專利名稱：一種低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源利用領(lǐng)域，尤其涉及的是一種利用低品位熱源進(jìn)行海水淡化及冷熱聯(lián)供的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。淡水資源短缺已經(jīng)成為影響世界經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素，引起了全社會的普遍關(guān)注。積極推進(jìn)海水淡化技術(shù)，向大海要水已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國的共識。目前海水淡化已也成為解決沿海地區(qū)缺水問題最有效的措施之一。可以預(yù)見，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和人們生活水平提高帶來的淡水資源供需矛盾的尖銳化，海水淡化作為解決淡水資源短缺的有效手段，將會變得越來越重要。海水淡化方法主要有蒸餾法、反滲透法、離子交換法、冷凍法和增濕-去濕法等。目前，技術(shù)比較成熟、被廣泛應(yīng)用的只有蒸發(fā)法和反滲透法，但存在需要消耗大量的燃料或電力的缺陷。另一方面，我國具有豐富的低品位熱源如太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱等，開發(fā)利用這類能源是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。因此，探索開發(fā)一種高效、節(jié)能的利用低品位熱源的海水淡化并能夠?qū)崿F(xiàn)冷熱聯(lián)產(chǎn)的方法對解決我國淡水缺乏供應(yīng)不足問題，以及緩解我國能源供給壓力、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和提高能源利用效率具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)需要消耗大量的燃料或電力的問題，并同時實現(xiàn)冷熱聯(lián)供，提高能源利用效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，包括有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷循環(huán)及增濕-去濕海水淡化三個子系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用有機朗肯動力循環(huán)驅(qū)動蒸汽壓縮制冷循環(huán)制取冷凍水，對增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的實施冷凍水噴淋冷凝以生產(chǎn)溫度較低的(冷)淡水，儲存在冷水箱中，其中部分冷淡水由水泵先輸送至用冷末端供冷，隨后進(jìn)入第二換熱器被海水廢料余熱加熱成熱水供生活使用。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述的有機朗肯動力循環(huán)包括發(fā)生器、膨脹機、回?zé)崞鳌⒌诙淠骱陀袡C工質(zhì)循環(huán)泵；低品位熱源在第一水泵的作用下依次流經(jīng)發(fā)生器和第一換熱器，發(fā)生器的蒸汽出口與膨脹機的進(jìn)口相連；膨脹機的乏汽出口通過回?zé)崞髋c第二冷凝進(jìn)口相連；第二冷凝器的出口通過有機工質(zhì)循環(huán)泵、回?zé)崞鬟B接至發(fā)生器的進(jìn)口。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述的蒸汽壓縮制冷循環(huán)包括壓縮機、第一冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器；壓縮機的進(jìn)口與出口分別與蒸發(fā)器的蒸汽出口和第一冷凝器的進(jìn)口相連；第一冷凝器的出口與蒸發(fā)器的進(jìn)口通過節(jié)流元件相連。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述的有機朗肯動力循環(huán)的膨脹機與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的壓縮機同軸。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述的增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)還包括增濕器、去濕器、第一引風(fēng)機和第二引風(fēng)機；增濕器頂部的濕工質(zhì)出口通過第一引風(fēng)機與去濕器底部側(cè)面的濕工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器底部的海水廢料出口通過第六水泵與第二換熱器的海水進(jìn)口相連；去濕器的頂部的干工質(zhì)出口通過第二引風(fēng)機與增濕器的底部側(cè)面的干工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器和去濕器內(nèi)均布置有用于分別噴淋霧化海水和冷凍水噴嘴；增濕器和去濕器內(nèi)均布置有用于增加換熱面積的填料。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，海水進(jìn)料在第二水泵的作用下，依次流經(jīng)第一冷凝器、第二冷凝器和第一換熱器，第一換熱器的海水出口與增濕器內(nèi)的第一噴嘴相連。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述蒸發(fā)器的冷凍水出口與去濕器內(nèi)的第二噴嘴相連，去濕器的側(cè)面的第一冷淡水出口通過第三水泵與蒸發(fā)器的冷凍水進(jìn)口相連構(gòu)成循環(huán)；去濕器底部的第二冷淡水出口通過第四水泵與冷水箱相連，冷水箱通過第五水泵與用冷末端的進(jìn)口相連，用冷末端的出口經(jīng)第二換熱器與熱水箱相連。所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其中，所述的有機朗肯動力循環(huán)的第二冷凝器與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的第一冷凝器的排熱被用于預(yù)熱增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的進(jìn)料海水。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過將有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷及增濕-去濕海水淡化系統(tǒng)耦合在一起，其有益的效果是系統(tǒng)對熱源的溫度要求低，適應(yīng)性好；濕器中冷凍水與濕工質(zhì)直接接觸，淡水產(chǎn)率高；能量梯級利用，實現(xiàn)海水淡化及冷熱聯(lián)供，能源利用效率高。


圖1是本發(fā)明提供的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。圖中的標(biāo)號分別為1為發(fā)生器；2為膨脹機；3為壓縮機；4為蒸發(fā)器；5為第一冷凝器；6為節(jié)流元件；7為第二冷凝器；8為有機工質(zhì)循環(huán)泵；9為回?zé)崞鳎?0為第一換熱器；11為增濕器；12為去濕器；Ρ1-2為噴嘴；Τ1-2為填料；13為冷水箱；14為用冷末端；15為第二換熱器；16為熱水箱；Β1-6為水泵；Υ1-2為引風(fēng)機；01為增濕器濕工質(zhì)出口 ；02為增濕器海水廢料出口 ；E1為去濕器干工質(zhì)出口 ；E2-3為去濕器冷淡水出口。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，包括有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷循環(huán)及增濕-去濕海水淡化三個子系統(tǒng)。系統(tǒng)運行過程中，利用有機朗肯動力循環(huán)驅(qū)動蒸汽壓縮制冷循環(huán)制取冷凍水，對增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的實施冷凍水噴淋冷凝以生產(chǎn)溫度較低的(冷)淡水，儲存在冷水箱13中，其中部分冷淡水由第五水泵B5先輸送至用冷末端14供冷，隨后進(jìn)入第二換熱器15被海水廢料余熱加熱成熱水，儲存在熱水箱16供生活使用。所述的有機朗肯動力循環(huán)包括發(fā)生器1、膨脹機2、回?zé)崞?、第二冷凝器7和有機工質(zhì)循環(huán)泵8 ;低品位熱源在第一水泵BI的作用下依次流經(jīng)發(fā)生器I和第一換熱器10 ;發(fā)生器I的蒸汽出口與膨脹機2的進(jìn)口相連；膨脹機2的乏汽出口通過回?zé)崞?與第二冷凝7進(jìn)口相連；第二冷凝器7的出口通過有機工質(zhì)循環(huán)泵8、回?zé)崞?連接至發(fā)生器I的進(jìn)口。所述的蒸汽壓縮制冷循環(huán)包括壓縮機3、第一冷凝器5、節(jié)流元件6和蒸發(fā)器4 ;所述的有機朗肯動力循環(huán)的膨脹機2與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的壓縮機3同軸。壓縮機3的進(jìn)口與出口分別與蒸發(fā)器4的蒸汽出口和第一冷凝器5的進(jìn)口相連；第一冷凝器5的出口與蒸發(fā)器4的進(jìn)口通過節(jié)流元件6相連。所述的增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)包括增濕器11、去濕器12、第一引風(fēng)機Yl和第二引風(fēng)機Y2 ;增濕器11頂部的濕工質(zhì)出口 01通過第一引風(fēng)機Yl與去濕器12底部側(cè)面的濕工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器11底部的海水廢料出口 02與第二換熱器15的海水進(jìn)口相連；去濕器12的頂部的干工質(zhì)出口 El通過第二引風(fēng)機Y2與增濕器11的底部側(cè)面的干工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器11和去濕器12內(nèi)均布置有噴嘴，分別用于噴淋霧化海水和冷凍水；增濕器11和去濕器12內(nèi)均布置有填料，用于增加換熱面積。海水進(jìn)料在第二水泵B2的作用下，依次流經(jīng)第一冷凝器冷凝5、第二冷凝器7和第一換熱器10，第一換熱器10的海水出口與增濕器11內(nèi)的第一噴嘴Pl相連；增濕器11內(nèi)布置有第一填料Tl。蒸發(fā)器4的冷凍水出口與去濕器12內(nèi)的第二噴嘴P2相連，去濕器12的側(cè)面的第一冷淡水出口 E2通過第三水泵B3與蒸發(fā)器4的冷凍水進(jìn)口相連構(gòu)成循環(huán)；去濕器12內(nèi)布置有第二填料T2 ;去濕器1 2底部的第二冷淡水出口 E3通過第四水泵B4與冷水箱13相連，冷水箱通過第五水泵B5與用冷末端14的進(jìn)口相連，用冷末端14的出口經(jīng)第二換熱器15與熱水箱16相連。所述的有機朗肯動力循環(huán)的第二冷凝器7與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的第一冷凝器5的排熱被用于預(yù)熱增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的進(jìn)料海水。所述的低品位熱源在第一水泵BI的作用下先流經(jīng)發(fā)生器I在其中與有機朗肯動力循環(huán)的工質(zhì)換熱，隨后流經(jīng)第一換熱器10在其中加熱海水進(jìn)料。所述的蒸汽壓縮制冷循環(huán)生產(chǎn)的冷凍水被用于在去濕器12內(nèi)噴淋，冷凍水與濕工質(zhì)直接接觸，強化傳熱。本發(fā)明的工作過程是有機朗肯動力循環(huán)的工質(zhì)在發(fā)生器I中被由第一水泵BI輸送的低品位熱源加熱產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)管道進(jìn)入膨脹機2，在其中膨脹做功，做功后的乏汽首先進(jìn)入回?zé)崞?中放熱，隨后進(jìn)入第二冷凝器7中被海水進(jìn)料冷凝成為液體，液態(tài)工質(zhì)在有機工質(zhì)循環(huán)泵8的作用下升壓，進(jìn)入回?zé)崞?吸收乏汽的部分排熱，升溫后進(jìn)入發(fā)生器I中完成朗肯動力循環(huán)；膨脹機2做功推動與其同軸的壓縮機3運轉(zhuǎn)，將從蒸發(fā)器4中產(chǎn)生的制冷工質(zhì)蒸汽吸入并壓縮，升壓后的制冷工質(zhì)進(jìn)入第一冷凝器5中被海水進(jìn)料冷凝成為液體，液態(tài)制冷工質(zhì)隨后經(jīng)節(jié)流元件6減壓進(jìn)入蒸發(fā)器4，在其中吸熱蒸發(fā)生產(chǎn)冷凍水，完成蒸汽壓縮制冷循環(huán)，；進(jìn)料海水在第二水泵B2的作用下先后流經(jīng)第一冷凝器5和第二冷凝器7，吸收朗肯動力循環(huán)和蒸汽壓縮制冷循環(huán)冷凝器7和5的排熱升溫后，進(jìn)入第一換熱器10被從發(fā)生器I中流出的低品位熱源在其中再次加熱，成為熱海水；熱海水隨后從頂部進(jìn)入增濕器11通過第一噴嘴Pi噴淋，霧化的熱海水與由增濕器11底部側(cè)面進(jìn)入其中的干工質(zhì)在第一填料Tl間直接接觸換熱，實現(xiàn)對增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)的加濕，由此干工質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闈窆べ|(zhì)，增濕器11中的海水廢料由增濕器海水廢料出口 02被第六水泵B6輸送至第二換熱器15，增濕器11內(nèi)的濕工質(zhì)由其頂部的增濕器濕工質(zhì)出口 01出去，在第一引風(fēng)機Yl的作用下從去濕器12底部側(cè)面進(jìn)入去濕器12，蒸發(fā)器4的冷凍水在第三水泵B3的作用下由頂部進(jìn)入去濕器12，通過第二噴嘴P2噴淋，霧化的冷凍水與進(jìn)入去濕器12的濕工質(zhì)在第二填料T2間直接接觸換熱，濕工質(zhì)釋放出其所攜帶的顯熱，且其所攜帶的水蒸氣凝結(jié)成淡水，由此濕工質(zhì)轉(zhuǎn)變成干工質(zhì)，去濕器12內(nèi)的干工質(zhì)由其頂部的去濕器干工質(zhì)出口 El出去，在第二引風(fēng)機Y2的作用下從增濕器11的底部側(cè)面進(jìn)入增濕器11，完成增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的工質(zhì)循環(huán)；此狀態(tài)下生產(chǎn)的淡水溫度較低(冷水)，去濕器12中生產(chǎn)的冷水一部分在第三水泵B3的作用下回流到蒸發(fā)器4，完成蒸發(fā)器4的冷凍水循環(huán)，另一部分冷水由第二去濕器冷淡水出口 E3被第四水泵B4輸送至冷水箱13中儲存供使用；冷水箱13中的部分冷水在第五水泵B5的作用下被輸送至用冷末端14如空調(diào)的風(fēng)機盤管供冷，升溫后的淡水隨后進(jìn)入第二換熱器15，在其中被海水廢料余熱加熱成熱水，儲存在熱水箱16中供使用。本系統(tǒng)中有機朗肯動力循環(huán)和蒸汽壓縮制冷循環(huán)采用有機工質(zhì)，如可以分別為HFC-245fa和HFC_134a，也可以采用同一種工質(zhì)，如HFC_134a。本系統(tǒng)中增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)可以為空氣或氦氣。本發(fā)明通過將有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷及增濕-去濕海水淡化系統(tǒng)耦合在一起，有效地實現(xiàn)了對熱能和冷能的梯級利用，具有適應(yīng)性好、淡水產(chǎn)率高以及能源利用效率高等特點。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或 變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，包括有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷循環(huán)及增濕-去濕海水淡化三個子系統(tǒng)；所述有機朗肯動力循環(huán)子系統(tǒng)驅(qū)動蒸汽壓縮制冷循環(huán)子系統(tǒng)制取冷凍水，所述增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)采用制取的冷凍水實施噴淋冷凝生產(chǎn)冷淡水，其中部分冷淡水先輸送至用冷末端供冷，再進(jìn)入第二換熱器被流經(jīng)其中的海水廢料余熱加熱成熱水，儲存于熱水箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的有機朗肯動力循環(huán)包括發(fā)生器、膨脹機、回?zé)崞鳌⒌诙淠骱陀袡C工質(zhì)循環(huán)泵；低品位熱源在第一水泵的作用下依次流經(jīng)發(fā)生器和第一換熱器，發(fā)生器的蒸汽出口與膨脹機的進(jìn)口相連；膨脹機的乏汽出口通過回?zé)崞髋c第二冷凝進(jìn)口相連；第二冷凝器的出口通過有機工質(zhì)循環(huán)泵、回?zé)崞鬟B接至發(fā)生器的進(jìn)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸汽壓縮制冷循環(huán)包括壓縮機、第一冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器；壓縮機的進(jìn)口與出口分別與蒸發(fā)器的蒸汽出口和第一冷凝器的進(jìn)口相連；第一冷凝器的出口與蒸發(fā)器的進(jìn)口通過節(jié)流元件相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的有機朗肯動力循環(huán)的膨脹機與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的壓縮機同軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)還包括增濕器、去濕器、第一引風(fēng)機和第二引風(fēng)機；增濕器頂部的濕工質(zhì)出口通過第一引風(fēng)機與去濕器底部側(cè)面的濕工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器底部的海水廢料出口與第二換熱器的海水進(jìn)口相連；去濕器的頂部的干工質(zhì)出口通過第二引風(fēng)機與增濕器的底部側(cè)面的干工質(zhì)進(jìn)口相連；增濕器和去濕器內(nèi)均布置有用于分別噴淋霧化海水和冷凍水噴嘴；增濕器和去濕器內(nèi)均布置有用于增加換熱面積的填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，海水進(jìn)料在第二水泵的作用下，依次流經(jīng)第一冷凝器冷凝、第二冷凝器和第一換熱器，第一換熱器的海水出口與增濕器內(nèi)的第一噴嘴相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器的冷凍水出口與去濕器內(nèi)的第二噴嘴相連，去濕器的側(cè)面的第一冷淡水出口通過第三水泵與蒸發(fā)器的冷凍水進(jìn)口相連構(gòu)成循環(huán)；去濕器內(nèi)布置有第二填料；去濕器底部的第二冷淡水出口通過第四水泵與冷水箱相連，冷水箱通過第五水泵與用冷末端的進(jìn)口相連，用冷末端的出口經(jīng)第二換熱器與熱水箱相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的有機朗肯動力循環(huán)的第二冷凝器與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的第一冷凝器的排熱被用于預(yù)熱增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的進(jìn)料海水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低品位熱源驅(qū)動的海水淡化及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，包括有機朗肯動力循環(huán)、蒸汽壓縮制冷循環(huán)及增濕-去濕海水淡化三個子系統(tǒng)。系統(tǒng)利用有機朗肯動力循環(huán)驅(qū)動蒸汽壓縮制冷循環(huán)制取冷凍水，對增濕-去濕海水淡化子系統(tǒng)的實施冷凍水噴淋冷凝以生產(chǎn)溫度較低的(冷)淡水，所產(chǎn)的部分冷淡水由水泵先輸送至用冷末端供冷，隨后被海水廢料余熱加熱成熱水供生活使用。此外，有機朗肯動力循環(huán)和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的冷凝器排熱被用于預(yù)熱進(jìn)料海水。本系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了對熱能和冷能的梯級利用，具有適應(yīng)性好、淡水產(chǎn)率高以及能源利用效率高等特點。
文檔編號C02F103/08GK103058298SQ20131002265
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者李華山, 馬偉斌, 卜憲標(biāo), 廉永旺, 王令寶 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所