一种热泵循环式海水淡化装置及其使用方法与流程

本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种热泵循环式海水淡化装置及其使用方法。

背景技术：
水是一切生命之源，随着工农业地不断发展，人口快速增长，淡水的需求将急剧增加，淡水资源匮乏是许多国家亟待解决的问题。尤其在一些岛屿和偏远的咸水湖地区，以及海上船舶等的饮用水资源大都是海水或者苦咸水，淡水严重缺乏，同时贮藏和运送淡水也较为困难，因此我们需要用一种装置可将周边海水或苦咸水或其他无法饮用的水资源进行淡化或者净化处理，以达到为我们生产生活所用。现有的发明技术较多，主要有反渗透法、蒸馏法、电渗析法、多级闪蒸法等等，但这些方法要么前期投资较大、生产工艺复杂；要么能耗较高、产业化成本过高；这些缺点制约了海水淡化领域的发展。但随着人类生存条件的不断恶化，淡水资源越来越缺乏，我们迫切需要一种体积小巧，结构简单，操作简便，能耗小的海水淡化装置来为我们服务。本发明的不同之处在于，利用热泵循环系统，结合蒸馏技术，使得热源被反复使用，而海水受热后的水蒸气经冷凝后就可得淡水，此装置结构简单，淡化工艺简便，最主要的是可大大降低海水淡化成本，可设计成小型装置，方便家庭、海岛、船舶等地方使用，也可以利用本装置对其他受污染水质进行净化处理。具体优点：1、热泵循环装置提高热量利用率，可大大降低能耗；2、结构简单，操作方便，淡化效率高；3、利用本发明的冷凝器结构可兼顾水蒸气的冷凝和热泵工作系统对热量的吸收，从而降低淡化成本；4、本装置为整体结构，方便移动，也可制造成为家用或船舶上使用小型装置；

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、淡化成本低、实用性高的热泵循环式海水淡化装置及其使用方法。本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种热泵循环式海水淡化装置，包括储液槽、热泵循环系统，所述的热泵循环系统由压缩机、散热器、减压阀和冷凝器组成，所述的冷凝器由若干片冷凝片和冷凝管组成，所述的冷凝片为F型结构，该各个冷凝片的F开口呈片状交叉倒位布置，并在各冷凝片中穿插有冷凝管；该冷凝管内通有热泵工作介质，冷凝管的热泵工作介质进口与热泵工作介质出口间依次连接有压缩机、散热器、减压阀，彼此间通过热泵网管相连接，整个热泵管网形成独立式封闭循环；所述的散热器安装在储液槽内，并低于液面；储液槽一侧低于散热器处安装有进水口，底部安装有排水口；所述的冷凝器安装于储液槽的顶部，并与储液槽的放置水平面呈10-90度角安装；整个储液槽与冷凝器之间为封闭式连接，通过冷凝器与大气相通，整个装置外部设有保温层。作为优选，所述的冷凝器的出水端的底部处放置有蓄水槽，该蓄水槽设置于储液槽的一侧，并开设有出水孔。作为优选，所述的冷凝片，其中位于冷凝器两侧边的冷凝片为单片冷凝片，位于冷凝器中间的冷凝片由两片冷凝片背对呈对称倒位结构一体压制而成。作为优选，所述的冷凝管内的热泵工作介质为氟利昂或丙酮或甲醇。利用如上述的热泵循环式海水淡化装置的使用方法，包括如下步骤：1)、装置开启：开启电源，压缩机开始工作，热泵循环系统内的热泵工作介质开始循环；2)、装置运行：当热泵循环系统的热交换处于稳定，被压缩的热泵工作介质，通过散热器将储液槽内的海水加热直至汽化成水蒸气，而热泵工作介质的热量被海水吸收后温度降低，热泵工作介质再经过减压阀汽化后温度迅速降低，进入到冷凝器内使得所有冷凝片的温度下降到30℃以下，低于外界温度的冷凝器吸水蒸汽的热量后，使得热泵工作介质的温度升高，而水蒸气冷凝成水滴，热泵工作介质再经压缩机后，高温汽化的热泵工作介质被压缩成高温高压的液态热泵工作介质温度上升到90℃以上，进入到散热器内，通过散热器将储液槽里的海水加热，当储液槽内的海水温度逐步升高到80℃以上，部分海水被汽化成水蒸气，并随气流往冷凝器方向移动；当水蒸气上升遇到顶部设计的冷凝器，遇冷后凝结成水并沿着冷凝片往下流淌，并汇集到蓄水槽内，通过出水孔流出；经蒸馏过的海水从出水孔流出时已经变成了淡水；当储液槽内的海水不断的被蒸发，而外界的海水通过进水口连续的进入，使储液槽内始终保持稳定的水量，而海水通过热泵循环系统的散热器被加热成水蒸气，而此时冷凝器吸收了水蒸气的热量，通过热泵循环系统又重新回到散热器内，这样周而复始的运转；当海水不断被蒸发，而海水中的盐分浓度会不断升高，直到盐分因饱和后会结晶而析出，并通过储液槽底部的排水口排出；3)、装置关闭：关闭电源，热泵循环系统停止运转，同时也停止向储液槽内供应海水。本发明的有益效果为：1、利用蒸发与冷凝的原理，将海水通过热泵循环系统散发的热量将海水加热汽化，再通过热泵循环系统的冷凝器将汽化后的水蒸气冷凝得到淡水的一套装置，而通过冷凝器的热泵工作介质吸收了蒸气的热量，再经压缩机压缩后使得工作介质温度升高，用来加热海水使其汽化，这样周而复始运转，而海水不断的被补充，而蒸发过后被冷凝的水即成了淡水，而海水中的盐分被结晶析出最后也被收集利用，该装置具有结构简单，能源利用率高，淡化成本低，淡化后的水质安全可靠；2、利用本方法还可将热量进行回收，大大降低环境污染，减少能源消耗；3、该装置也适用于蒸馏设备，或其他冷凝设施，具有应用范围广，适用性强。附图说明图1是本发明的立体结构示意图。图2是本发明的工作原理结构示意图。图3是本发明的冷凝器结构示意图一。图4是本发明的冷凝器结构示意图二。图5是本发明的冷凝器结构示意图三。附图中的标号分别为：1、储液槽；2、压缩机；3、散热器；4、减压阀；5、冷凝器；6、热泵网管；7、蓄水槽；11、进水口；12、排水口；51、冷凝片；52、冷凝管；71、出水孔；521、热泵工作介质进口；522、热泵工作介质出口。具体实施方式下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1、2所示，本发明包括储液槽1、热泵循环系统，所述的热泵循环系统由压缩机2、散热器3、减压阀4和冷凝器5组成，所述的冷凝器5由若干片冷凝片51和冷凝管52组成，所述的冷凝片51为F型结构，该各个冷凝片51的F开口呈片状交叉倒位布置，并在各冷凝片51中穿插有冷凝管52；该冷凝管52内通有热泵工作介质，冷凝管52的热泵工作介质进口521与热泵工作介质出口522间依次连接有压缩机2、散热器3、减压阀4，彼此间通过热泵网管6相连接，整个热泵管网6形成独立式封闭循环；所述的散热器3安装在储液槽1内，并低于液面；储液槽1一侧低于散热器3处安装有进水口11，底部安装有排水口12；所述的冷凝器5安装于储液槽1的顶部，并与储液槽1的放置水平面呈10-90度角安装；整个储液槽1与冷凝器5之间为封闭式连接，通过冷凝器5与大气相通，整个装置外部设有保温层。所述的冷凝器的出水端的底部处放置有蓄水槽7，该蓄水槽7设置于储液槽1的一侧，并开设有出水孔71。所述的冷凝片51，其中位于冷凝器5两侧边的冷凝片51为单片冷凝片，位于冷凝器5中间的冷凝片51由两片冷凝片背对呈对称倒位结构一体压制而成。所述的冷凝管52内的热泵工作介质为氟利昂或丙酮或甲醇。本发明的热泵循环式海水淡化装置的使用方法，包括如下步骤：1)、装置开启：开启电源，压缩机2开始工作，热泵循环系统内的热泵工作介质开始循环；2)、装置运行：当热泵循环系统的热交换处于稳定，被压缩的热泵工作介质，通过散热器3将储液槽1内的海水加热直至汽化成水蒸气，而热泵工作介质的热量被海水吸收后温度降低，热泵工作介质再经过减压阀4汽化后温度迅速降低，进入到冷凝器5内使得所有冷凝片51的温度下降到30℃以下，低于外界温度的冷凝器吸水蒸汽的热量后，使得热泵工作介质的温度升高，而水蒸气冷凝成水滴，热泵工作介质再经压缩机2后，高温汽化的热泵工作介质被压缩成高温高压的液态热泵工作介质温度上升到90℃以上，进入到散热器3内，通过散热器3将储液槽1里的海水加热，当储液槽1内的海水温度逐步升高到80℃以上，部分海水被汽化成水蒸气，并随气流往冷凝器5方向移动；当水蒸气上升遇到顶部设计的冷凝器5，遇冷后凝结成水并沿着冷凝片51往下流淌，并汇集到蓄水槽7内，通过出水孔71流出；经蒸馏过的海水从出水孔流出时已经变成了淡水；当储液槽1内的海水不断的被蒸发，而外界的海水通过进水口11连续的进入，使储液槽1内始终保持稳定的水量，而海水通过热泵循环系统的散热器3被加热成水蒸气，而此时冷凝器5吸收了水蒸气的热量，通过热泵循环系统又重新回到散热器3内，这样周而复始的运转；当海水不断被蒸发，而海水中的盐分浓度会不断升高，直到盐分因饱和后会结晶而析出，并通过储液槽1底部的排水口12排出；3)、装置关闭：关闭电源，热泵循环系统停止运转，同时也停止向储液槽1内供应海水。本发明主要利用热泵循环系统，通过散热器3使海水汽化成水蒸气，再通过冷凝器5冷凝成水完成对海水的蒸馏过程；而整个蒸馏过程的热能转换通过热泵的压缩机2使得工作介质的温度上升，从而通过散热器3给海水供热；而被冷凝器5吸收的热量又通过热泵系统进行回收，最终通过热泵的中间媒介作用实现海水的淡化，而热泵本身只需要少量电源就可以驱动，只要热泵系统的热转化效率越高那么所需外部电源就越少。另外本发明的不同之处在于冷凝器5的结构上做了较大改进，将冷凝片51的安装呈交叉“F”型结构，可有效增加冷凝器5的表面积，促使水蒸气经过“F”型结构时更容易与冷凝片51接触，提高冷凝效率；另外交叉“F”型结构的冷凝片51垂直安装可有效收集冷凝后的水顺着冷凝片流入蓄水槽7内。本发明具体应用如下：如附图1、2所示，本发明包括储液槽1、热泵循环系统，所述的热泵循环系统由压缩机2、散热器3、减压阀4和冷凝器5组成，该冷凝器5由若干片F型结构的冷凝片51交叉倒位布置，中间串联有冷凝管52形成整体，整个热泵系统内充装有氟利昂作为热泵工作介质，整个热泵循环系统内的氟利昂依次经过压缩机2、散热器3、减压阀4，冷凝器5方向再回到压缩机2重复循环工作，彼此间通过热泵网管6相连接，独立式封闭循环；所述的散热器3安装在储液槽1内，并低于液面；储液槽1一侧低于散热器3处安装有进水口11，底部安装有排水口12；所述的冷凝器5安装于储液槽1的顶部，并与储液槽1的放置水平面呈75度角安装；整个储液槽1与冷凝器5之间为封闭式连接，通过冷凝器5与大气相通，整个装置外部设有保温层。本发明的热泵循环式海水淡化装置的使用方法，包括如下步骤：1)、装置开启：开启电源，压缩机2开始工作，热泵循环系统内的热泵工作介质氟利昂开始循环；2)、装置运行：当热泵循环系统的气态氟利昂通过压缩机2压缩成高温高压的液态氟利昂温度约90℃，进入到散热器3内，通过散热器3给储液槽1内的海水进行加热，而氟利昂的温度不断的降低，流出散热器3的温度控制在30℃左右，并通过减压阀4，压力迅速下降，氟利昂变成低温低压的气体，进入到冷凝器5内此时温度控制在15℃左右，而冷凝器5吸收了水蒸气的热量后，水蒸气被冷凝成水滴，而冷凝器5内的氟利昂温度逐渐升高到约60℃，通过热泵管网6回流到压缩机2内，完成一个热泵循环工作，如此往复循环；使得散热器3始终能够给储液槽1内的海水加热，使得储液槽1内的海水温度逐步升高到80℃以上，部分海水被汽化成水蒸气，并随气流往冷凝器5方向移动；当水蒸气上升遇到顶部设计的冷凝器5，遇冷后凝结成水并沿着冷凝片51往下流淌，并汇集到蓄水槽7内，通过出水孔71流出；经蒸馏过的海水从出水孔流出时已经变成了淡水；当储液槽1内的海水不断的被蒸发，而外界的海水通过进水口11连续的进入，使储液槽1内始终保持稳定的水量，而海水通过热泵循环系统的散热器3被加热成水蒸气，而此时冷凝器5吸收了水蒸气的热量，通过热泵循环系统又重新回到散热器3内，这样周而复始的运转；当海水不断被蒸发，而海水中的盐分浓度会不断升高，直到盐分因饱和后会结晶而析出，并通过储液槽1底部的排水口12排出；3)、装置关闭：关闭电源，热泵循环系统停止运转，同时也停止向储液槽1内供应海水。同样方法，本发明还可以对其他水质进行蒸馏或净化，以达到为我们纯净水源的目的。可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。