超臨界CO₂熱泵驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超臨界CO2熱泵驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，CO2壓縮機與首效第一蒸餾器相連，首效第一蒸餾器與渦流管相連，渦流管的熱端出口與首效第二蒸餾器相連，首效第二蒸餾器出來的CO2在渦流管的冷端出管匯合，渦流管的冷端出管與第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器相連，第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器與CO2壓縮機的吸氣口相連；海水經(jīng)過水蒸汽冷凝器和預(yù)熱器后進入首效第一蒸餾器，然后依次經(jīng)過首效第一蒸餾器、首效第二蒸餾器和第二效蒸餾器進行蒸餾。首效第一和第二蒸餾器的水蒸汽出口與第二效蒸餾器連接，第二效蒸餾器的水蒸汽出口與水蒸汽冷凝器的水蒸汽入口連接，淡水水蒸汽經(jīng)過第一蒸發(fā)器冷凝，濃海水經(jīng)第二蒸發(fā)器冷凝，高效節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】
超臨界CO2熱泵驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海水淡化系統(tǒng)，特別涉及一種超臨界⑶2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]淡水資源是人類社會賴以生存與發(fā)展的最重要基本物質(zhì)之一，然而地球上淡水資源含量不足3%且大部分是難以被利用的。伴隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，人口數(shù)量增加，生活水平提高和水污染加重，世界上大部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的淡水不足的問題。研究表明海水淡化是解決淡水資源缺乏的有效途徑。海水淡化技術(shù)就是將鹽分和水分分離的技術(shù)，目前有十多種方式，最主要的包括蒸餾法、膜法等。蒸餾法主要有多級閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT-MED)、壓汽蒸餾(VC)，法膜主要是反滲透(RO)。上述海水淡化方法都需要消耗大量化石能源與電力，這加劇了地球溫室效應(yīng)和環(huán)境污染等問題。對于熱法海水淡化方法，為了降低海水淡化系統(tǒng)運行成本，通常還要求該海水淡化裝置的規(guī)模大且依賴熱電廠等產(chǎn)生的余熱作為熱源，這大大限制了此方法的適用范圍和實用性。因此，開發(fā)新的、環(huán)保的、能耗低的海水淡化系統(tǒng)迫在眉睫。
[0003]目前，在制冷、熱栗等領(lǐng)域廣泛采用氯氟烴(CFCs)和氫氯氟烴(HCFCs)等，由于它們對臭氧層的破壞正逐漸被淘汰。CFCs、HCFCs不僅破壞臭氧層，而且也是溫室氣體，其全球變暖潛能值(GWP)普遍較高。在臭氧層破壞以及全球變暖的雙重壓力下，將停止使用CFCs和HCFCs等含氯化物，因此尋找更加環(huán)保的替代工質(zhì)也勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保、節(jié)能、不破壞臭氧層的超臨界C02熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種超臨界⑶2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:包括CO2壓縮機、首效第一蒸餾器、首效第二蒸餾器、渦流管、第二效蒸餾器、水蒸汽冷凝器、預(yù)熱器、第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器和海水栗，所述CO2壓縮機的出口與首效第一蒸餾器的換熱管入口相連，所述首效第一蒸餾器的換熱管出口與渦流管的噴嘴相連，所述渦流管的熱端出口與首效第二蒸餾器的換熱管入口相連，從所述首效第二蒸餾器出來的低溫CO2與渦流管的冷端出口出來的低溫CO2匯合后進入第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的制冷劑入口，所述第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的制冷劑出口與CO2壓縮機的吸氣口相連；
[0006]所述海水栗的出口與水蒸汽冷凝器的海水進口相連，所述水蒸汽冷凝器的海水出口與預(yù)熱器的海水進口相連，所述預(yù)熱器的海水出口與首效第一蒸餾器的海水進口相連，所述首效第一蒸餾器的濃海水出口與首效第二蒸餾器的海水進口相連，所述首效第二蒸餾器的濃海水出口與第二效蒸餾器的海水入口相連；
[0007]所述首效第一蒸餾器的水蒸汽出口與首效第二蒸餾器的水蒸汽出口匯合后與第二效蒸餾器換熱管入口相連，所述第二效蒸餾器的水蒸汽出口與水蒸汽冷凝器的水蒸汽入口連接，所述第二效蒸餾器的換熱管出口與水蒸汽冷凝器的水蒸汽出口匯合后與第一蒸發(fā)器的淡水入口連接;第一蒸發(fā)器的淡水出口與淡水栗連接，所述第二效蒸餾器的濃海水出口與預(yù)熱器濃海水進口相連，所述預(yù)熱器的濃海水出口與第二蒸發(fā)器的濃海水進口相連，所述第二蒸發(fā)器的濃海水出口與濃海水栗相連。
[0008]采用上述方案，CO2壓縮機壓縮后形成的高溫高壓制冷劑CO2進入首效第一蒸餾器進行等壓冷凝，然后由噴嘴進入渦流管；在渦流管的渦流室中制冷劑效應(yīng)作用下分離為低溫和高溫兩股氣流，高溫氣流從熱端出口噴出后進入首效第二蒸餾器放熱；低溫制冷劑從冷端出管出來和從首效第二蒸餾器出來的制冷劑CO2混合后，進入第一，第二蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱，然后進入CO2壓縮機壓縮。
[0009]原料海水在海水栗作用下在水蒸汽冷凝器和預(yù)熱器中吸熱升溫，進入首效第一蒸餾器;被均勻噴灑在首效第一蒸餾器的水平換熱管上進行降膜蒸發(fā);未蒸發(fā)濃海水在重力和壓差作用下進入首效第二蒸餾器繼續(xù)進行降膜蒸發(fā);首效第二蒸餾器未蒸發(fā)濃海水進入第二效蒸餾器繼續(xù)降膜蒸發(fā)，第二效蒸餾器的熱量來自首效第一，第二蒸餾器中產(chǎn)生的水蒸汽;在第二效蒸餾器中未蒸發(fā)的濃海水在預(yù)熱器和第二蒸發(fā)器中放熱后由濃海水栗排出。
[0010]首效第一蒸餾器和首效第二蒸餾器產(chǎn)出的水蒸汽在第二效蒸餾器冷凝放熱;第二效蒸餾器產(chǎn)出的水蒸汽經(jīng)水蒸汽冷凝器冷凝;第二效蒸餾器和水蒸汽冷凝器換熱管出來的淡水在第一蒸發(fā)器中放熱后由淡水栗排出。
[0011 ]本發(fā)明采用的制冷劑為CO2。期相比于CFCs、HCFCs，CO2對大氣臭氧層沒有破壞，而且全球變暖潛勢值幾乎為O。
[0012]在上述方案中:所述首效第一蒸餾器、首效第二蒸餾器、第二效蒸餾器均采用減壓蒸餾。真空栗通過真空管與第二效蒸餾器相連，所述首效第二蒸餾器與第二效蒸餾器通過真空管連通，所述首效第一蒸餾器與首效第二蒸餾器通過真空管連通，從首效第一蒸餾器、首效第二蒸餾器到第二效蒸餾器真空度逐漸增大。海水沸點逐漸降低。這保證了海水、水蒸汽的穩(wěn)定流動和不同溫度的高品位熱源梯度利用。
[0013]在上述方案中:所述渦流管的冷端出口分別通過第一膨脹閥和第二膨脹閥與第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器相連。第一膨脹閥和第二膨脹閥起到節(jié)流的作用。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明采用超臨界CO2熱栗驅(qū)動海水淡化系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)能效基本不變的情況下充分利用超臨界二氧化碳溫度較高的特性，將壓縮機排出的超臨界二氧化碳在首效第一蒸餾器中等壓冷凝，使首效第一蒸餾器中產(chǎn)出更多具有高品位熱能的水蒸汽。利用渦流管的Ranque-Hi I sch效應(yīng)將首效第一蒸餾器出來的高壓低溫制冷劑氣體分離為高溫氣流和低溫氣流，高溫氣流進入首效第二蒸餾器作為海水蒸發(fā)的熱源，在無額外能量輸入的情況下實現(xiàn)了低品位熱能向高品位熱能的轉(zhuǎn)化從而降低了海水淡化成本。
[0016]2、本發(fā)明的首效蒸餾單元包含兩個熱源溫度不同的蒸餾器，這使得首效蒸餾器產(chǎn)生更多的水蒸汽，由于首效水蒸汽也是第二效蒸餾器的熱源，故第二效也可以產(chǎn)生更多水蒸汽，進而提高了淡水產(chǎn)出速率和系統(tǒng)經(jīng)濟性。
[0017]3、從首效第一蒸餾器、首效第二蒸餾器到第二效蒸餾器內(nèi)的真空度逐漸增大，海水沸點逐漸降低。這保證了海水、水蒸汽的穩(wěn)定流動和不同溫度的高品位熱源梯度利用。
[0018]4、本發(fā)明中海水進入首效第一蒸餾器前，先在水蒸汽冷凝器和預(yù)熱器中吸熱升溫，這提高了蒸餾器中高品位熱能的利用效率。
[0019]5、采用渦流管出來的低溫二氧化碳氣流對淡水和濃海水進行冷凝，既利用了熱能，也合理利用冷能。
【附圖說明】
:
[0020]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述:
[0022]實施例1
[0023]如圖1所示，超臨界CO2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)由CO2壓縮機1、首效第一蒸餾器2、首效第二蒸餾器3、渦流管4、真空栗5、第二效蒸餾器6、水蒸汽冷凝器7、預(yù)熱器8、第一蒸發(fā)器9、第二蒸發(fā)器10、第一膨脹閥11、第二膨脹閥12、海水栗13、淡水栗14、濃海水栗15等部件組成。
[0024]二氧化碳在CO2壓縮機I內(nèi)壓縮后，形成的超臨界高溫高壓制冷劑CO2氣流。CO2壓縮機I的出口與首效第一蒸餾器2的換熱管入口相連，首效第一蒸餾器2的換熱管出口與渦流管4的噴嘴相連，渦流管4的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，包括噴嘴、渦流發(fā)生室、冷端出口和熱端出口。本發(fā)明將CO2壓縮機I排出的超臨界CO2在首效第一蒸餾器2中等壓冷凝，使首效第一蒸餾器2中產(chǎn)出更多具有高品位熱能的水蒸氣，但是系統(tǒng)能耗基本不變。
[0025]渦流管4的熱端出口與首效第二蒸餾器3的換熱管入口相連。首效蒸餾單元包含兩個熱源溫度不同的蒸餾器，這使得首效產(chǎn)生更多的水蒸汽，由于首效水蒸汽也是第二效蒸餾器6的熱源，故第二效也可以產(chǎn)生更多水蒸汽，進而提高了系統(tǒng)經(jīng)濟性和淡水產(chǎn)出速率。
[0026]從首效第二蒸餾器3出來的CO2與渦流管4的冷端出口出來的低溫CO2匯合后分別進入第一蒸發(fā)器9和第二蒸發(fā)器10的制冷劑入口，在第一蒸發(fā)器9和第二蒸發(fā)器10內(nèi)蒸發(fā)吸熱。優(yōu)選:渦流管4的冷端出口通過第一膨脹閥11于第一蒸發(fā)器9相連，通過第二膨脹閥12與第二蒸發(fā)器10相連。
[0027]第一蒸發(fā)器9和第二蒸發(fā)器10的制冷劑出口與CO2壓縮機I的吸氣口相連。
[0028]首效第一蒸餾器2、首效第二蒸餾器3、第二效蒸餾器(6)采用減壓蒸餾。
[0029]具體的，真空栗5與第二效蒸餾器6相連，首效第二蒸餾器3通過真空管與第二效蒸餾器6相連，首效第一蒸餾器2通過真空管與首效第一蒸餾器3相連。由于真空栗5與第二效蒸餾器6相連，第二效蒸餾器6內(nèi)真空度最大。也就是說，從首效第一蒸餾器2、首效第二蒸餾器3到第二效蒸餾器6的真空度逐漸增大。這使得各效間維持一個較好的壓差。該低溫多效蒸餾系統(tǒng)首效擁有兩個熱源溫度不同的蒸餾器，首效第一蒸餾器2熱源的溫度比首效第二蒸餾器3的溫度稍高。這保證了海水、水蒸氣的穩(wěn)定流動和不同溫度的高品位熱源梯度利用。
[0030]海水栗13的出口與水蒸汽冷凝器7的海水進口相連，水蒸汽冷凝器7的海水出口與預(yù)熱器8的海水進口相連，預(yù)熱器8的海水出口與首效第一蒸餾器2的海水進口相連，海水進入首效第一蒸餾器2前，先在水蒸汽冷凝器7和預(yù)熱器8中吸熱升溫，這提高了蒸餾器中高品位熱能的利用效率。
[0031]首效第一蒸餾器2的濃海水出口與首效第二蒸餾器3的海水進口相連，首效第二蒸餾器3的濃海水出口與第二效蒸餾器6的海水入口相連。
[0032]首效第一蒸餾器2的水蒸汽出口與首效第二蒸餾器3的水蒸汽出口匯合后與第二效蒸餾器6換熱管入口連接，第二效蒸餾器6的水蒸汽出口與水蒸汽冷凝器7的水蒸汽入口連接，第二效蒸餾器6的換熱管出口與水蒸汽冷凝器7的水蒸汽出口并聯(lián)后與第一蒸發(fā)器9的淡水入口連接;第一蒸發(fā)器9的淡水出口與淡水栗14連接，第二效蒸餾器6的濃海水出口與預(yù)熱器8濃海水進口相連，預(yù)熱器8的濃海水出口與第二蒸發(fā)器10的濃海水進口相連，第二蒸發(fā)器10的濃海水出口與濃海水栗15相連。從第二效整流器6出來的濃海水用作預(yù)熱器8和第二蒸發(fā)器10的熱源。
[0033]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超臨界CO2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:包括CO2壓縮機(I)、首效第一蒸餾器(2)、首效第二蒸餾器(3)、渦流管(4)、第二效蒸餾器(6)、水蒸汽冷凝器(7)、預(yù)熱器(8)、第一蒸發(fā)器(9)、第二蒸發(fā)器(10)和海水栗(13)，所述CO2壓縮機(I)的出口與首效第一蒸餾器(2)的換熱管入口相連，所述首效第一蒸餾器(2)的換熱管出口與渦流管(4)的噴嘴相連，所述渦流管(4)的熱端出口與首效第二蒸餾器(3)的換熱管入口相連，從所述首效第二蒸餾器(3)出來的低溫CO2與渦流管(4)的冷端出口出來的低溫CO2匯合后進入第一蒸發(fā)器(9)和第二蒸發(fā)器(10)的制冷劑入口，所述第一蒸發(fā)器(9)和第二蒸發(fā)器(10)的制冷劑出口與CO2壓縮機(I)的吸氣口相連； 所述海水栗(13)的出口與水蒸汽冷凝器(7)的海水進口相連，所述水蒸汽冷凝器(7)的海水出口與預(yù)熱器(8)的海水進口相連，所述預(yù)熱器(8)的海水出口與首效第一蒸餾器(2)的海水進口相連，所述首效第一蒸餾器(2)的濃海水出口與首效第二蒸餾器(3)的海水進口相連，所述首效第二蒸餾器(3)的濃海水出口與第二效蒸餾器(6)的海水入口相連； 所述首效第一蒸餾器(2)的水蒸汽出口與首效第二蒸餾器(3)的水蒸汽出口匯合后與第二效蒸餾器(6)換熱管入口相連，所述第二效蒸餾器(6)的水蒸汽出口與水蒸汽冷凝器(7)的水蒸汽入口連接，所述第二效蒸餾器(6)的換熱管出口與水蒸汽冷凝器(7)的水蒸汽出口匯合后與第一蒸發(fā)器(9)的淡水入口連接;第一蒸發(fā)器(9)的淡水出口與淡水栗(14)連接，所述第二效蒸餾器(6)的濃海水出口與預(yù)熱器(8)濃海水進口相連，所述預(yù)熱器(8)的濃海水出口與第二蒸發(fā)器(10)的濃海水進口相連，所述第二蒸發(fā)器(10)的濃海水出口與濃海水栗(15)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超臨界CO2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:所述首效第一蒸餾器(2)、首效第二蒸餾器(3)、第二效蒸餾器(6)均采用減壓蒸餾。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界CO2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:真空栗(5)通過真空管與第二效蒸餾器(6)相連，所述首效第二蒸餾器(3)與第二效蒸餾器(6)通過真空管連通，所述首效第一蒸餾器(2)與首效第二蒸餾器(3)通過真空管連通，從首效第一蒸餾器(2)、首效第二蒸餾器(3)到第二效蒸餾器(6)真空度逐漸增大。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述超臨界CO2熱栗驅(qū)動的雙熱源海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:所述渦流管(4)的冷端出口分別通過第一膨脹閥(11)和第二膨脹閥(12)與第一蒸發(fā)器(9)和第二蒸發(fā)器(10)相連。
【文檔編號】C02F1/08GK105923674SQ201610405772
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】劉玉東, 蘇闖建, 劉佑騏, 耿世超, 王江情, 高永坤
【申請人】重慶大學(xué)