换热器设备的制造方法
【专利说明】换热器设备发明领域
[0001]本发明涉及热泵、能源生产和淡水生产。更具体地，本发明涉及热泵装置，其能够传递足够高的温度的热量，以能够产生电能，进而可以用于淡水生产，并作为盐生产装置的一部分。
[0002]本发明的背景和现有技术
[0003]当前的热泵能够传递高达约112°C的温度的热量形式的能量。这是通过将水/氨水用作冷却媒介、以65巴的冷凝压力实现的。最大传递温度，主要受限于所使用的冷却媒介，以及压力和效率程度要求。较低的传递温度是利用诸如氢氟烃、诸如R134a、245和CO2的冷却剂来实现的。期望的是，具有较高的传递温度以使其能够更容易由热能产生电力。
[0004]同时，在很多地方淡水短缺，且对产生淡水的装置越来越需要。还存在对盐的需求。
[0005]本发明的目的是提供一种技术，该技术与电力生产和淡水生产均相关联，而且，可以被用于盐生产装置。
[0006]发明概述
[0007]本发明提供了一种热泵装置，包括蒸发器、冷凝器、压力调节器和热泵媒介，同时热量在装置的冷却侧进行收集，这是因为热泵媒介在蒸发器中蒸发，气体媒介被导向冷凝器，在冷凝器处热量通过冷凝作用被释放，而冷凝的液体被导向压力调节器。热泵装置，其特征在于，其还包括真空器件或压缩机，其被布置在蒸发器和冷凝器之间，且热泵媒介是在蒸发器中的真空下以低温进行蒸发的淡水、盐水或其他的液体，或/和装置使用蒸汽作为供给。
[0008]真空的概念是指压力低于大气压力，在真空下以低温进行蒸发的概念是指媒介在比媒介在大气压力下的沸点更低的温度进行蒸发。热泵媒介的概念是指导入到敞开的装置中的蒸发器的液体媒介，或如果装置闭合，在热泵回路中循环的媒介。敞开的装置是指热泵装置是非闭合回路，热泵媒介(诸如盐水)被导入且媒介被导出，即由盐水蒸发出淡水，此夕卜，剩下的盐水，一般是指定的盐溶液，被导出。在敞开的装置中，热泵媒介不是盐水，类似于气体媒介，从盐水中蒸发出的淡水。闭合装置是指装置形成闭合的回路，使得媒介不被导入或导出回路。
[0009]真空器件几乎可以是任何类型的真空器件，诸如喷射器或其他的文氏管器件，而最优选的是真空泵压缩机，因为增压侧使装置更适于生产电能。真空泵压缩机的概念是指，通过其功能，真空形成单元在吸入侧，同时压缩单元、压缩机在传递侧的真空泵。换句话讲，压缩机还在低压侧上以超过大气压力的压力进行工作。
[0010]热泵媒介优选是盐水或淡水，更为优选的是在敞开装置中的盐水，其通过敞开装置使产生淡水，或者在闭合装置中的淡水，其通过闭合装置可以有效地产生电力，最优选的是在串联连接的一个或多个敞开的步级(具有淡水的可能的闭合的最后步级)中的盐水，以得到足够高的温度和压力以便用于连接用于电能的有效生产的装备。最优选的是热泵媒介盐水且从而大气媒介是淡水，但是装置可以具有在热交换中或用于电力生产时含有另外的流体的闭合回路。
[0011]根据本发明的热泵装置不同于先前已知的采用若干方式的装置。首先，使用真空泵压缩机的已知的装置不存在，即不存在装置在蒸发器侧以比大气压力更低的压力进行操作。其他的装置使用压缩机，即低压力侧在比大气压力更高的压力下进行操作，一般在装置中使用R 134为3巴。其次，使用水的已知的装置不存在。第三，在敞开的装置中使用盐水或咸水，从而还产生淡水的已知的装置不存在。第四，不存在如下的已知的装置，根据压力增加而具有如此高的温度差，使得装置中的媒介可以有效地被压缩达到以非常高的温度传递热量，适于电力的有效生产。
[0012]有利的是，装置包括串联布置的两个或两个以上的真空泵压缩机，其给出了更好的效率，因为在低压下的大气体体积且在低压下的低压力差，使得气体媒介被更有效地带入较高的压力和较高的冷凝温度。在一些优选的实施例中，在最后的步级或在装置中适当的位置中(其中压力已经超过了大气压力)，由电力或/和机械能驱动的一个或多个压缩机被布置为提升压力到高冷凝温度，以用于电力的有效生产。借助于真空泵，或其他的等效单元，或更精确且更优选的是真空泵压缩机，盐水可以在低温被蒸发，借助于压力，蒸汽可以在高温(在优选的实施方式中，以适于电力的有效生产的温度)被冷凝。
[0013]对于装置而言有利的是，具有用于盐水的入口、用于淡水的出口和用于盐溶液(剩余的未蒸发的盐水)的出口，同时导入到蒸发器中的液体优选是海水或咸水形式的盐水，淡水优选是其品质适于农业用水、工业用水或饮用水，同时盐溶液优选被用作用于盐生产的装置的供给。
[0014]盐水沸腾的温度取决于压力，如盐水上方的压力必须保持真空器件中的低压力以确保低蒸发温度，一般为40-60°C。例如，当压力低于0.006571巴时，在1°C时水沸腾/蒸发。然后，水蒸汽将在0.006571巴以上的压力冷凝。在20°C，该压力将为0.02339巴，在40°C，为0.07384巴，在60°C，为0.1995巴，在80°C，为0.4741巴。在装置的冷却侧上的热源必须具有蒸发压力以上的温度，这取决于真空程度。装置的冷却侧，即蒸发器和/或一个或多个相关联的或紧密布置的换热器，优选的是与以下中的一个或多个进行热交换连接:太阳能收集装置、地热装置、空调装置中的冷凝器、工业用热、区域供热、来自装置的加热侧的冷凝液体，流出装置的盐溶液流和任何其他的存在的热源。
[0015]装置的加热侧，冷凝器和/或一个或多个相关联的或紧密布置的换热器与以下中的一个或多个进行热交换连接或包括以下中的一个或多个:用于电力生产装置(诸如有机朗肯循环(organic Rankin cycle)装置、kalina装置、具有连接到发电机的容积式祸轮的装置、或双循环装置)、干燥装置、区域供热装置、储热装置。
[0016]装置中的盐水可以完全地或部分地被导入回路或循环，类似于传统的热泵循环，或盐水可以被引导通过装置一次。优选地，被引入装置的冷却侧的盐水可以连续地冲洗出剩余的盐溶液、沉积盐和任何藻类。为了生产淡水，蒸发的水完全地或部分地被取出作为淡水，同时至少对应量的被取出淡水的水和盐溶液必须连续地或间隙地以盐水的形式进行更换，且连续的适当体积的通流防止了盐的沉积和藻类的生长。
[0017]在装置的一个实施方式中，真空泵优选地被连接到蒸发装置的含有蒸汽的上部，包括被布置如太阳能收集器的多个水平放置的管状元件，同时蒸发装置构成蒸发器。在具有非常强的阳光的炎热气候(诸如靠近海洋的沙漠区域)下，这是特别有利的实施方式。对应的实施方式在表面附近具有地热的区域也是优选的，因为蒸发装置的全部或部分可以被输入地面或对着放热地面。对于所述类型的蒸发装置，海水入口被布置在水下面，使得仅海水，且没有空气，被引入装置，以防止在该连接中真空装置必须移除不能被使用的空气。
[0018]在本发明的优选的实施方式中，来自任何源的蒸汽被用作供给，同时一个或多个真空泵压缩机压缩装置中的蒸汽到高压和高冷凝温度，且装置被热交换连接到以下中的一个或多个或包括以下中的一个或多个:电力生产装置(诸如有机朗肯循环装置、kalina装置、具有连接到发电机的容积式涡轮的装置、或双循环装置)、干燥装置、区域供热装置、储热装置或直接放置在蒸汽流中的一组涡轮发电机。蒸汽被使用以增加，或取代，海水或其他的水，从而装置包括用于蒸汽的专用入口和在供给流之间的任何调节器件。
[0019]本发明还提供一种热泵装置，其特征在于，其包括一个或多个真空泵压缩机，所述真空泵压缩机在装置中将蒸汽形式的供给压缩到高压和高冷凝温度，且装置热交换连接到以下中一个或多个或包括以下中的一个或多个:电力生产装置(诸如有机朗肯循环装置、kalina装置、具有连接到发电机的容积式涡轮的装置、或双循环装置)、干燥装置、区域供热装置、储热装置或直接放置在蒸汽流中的一组涡轮发电机。所述装置非必须地包括蒸发器，如果蒸汽接入是连续的，则可以用该装置连续地产生电力，且不需要任何其他的供给。如果供给蒸汽被保持在大气压力以下，则真空泵压缩机被用于第一压缩步级，如果供给蒸汽保持大气压力或更高，则压缩机被用于第一压缩步级且装置可以根据所需的压力和装置的加热侧上的冷凝温度包括若干串联的压缩机步级。所述装置是敞开的装置，且如果装置不包括蒸发器时充入供给蒸汽且引出冷凝淡水。当前，许多工业过程产生蒸汽，其难于找到任何应用，利用本发明，蒸汽可以被用于电力生产。
[0020]本发明提供了用于对根据本发明的装置进行操作的方法，其特征在于，海水被导入到蒸发器中，在蒸发器处的负压导致淡水在降低的温度被蒸发，同时剩余的盐溶液被导出。海水被导入，导入的量总体上对应于由蒸汽冷凝获得淡水的量与获得盐溶液的量，且除了淡水和盐溶液之外在装置中产生了电能或/和热能。有利地保持了盐水/盐溶液的必须通流以防止在蒸发器中盐的沉积和藻类生长。
[0021]本发明还提供了将根据本发明的装置用于淡水生产和/或电力和/或热量和/或盐溶液生产的用途。
[0022]根据本发明的装置可以包含本文以任何操作的组合形式描述的或示出的特征，所述组合是本发明的实施例的。根据本发明的方法可以包含本文以任何操作的组合形式描述的或示出的特征或步骤，所述组合是本发明的实施例。
[0023]附图
[0024]本发明借助于四幅附图进行示出，其中
[0025]图1示出了根据本发明的简单的、闭合的装置；
[0026]图2示出了根据本发明的简单的、敞开的装置；
[0027]图3和图4示出了根据本发明的较为复杂的敞开装置。
【具体实施方式】
[0028]参考给定的图1，其示出了根据本发明的简单的、闭合的装置。更具体的是，装置包括换热器形式的蒸发器E-002、真空泵压缩机PC-002、另外的真空泵压缩机PC-001、换热器形式的冷凝器E-OOl和压力调节器1-PC-001。热泵媒介，诸如淡水，其在闭合装置中循环，通过在蒸发器E-002中，借助于被布置在蒸发器的下游的真空泵压缩机PC-002，在相对于大气压力的负压下被蒸发而在装置的冷却侧收集热量。气体媒介，诸如蒸汽，被导向真空泵压缩机PC-001，在真空泵压缩机PC-001中媒介在其被导向冷凝器E-001之前被压缩，在冷凝器E-001中通过冷凝作用热量被释放，且被冷凝的液体被导向压力调节器1-PC-001，且从此处回到蒸发器。真空泵压缩机PC-001表示一个或多个串联的单元，使用该一个或多个串联的单元蒸汽中的压力可以大大地增加以能够更有效地产生电力(例如，在连接到冷凝器E-001的单独的回路中)。使用当前技术的热泵可以获得已知的最高温度，所述技术如提到的是通过使用水/氨水来实现，其中112°C冷凝温度是在65巴的冷凝压力下实现的。通过使用根据本发明的装置，冷凝温度在65巴下将为281°C，很适于上述电力生产装置。冷凝温度的非常强的压力相依性对于电力生