩級噴射吸收熱泵原理，發生器所需的補償熱量非常少。本發明無需配置抽吸空氣裝置，工作效率高，真空度較高、蒸發量也大，所耗動力能源少，真空持續狀態好。本發明之用熱泵提高海水淡化效率的裝置結構簡單，循環泵少，體積小，占用空間少，運行穩定可靠，產出淡水品質好。使用本發明，不僅可降低設備制造成本，同時還可將海水淡化成本降至2元/噸以下；不僅適宜規模制取淡水，也特別適用于潛艇、輪船、海島及我國西部水質較差等地方用作制取飲用的淡水，適用范圍廣。
圖I為本發明之用熱泵提高海水淡化效率的裝置實施例的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。實施例I :
參照圖1，本實施例之用熱泵提高海水淡化效率的裝置，包括蒸發器I 8、蒸發器II 11、冷凝器5、熱交換器6、淡水循環箱3、濃鹽水抽出泵4、噴射吸收循環泵I 10、噴射吸收循環泵II 14、射流泵I 9、射流泵II 12、發生器13和吸收器15，所述冷凝器5通過管道與熱交換器6相連，熱交換器6通過管道與蒸發器I 8相連，蒸發器I 8通過管道與濃鹽水抽出泵4相連，蒸發器I 8的真空室通過管道連接射流泵I 9的引射接口，射流泵I 9的入口連接噴射吸收循環泵I 10，射流泵I 9的噴射出口連接至淡水循環箱3，淡水循環箱3出口通過管道連接至蒸發器II 11的進口，從蒸發器II 11出口通過管道連接噴射循環泵I 10的進口端，淡水循環箱3、蒸發器II 11、噴射吸收循環泵I 10和射流泵I 9構成一淡水噴射循環回路；噴射吸收循環泵II 14進口端通過管道連接吸收器15，噴射吸收循環泵II 14出口端通過管道連接射流泵II 12，射流泵II 12的引射進口通過管道連接至蒸發器II 11的真空室，射流泵II 12的噴射出口通過管道連接至發生器13 ;發生器13下部通過管道連接吸收器15，發生器13上部通過管道連接至冷凝器5 —端，冷凝器5另一端通過管道連接至蒸發器
II11 ;吸收器15通過循環管道7和循環泵與熱交換器6連接。本實施例還包括海水來源箱I，海水來源箱I通過管道與冷凝器5相連。本實施例還包括淡水蓄水箱2，淡水循環箱3設置有淡水溢出口，淡水溢出口通過管道連接淡水蓄水箱2。
所述海水來源箱I與冷凝器5之間的管道上設有節流閥I 16-1。所述蒸發器I 8與濃鹽水抽出泵4之間的管道上設有節流閥II 16-2。所述蒸發器I 8的真空室與射流泵I 9的引射接口之間的管道上設有節流閥
III16-3。本發明利用熱泵提高海水淡化效率的裝置進行海水淡化的方法為
海水來源箱I內的海水經管道流入冷凝器5內，獲取冷凝器內制冷劑蒸汽的潛熱后再流入熱交換器6內，然后通過獲取熱交換器6內濃吸收液的部分顯熱，經進一步提高溫度后，再進入蒸發器I 8內，蒸發器I 8將海水進行蒸發濃縮，蒸發濃縮時產生的濃鹽水通過濃鹽水抽出泵4抽出蒸發器I 8外，蒸發濃縮時產生的水汽經射流泵I 9引射入至淡水循環箱3內，由此完成制取淡水過程和冷凝水汽過程；
部分淡水通過溢出口流入淡水蓄水箱2內，淡水循環箱3內未經溢出口流出的淡水用于噴射循環，在噴射前，淡水循環箱3內的淡水流入蒸發器II 11，淡水自身溫度下降，并同時釋放出熱量，所述熱量經射流泵II 12轉移至發生器13內，發生器13通過補償少量的高溫熱量，致使發生器13內的吸收液發生濃縮，并產生能用作制冷劑的蒸汽，制冷劑蒸汽通過管道流入冷凝器5內釋放潛熱，冷凝器5內的海水得以升溫，釋放潛熱后的制冷劑蒸汽冷凝為液態，它們之間形成相互借用，相互依托的關系；制冷劑蒸汽冷凝為液態后經管道流入蒸發器II 11內蒸發，制冷劑蒸汽經蒸發后被射流泵II 12再次引射至發生器13內，由此完成制冷劑循環過程；
發生器13內的吸收液經濃縮后成為濃吸收液，濃吸收液進入吸收器15內釋放熱量，由濃吸收液釋放的熱量通過管道7和循環泵傳入熱交換器6內，并將部分顯熱傳給處于熱交換器6內的海水，吸收器15內的濃吸收液在釋放了熱量后，通過噴射吸收循環泵II 14打入射流泵II 12內，噴射吸收蒸發器II 11內的制冷劑蒸汽，制冷劑蒸汽和濃吸收液一同進入發生器13內成為稀溶液，由此完成吸收液循環過程；
如此，周而復始地進行著海水淡化與制冷、制熱過程。使用本發明之用熱泵提高海水淡化效率的裝置時，其熱源來自于海水本身，以含低品位熱能的海水的溫度作為熱源，穩定性非常好，無需給海水添加更多熱量來進行海水蒸發。本發明通過減壓蒸發技術和低溫冷媒水冷凝噴射方式來提高引射效率，采用兩級噴射吸收的方式把海水熱量轉移至高溫處，又重新反饋給海水，使獲熱的海水進入真空狀態下進行蒸發，冷媒水(即從淡水循環箱流入蒸發器II的淡水)既起到了引射水汽的作用，同時還起到冷凝水汽的作用。實施例2 本實施例與實施例I的區別在于所述熱交換器6與吸收器15制造為一體，海水在冷凝器5升溫之后還可以直接到吸收器15里獲熱。其余同實施例I。
權利要求
1.一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置，其特征在于包括蒸發器I、蒸發器II、冷凝器、熱交換器、淡水循環箱、濃鹽水抽出泵、噴射吸收循環泵I、噴射吸收循環泵II、射流泵I、射流泵II、發生器和吸收器，所述冷凝器通過管道與熱交換器相連，熱交換器通過管道與蒸發器I相連，蒸發器I通過管道與濃鹽水抽出泵相連，蒸發器I的真空室通過管道連接射流泵I的引射接口，射流泵I的入口連接噴射吸收循環泵I，射流泵I的噴射出口連接至淡水循環箱，淡水循環箱出口通過管道連接至蒸發器II的進口，從蒸發器II出口通過管道連接噴射循環泵I的進口端，淡水循環箱、蒸發器II、噴射吸收循環泵I和射流泵I構成一循環回路；噴射吸收循環泵II進口端通過管道連接吸收器，噴射吸收循環泵II出口端通過管道連接射流泵II，射流泵II的引射進口通過管道連接至蒸發器II的真空室，射流泵II的噴射出口通過管道連接至發生器；發生器下部通過管道連接吸收器，發生器上部通過管道連接至冷凝器一端，冷凝器另一端通過管道連接至蒸發器II ;吸收器通過循環管道和循環泵與熱交換器連接。
2.根據權利要求I所述的用熱泵提高海水淡化效率的裝置，其特征在于所述熱交換器與吸收器制造為一體。
3.根據權利要求I或2所述的用熱泵提高海水淡化效率的裝置，其特征在于還包括海水來源箱，海水來源箱通過管道與冷凝器相連。
4.根據權利要求I或2所述的用熱泵提高海水淡化效率的裝置，其特征在于還包括淡水蓄水箱，淡水循環箱設置有淡水溢出口，淡水溢出口通過管道連接淡水蓄水箱O
全文摘要
一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置及方法，該裝置包括蒸發器Ⅰ、蒸發器Ⅱ、冷凝器、熱交換器、淡水循環箱、濃鹽水抽出泵、噴射吸收循環泵Ⅰ、噴射吸收循環泵Ⅱ、射流泵Ⅰ、射流泵Ⅱ、發生器和吸收器；本發明還包括用熱泵提高海水淡化效率的裝置進行海水淡化的方法。本發明之用熱泵提高海水淡化效率的裝置結構簡單，循環泵少，體積小，占用空間少，運行穩定可靠，產出淡水品質好。使用本發明，不僅可降低設備制造成本，同時還可將海水淡化成本降至2元/噸以下；不僅適宜規模制取淡水，也特別適用于潛艇、輪船、海島及我國西部水質較差等地方用作制取飲用的淡水，適用范圍廣。
文檔編號C02F1/04GK102765768SQ20121027644
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者劉小江, 劉赟 申請人:湖南創化低碳環保科技有限公司