专利名称：水冷式热电热泵海水淡化闪蒸系统及海水淡化方法
技术领域：
本发明总的设计闪蒸系统领域，特别涉及一种热电热泵海水淡化闪蒸系统及方法。
背景技术：
在对海水进行淡化的时候需要使用蒸发器，而海水淡化在整个蒸发过程中会使用到闪蒸器。现有的多级闪蒸装置，其热回收系统采用了管式换热元件，低温余热回收的热效果较差，设备庞大，加大了装置使用难度，增加了运行费用。上世纪兴起的热电技术可以大大提高余废热的再次利用效果。参见图1.该简单热电装置由热电堆，冷热端换热结构等组成。通过调节直流电的流动方向，在热电效应下可以实现加热/制冷的效果。
发明内容
本发明专利要解决的问题是；提供一种高效利用低品位的热电热泵海水淡化闪蒸系统，以减少装置的使用空间，设备运行费用，降低对环境的热污染，提高对低品位热源能量的利用能力。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:本热电热泵海水淡化闪蒸系统包括热电热泵装置、第一换热器、第二换热器、闪蒸器；其中热电热泵装置由冷端换热结构、热端换热结构、位于其中的热电堆组成；其中冷端换热结构具有热源入口和热源出口，热端换热结构具有热汇入口和热汇出口 ；外界海水入口分成两条支路；第一条支路依次经过第一流量控制阀、第一过滤器与热源入口相连，热源出口与外界环境相通；第二条支路依次经过第二流量控制阀、第二过滤器与热汇入口相连；热汇出口分成两条支路；第一条支路与闪蒸器的入 口相连，闪蒸器的浓海水出口经过流量控制阀与第一换热器的热边入口相连，第一换热器的热边出口与外界环境相通；闪蒸器的饱和蒸汽出口经过流量控制阀与第二换热器的热边入口相连，第二换热器的热边出口与下一级设备相连；第二条支路经过流量控制阀与热汇入口相连；
上述第一换热器、第二换热器(的冷边通过以下方式连接:
第一种方式:第一换热器、第二换热器的冷边依次串联于第二过滤器和热汇入口之
间；
第二种方式:第一换热器的冷边连接于第二过滤器和热汇入口之间；第二换热器的冷边连接于第一过滤器和热源入口之间；
第三种方式:第二换热器的冷边连接于第二过滤器和热汇入口之间；第一换热器的冷边连接于第一过滤器和热源入口之间。所述的热电热泵海水淡化闪蒸系统的海水淡化方法，其特征在于包括以下过程:外界海水入口分成两条支路；第一条支路依次经过第一流量控制阀、第一过滤器与热电热泵装置的热源入口相连，第二条支路依次经过第二流量控制阀、第二过滤器与热电热泵装置的热汇入口相连；冷端换热结构和热端换热结构之间通过热电堆进行热交换，冷端换热结构的热量流向热端换热结构；流过冷端换热结构的低温海水从热源出口排出；
加热后的海水从热汇出口排出，一部分海水进入闪蒸器，在闪蒸器中蒸发成为饱和蒸汽和浓海水；浓海水通过闪蒸器的浓海水出口经过流量控制阀与进入第一换热器热边，饱和蒸汽通过闪蒸器的饱和蒸汽出口经过流量控制阀进入第二换热器的热边；
当进入闪蒸器的海水过量时，通过另一条支路进入热电热泵装置的热汇入口 ；
海水通过以下方式与第一换热器、第二换热器进行热交换预热后再进入热电热泵装
置:
第一种方式:第一换热器、第二换热器的冷边依次串联于第二过滤器和热汇入口之间；两个换热器均用于对进入热汇入口的海水进行预热；
第二种方式:第一换热器的冷边连接于第二过滤器和热汇入口之间；第二换热器的冷边连接于第一过滤器和热源入口之间；第一换热器用于对进入热汇入口的海水预热，第二换热器用于对进入热源入口的海水预热；
第三种方式:第二换热器的冷边连接于第二过滤器和热汇入口之间；第一换热器的冷边连接于第一过滤器和热源入口之间；第一换热器用于对进入热源入口的海水预热，第二换热器用于对进入热汇入口的海水预热。热电热泵装置的热端换热结构由η个换热单元以及位于相邻换热单元之间的m个热电堆组成，呈层叠结构；上述相邻换热单元之间首尾相接依次串联；上述η个换热单元中的第一个换热单元的入口即为所述热端换热结构的热汇入口，最后一个换热单元的出口即为所述热端换热结构的热汇出口 ；η为大于等于I的自然数，且当η等于I时m等于O,当η大于I时m等于η-l。这样的设计方式不仅可以回收闪蒸后的余热，还可以通过消耗少量的高品质热源，进而将低品位热源的作用得到更大的应用，达到较好的节能效果。根据调查，我国各行业的可回收利用的余热资源巨大，节能市场巨大。这些低品位热源虽然总量较大，但温度不高，即能够转换为机械能和电能的可用能较低，传统上被认为无价值而直接排放。事实上，这些低品位热源若能低成本、高效地回收，不仅具有显著的节能意义的同时也可以减少对环境的热污染。尽管本发明已描述了特殊实例实施方面，但许多变体对于本领域技术人员是明显。意图将所有此类变体如图4图5图6都包括在公开的本发明和所有附权利要求的范围。
图1热电热泵装置示意 图2热电热泵海水淡化闪蒸系统示意 图3热电热泵热端换热结构示意 图4相近热电热泵海水淡化闪蒸系统I ;
图5相近热电热泵海水淡化闪蒸系统2 ；
图6相近热电热泵海水淡化闪蒸系统3 ；
图中标号名称:1.第一流量 控制阀，2.第二流量控制阀，3.第一过滤器，4.第二过滤器，5.第一流量计，6.第一温度计，7.第二流量计，8.第二温度计，9.热电热泵装置，10.热电热泵热源，11.热电热泵装置主体，12.热源出口温度计，13.闪蒸器，14.第三温度计，15.热电热泵热汇，16.热端陶瓷基板，17.铜片之间串联导线，18.安培表，19.第一换热器，20.第二换热器，21.第四温度计；22.冷端陶瓷基板，23.冷端铜片，24.N型半导体材料，25.P型半导体材料，26.热端铜片，27.热电热泵冷端换热结构，28热电热泵热端换热结构，29热电热泵外壳；30.换热单元，31.热电堆。
具体实施例方式本专利是将热电热泵作为换热器来进行系统优化设计的，其加热机理与一般类型的换热器不同。该系统的优点是可以利用少量高品质电能作为代价，将低品位热源热量转移到高温热源处，从而达到利用低品位热源目的。此方法不仅可以大大提高废热的能量利用效率，还可以减低环境的热污染。本专利系统的热电热泵装置主要由以下几部分组成。热电热泵换热装置9、第一换热器19、第二换 热器20、闪蒸器13 ;其中热电热泵换热装置9由冷端换热结构10、热端换热结构15、位于其中的热电热泵主体11组成；其中冷端换热结构具有热源入口和热源出口，热端换热结构具有热汇入口和热汇出口；
外界海水入口分成两条支路；第一条支路依次经过第一流量控制阀1、第一过滤器3与热源入口相连，热源出口与外界环境相通，第一流量计和第一温度计分别测量热电热泵热源进口流量和温度，常温海水在热源放热后，经热源出口处温度计测量温度，直接排入环境;
第二条支路依次经过第二流量控制阀2、第二过滤器4与热汇入口相连。常温海水进入第一换热器19，在第一换热器19末端有第四温度计21测量预热后海水温度并记录，预热后海水进入第二换热器20，在第二换热器末端有第二温度计8测量再次预热后的海水温度，经过两次预热后的海水进入热电热泵热汇15，在热电热泵热汇15末端有第三温度计用于测量热电热泵加热后的高温海水温度；
热汇出口分成两条支路；第一条支路与闪蒸器13的入口相连，闪蒸器13的浓海水出口经过流量控制阀与第一换热器19的热边入口相连，第一换热器19的热边出口与外界环境相通；闪蒸器13的饱和蒸汽出口经过流量控制阀与第二换热器20的热边入口相连，第二换热器20的热边出口与下一级设备相连；第二条支路经过流量控制阀与热汇入口相连，通过流量控制阀来调节进入闪蒸器13的进水流量。
权利要求
1.一种热电热泵海水淡化闪蒸系统，其特征在于:包括热电热泵换热装置(9)、第一换热器(19)、第二换热器(20)、闪蒸器(13);其中热电热泵换热装置(9)由冷端换热结构(10)、热端换热结构(15)、位于其中的热电热泵主体(11)组成；其中冷端换热结构具有热源入口和热源出口，热端换热结构具有热汇入口和热汇出口 ； 外界海水入口分成两条支路；第一条支路依次经过第一流量控制阀(I )、第一过滤器(3)与热源入口相连，热源出口与外界环境相通； 第二条支路依次经过第二流量控制阀(2)、第二过滤器(4)与热汇入口相连； 热汇出口分成两条支路；第一条支路与闪蒸器(13)的入口相连，闪蒸器(13)的浓海水出口经过流量控制阀与第一换热器(19)的热边入口相连，第一换热器(19)的热边出口与外界环境相通；闪蒸器(13)的饱和蒸汽出口经过流量控制阀与第二换热器(20)的热边入口相连，第二换热器(20)的热边出口与下一级设备相连；第二条支路经过流量控制阀与热汇入口相连； 上述第一换热器(19)、第二换热器(20)的冷边通过以下方式连接: 第一种方式:第一换热器(19)、第二换热器(20)的冷边依次串联于第二过滤器(4)和热汇入口之间； 第二种方式:第一换热器(19)的冷边连接于第二过滤器(4)和热汇入口之间；第二换热器(20)的冷边连接于第一过滤器(3)和热源入口之间； 第三种方式:第二换热器(20)的冷边连接于第二过滤器(4)和热汇入口之间；第一换热器(19 )的冷边连接于第一过滤器(3 )和热源入口之间。
2.根据权利要求1所述的热电热泵海水淡化闪蒸系统，其特征在于:上述热电热泵装置(9)的热端换热结构(15)由η个换热单元以及位于相邻换热单元之间的m个热电堆组成，呈层叠结构；上述相邻换热单元之间首尾相接依次串联；上述η个换热单元中的第一个换热单元的入口即为所述热端换热结构的热汇入口，最后一个换热单元的出口即为所述热端换热结构的热汇出口 ；η为大于等于I的自然数，且当η等于I时m等于O,当η大于I时m等于n-lo
3.根据权利要求1所述的热电热泵海水淡化闪蒸系统的海水淡化方法，其特征在于包括以下过程: 外界海水入口分成两条支路；第一条支路依次经过第一流量控制阀(I )、第一过滤器(3)与热电热泵装置(9)的热源入口相连，第二条支路依次经过第二流量控制阀(2)、第二过滤器(4)与热电热泵装置(9)的热汇入口相连；冷端换热结构(10)和热端换热结构(15)之间通过热电堆进行热交换，冷端换热结构(10)的热量流向热端换热结构(15);流过冷端换热结构(10)的低温海水从热源出口排出； 加热后的海水从热汇出口排出，一部分海水进入闪蒸器(13)，在闪蒸器(13)中蒸发成为饱和蒸汽和浓海水；浓海水通过闪蒸器(13)的浓海水出口经过流量控制阀与进入第一换热器(19)热边，饱和蒸汽通过闪蒸器(13)的饱和蒸汽出口经过流量控制阀进入第二换热器(20)的热边； 当进入闪蒸器(13)的海水过量时，通过另一条支路进入热电热泵装置(9)的热汇入口 ； 海水通过以下方式与第一换热器(19)、第二换热器(20)进行热交换预热后再进入热电热泵装置(9): 第一种方式:第一换热器(19)、第二换热器(20)的冷边依次串联于第二过滤器(4)和热汇入口之间；两个换热器均用于对进入热汇入口的海水进行预热； 第二种方式:第一换热器(19)的冷边连接于第二过滤器(4)和热汇入口之间；第二换热器(20)的冷边连接于第一过滤器(3)和热源入口之间；第一换热器(19)用于对进入热汇入口的海水预热，第二换热器(20 )用于对进入热源入口的海水预热； 第三种方式:第二换热器(20)的冷边连接于第二过滤器(4)和热汇入口之间；第一换热器(19)的冷边连接于第一过滤器(3)和热源入口之间；第一换热器(19)用于对进入热源入口的海水预热，第二换热器(20 )用于对进入热汇入口的海水预热。
4.根据权利要求3所述的海水淡化方法，其特征在于包括以下过程:上述热电热泵装置(9)的热端换热结构(15)由η个换热单元以及位于相邻换热单元之间的m个热电堆组成，呈层叠结构；上述相邻换热单元之间首尾相接依次串联；上述η个换热单元中的第一个换热单元的入口即为所述热端换热结构的热汇入口，最后一个换热单元的出口即为所述热端换热结构的热汇出口 ；η为大于等于I的自然数，且当η等于I时m等于O,当η大于I时m等于η-l ； 上述换热单元先作为热源与上一级冷源换热，再作为热源与下一级冷源换热，依次类推加强换 热效果。
全文摘要
一种水冷式热电热泵海水淡化闪蒸系统及海水淡化方法，属于闪蒸系统领域。包括热电热泵换热装置、第一换热器、第二换热器、闪蒸器；其中热电热泵换热装置由冷端换热结构、热端换热结构、位于其中的热电热泵主体组成；其中冷端换热结构具有热源入口和热源出口，热端换热结构具有热汇入口和热汇出口。本发明减少装置的使用空间，设备运行费用，降低对环境的热污染,提高对低品位热源能量的利用能力。
文档编号C02F1/04GK103172131SQ20131012343
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者刘轩, 蒲文灏, 张天威 申请人:南京航空航天大学