利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)、空氣分流器進(jìn)入渦流管，渦流管的熱端出口與首效海水蒸餾器相連，冷空氣進(jìn)入第二冷凝器，在海水池內(nèi)海水與納米粒子進(jìn)行混合后進(jìn)入納米流體分流器，然后分別分到第一冷凝器、第二和第三預(yù)熱器。所有預(yù)熱器的納米流體出口與首效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連。首效海水蒸餾器出來的熱空氣用作第三預(yù)熱器的熱源，上一效海水蒸餾器的水蒸汽用作下一效海水蒸餾器的熱源，上一效海水蒸餾器的濃納米流體流到下一效海水蒸餾器，最后一效海水蒸餾器出來的濃納米流體以及水蒸汽分別用作第二預(yù)熱器和第一預(yù)熱器的熱源，水蒸汽和淡水經(jīng)第一冷凝器和第二冷凝器冷凝，高效節(jié)能。
【專利說明】
利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海水淡化系統(tǒng)，特別涉及一種利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]人類的生存需要淡水，人類的發(fā)展更是需要大量的淡水，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。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，能源和淡水資源的消耗越來越快，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。而人口的增長(zhǎng)將使淡水短缺的現(xiàn)狀更加嚴(yán)重。研究表明海水淡化是解決淡水資源缺乏的有效途徑。[〇〇〇3]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(jí)閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT-MED)、壓汽蒸餾(VC)，膜法主要是反滲透(R0)。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。因此尋找新的能源對(duì)海水進(jìn)行淡化迫在眉睫。
[0004]隨著淡水的日益短缺和能源問題的日益突出，海水淡化設(shè)備熱交換系統(tǒng)的傳熱負(fù)荷和傳熱強(qiáng)度日益增大，熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸限制及使用環(huán)境也日益苛刻，對(duì)熱交換系統(tǒng)的高效低阻緊湊等性能指標(biāo)的要求也越來越高，對(duì)強(qiáng)化傳熱技術(shù)提出了新的更高的要求。因此需尋找熱性能好的高效緊湊式熱交換設(shè)備，滿足高負(fù)荷傳熱要求，滿足特殊條件下的強(qiáng)化傳熱要求。以往強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究多從強(qiáng)化換熱表面、制造工藝以及外力輔助等入手，要進(jìn)一步提高熱交換系統(tǒng)的傳熱性能，此時(shí)換熱工質(zhì)的傳熱性能成為影響熱交換設(shè)備高效緊湊性能的一個(gè)主要因素。要進(jìn)一步研制體積小、重量輕、傳熱性能好的高效緊湊式熱交換設(shè)備，必須從工質(zhì)本身入手研制高效新型換熱工質(zhì)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，體積小、重量輕、傳熱性能好，結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:包括空氣壓縮機(jī)、空氣分流器、多個(gè)渦流管、多效海水蒸餾器、真空栗、第一冷凝器、第二冷凝器和海水池，所述空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣出口與空氣分流器的進(jìn)口相連，所述空氣分流器有多個(gè)出口，每個(gè)出口與一個(gè)渦流管的噴嘴相連，所有渦流管的熱端出口與首效海水蒸餾器的換熱管入口相連，所有渦流管的冷端出口與第二冷凝器的冷空氣進(jìn)口相連，所述第二冷凝器的空氣出口與空氣壓縮機(jī)的冷卻器相連，所有海水蒸餾器均采用減壓蒸餾；
[0007]所述海水池上設(shè)置海水進(jìn)口，在海水池內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，在所述海水池內(nèi)海水與納米粒子進(jìn)行混合得到納米流體，所述納米粒子用于降低海水沸騰時(shí)的過熱度、增加臨界熱流密度、提高傳熱系數(shù)，所述海水池的納米流體出口與納米流體分流器相連，所述納米流體分流器其中一個(gè)出口與第一冷凝器的納米流體進(jìn)口相連，所述第一冷凝器的納米流體出口與第一預(yù)熱器的納米流體進(jìn)口相連，所述納米流體分流器另外兩個(gè)出口分別與第二預(yù)熱器和第三預(yù)熱器的納米流體進(jìn)口相連，所有預(yù)熱器的納米流體出口與首效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連；
[0008]所述首效海水蒸餾器的換熱管出口與第三預(yù)熱器的熱源進(jìn)口相連，上一效海水蒸餾器出來的水蒸汽用作下一效海水蒸餾器的熱源，上一效海水蒸餾器的濃納米流體出口與下一效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連，最后一效海水蒸餾器出來的濃納米流體以及水蒸汽分別用作第二預(yù)熱器和第一預(yù)熱器的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱，所述第一預(yù)熱器出來的水蒸汽和最后一效海水蒸餾器出來的淡水進(jìn)行混合后進(jìn)入第一冷凝器進(jìn)行冷卻，第一冷凝器的淡水出口與第二冷凝器的淡水進(jìn)口相連。
[0009]優(yōu)選:所述海水蒸餾器為兩效，其中首效海水蒸餾器出來的水蒸汽用作第二效海水蒸餾器的熱源，首效海水蒸餾器的濃納米流體出口與第二效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連，第二效海水蒸餾器出來的濃納米流體以及水蒸汽分別用作第二預(yù)熱器和第一預(yù)熱器的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱。這樣保證蒸餾效率的前提下，充分利用熱能。
[0010]采用上述方案，周圍環(huán)境空氣進(jìn)入空氣壓縮機(jī)壓縮后形成高壓氣流，高壓氣流在空氣分流器進(jìn)行分流。分流后的高壓氣流經(jīng)渦流管的噴嘴進(jìn)入渦流發(fā)生室，高壓空氣在渦流管的渦流發(fā)生室內(nèi)形成渦流并產(chǎn)生冷熱分離。分離后的冷空氣從冷端出口排出后進(jìn)入第二冷凝器吸熱，由于吸熱后的冷流體溫度仍然較低，被用于冷卻空氣壓縮機(jī)。分離后的熱空氣從熱端出口排出后進(jìn)入首效海水蒸餾器加熱納米流體，首效海水蒸餾器流出的熱空氣在第三預(yù)熱器中進(jìn)一步放熱后排出。海水在海水栗作用下進(jìn)入海水池，在攪拌裝置的作用下， 納米粒子被均勻分散在海水池海水中得到納米流體。納米粒子降低海水沸騰時(shí)的過熱度， 增加臨界熱流密度，提高傳熱系數(shù)。納米流體進(jìn)入納米流體分流器分流。分流后的納米流體進(jìn)入第一冷凝器、第二預(yù)熱器、第三預(yù)熱器吸熱。第一冷凝器出來的納米流體在第一預(yù)熱器進(jìn)一步吸熱后與從第二、第三預(yù)熱器出來的納米流體匯流后進(jìn)入首效海水蒸餾器。納米流體在首效海水蒸餾器吸熱后部分低溫蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸汽在壓差作用下流入第二效海水蒸餾器，未蒸發(fā)納米流體在重力和壓差的作用下流入第二效海水蒸餾器。第二效海水蒸餾器中納米流體吸收水蒸汽凝結(jié)熱量后部分蒸發(fā)，未蒸發(fā)部分在第二預(yù)熱器中放熱后經(jīng)濃海水栗排出。第二效海水蒸餾器中產(chǎn)生的水蒸汽在第一預(yù)熱器中凝結(jié)放熱后與第二效海水蒸餾器產(chǎn)生的淡水(換熱管出來的經(jīng)冷卻的水蒸氣)匯流，匯流后的淡水在第一冷凝器和第二冷凝器進(jìn)一步放熱后經(jīng)淡水栗排出。
[0011]在上述方案中:所述海水池的納米流體出口與納米流體分流器相連的管道上設(shè)置有增壓栗。
[0012]在上述方案中，所述攪拌裝置為超聲攪拌裝置。有利于納米粒子的均勻分散。[0〇13]優(yōu)選的:所述納米粒子為納米二氧化娃、納米三氧化二錯(cuò)、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米氧化石墨稀。
[0014]在上述方案中，真空栗與第二效海水蒸餾器相連，所述首效海水蒸餾器通過真空管與第二效海水蒸餾器相連。這樣，從首效海水蒸餾器到第二效海水蒸餾器的真空度降低， 首效海水蒸餾器的溫度較第二效海水蒸餾器的溫度高，保證了海水、水蒸氣的穩(wěn)定流動(dòng)和不同溫度的高品位熱源梯度利用。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明通過設(shè)置空氣壓縮機(jī)，獲得高壓空氣，海水淡化所需熱量來自熱空氣。相當(dāng)于采用少量的電能作為輔助，從低品味熱源(空氣)中獲得熱量來驅(qū)動(dòng)海水淡化系統(tǒng)。
[0017]2、本發(fā)明通過設(shè)置渦流管提高空氣溫度。渦流管將空氣壓縮機(jī)排出的高壓空氣在 Ranque-Hi 1 sch效應(yīng)作用下分為冷熱兩部分，溫度更高的熱流體進(jìn)入首效海水蒸餾器中，提供納米流體部分蒸發(fā)的熱量。同時(shí)溫度更低的流體在第二冷凝器吸收少許熱量后用于冷卻空氣壓縮機(jī)，保證了空氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定安全高效運(yùn)行。渦流管的使用提升了高壓空氣的供熱溫度，同時(shí)本發(fā)明采用渦流管并聯(lián)的方式，既能適合熱能的利用，也能適合冷能的利用。
[0018]3、本發(fā)明通過設(shè)置超聲波攪拌器將納米顆粒均勻分散在海水中得到納米流體，將納米流體這一高效傳熱技術(shù)應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)。納米流體導(dǎo)熱系數(shù)高、傳熱性能好，可顯著提高換熱器的傳熱性能，減小換熱器的尺寸和初投資，同時(shí)可大大降低熱量傳遞過程中的能耗，對(duì)節(jié)能和環(huán)保意義重大。納米流體作為一種新型強(qiáng)化傳熱工質(zhì)，對(duì)于提高海水淡化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和高效緊湊化也有重要意義，在海水淡化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0019]4、本發(fā)明中海水在第一冷凝器和第一預(yù)熱器中吸收淡水和水蒸汽冷凝熱量，在第二預(yù)熱器中吸收濃海水熱量，在第三預(yù)熱器中吸收熱空氣熱量，提高系統(tǒng)熱量的利用效率。【附圖說明】:
[0020]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述:
[0022]實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)1、空氣分流器2、渦流管3、首效海水蒸餾器4、第二效海水蒸餾器5、第一預(yù)熱器6、第二預(yù)熱器7、 第三預(yù)熱器8、第一冷凝器9、真空栗10、第二冷凝器11、淡水栗12、海水栗13、超聲波攪拌器 14、海水池15、增壓栗16、納米流體分流器17、濃海水栗18等部件組成
[0024]空氣壓縮機(jī)1的壓縮空氣出口與空氣分流器2的進(jìn)口相連，空氣分流器2有多個(gè)出口，每個(gè)出口與一個(gè)渦流管3的噴嘴相連，在此處，空氣分流器2有四個(gè)出口，渦流管3也為四個(gè)。渦流管3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。
[0025]所有渦流管3的熱端出口與首效海水蒸餾器4的換熱管入口相連，所有渦流管3的冷端出口與第二冷凝器11的冷空氣進(jìn)口相連，第二冷凝器11的空氣出口與空氣壓縮機(jī)1的冷卻器相連，該冷空氣在第二冷凝器11與淡水進(jìn)行熱交換后，再到空氣壓縮機(jī)的冷卻器對(duì)空氣壓縮機(jī)1進(jìn)行冷卻。所有海水蒸餾器均在用減壓蒸餾，具體的:真空栗10與第二效海水蒸餾器5相連，首效海水蒸餾器4通過真空管與第二效海水蒸餾器5相連。這樣由于第二效海水蒸餾器5的溫度較首效海水蒸餾器4的溫度低，真空度卻較高，保證了海水、水蒸氣的穩(wěn)定流動(dòng)和不同溫度的高品位熱源梯度利用。[〇〇26] 海水池15上設(shè)置海水進(jìn)口，海水栗13與海水進(jìn)口相連，海水栗13將海水抽到海水池15內(nèi)。在海水池15內(nèi)設(shè)置攪拌裝置14,優(yōu)選為超聲攪拌裝置，有利于納米粒子在海水中的均勻分散。在海水池15內(nèi)海水與納米粒子進(jìn)行混合得到納米流體，優(yōu)選納米粒子為納米二氧化娃、納米三氧化二錯(cuò)、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米氧化石墨稀等。納米粒子用于降低海水沸騰時(shí)的過熱度，增加臨界熱流密度，提高傳熱系數(shù)。海水池15的納米流體出口與納米流體分流器17相連，海水池15的納米流體出口與納米流體分流器17相連的管道上設(shè)置有增壓栗16。納米流體分流器17具有三個(gè)出口，其中一個(gè)出口與第一冷凝器9的納米流體進(jìn)口相連，第一冷凝器9的納米流體出口與第一預(yù)熱器6的納米流體進(jìn)口相連，納米流體分流器17 其余出口分別與第二預(yù)熱器7和第三預(yù)熱器8的納米流體進(jìn)口相連，所有預(yù)熱器的納米流體出口與首效海水蒸餾器4的納米流體進(jìn)口相連。[〇〇27]首效海水蒸餾器4的換熱管出口與第三預(yù)熱器8的熱源進(jìn)口相連，首效海水蒸餾器 4出來的熱空氣用作第三預(yù)熱器8的熱源，對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱，上一效海水蒸餾器出來的水蒸汽用作下一效海水蒸餾器的熱源，上一效海水蒸餾器的濃納米流體出口與下一效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連，最后一效海水蒸餾器出來的濃納米流體以及水蒸汽分別用作第二預(yù)熱器7和第一預(yù)熱器6的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱。在這里海水蒸餾器為兩效，其中首效海水蒸餾器4出來的水蒸汽用作第二效海水蒸餾器5的熱源，首效海水蒸餾器4的濃納米流體出口與第二效海水蒸餾器5的納米流體進(jìn)口相連，第二效海水蒸餾器5 出來的濃納米流體用作第二預(yù)熱器7的熱源，第二效海水蒸餾器5出來的用作第一預(yù)熱器6 的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱，第二預(yù)熱器7出來的高濃海水經(jīng)濃海水栗18抽走。
[0028]第一預(yù)熱器6出來的水蒸汽和最后一效海水蒸餾器(第二效海水蒸餾器5)出來的淡水(換熱管里被冷卻的水蒸氣)進(jìn)行混合后進(jìn)入第一冷凝器9進(jìn)行冷卻，第一冷凝器9的淡水出口與第二冷凝器11的淡水進(jìn)口相連。淡水依次經(jīng)過第一冷凝器9和第二冷凝器11進(jìn)行冷凝后，通過淡水栗12抽出。在第一冷凝器9中，冷凝介質(zhì)為納米流體，在第二冷凝器11中， 冷凝介質(zhì)為渦流管3出來的冷空氣。
[0029]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:包括空氣壓縮 機(jī)(1)、空氣分流器(2)、多個(gè)渦流管(3)、多效海水蒸餾器、真空栗(10)、第一冷凝器(9)、第 二冷凝器(11)和海水池(15)，所述空氣壓縮機(jī)(1)的壓縮空氣出口與空氣分流器(2)的進(jìn)口 相連，所述空氣分流器(2)有多個(gè)出口，每個(gè)出口與一個(gè)渦流管(3)的噴嘴相連，所有渦流管 (3)的熱端出口與首效海水蒸餾器(4)的換熱管入口相連，所有渦流管(3)的冷端出口與第 二冷凝器(11)的冷空氣進(jìn)口相連，所述第二冷凝器(11)的空氣出口與空氣壓縮機(jī)(1)的冷 卻器相連，所有海水蒸餾器均采用減壓蒸餾；所述海水池(15)上設(shè)置海水進(jìn)口，在海水池(15)內(nèi)設(shè)置攪拌裝置(14)，在所述海水池(15)內(nèi)海水與用于降低海水沸騰時(shí)的過熱度、增加臨界熱流密度、提高傳熱系數(shù)的納米粒 子進(jìn)行混合得到納米流體，所述海水池(15)的納米流體出口與納米流體分流器(17)相連， 所述納米流體分流器(17)其中一個(gè)出口與第一冷凝器(9)的納米流體進(jìn)口相連，所述第一 冷凝器(9)的納米流體出口與第一預(yù)熱器(6)的納米流體進(jìn)口相連，所述納米流體分流器 (17)另外兩個(gè)出口分別與第二預(yù)熱器(7)和第三預(yù)熱器(8)的納米流體進(jìn)口相連，所有預(yù)熱 器的納米流體出口與首效海水蒸餾器(4)的納米流體進(jìn)口相連；所述首效海水蒸餾器(4)的換熱管出口與第三預(yù)熱器(8)的熱源進(jìn)口相連，上一效海水 蒸餾器出來的水蒸汽用作下一效海水蒸餾器的熱源，上一效海水蒸餾器的濃納米流體出口 與下一效海水蒸餾器的納米流體進(jìn)口相連，最后一效海水蒸餾器出來的濃納米流體以及水 蒸汽分別用作第二預(yù)熱器(7)和第一預(yù)熱器(6)的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱，所述第 一預(yù)熱器(6)出來的水蒸汽和最后一效海水蒸餾器出來的淡水進(jìn)行混合后進(jìn)入第一冷凝器 (9)進(jìn)行冷卻，第一冷凝器(9)的淡水出口與第二冷凝器(11)的淡水進(jìn)口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在于: 所述海水蒸餾器為兩效，其中首效海水蒸餾器(4)出來的水蒸汽用作第二效海水蒸餾器(5) 的熱源，首效海水蒸餾器(4)的濃納米流體出口與第二效海水蒸餾器(5)的納米流體進(jìn)口相 連，第二效海水蒸餾器(5)出來的濃納米流體以及水蒸汽分別用作第二預(yù)熱器(7)和第一預(yù) 熱器(6)的熱源對(duì)里面的納米流體進(jìn)行預(yù)熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在 于:所述海水池(15)的納米流體出口與納米流體分流器(17)相連的管道上設(shè)置有增壓栗(16)〇4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在于: 所述攪拌裝置(14)為超聲攪拌裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在于: 所述納米粒子為納米二氧化娃、納米三氧化二錯(cuò)、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米氧化石墨稀。6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述利用空氣作為傳熱介質(zhì)的納米流體海水淡化系統(tǒng)，其特征在 于:真空栗(10)與第二效海水蒸餾器(5)相連，所述首效海水蒸餾器(4)通過真空管與第二 效海水蒸餾器(5)相連。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK106006801SQ201610394448
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】重慶大學(xué)