專利名稱：一種海水淡化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水淡化方法，尤其是一種應(yīng)用封閉式熱泵循環(huán)人工間接冷凍技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的海水淡化的新方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)際上已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的海水淡化應(yīng)用技術(shù)主要是熱法和膜法，又分別稱為蒸餾法和反滲透法。蒸餾法就是將海水變成蒸汽，蒸汽冷卻而得到高純度淡水。根據(jù)蒸發(fā)冷卻的方式不同，蒸餾法通常分成多級(jí)閃蒸、多效蒸餾及蒸汽壓縮蒸餾(也稱壓氣蒸溜)三種。其中，多級(jí)閃蒸是將熱海水突然減壓，產(chǎn)生蒸汽而得到淡水。多效蒸餾是在蒸汽冷卻的同時(shí)，持續(xù)蒸發(fā)進(jìn)而得到淡水。蒸汽壓縮蒸餾法工作原理是蒸汽被壓縮后，壓力增高，溫度也隨之上升。根據(jù)這個(gè)原理，可將壓縮機(jī)的機(jī)械功轉(zhuǎn)化為海水蒸發(fā)所需要的熱能。對(duì)于二效蒸汽壓縮蒸餾裝置而言，可用第一效的二次蒸汽加熱第二效的海水；但是第二效的二次蒸汽的壓力和溫度都比較低，必須用壓縮機(jī)提高其壓力和溫度之后，才能用來加熱第一效的海水。蒸汽壓縮蒸餾海水淡化法的熱功效率比其他兩種蒸餾法高得多，而且能直接用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，單位體積產(chǎn)量高，很適用于艦艇、島嶼和野戰(zhàn)的條件。但由于受壓縮機(jī)容量的限制，目前壓汽蒸溜裝置的產(chǎn)量受到限制，一般以日產(chǎn)幾千噸淡水以下的規(guī)模較適宜。反滲透法就是在一定壓力下(60公斤/平方厘米)，將海水壓入反滲透膜，這種膜只允許海水中的水分子透過，而將絕大部分鹽分子截住，從而得到淡水。
就目前的技術(shù)而言，對(duì)于反滲透海水淡化，影響成本最大的因素是電力費(fèi)用，其次是藥劑費(fèi)和膜更換費(fèi)用。對(duì)于低溫多效蒸餾和多級(jí)閃蒸海水淡化，影響成本最大的因素是蒸汽費(fèi)用，其次是電力費(fèi)用。降低能耗是海水淡化無法回避的問題，也是降低海水淡化成本的關(guān)鍵因素之一。尋找一種低能耗生產(chǎn)淡水的方法，是人類在海水淡化領(lǐng)域努力的方向。
還有一種能夠?qū)崿F(xiàn)海水淡化的方法--冷凍法海水在結(jié)冰時(shí)，鹽分被排除在冰晶之外，將冰晶洗滌、分離、融化后，便得到淡水。由于水的融化熱僅有334.4kJ/kg，約為水的汽化潛熱的1/7，故比采用熱法實(shí)現(xiàn)海水淡化可大大降低能耗。
按冰晶形成的途徑不同，冷凍法又分天然冷凍法和人工冷凍法兩種，而人工冷凍法又分間接冷凍法和直接冷凍法兩種，由于人們一直認(rèn)為采用間接冷凍法傳熱效率不高，而且需要很大的傳熱面積，同時(shí)，從換熱面上取下冰晶，易損傷金屬壁面，故對(duì)該方面的應(yīng)用研究很少；而主要集中于研究直接冷凍法，分別提出了冷媒直接接觸冷凍法、真空冷凍蒸汽壓縮法、真空冷凍蒸汽吸收法、真空冷凍-氣相冷凝法、真空冷凍高壓融化冰晶法、真空冷凍多相轉(zhuǎn)變法等等，盡管這些方法從20世紀(jì)60年代就開始進(jìn)行研究，但迄今為止，仍未商業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有海水淡化技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，通過利用高效節(jié)能的熱泵技術(shù)，提出一種能夠解決好間接冷凍法中存在的各種問題，實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗及低運(yùn)行費(fèi)用的間接冷凍海水淡化方法。該方法盡可能簡(jiǎn)化海水淡化裝置的結(jié)構(gòu)，減小海水淡化裝置的成本，同時(shí)，應(yīng)用高效節(jié)能技術(shù)，盡可能降低海水淡化過程的能耗與運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的海水淡化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種將熱泵節(jié)能技術(shù)高效應(yīng)用于人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)方法，該發(fā)明方法包括進(jìn)料海水、濃鹽水輸送與排放、產(chǎn)品水輸送與排放、冰層洗滌、熱泵循環(huán)、輔助制冷及中央控制七個(gè)工作步驟，并同時(shí)分別構(gòu)成七個(gè)子系統(tǒng)，七個(gè)子系統(tǒng)或步驟與二個(gè)結(jié)冰水箱水氣連通構(gòu)成實(shí)現(xiàn)海水淡化的系統(tǒng)裝置；二個(gè)結(jié)冰水箱上下布置，構(gòu)成高位結(jié)冰水箱和低位結(jié)冰水箱，封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器與冷凝器分別放置在二個(gè)結(jié)冰水箱中，輔助制冷子系統(tǒng)的蒸發(fā)器與高位結(jié)冰水箱的換熱器有機(jī)組合為一個(gè)換熱器，按照設(shè)定的運(yùn)行工序往復(fù)循環(huán)形成連續(xù)輸出淡水的系統(tǒng)；將封閉式循環(huán)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器與人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來；并通過封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的四通閥，方便地實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)器與冷凝器的功能互換，從而高效回收利用冰層融化過程中放出的冷量，大幅度降低海水淡化過程的能耗。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先將海水加入高位結(jié)冰水箱，打開輔助制冷子系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的蒸發(fā)器將高位結(jié)冰水箱內(nèi)的海水形成冰層，待冰層達(dá)到一定厚度后，關(guān)閉輔助制冷子系統(tǒng)，打開高位水箱的海水排放閥，讓未結(jié)冰的海水靠重力作用從高位結(jié)冰水箱自動(dòng)流入低位結(jié)冰水箱；待海水流完后，啟動(dòng)冰層洗滌子系統(tǒng)，用淡水將冰層表面的海水沖洗一段時(shí)間，待沖洗水全部流出高位結(jié)冰水箱后，關(guān)閉高位結(jié)冰水箱的鹽水排放閥，啟動(dòng)熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從流入到低位結(jié)冰水箱的海水中吸收熱量，使其形成冰層，同時(shí)將獲得的熱量送到高位水箱的換熱器，使高位結(jié)冰水箱的冰層融化，形成淡水；在所有的冰層融化后，關(guān)閉熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，同時(shí)打開高位結(jié)冰水箱的淡水閥、低位結(jié)冰水箱的海水排放閥及進(jìn)料海水水泵，淡水與濃鹽水流經(jīng)進(jìn)料海水冷卻器，放出冷量后，淡水進(jìn)入淡水水箱，濃鹽水排出系統(tǒng)，被冷卻的進(jìn)料海水進(jìn)入緩存箱中；待低位結(jié)冰水箱的海水流完后，啟動(dòng)冰層洗滌子系統(tǒng)，用淡水將冰層表面的海水沖洗干凈，待沖洗水全部流出低位結(jié)冰水箱、淡水排放完畢、緩存水箱的海水達(dá)到水位要求后，關(guān)閉高位結(jié)冰水箱的淡水閥、低位結(jié)冰水箱的海水排放閥及進(jìn)料海水水泵；接著，打開緩沖箱的排水閥，將被冷卻的進(jìn)料海水充入高位結(jié)冰水箱，然后，讓熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的四通閥改變方向，再次啟動(dòng)熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，高位結(jié)冰水箱內(nèi)的換熱器轉(zhuǎn)變?yōu)樵摕岜孟到y(tǒng)的蒸發(fā)器，從高位結(jié)冰水箱的海水中吸收熱量，形成新的冰層，同時(shí)，低位結(jié)冰水箱內(nèi)的換熱器作為熱泵系統(tǒng)的冷凝器，將熱量傳遞給低位結(jié)冰水箱的冰層，使其融化產(chǎn)生淡水；在低位結(jié)冰水箱的冰層全部融化后，關(guān)閉熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，打開低位結(jié)冰水箱的淡水排放電磁閥及進(jìn)料海水水泵，讓淡水從低位結(jié)冰水箱進(jìn)入進(jìn)料海水冷卻器，將冷量提供給新進(jìn)的海水后流到淡水水箱中；低位結(jié)冰水箱的淡水全部流出后，關(guān)閉淡水排放電磁閥及進(jìn)料海水水泵，打開高位結(jié)冰水箱的海水排放閥，讓未結(jié)冰的海水靠重力作用從高位結(jié)冰水箱自動(dòng)流入低位結(jié)冰水箱；待海水流完后，啟動(dòng)冰層洗滌子系統(tǒng)，用淡水將高位結(jié)冰水箱冰層表面的海水沖洗一段時(shí)間，待沖洗水全部流出高位結(jié)冰水箱后，關(guān)閉低位結(jié)冰水箱的鹽水排放閥，讓熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的四通閥改變方向，啟動(dòng)熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從低位結(jié)冰水箱的海水中吸收熱量，使其形成冰層，同時(shí)將獲得的熱量送到高位結(jié)冰水箱的換熱器，使高位結(jié)冰水箱的冰層融化，形成淡水；如此循環(huán)往復(fù)，不斷產(chǎn)生淡水。
本發(fā)明將封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器與人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過四通閥實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器的功能互換，實(shí)現(xiàn)從換熱器表面去除冰晶和回收冷量。
本發(fā)明采用濃鹽水、產(chǎn)品水排放能量回收，通過將高、低位結(jié)冰水箱排出的濃鹽水、產(chǎn)品水與進(jìn)料海水有機(jī)組合換熱，實(shí)現(xiàn)能量回收和降低供給海水溫度。
本發(fā)明中二個(gè)結(jié)冰水箱內(nèi)分別安裝有結(jié)冰過程所需要的帶肋片的換熱器，該換熱器大幅度擴(kuò)大了有效換熱面積或結(jié)冰面積，解決了原間接冷凍海水淡化方法中不易擴(kuò)大換熱面及無法快速除去熱量，盡快形成冰晶的難題。
本發(fā)明的輔助制冷子系統(tǒng)之蒸發(fā)器與結(jié)冰水箱中的熱泵循環(huán)用換熱器共用相同的熱肋片有機(jī)組成一體，其冷凝器是風(fēng)冷式或水冷式。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)一是與熱法海水淡化相比，由于水的融化熱僅為汽化熱的1/7，能夠大幅度降低能耗；同時(shí)系統(tǒng)在常壓下運(yùn)行，無真空密封要求和真空抽氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，成本大幅度降低；二是與膜法海水淡化相比，無需對(duì)海水進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，不使用化學(xué)藥品，不會(huì)對(duì)海水產(chǎn)生污染；也無需對(duì)海水進(jìn)行加壓處理，系統(tǒng)簡(jiǎn)單且能耗低；三是與直接冷凍法相比，無制冷劑與水的接觸，不存在制冷劑對(duì)淡水和海水的污染；無冰水混合物的移動(dòng)和分離過程，系統(tǒng)更簡(jiǎn)單可靠；四是與原有的間接冷凍法相比，本發(fā)明利用熱泵循環(huán)子系統(tǒng)中四通閥的換向，使兩個(gè)結(jié)冰水箱實(shí)現(xiàn)了結(jié)冰過程與冰層融化過程的有機(jī)結(jié)合，不僅有效利用了冰層融化過程的冷能，提高了熱泵循環(huán)的效率，而且徹底解決了原間接冷凍法存在的無法從換熱面取下冰晶的問題，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的人工冷凍海水淡化；
五是與原有的間接冷凍法相比，本發(fā)明2個(gè)結(jié)冰水箱內(nèi)分別安裝有結(jié)冰過程所需要的帶肋片的換熱器，該類型的換熱器大幅度擴(kuò)大了有效換熱面積(結(jié)冰面積)，解決了原間接冷凍海水淡化方法中不易擴(kuò)大換熱面及無法快速除去熱量，盡快形成冰晶的難題。
六是與各種熱法海水淡化相比，冷凍法在低溫工況下運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢問題較為緩和，可采用價(jià)格較低的材料，降低了設(shè)備的初投資和運(yùn)行費(fèi)用；七是本發(fā)明設(shè)有專門的輔助制冷子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)既能保證整個(gè)海水淡化系統(tǒng)順利啟動(dòng)運(yùn)行，也能在循環(huán)一定時(shí)間后，短時(shí)間啟動(dòng)該輔助制冷系統(tǒng)，及時(shí)補(bǔ)充冷量的損失，保證淡水產(chǎn)量恒定。


圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)海水淡化過程的第一種工作流程圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)海水淡化過程的第二種工作流程圖。
圖3為高位結(jié)冰水箱的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖4為低位結(jié)冰水箱的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施中涉及的熱泵循環(huán)系統(tǒng)、高位結(jié)冰水箱與低位結(jié)冰水箱為實(shí)現(xiàn)海水淡化的必備部分，其整體系統(tǒng)的主要部件包括緩存水箱1，緩存水箱排水閥2，高位結(jié)冰水箱洗滌噴淋器3，高位結(jié)冰水箱洗滌噴淋控制閥4，四通閥5，干燥過濾器6，高位結(jié)冰水箱換熱器7，節(jié)流膨脹閥8，干燥過濾器9，熱泵循環(huán)壓縮機(jī)10，節(jié)流膨脹閥11，高位結(jié)冰水箱鹽水排放閥12，高位結(jié)冰水箱產(chǎn)品水排放閥13，高位結(jié)冰水箱14，輔助制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)15，輔助制冷系統(tǒng)冷凝器(選擇風(fēng)冷式，將熱量排到大氣中，或選擇水冷式，包括采用海水直接冷卻等方式)16，干燥過濾器17，低位結(jié)冰水箱洗滌噴淋器18、低位結(jié)冰水箱洗滌噴淋控制閥19，低位結(jié)冰水箱鹽水排放閥20，低位結(jié)冰水箱產(chǎn)品水排放閥21，低位結(jié)冰水箱換熱器22，低位結(jié)冰水箱23，進(jìn)料海水管道24，進(jìn)料海水水泵25，進(jìn)料海水冷卻器26，濃鹽水排出管道27，產(chǎn)品水排出管道28，產(chǎn)品水箱29，洗滌水泵30，高位結(jié)冰水箱海水進(jìn)口31，高位結(jié)冰水箱頂蓋(有保溫層)32，高位結(jié)冰水箱洗滌噴淋管33，熱泵循環(huán)系統(tǒng)換熱器接管34、35，高位結(jié)冰水箱結(jié)冰管肋片36，高位結(jié)冰水箱側(cè)板(有保溫層)37，高位結(jié)冰水箱換熱器工質(zhì)管38，換熱器支撐件39，高位結(jié)冰水箱底板(有保溫層)40，高位結(jié)冰水箱鹽水排出口41，排水管安裝向下傾斜方向42，高位結(jié)冰水箱產(chǎn)品水排出口43，底板安裝向下傾斜方向44，輔助制冷系統(tǒng)換熱器接管45、46，洗滌水接管47，低位結(jié)冰水箱海水進(jìn)口48，低位結(jié)冰水箱頂蓋(有保溫層)49，低位結(jié)冰水箱洗滌噴淋管50，熱泵循環(huán)系統(tǒng)換熱器接管51、52，低位結(jié)冰水箱側(cè)板(有保溫層)53，低位結(jié)冰水箱結(jié)冰管肋片54，低位結(jié)冰水箱換熱器工質(zhì)管55，換熱器支撐件56，低位結(jié)冰水箱底板(有保溫層)57，低位結(jié)冰水箱鹽水排出口58，排水管安裝向下傾斜方向59，低位結(jié)冰水箱產(chǎn)品水排出口60，底板安裝向下傾斜方向61，洗滌水接管62。
本發(fā)明方法的海水淡化系統(tǒng)包括進(jìn)料海水子系統(tǒng)、濃鹽水輸送與排放子系統(tǒng)、產(chǎn)品水輸送與排放子系統(tǒng)、冰層洗滌子系統(tǒng)、熱泵循環(huán)子系統(tǒng)、輔助制冷子系統(tǒng)及中央控制子系統(tǒng)七個(gè)部分。各子系統(tǒng)的工作原理及功效為進(jìn)料海水子系統(tǒng)經(jīng)過初步處理的海水由海水供給泵25送入系統(tǒng)，首先經(jīng)過進(jìn)料海水冷卻器26，吸收淡水、濃鹽水的冷量，再進(jìn)入緩存水箱1；待高位結(jié)冰水箱排水閥12、13關(guān)閉后，打開緩沖水箱的排水閥2，讓已冷卻好的進(jìn)料海水進(jìn)入高位結(jié)冰水箱14中；其功效是將進(jìn)料海水送入高位結(jié)冰水箱，同時(shí)回收排出系統(tǒng)的濃鹽水和淡水的冷量。
濃鹽水輸送與排放子系統(tǒng)高位結(jié)冰水箱14的濃鹽水通過濃鹽水排出閥12排放到低位結(jié)冰水箱23，通過結(jié)冰又形成一部分淡水；低位結(jié)冰水箱23中仍未結(jié)冰的濃鹽水通過濃鹽水排出閥20排放到進(jìn)料海水冷卻器26，將冷量傳遞給進(jìn)料海水后，從濃鹽水排出口27排出；其功效是將兩個(gè)結(jié)冰水箱的濃鹽水順利排出，同時(shí)將低位結(jié)冰水箱23排出的濃鹽水的冷量傳遞給進(jìn)料海水，實(shí)現(xiàn)冷量的回收。
產(chǎn)品水輸送與排放子系統(tǒng)高位結(jié)冰水箱14與低位結(jié)冰水箱23的產(chǎn)品水都通過各自的產(chǎn)品水排出閥13或21，流入進(jìn)料海水冷卻器26，將冷量傳遞給進(jìn)料海水后，進(jìn)入產(chǎn)品水水箱29；其功效是將兩個(gè)結(jié)冰水箱的產(chǎn)品水順利送到產(chǎn)品水箱，同時(shí)將其冷量傳遞給進(jìn)料海水，實(shí)現(xiàn)冷量的回收。
冰層洗滌子系統(tǒng)產(chǎn)品水箱29的淡水經(jīng)洗滌水泵30升壓后，通過洗滌子系統(tǒng)控制閥4或19分別送入高位結(jié)冰水箱14或低位結(jié)冰水箱23中，由噴淋系統(tǒng)將淡水均勻地噴到冰層表面；其功效是洗掉表面的海水，使淡水質(zhì)量進(jìn)一步提高。
熱泵循環(huán)子系統(tǒng)通過改變四通閥5的方向，有兩種不同的循環(huán)方式。當(dāng)高位結(jié)冰水箱14內(nèi)為海水，低位結(jié)冰水箱23內(nèi)為冰層時(shí)，按第二種工作流程圖所示的方式運(yùn)行，高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7為蒸發(fā)器，低位結(jié)冰水箱23的換熱器22為冷凝器，壓縮機(jī)10啟動(dòng)后，高位結(jié)冰水箱14中換熱器7的熱泵工質(zhì)從高位結(jié)冰水箱中吸熱，使海水結(jié)冰的同時(shí)熱泵工質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從壓縮機(jī)10的吸氣側(cè)進(jìn)入，經(jīng)壓縮機(jī)10提高壓力后，被送到低位結(jié)冰水箱23的冷凝換熱器22中，在低位結(jié)冰水箱23中放出熱量，使冰層融化的同時(shí)熱泵工質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，在高壓作用下，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)干燥過濾器17和節(jié)流膨脹閥11，再次進(jìn)入高位結(jié)冰水箱14的換熱器7中，形成熱泵循環(huán)過程；當(dāng)?shù)臀唤Y(jié)冰水箱23內(nèi)為海水，高位結(jié)冰水箱14內(nèi)為冰層時(shí)，按第一種工作流程圖所示的方式運(yùn)行，低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的換熱器22為蒸發(fā)器，高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7為冷凝器，壓縮機(jī)10啟動(dòng)后，低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的換熱器22中的熱泵工質(zhì)從低位結(jié)冰水箱的海水中吸熱，使海水結(jié)冰的同時(shí)熱泵工質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從壓縮機(jī)10的吸氣側(cè)進(jìn)入，經(jīng)壓縮機(jī)10提高壓力后，被送到高位結(jié)冰水箱14的換熱器7中，在高位結(jié)冰水箱中放出熱量，使冰層融化的同時(shí)熱泵工質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，在高壓作用下，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)干燥過濾器6和節(jié)流膨脹閥11，再次進(jìn)入低位結(jié)冰水箱23的換熱器22中，形成另外一種熱泵循環(huán)過程。該子系統(tǒng)的功效是通過熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)海水結(jié)冰—去除鹽分，同時(shí)利用其冷凝器實(shí)現(xiàn)冰層的融化—形成淡水，再利用四通閥的換向作用，使高位結(jié)冰水箱與低位結(jié)冰水箱的海水淡化過程有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的海水淡化過程。
輔助制冷子系統(tǒng)高位結(jié)冰水箱14的換熱器7為該制冷子系統(tǒng)的蒸發(fā)器，當(dāng)高位結(jié)冰水箱進(jìn)行結(jié)冰過程時(shí)，可啟動(dòng)輔助制冷子系統(tǒng)，高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7中的液態(tài)制冷工質(zhì)從海水中吸熱，使海水結(jié)冰的同時(shí)制冷工質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，從壓縮機(jī)15的吸氣側(cè)進(jìn)入，經(jīng)壓縮機(jī)15提高壓力后，被送到輔助制冷子系統(tǒng)的冷凝換熱器16中，放出熱量后由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，在高壓作用下，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)干燥過濾器9和節(jié)流膨脹閥8，再次進(jìn)入高位結(jié)冰水箱14的換熱器7中，形成制冷循環(huán)過程。該子系統(tǒng)的功效是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，使用該系統(tǒng)在高位結(jié)冰水箱中形成第一次的冰層，使熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的海水淡化過程得以開始；另外，在熱泵循環(huán)子系統(tǒng)工作一定時(shí)間后，也需要使輔助制冷子系統(tǒng)短時(shí)間工作，以補(bǔ)充損失的冷量，使海水淡化量基本穩(wěn)定。
中央控制子系統(tǒng)包括輔助制冷子系統(tǒng)的啟動(dòng)與關(guān)機(jī)控制，熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的四通閥5方向控制及啟動(dòng)與關(guān)機(jī)控制，冰層洗滌子系統(tǒng)的水泵30與閥門4、19的開啟與關(guān)閉控制，產(chǎn)品水輸送與排放子系統(tǒng)的閥門控制及其與進(jìn)料水泵的聯(lián)動(dòng)控制，濃鹽水輸送與排放子系統(tǒng)的閥門控制及其與進(jìn)料水泵的聯(lián)動(dòng)控制，進(jìn)料海水子系統(tǒng)的進(jìn)水量控制等部分。該子系統(tǒng)的功效是使各子系統(tǒng)或步驟按時(shí)間順序有機(jī)組合，同時(shí)控制熱泵循環(huán)系統(tǒng)及輔助制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，保證海水淡化過程順利進(jìn)行。
實(shí)施例1一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的系統(tǒng)裝置，包括由高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7、四通閥5、壓縮機(jī)10、低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的換熱器22、干燥過濾器17、6、節(jié)流膨脹閥11等構(gòu)成的熱泵循環(huán)子系統(tǒng)；由高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7、壓縮機(jī)15、冷凝器16、干燥過濾器9、節(jié)流膨脹閥8等構(gòu)成的輔助制冷子系統(tǒng)；由進(jìn)料水泵25、進(jìn)料海水冷卻器26、緩存水箱1、排水閥2及相關(guān)連接管道構(gòu)成的進(jìn)料海水子系統(tǒng)；由高、低位結(jié)冰水箱的濃鹽水排出閥12、20、進(jìn)料海水冷卻器26及相關(guān)連接管道構(gòu)成的濃鹽水輸送與排放子系統(tǒng)；由高、低位結(jié)冰水箱的產(chǎn)品水排出閥13、21、進(jìn)料海水冷卻器26、產(chǎn)品水箱29及相關(guān)連接管道構(gòu)成的產(chǎn)品水輸送與排放子系統(tǒng)；由水泵30、控制閥4、19、噴淋器3、18及相關(guān)連接管道構(gòu)成的冰層洗滌子系統(tǒng)；中央控制子系統(tǒng)將上述六個(gè)子系統(tǒng)按海水淡化原理水氣連通控制，實(shí)現(xiàn)海水淡化。
該系統(tǒng)裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行過程如下
先將高效節(jié)能的人工制冷海水淡化裝置安裝完畢；通過海水供給泵25，將海水加入高位結(jié)冰水箱14中；啟動(dòng)輔助制冷子系統(tǒng)，使高位結(jié)冰水箱14中的海水在其換熱面上形成冰層，待冰層達(dá)到一定厚度后，關(guān)閉輔助制冷子系統(tǒng)，打開高位結(jié)冰水箱的海水排放閥12，讓未結(jié)冰的海水靠重力作用從高位結(jié)冰水箱14自動(dòng)流入低位結(jié)冰水箱23；待海水流完后，打開冰層洗滌子系統(tǒng)的控制閥4和水泵30，通過噴淋系統(tǒng)3，用淡水將冰層表面的海水沖洗干凈，沖洗一定時(shí)間后，關(guān)閉冰層洗滌子系統(tǒng)；待沖洗水全部流出高位結(jié)冰水箱14后，關(guān)閉連管上的濃鹽水排放閥12，啟動(dòng)熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)按第一種工作流程圖所示的方式運(yùn)行，熱泵工質(zhì)從低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的海水中吸收熱量，使其形成冰層，同時(shí)將獲得的熱量送到高位結(jié)冰水箱14中的換熱器7，使高位結(jié)冰水箱14中的冰層融化，形成淡水；在所有的冰層都融化后，關(guān)閉熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，同時(shí)打開高位結(jié)冰水箱的淡水閥13、低位結(jié)冰水箱的濃鹽水排放閥20及進(jìn)料海水水泵25，產(chǎn)品水與濃鹽水流經(jīng)進(jìn)料海水冷卻器26，放出冷量后，產(chǎn)品水進(jìn)入產(chǎn)品水水箱29，濃鹽水排出系統(tǒng)，而被冷卻的進(jìn)料海水進(jìn)入緩存水箱1中；待低位結(jié)冰水箱的海水流完后，打開冰層洗滌子系統(tǒng)的控制閥19和水泵30，通過噴淋器18，用淡水將冰層表面的海水沖洗干凈，沖洗一定時(shí)間后，關(guān)閉冰層洗滌子系統(tǒng)；待沖洗水全部流出低位結(jié)冰水箱23、產(chǎn)品水排放完畢、緩存水箱1的海水達(dá)到水位要求后，關(guān)閉高位結(jié)冰水箱14的淡水閥13、低位結(jié)冰水箱23的海水排放閥20及進(jìn)料海水水泵25；接著，打開緩沖水箱的排水閥2，將被冷卻的進(jìn)料海水放入高位結(jié)冰水箱14，然后，讓熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的四通閥5改變方向，再次啟動(dòng)熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)按第二種工作流程圖所示的方式運(yùn)行，高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的換熱器7轉(zhuǎn)變?yōu)樵摕岜孟到y(tǒng)的蒸發(fā)器，從高位結(jié)冰水箱14內(nèi)的海水中吸收熱量，形成新的冰層，同時(shí)，低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的換熱器22作為熱泵系統(tǒng)的冷凝器，將熱量傳遞給低位結(jié)冰水箱23內(nèi)的冰層，使其融化產(chǎn)生淡水；在低位結(jié)冰水箱23的冰層全部融化后，關(guān)閉熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，打開低位結(jié)冰水箱23的淡水排放閥21及進(jìn)料海水水泵25，讓淡水從低位結(jié)冰水箱23進(jìn)入進(jìn)料海水冷卻器26，將冷量提供給新進(jìn)的海水后流到淡水水箱29中；低位結(jié)冰水箱23的淡水全部流出后，關(guān)閉淡水排放閥21及進(jìn)料海水水泵25，打開高位結(jié)冰水箱14的海水排放閥12，讓高位結(jié)冰水箱14中未結(jié)冰的海水靠重力作用從高位結(jié)冰水箱14自動(dòng)流入低位結(jié)冰水箱23中；待海水流完后，打開冰層洗滌子系統(tǒng)的控制閥4和水泵30，通過噴淋器3，用淡水將冰層表面的海水沖洗干凈，沖洗一定時(shí)間后，關(guān)閉冰層洗滌子系統(tǒng)；待沖洗水全部流出高位結(jié)冰水箱14后，關(guān)閉連管上的濃鹽水排放閥12，將熱泵循環(huán)子系統(tǒng)四通閥5換向，開啟壓縮機(jī)10，該系統(tǒng)按第一種工作流程圖所示的方式運(yùn)行，從流入到低位結(jié)冰水箱23的海水中吸收熱量，使其形成冰層，同時(shí)將獲得的熱量送到高位結(jié)冰水箱14的換熱器，使高位結(jié)冰水箱14的冰層融化，形成淡水；如此循環(huán)往復(fù)，不斷產(chǎn)生淡水。
實(shí)施例1是采用立式布置方式，本發(fā)明只要在部分排放水的位置加裝相應(yīng)的水泵，可以全部水平布置形成臥式布置形式，或部分立式布置、部分臥式布置而構(gòu)成混合布置形式。
權(quán)利要求
1.一種海水淡化方法，將熱泵節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)，其特征在于包括進(jìn)料海水、濃鹽水輸送與排放、產(chǎn)品水輸送與排放、冰層洗滌、熱泵循環(huán)、輔助制冷及中央控制七個(gè)工作步驟，并同時(shí)分別構(gòu)成七個(gè)子系統(tǒng)與二個(gè)結(jié)冰水箱水氣連通構(gòu)成實(shí)現(xiàn)海水淡化的系統(tǒng)裝置；二個(gè)結(jié)冰水箱上下布置，構(gòu)成高位結(jié)冰水箱和低位結(jié)冰水箱，封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器與冷凝器分別放置在二個(gè)結(jié)冰水箱中，輔助制冷子系統(tǒng)的蒸發(fā)器與高位結(jié)冰水箱的換熱器有機(jī)組合為一個(gè)換熱器，按照設(shè)定的運(yùn)行工序往復(fù)循環(huán)形成連續(xù)輸出淡水的系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于將封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器與人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過四通閥實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器的功能互換，實(shí)現(xiàn)從換熱器表面去除冰晶和回收冷量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于采用濃鹽水、產(chǎn)品水排放能量回收，通過將高、低位結(jié)冰水箱排出的濃鹽水、產(chǎn)品水與進(jìn)料海水有機(jī)組合換熱，實(shí)現(xiàn)能量回收和降低供給海水溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于二個(gè)結(jié)冰水箱內(nèi)分別安裝有結(jié)冰過程所需要的帶肋片的換熱器，以擴(kuò)大有效換熱面積或結(jié)冰面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于輔助制冷子系統(tǒng)之蒸發(fā)器與結(jié)冰水箱中的熱泵循環(huán)用換熱器共用相同的熱肋片有機(jī)組成一體，其冷凝器是風(fēng)冷式或水冷式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于在部分排放水的位置加裝相應(yīng)的水泵，全部水平布置形成臥式布置形式，或部分立式布置、部分臥式布置而構(gòu)成混合布置形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化方法，其特征在于進(jìn)料海水將進(jìn)料海水送入高位結(jié)冰水箱，同時(shí)回收排出系統(tǒng)的濃鹽水和淡水的冷量；濃鹽水輸送與排放將兩個(gè)結(jié)冰水箱的濃鹽水排出，同時(shí)將低位結(jié)冰水箱排出的濃鹽水的冷量傳遞給進(jìn)料海水，實(shí)現(xiàn)冷量的回收；產(chǎn)品水輸送與排放將兩個(gè)結(jié)冰水箱的產(chǎn)品水送到產(chǎn)品水箱，同時(shí)將其冷量傳遞給進(jìn)料海水，實(shí)現(xiàn)冷量的回收；冰層洗滌洗掉表面的海水，使淡水質(zhì)量進(jìn)一步提高；熱泵循環(huán)通過熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)海水結(jié)冰去除鹽分，同時(shí)利用其冷凝器實(shí)現(xiàn)冰層的融化形成淡水，再利用四通閥的換向作用，使高位結(jié)冰水箱與低位結(jié)冰水箱的海水淡化過程有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的海水淡化過程；輔助制冷在高位結(jié)冰水箱中形成第一次的冰層，使熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的海水淡化過程開始，并在熱泵循環(huán)子系統(tǒng)工作后，使輔助制冷子系統(tǒng)工作，以補(bǔ)充損失的冷量，使海水淡化量穩(wěn)定；中央控制使各子系統(tǒng)或步驟按時(shí)間順序有機(jī)組合，同時(shí)控制熱泵循環(huán)系統(tǒng)及輔助制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用封閉式熱泵循環(huán)人工間接冷凍技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的海水淡化方法，包括進(jìn)料海水、濃鹽水輸送與排放、產(chǎn)品水輸送與排放、冰層洗滌、熱泵循環(huán)、輔助制冷及中央控制七個(gè)工作步驟，并同時(shí)分別構(gòu)成七個(gè)子系統(tǒng)與二個(gè)結(jié)冰水箱水氣連通構(gòu)成實(shí)現(xiàn)海水淡化的系統(tǒng)裝置；按照設(shè)定的運(yùn)行工序往復(fù)循環(huán)形成連續(xù)輸出淡水的系統(tǒng)，將封閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器與人工間接冷凍海水淡化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過四通閥實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器的功能互換，實(shí)現(xiàn)從換熱器表面去除冰晶和回收冷量，該方法工藝過程簡(jiǎn)單可靠，使用裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)能效果好，運(yùn)行成本低，利于工業(yè)化生產(chǎn)，淡化質(zhì)量高。
文檔編號(hào)C02F103/08GK1880236SQ200610044098
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者田小亮, 孫暉, 曲源 申請(qǐng)人:青島大學(xué)