CN1223234A - 负温差海水淡化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负温差海水淡化设备,它利用纯相变无热制冷装置高效制取温度为0℃左右的大量冷量和少量深冷冷量,形成低温负压冷凝空间,同时利用常温海水自身热量使海水在负温差、负压状态下汽化成水蒸汽,让水蒸汽在低温负压冷凝空间冷凝成淡水,同时设置温度为－200℃左右的冷凝空间,液化溶解在海水中的空气。本发明的设备同样可以净化工业废水等类废水。
Description
本发明涉及海水淡化技术，特别涉及一种利用人工制冷提供的冷量与自然常温海水自身常温热量之间的负温差所具有的能量来淡化海水的负温差海水淡化设备。
现有的海水淡化技术，尤其是在工业与民用上广泛采用的海水淡化技术，通常采用利用燃烧矿物燃料或者其他热源提供的高温热量，使海水在常温常压下蒸发汽化，然后收集其水蒸汽，让其在常温环境中冷凝成淡水。其缺点是消耗了矿物资源，污染了自然环境，并且生产成本过高，难以满足人类社会目前日益增长的淡水需求，无法缓解全球普遍存在的淡水危机。
本发明的目的是提供一种新的负温差海水淡化设备，利用纯相变无热制冷装置高效制冷所提供的大量冷量，形成低温负压冷凝空间，同时利用常温海水自身热量使海水在负温差、负压状态下汽化成水蒸汽，让水蒸汽在低温负压冷凝空间冷凝液化成淡水，同时对外供冷。
本发明的技术解决方案如下：
一种负温差海水淡化设备，其基本部件与利用高温热量淡化海水的装置相类似，它包括使海水吸热汽化的蒸发器，使水蒸汽冷凝成液态淡水的冷凝器，以及收集淡水水滴与水流的装置与管道，由此构成海水淡化热力相变循环；
利用纯相变无热制冷技术的多级制冷循环，它包括由制冷压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器组成的提供原始制冷量的首级蒸气压缩制冷循环装置，过冷液态工质冷凝板，次一级液态制冷工质，以及将上述部件均设置在内的第一保温压力容器，连同次一级工质泵及联接管；包括装有中间一级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板和下一级液态制冷工质的中间一级保温压力容器，连同下一级工质泵及联接管；包括装有中间级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板、制冷液态工质的中间N级保温压力容器，连同下一级工质泵及联接管；
它还包括在第一保温压力容器与中间一级保温压力容器之间设置的中间附一级保温压力容器，连同工质泵及联接管，所述中间附一级保温压力容器内装有中间附一级制冷蒸发器，位于中间附一级制冷蒸发器下方的水平设置的过冷液态工质冷凝板，以及在中间附一级保温压力容器的下部设置的吸湿干燥箱和液态空气槽；还包括位于中间N级保温压力容器后面的通过工质输液管和保温回气管连接的末端保温压力容器，连同海水与淡水排水泵以及联接管，所述末端保温压力容器内装有一个以上盘管状中间N级制冷蒸发器，在中间N级制冷蒸发器的***设置的海水蒸发器，在中间N级制冷蒸发器的顶部贴合安装的淡水冷凝板，与淡水冷凝板相连的淡水收集槽，以及位于末端保温压力容器底部的海水槽；
所述海水淡化热力相变循环与所述纯相变无热制冷中的末级相变以冷制冷循环构成同一热力相变循环，该热力相变循环由虹吸管、海水蒸发器、中间N级制冷蒸发器、淡水冷凝板、联接管、水泵以及蒸发温度为0℃的中间N级制冷液态工质所构成，在淡化海水的同时，对外供冷；
所述虹吸管一端连接自然海域表层，另一端连接末端保温压力容器内的海水蒸发器上端入口，虹吸管吸水高程由海水蒸发器入水口所需虹吸管出水压力与流速所决定，海水流经海水蒸发器到海水槽，海水槽由水管与水泵连接，将冷却后的海水排至用冷用户对外供冷，或者重新排入海域深层；
所述中间N级制冷蒸发器贴合安装淡水冷凝板，蒸发温度为0℃左右的中间N级制冷液态工质从淡水冷凝板吸热汽化后，经保温回气管回到上一级保温压力容器内冷凝空间冷凝液化，中间N级制冷蒸发器所提供的冷量使末端保温压力容器内形成负压冷凝空间，海水在附有隔热保温层的海水蒸发器内由上而下地流动，海水蒸发器内表层海水从自身与里层海水吸热汽化成水蒸汽，水蒸汽从海水蒸发器上部气孔进入末端保温压力容器内负压冷凝空间，在淡水冷凝板上、下面凝结成淡水滴，自动汇集到淡水槽，由此形成末级相变以冷制冷循环与海水淡化热力相变循环；淡水再经淡水管集中汇入淡水库，淡水库与水泵连接，淡水由水泵加压输送到淡水用户；
所述末端保温压力容器内的底层冷凝空间经输气管连接位于中间附一级保温压力容器内的吸湿干燥箱，被溶解在海水中的少量空气，经输气管从末端保温压力容器内进入中间附一级保温压力容器内，经吸湿干燥箱吸除水蒸汽后，干空气进入由蒸发器与过冷液态工质冷凝板组成的温度为-200℃左右的低温冷凝空间，被不断冷凝液化，积存在液态空气槽内定期外排，从而有效地保证末端保温压力容器内稳定形成负压冷凝空间；
所述中间附一级蒸发器内的液态制冷工质从由末端保温压力容器内导入的干燥空气中吸热汽化，经保温回气管到第一保温压力容器内冷凝空间冷凝，重新液化；
首级制冷工质蒸发温度最低，然后依级次排列顺序各级制冷工质蒸发温度逐级升高。
本发明采用纯相变无热制冷技术，实行多级相变以冷制冷循环，重复利用上一级制冷循环所提供的冷量来冷凝液化本级制冷循环中的工质蒸气的相变以冷制冷循环，将首级蒸气压缩制冷循环所提供的原始冷量高倍扩增，以高倍的制冷效率制取出大量温度为0℃左右的冷量与少量低温深冷冷量；利用上述冷量制造负压冷凝空间，冷凝在负压状况下依靠海水自身热量汽化所形成的水蒸汽，实现负温差海水淡化，并可同时对外供冷。本发明还可以作为净化工业废水及类似于工业废水的废水处理装置。
下面结合附图对本发明作详细描述。
图1是一种负温差海水淡化设备中的第一保温压力容器、中间一级保温压力容器、中间附一级保温压力容器和中间N级保温压力容器的结构示意图。
图2是上述海水淡化设备中的末端保温压力容器的结构示意图。
参看图1，在第一保温压力容器8内安装制冷压缩机1、冷凝器2、节流器4和蒸发器6，组成首级蒸气压缩制冷循环，提供原始制冷量。第一保温压力容器8的下部充注液态制冷工质14，上述首级蒸气压缩制冷循环中的制冷压缩机1和冷凝器2被浸泡在液态制冷工质14中。第一保温压力容器8的中部设置过冷液态工质冷凝板17。工质泵9通过吸液管18与第一保温压力容器8连接，工质泵9的另一端连接工质输液管10。工质输液管10分别与中间一级制冷蒸发器19、中间附一级制冷蒸发器28连接。
中间一级保温压力容器20的底部灌注液态制冷工质21，中间一级制冷蒸发器19和过冷液态工质冷凝板17均安装在中间一级保温压力容器20内。中间一级制冷蒸发器19由工质输液管10、工质泵9、吸液管18、保温回气管11与第一保温压力容器8内冷凝空间连通，形成相变以冷制冷循环。
中间附一级保温压力容器24的下部安装吸湿干燥箱47和液态空气槽50，在吸湿干燥箱47的上方安装挡板53。中间附一级保温压力容器24的上部安装中间附一级蒸发器28，其中间安装过冷液态工质冷凝板17。中间附一级蒸发器28由工质输液管10、工质泵9、吸液管18、保温回气管11与第一保温压力容器8内冷凝空间连通，形成相变以冷制冷循环。
工质泵9’一端通过吸液管18’连接中间一级保温压力容器20，工质泵9’另一端通过工质输液管10’与中间级制冷蒸发器12连接。在中间N级保温压力容器13内，安装中间级制冷蒸发器12、过冷液态工质冷凝板17和液态制冷工质22。中间级制冷蒸发器12由工质输液管10’、工质泵9’、吸液管18’、保温回气管11’与中间一级保温压力容器20内冷凝空间连通，形成相变以冷制冷循环。
参看图2，工质泵9”一端通过吸液管18”连接中间N级保温压力容器13，工质泵9”另一端通过工质输液管25与末端保温压力容器30内的中间N级制冷蒸发器35连接。在末端保温压力容器30内安装海水蒸发器34，海水蒸发器34上装有盖板54，该盖板54上开设有大量通气孔37，在通气孔37的上方装有拦盖板33。中间N级制冷蒸发器35盘贴在淡水冷凝板31的底板下面，淡水收集槽36与淡水冷凝板31相连。中间N级制冷蒸发器35通过吸液管18”、工质泵9”、工质输液管25、保温回气管26与中间N级保温压力容器13内冷凝空间连通，形成相变以冷制冷循环。
末端保温压力容器30内安装的中间N级制冷蒸发器35由下而上地连接设置N个单元，每个单元均包括中间N级制冷蒸发器35、海水蒸发器34、淡水冷凝板31、淡水收集槽36及联接管。
末端保温压力容器30内的下层负压冷凝空间设有输气管46，输气管46与位于中间附一级保温压力容器24下部的吸湿干燥箱47连接。末端保温压力容器30内存在的少量空气经输气管46进入吸湿干燥箱47，干空气进入中间附一级冷凝空间冷凝成液态空气，回落在液态空气槽50内，然后间隙性地由工质泵9通过吸液管18从液态空气槽50吸出，加压后经工质输液管29排向空间。
自然海域48内常温海水，从自然海域表层经虹吸管38吸入，沿着虹吸管38上升，从末端保温压力容器30内海水蒸发器34的上方海水入口52进入海水蒸发器34，常温海水从自身吸热，在负压下汽化成水蒸汽，水蒸汽从海水蒸发器盖板54上的通气孔37进入末端保温压力容器30内负压冷凝空间，冷凝成淡水，由此形成末级相变以冷制冷循环与海水淡化相变热力循环。淡水水滴由淡水收集槽36汇集，经水管42和水管40流入淡水库41，淡水液39经水泵51、吸水管55和输水管49输往淡水用户。
海水蒸发器34内已经降温冷却并且再无法汽化蒸发的冷海水，经海水蒸发器34内水道流入位于末端保温压力容器30底部的海水槽32，再经吸水管44和水泵43加压后由水管45排入海域深层，或者将冷却后的海水作为载冷剂通过水管45送入用冷用户对外供冷。
本发明的工作流程如下：
启动制冷压缩机1制冷，其热量由液态制冷工质14汽化潜热消热，其蒸气从通气管16进入由过冷液态工质冷凝板17与蒸发器6所组成的冷凝空间冷凝液化；与此同时，液位调节器23自动将第一保温压力容器8的上层液态制冷工质14通过补液管15补充到下层。
启动工质泵9，让液态制冷工质14经吸液管18和工质输液管10进入中间一级蒸发器19和中间附一级蒸发器28，中间一级蒸发器19从下一级制冷工质蒸气中吸热汽化并制冷，并经保温回气管11回到第一保温压力容器8内冷凝空间液化，中间附一级蒸发器28从末端保温压力容器30导入的干空气中吸热汽化并制冷，并经保温回气管11回到第一保温压力容器8内冷凝空间液化。
启动工质泵9’，让液态制冷工质21经吸液管18’和工质输液管10’进入中间级制冷蒸发器12，中间级制冷蒸发器12从中间N级制冷工质蒸气中吸热汽化并制冷，并经保温回气管11’回到中间一级保温压力容器20内冷凝空间冷凝液化。
启动工质泵9”，让液态制冷工质22进入末端保温压力容器30内的中间N级制冷蒸发器35，中间N级制冷蒸发器35从水蒸汽中吸热汽化并制冷，并经保温回气管26回到中间N级保温压力容器13内冷凝空间冷凝液化。
当末端保温压力容器30内出现负压后，海水自动沿虹吸管38进入海水蒸发器34，此时启动水泵43将海水槽32内的海水排出。
当淡水库41内淡水位达到或超过储存限度时，启动水泵51，向用水用户供应淡水。
按照本发明的技术可以建成大型或特大型海水淡化基地，也可以建成净化工业废水或者类似于工业废水的废水处理基地，可大规模地、廉价地向工农业生产及居民生活提供纯净淡水。
Claims (4)
1、一种负温差海水淡化设备，其基本部件与利用高温热量淡化海水的装置相类似，它包括使海水吸热汽化的蒸发器，使水蒸汽冷凝成液态淡水的冷凝器，以及收集淡水水滴与水流的装置与管道，由此构成海水淡化热力相变循环；
利用纯相变无热制冷技术的多级制冷循环，它包括由制冷压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器组成的提供原始制冷量的首级蒸气压缩制冷循环装置，过冷液态工质冷凝板，次一级液态制冷工质，以及将上述部件均设置在内的第一保温压力容器，连同次一级工质泵及联接管；包括装有中间一级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板和下一级液态制冷工质的中间一级保温压力容器，连同下一级工质泵及联接管；包括装有中间级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板、制冷液态工质的中间N级保温压力容器，连同下一级工质泵及联接管；
其特征在于，它还包括在第一保温压力容器与中间一级保温压力容器之间设置的中间附一级保温压力容器，连同工质泵及联接管，所述中间附一级保温压力容器内装有中间附一级制冷蒸发器，位于中间附一级制冷蒸发器下方的水平设置的过冷液态工质冷凝板，以及在中间附一级保温压力容器的下部设置的吸湿干燥箱和液态空气槽；还包括位于中间N级保温压力容器后面的通过工质输液管和保温回气管连接的末端保温压力容器，连同海水与淡水排水泵以及联接管，所述末端保温压力容器内装有一个以上盘管状中间N级制冷蒸发器，在中间N级制冷蒸发器的***设置的海水蒸发器，在中间N级制冷蒸发器的顶部贴合安装的淡水冷凝板，与淡水冷凝板相连的淡水收集槽，以及位于末端保温压力容器底部的海水槽；
所述海水淡化热力相变循环与所述纯相变无热制冷中的末级相变以冷制冷循环构成同一热力相变循环，该热力相变循环由虹吸管、海水蒸发器、中间N级制冷蒸发器、淡水冷凝板、联接管、水泵以及蒸发温度为0℃的中间N级制冷液态工质所构成，在淡化海水的同时，对外供冷；
所述虹吸管一端连接自然海域表层，另一端连接末端保温压力容器内的海水蒸发器上端入口，虹吸管吸水高程由海水蒸发器入水口所需虹吸管出水压力与流速所决定，海水流经海水蒸发器到海水槽，海水槽由水管与水泵连接，将冷却后的海水排至用冷用户对外供冷，或者重新排入海域深层；
所述中间N级制冷蒸发器贴合安装淡水冷凝板，蒸发温度为0℃左右的中间N级制冷液态工质从淡水冷凝板吸热汽化后，经保温回气管回到上一级保温压力容器内冷凝空间冷凝液化，中间N级制冷蒸发器所提供的冷量使末端保温压力容器内形成负压冷凝空间，海水在附有隔热保温层的海水蒸发器内由上而下地流动，海水蒸发器内表层海水从自身与里层海水吸热汽化，形成水蒸汽，水蒸汽从海水蒸发器上部气孔进入末端保温压力容器内负压冷凝空间，在淡水冷凝板上、下面凝结成淡水滴，自动汇集到淡水槽，由此形成末级相变以冷制冷循环与海水淡化热力相变循环；淡水再经淡水管集中汇入淡水库，淡水库与水泵连接，淡水由水泵加压输送到淡水用户；
所述末端保温压力容器内的底层冷凝空间经输气管连接位于中间附一级保温压力容器内的吸湿干燥箱，被溶解在海水中的少量空气，经输气管从末端保温压力容器内进入中间附一级保温压力容器内，经吸湿干燥箱吸除水蒸汽后，干空气进入由蒸发器与过冷液态工质冷凝板组成的温度为-200℃左右的低温冷凝空间，被不断冷凝液化，积存在液态空气槽内定期外排，从而有效地保证末端保温压力容器内稳定形成负压冷凝空间；
所述中间附一级蒸发器内的液态制冷工质从由末端保温压力容器内导入的干燥空气中吸热汽化，经保温回气管到第一保温压力容器内冷凝空间冷凝，重新液化；
首级制冷工质蒸发温度最低，然后依级次排列顺序各级制冷工质蒸发温度逐级升高。
2、根据权利要求1所述的负温差海水淡化设备，其特征在于，所述末端保温压力容器内安装的中间N级制冷蒸发器由下而上地连接设置N个单元，每个单元均包括中间N级制冷蒸发器、海水蒸发器、淡水冷凝板、淡水收集槽及联接管。
3、根据权利要求1和2所述的负温差海水淡化设备，其特征在于，所述海水蒸发器上装有盖板，该盖板上开设有大量通气孔。
4、根据权利要求3所述的负温差海水淡化设备，其特征在于，所述通气孔的上方装有拦盖板。
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