CN103359800B - 一种斯特林热泵海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种斯特林热泵海水淡化装置，应用斯特林可逆热机作热泵，在热量流出端设置海水蒸发罐，在热量流入端设置淡水冷凝器，连通海水蒸发罐和淡水冷凝器的两条风道形成空气环流风道，构成一种能回收海盐的斯特林热泵海水淡化装置。海水蒸发罐上部是海水蒸发区，中部是海水、冷干空气进入区，底部是海盐结晶析出区。海水蒸发区的水和空气被加热形成湿热空气，经湿热空气流动风道到淡水冷凝器冷凝出淡水，变成冷干空气，再经冷干空气流动风道进入海水蒸发罐，加热加湿，再成湿热空气。热量不断从热量流出端输运回热量流入端重获利用。淡水蒸出，盐结晶析出。能耗很低，没有浓缩海水排放，盐可作化工原料，提高了海水资源综合利用率。

Description

一种斯特林热泵海水淡化装置
所属技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置，具体为一种斯特林热泵海水淡化装置。
背景技术
千百年来，人类一直渴望从海水中获取淡水，开发出多种海水淡化技术。曾经用过的海水淡化法有蒸馏法、冻结法、电渗析法、反渗透法。1974年后，发达国家将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。反渗透法海水淡化***中的关键设备基本被国外公司垄断，如反渗透膜、高压泵、能量回收装置等。
在反渗透法获广泛应用之后，古老的蒸馏法也重新焕发了青春。新蒸馏法是降低气压，适当加热海水。在真空蒸馏室中，海水中的淡水会在瞬间急速蒸发，变成水蒸气。许多这样的真空蒸馏室连接起来，就组成了大型的海水淡化工厂。现在世界上的大型海水淡化工厂，大多采用新蒸馏法。
继新蒸馏法之后，美国国际水能公司最近发明了一种称之为“快速喷雾蒸馏法”(RSD)的海水淡化法。这种具有创新意义的淡化海水技术的原理是将海水喷向热气流，使海水中的水分迅速变成水蒸气，而盐则成为固体。这种方法既不浪费海水资源，也不需要对获得的淡水进行化学处理，可以直接饮用。
纵观蒸馏法技术进步历程，无论何种蒸馏法都必须满足三个条件：一是热源，二是冷源，三是热源到冷源的水蒸气通道。例如自然界的海水淡化，就是以太阳光照在海面转化成热量，水受热蒸发为水蒸气，随气流上升到高空遇冷凝结成水落回地面来实现的。只要寻找一种有热源和冷源的热机，并设置热源到冷源的水蒸气通道，就是理想的海水淡化装置。
中国发明专利斯特林可逆热机(200710050949.2)正是具有热源和冷源的热机，以其热量流出端作热源，热量流入端作冷源，电动机驱动热机运转。设置从热量流出端到热量流入端的湿热空气流动风道和从热量流入端到热量流出端的冷干空气流动风道，并在风道上加装风机，形成空气环流风道。热量流出端的水吸热成水蒸气，被空气环流带到热量流入端放热凝结成水，实现海水淡化。在此，斯特林可逆热机是用作斯特林热泵。中国发明专利一种斯特林热泵热水器(201210473554.4)介绍了斯特林热泵设计的理论计算方法。
发明内容
本发明的目的是应用斯特林可逆热机作热泵，在热量流出端设置海水蒸发罐，在热量流入端设置淡水冷凝器，连通海水蒸发罐和淡水冷凝器的两条风道形成空气环流风道，构成一种能回收海盐的斯特林热泵海水淡化装置。
为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括斯特林热泵、风机、海水蒸发罐、海水流入管、水位观察窗、海盐排出阀、淡水冷凝器、淡水流出管、湿热空气流动风道、冷干空气流动风道。其特征在于：所述斯特林热泵热量流出端气缸及气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐内；热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于淡水冷凝器内；电动机置于热量流入端中央的二级密封腔内。湿热空气流动风道连通海水蒸发罐与淡水冷凝器进风口；冷干空气流动风道连通淡水冷凝器出风口与海水蒸发罐。风机安装在冷干空气流动风道上，风向由热量流入端到热量流出端。海水蒸发罐中部设有海水流入管和水位观察窗。海水蒸发罐底部设有海盐排出口，并安装海盐排出阀。淡水冷凝器底部安装淡水流出管。斯特林热泵和风机的电机接电源。
所述海水蒸发罐上部有浸入海水的热量流出端气缸及气缸与回热器连接管，是海水蒸发区；中部有海水流入管和冷干空气流动风道出口，是海水、冷干空气进入区；底部有海盐排出口和海盐排出阀，是海盐结晶析出区。
所述海水淡化装置的斯特林热泵热量流入端和热量流出端水平布置为卧式布局，斯特林热泵的热量流入端和热量流出端竖直布置为立式布局。大型装置采用卧式布局，中、小型装置采用立式布局。
本发明的优点在于：一是斯特林热泵具有高效节能的性能，再加水蒸气热量回收利用的措施，运行耗能很低。二是盐呈固体析出，杜绝了浓缩海水排放影响生态环境，盐还可作化工原料，提高了海水资源综合利用率。三是可实现连续生产，操作简单。配置自动控制***，甚至可以无人值守。四是工艺流程简单，设备易于维护和模块化。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
图1是一种斯特林热泵海水淡化装置结构图。
附图中，1、风机，2、冷干空气流动风道，3、海水蒸发罐，4、海盐排出阀，5、海盐排出口，6、海水流入管，7、水位观察窗，8、淡水流出管，9、淡水冷凝器，10、湿热空气流动风道。
具体实施方式
图1所示的斯特林热泵海水淡化装置采用斯特林热泵立式布局。斯特林热泵热量流出端气缸及气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐3内。热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于淡水冷凝器9内。电动机置于热量流入端中央的二级密封腔内。湿热空气流动风道10连通海水蒸发罐3上部空间与淡水冷凝器进风口。冷干空气流动风道2连通淡水冷凝器9出风口与海水蒸发罐3中部空间，风机1安装在冷干空气流动风道2上，风向由热量流入端到热量流出端。海水蒸发罐3中部设有海水流入管6和水位观察窗7。海水蒸发罐3底部设有海盐排出口5，并安装海盐排出阀4，淡水冷凝器9底部安装淡水流出管8，斯特林热泵和风机的电机接电源。
本发明的工作过程是：接通海水流入管6，向海水蒸发罐3内注入海水。水位观察窗7显示水位居于冷干空气流动风道2出风口以上、湿热空气流动风道10进风口以下停止注水。接通风机和斯特林热泵的电机电源，风机和斯特林热泵运转。风机电机转动使冷干空气流动风道2内的冷干空气流入海水蒸发罐3的海水中吸热吸水，形成湿热空气，经湿热空气流动风道10到淡水冷凝器9放热冷凝出淡水，再回冷干空气流动风道2内，完成空气循环流动。热泵电机转动使热量流入端的热量输运到热量流出端，即将湿热空气在淡水冷凝器9所放出的热量输运到海水蒸发罐3加热海水。淡水冷凝器9冷凝出的淡水由淡水流出管8流出。不断向海水蒸发罐3补充海水，保持水位在冷干空气流动风道2出风口以上、湿热空气流动风道10进风口以下。海水不断浓缩，盐分在海水蒸发罐3底部结晶析出达到一定量时，打开海盐排出阀4，由海盐排出口5排出海盐。关闭海盐排出阀4，补充海水，保持装置连续运行。

Claims (2)

1.一种斯特林热泵海水淡化装置，包括斯特林热泵、风机、海水蒸发罐、海水流入管、水位观察窗、海盐排出阀、淡水冷凝器、淡水流出管、湿热空气流动风道、冷干空气流动风道，其特征在于：所述斯特林热泵热量流出端气缸及气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐内，热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于淡水冷凝器内，电动机置于热量流入端中央的二级密封腔内，湿热空气流动风道连通海水蒸发罐与淡水冷凝器进风口，冷干空气流动风道连通淡水冷凝器出风口与海水蒸发罐，风机安装在冷干空气流动风道上，风向由热量流入端到热量流出端，海水蒸发罐中部设有海水流入管和水位观察窗，海水蒸发罐底部设有海盐排出口，并安装海盐排出阀，淡水冷凝器底部安装淡水流出管，斯特林热泵和风机的电机接电源。
2.根据权利要求1所述的一种斯特林热泵海水淡化装置，其特征在于：所述斯特林热泵热量流入端和热量流出端水平布置为卧式布局，斯特林热泵的热量流入端和热量流出端竖直布置为立式布局。
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