[發明專利]一種光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化系統及淡化方法

在審

• 申請號: 202010558201.9
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111777124A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 岳崢;李文章;席子昂;湯琪;黃世芳;張小松
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/22;C02F103/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發明公開了一種光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化系統及淡化方法，系統包括熱泵系統、真空蒸發室系統、后續脫鹽系統、信號測試和控制系統以及太陽能光伏系統，太陽能光伏系統通過直流驅動熱泵系統的直流壓縮機，實現熱泵系統循環的運轉；熱泵系統的運轉為進入真空蒸發室系統的海水提供預冷過程；熱泵系統預冷的海水進入真空蒸發室系統，在真空環境下蒸發降溫實現海水的蒸發過冷過程；從真空蒸發室系統出來的冰水混合物在后續脫鹽系統經過處理得到淡水和海鹽；方法是通過制取流態冰進行海水淡化；本發明大幅提升系統能效，使蒸發室維持真空的能耗進一步降低，熱量補充與能量回收裝置使得系統輸入能量得到充分利用；光伏直驅實現了太陽能簡易高效利用。

技術領域

本發明涉及海水淡化領域，具體涉及一種光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化系統及淡化方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展，淡水資源短缺的問題正成為全球所共同面臨的一個挑戰，海水淡化技術作為一項重要的淡水補充來源而受到越來越多的關注。目前常用的海水淡化方法有熱方法、冷方法與膜方法等。其中，冷凍法海水淡化，由于水的凝固潛熱只有汽化潛熱的將近七分之一，理論上能量消耗更少，同時在低溫的操作條件下沒有腐蝕與結垢的現象，具有廣闊的發展前景。

在冷凍法海水淡化中，流態冰由于形成的是較小的冰晶顆粒，換熱效率高，且流態冰可以采用水泵部件進行運輸，從而為連續式制冰創造了條件，因此采用基于流態冰制取的海水淡化方法可以有效保證整個海水淡化系統的連續運行。流態冰的制取方法中，壁面刮削法由于采用機械轉動的刮片裝置從而會消耗大量的機械動力，過冷法中由于海水是在狹窄的管道中降溫至不穩定的過冷狀態，容易受到擾動而發生冰堵的現象，而真空法則需要真空泵將蒸發室內的水蒸氣源源不斷的抽出以維持真空蒸發的環境，因此較為低效的真空泵能源消耗巨大。在目前存在的各種流態冰制取方法中，壁面刮削法、過冷法和真空法等都有著其各自發展的局限性，且能源消耗較大導致海水淡化成本提高，限制了冷凍法海水淡化的發展。

發明內容

發明目的：本發明的一個目的是提供一種光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化系統，實現了整個系統各個環節冷能與熱能的綜合利用。

本發明的另一個目的是提供一種光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化方法，該方法綜合利用真空法和過冷法制取流態冰。

技術方案：本發明的光伏直驅的海水蒸發冷凍淡化系統，包括熱泵系統、真空蒸發室系統、后續脫鹽系統、信號測試和控制系統以及太陽能光伏系統，太陽能光伏系統通過直流驅動熱泵系統的直流壓縮機，實現熱泵系統循環的運轉；熱泵系統的運轉為進入真空蒸發室系統的海水提供預冷過程；熱泵系統預冷的海水進入真空蒸發室系統，在真空環境下蒸發降溫實現海水的蒸發過冷過程；從真空蒸發室系統出來的冰水混合物在后續脫鹽系統經過處理得到淡水和海鹽。

優選的，熱泵系統包括第一鹽水泵、鹽水池、第一級預冷熱交換器、第二鹽水泵、第二級預冷蒸發器、直流壓縮機、冷凝器、節流閥和電動閥，第一鹽水泵進口與海水的引入管道相連，第一鹽水泵出口通過管道與鹽水池進口相連接，鹽水池出口與第一級預冷器熱交換器的管程進口相連接，第一級預冷器熱交換器的管程出口通過管道與第二鹽水泵的進口相連，第二鹽水泵的出口通過電動閥與第二級預冷蒸發器的第一進口相連，第二級預冷蒸發器的第一出口與真空蒸發室系統相連，第二級預冷蒸發器的第二出口與直流壓縮機的進口相連，直流壓縮機的出口與冷凝器的第一進口相連，冷凝器的第一出口通過節流閥與第二級預冷蒸發器的第二進口相連，冷凝器的第二出口和第二進口均與后續脫鹽系統相連。

優選的，直流壓縮機采用直流直接驅動，第二級預冷蒸發器和冷凝器由外殼和內管組成殼管式換熱器，在第二級預冷蒸發器側，制冷劑走管程，海水走殼程，而在冷凝器側，制冷劑走殼程。