一种带梯级预热的热泵式海水淡化装置及其控制方法
【专利说明】一种带梯级预热的热泵式海水淡化装置及其控制方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于海水淡化技术领域，特别涉及一种带梯级预热的热栗式海水淡化装置 及其控制方法。 【【背景技术】】
[0002] 随着人们物质生活水平的提高和社会经济的发展，生产、生活对淡水的需求量都 迅速增加，能直接给人类生存供给的淡水资源显得极为短缺，因此挖掘潜在的淡水资源并 加以转化利用具有重要意义。地球上海水覆盖面积极大，而且海水中蕴藏着大量淡水资源， 因此发展海水淡化技术将在一定程度上减小地球淡水资源紧缺对人类生存的威胁。
[0003]热栗作为一种热量提升装置，它能通过消耗较小的电能而从环境介质中吸收大量 的能量。因此把热栗循环用于海水淡化，在保证淡水品质的同时，将大幅降低能耗。
[0004]海水淡化后分离的淡水、浓海水温度都高于进口海水的温度，故可以利用它们的 热量预热进口海水，这样能进一步提升能量的利用效率和系统能效比。
[0005] 中国专利CN202924776U公开了一种连续生产双极热栗海水淡化系统，具有低能 耗、可连续生产的特点;但需要利用真空栗把海水淡化系统抽至一定的真空度，这会额外增 加能耗，而且对系统的密封性要求较高。中国专利CN202924775U公开了一种间歇式小温差 热栗低温海水淡化系统，对节能具有一定意义，但装置不足之处在于:部件较多，具体实施 复杂，需要较高的真空度，且不能连续生产。 【
【发明内容】
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[0006]本发明提出了一种带梯级预热的热栗式海水淡化装置及其控制方法，目的是改进 现有技术方案的不足，提尚海水淡化系统的效率和淡水品质。
[0007]本发明目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008] -种带梯级预热的热栗式海水淡化装置，包括制冷系统回路、闭合水回路、收集系 统和压力平衡系统；
[0009]所述的制冷系统回路包括发生器；发生器被绝热隔板隔开为冷凝器侧和蒸发器 侦L冷凝器侧和蒸发器侧上部连通，冷凝器侧和蒸发器侧内部分别设置蒸发式冷凝器和蒸 发器;蒸发式冷凝器和蒸发器上部管路通过热力膨胀阀连通，下部管路通过滚动转子压缩 机连通组成闭合制冷系统回路；
[0010] 所述的收集系统包括淡水储罐和浓海水储罐;淡水储罐与发生器的蒸发器侧通过 排水管连接，用于储存发生器排出的淡水产品；浓海水储罐与发生器的冷凝器侧通过排水 管连接，用于储存发生器排出的浓海水;淡水储罐和浓海水储罐内部分别盘绕有初级预热 器和次级预热器；
[0011] 所述的闭合水回路包括海水储罐和安装在蒸发式冷凝器上部的喷淋器，海水储罐 通过用于驱动海水进行循环流动的海水栗依次连通初级预热器、次级预热器和喷淋器所述 的压力平衡系统包括淡水储罐与发生器的蒸发器侧连通的回水管，及浓海水储罐与发生器 的冷凝器侧连通的回水管。
[0012] 所述的压力平衡系统还包括初级压力平衡阀和次级压力平衡阀;初级压力平衡阀 设置在淡水储罐与发生器之间的回水管上，次级压力平衡阀设置在浓海水储罐与发生器之 间的回水管上。
[0013] 所述的淡水储罐的排水管上设有淡水流量计和淡水流量调节阀，并通过设置在淡 水储罐内的淡水测温仪来控制淡水流量调节阀的开度;设置在浓海水储罐内的浓海水测温 仪控制浓海水储罐的排水管上的浓海水流量阀。
[0014]所述的次级预热器和喷淋器之间的管路上设置有海水流量计；所述的淡水测温 仪、浓海水测温仪共同控制海水流量调节阀的开度。
[0015]所述的发生器顶部倾斜设置有用于盖板上的冷凝水方便流入蒸发器侧的疏水盖 板;疏水盖板内表面铺设疏水材料。
[0016] 所述的疏水盖板与水平线的夹角Θ范围为15°~30°。
[0017]所述的喷淋器上设有喷嘴，喷嘴按照中间疏两端密、中间细两端粗的方式布置在 喷淋器上。
[0018]所述的绝热隔板上方还设置有用于抽吸冷凝器侧的水蒸气到蒸发器侧进行冷凝 的轴流风机。
[0019]所述的蒸发器和初级预热器带有翅片，蒸发式冷凝器和次级预热器无翅片。
[0020] 所述的制冷系统的外部管路上设置有保温棉套。
[0021] 所述的蒸发式冷凝器的制冷剂选用R134a。
[0022] -种带梯级预热的热栗式海水淡化装置的控制方法，包括以下步骤：
[0023]在制冷系统回路工作前，保持收集系统管路关闭，调节压力平衡系统、闭合水回路 管路打开;然后开启海水栗，闭合水回路开始工作，喷淋器开始给发生器内的蒸发式冷凝器 供水；
[0024]当蒸发式冷凝器表面覆盖满水膜时，启动滚动转子压缩机电源，制冷系统回路开 始工作;在冷凝器热量的加热下，发生器内冷凝器侧开始产生水蒸气，在压差驱使下，水蒸 气迀移至发生器的蒸发器侧，在温度较低的蒸发器表面冷凝;发生器冷凝器侧分离的浓海 水进入浓海水储罐与次级预热器热交换，发生器蒸发器侧从海水中分离出的淡水进入淡水 储罐与初级预热器进行热交换；
[0025]当初级预热器、次级预热器被液体完全浸润后，海水栗驱动海水原料依次流经初 级预热器和次级预热器进行梯级预热，而初级预热器、次级预热器与来自海水储罐的海水 换热后分别排出淡水产品和浓海水；
[0026]预热后的海水经喷淋器均匀喷洒在蒸发式冷凝器表面，海水吸热蒸发产生的水蒸 气上升到顶部后，压差驱动下迀移至低温低压的翅片式蒸发器侧，在低温的蒸发器表面放 热凝结成水滴；
[0027]分离的淡水进入淡水储罐，而浓海水进入浓海水储罐，分别对海水进行预热；
[0028]海水淡化装置开始持续循环运行。
[0029]相对于现有技术，本发明具有以下优点：
[0030]本发明在海水储罐后设有两级预热器，进口的低温海水依次吸收初级预热器中淡 水和次级预热器中浓海水的热量，来提高海水出喷淋器的初始温度，这样可大幅提高海水 淡化率。热力膨胀阀、滚动转子压缩机、蒸发式冷凝器和翅片式蒸发器组成闭合制冷系统回 路，三大储罐、喷淋器和管路阀门等形成闭合水回路，闭合水回路利用梯级预热、热量回收 和膜状蒸发技术能提高系统热量利用率和淡化率。具体为海水经喷淋器均匀喷洒在蒸发式 冷凝器表面，海水吸热蒸发产生的水蒸气上升到顶部后，迀移至低温低压的翅片式蒸发器 侧，在低温的蒸发器表面放热凝结成水滴;分离的淡水进入淡水储罐，而浓海水进入浓海水 储罐，分别对海水进行预热。
[0031]进一步，为了提高淡水产量，应收集这部分冷凝水，故疏水盖板内表面应铺设疏水 材料，与水平面成一定夹角Θ，以便于冷凝水流到发生器右侧;但为了使水蒸气更多的到右 侧翅片式蒸发器进行冷凝，装置高度要求等，夹角Θ在15°~30°内为宜。
[0032]进一步，为了减缓换热器的换热效果衰减，分别跟海水、浓海水换热的蒸发式冷凝 器、次级预热器均使用无翅片换热管，而且管外均被水膜覆盖，高换热系数弥补了小换热面 积。而相反，由于和洁净水换热，蒸发器使用翅片管换热，来增大与水蒸气接触的表面积，提 高淡化率。
[0033]进一步，为了增大水蒸气流通量，在绝热隔板上方引入轴流风机增大风压。水蒸气 从左至右流通加快，系统的淡化率提高。
[0034]进一步，喷淋器的喷嘴在蒸发式冷凝器上部"中间疏两端密、中间细两端粗"布置， 以保证海水均匀喷洒在蒸发式冷凝器表面，这样可避免冷凝器表面局部出现"干涸"，减少 对已蒸发水蒸气的过度加热，从而进一步提升能量的利用效率和系统能效比。
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