專利名稱：太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)。 技術背景熱泵是一種利用人工技術將低溫熱能轉換為高溫熱能而達到供熱效果的機械裝置。熱泵由低溫熱源(如周圍環(huán)境的自然空氣、地下水、河水、海水、污水等)吸收熱量，然后轉換為較高溫熱源釋放至所需的空間(或其它區(qū)域)內。這種裝置即可用作供熱制熱設備，又可用作制冷降溫設備，具有多種用途。海水源熱泵是利用水與海水進行冷熱交換作為熱泵的冷熱源，冬季把海水中的熱量取出來，供給室內取暖，此時海水為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放至海水中，此海水為“冷源”。該工藝的關鍵技術在于如何解決水源的水量、水溫、水質三要素，并提高防腐功能，從而達到正常的工作條件。20世紀70年代以來，太陽能逐步成為國內外研究的重點由于太陽能受季節(jié)和天氣影響較大、熱流密度低，導致各種形式的太陽能直接熱利用系統(tǒng)在應用上都受到一定的限制。為克服太陽能利用中的上述問題，人們提出了采用太陽能加熱系統(tǒng)作為電驅動式熱泵系統(tǒng)的熱源。電驅動式熱泵在實際應用中最大的問題是當冬天的大氣溫度很低時，熱泵系統(tǒng)的效率比較低。由于太陽能集熱器在低溫時集熱效率較高，而熱泵系統(tǒng)在其蒸發(fā)溫度較高時系統(tǒng)效率較高，因此可以采用太陽能加熱系統(tǒng)作為熱泵系統(tǒng)的熱源。這樣既克服了太陽能加熱系統(tǒng)的問題又解決了熱泵系統(tǒng)冬季效率低的問題。太陽能熱泵系統(tǒng)由于其節(jié)能環(huán)保的特點而得到快速發(fā)展。從能源開發(fā)角度看，太陽能作為清潔無污而且取之不竭的能源，是替代常規(guī)能源的最具潛力的能源之一；從能源利用角度看，熱泵技術是提高能源利用效率的最有效的方式之一。因此，對這兩方面的研究開展的非常的廣泛。太陽能熱泵技術而將兩者結合起來， 使能源開發(fā)和能源利用互為補充，是值得研究的探求的有效途徑。經過“十五”時期的發(fā)展后，我國海水淡化產業(yè)已具備發(fā)展基礎，而且發(fā)展勢頭良好，但是發(fā)展水平與國外海水利用發(fā)達的國家相比還有較大的差距。國外海水淡化工程不斷向大型化、規(guī)模化方向發(fā)展。在海水淡化規(guī)模不斷增加的同時，海水淡化成本也逐漸降低，在成本的組成上，運行及維護、能源消費和投資成本均逐年下降。國外應用海水淡化技術的國家在不斷增加建設規(guī)模、降低生產成本的同時，還不斷在集成化、深層化方向上對海水淡化技術進行開發(fā)。我國海水淡化雖然起步較早，但存在發(fā)展慢、規(guī)模小、市場競爭力不強等問題，主要表現在一是海水淡化發(fā)展慢、規(guī)模小。我國海水淡化水日產量還很少，尚未成為沿海地區(qū)的重要水源；海水淡化裝置仍屬于千噸級規(guī)模。二是海水淡化成本仍相對較高。海水淡化噸水成本雖已降到目前的5 7元，但相對于大部分沿海城市偏低的自來水價格而言，仍然偏高，這是制約海水淡化發(fā)展的最直接和最主要因素之一。多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種能效比高、運行成本低的太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)。本實用新型是通過以下技術方案來實現的一種太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主體設備是由以下單元組成太陽能集熱器，蓄熱裝置，蒸汽發(fā)生器，自控裝置，海水源熱泵機組，板式換熱器和多效蒸餾裝置，其中，太陽能集熱器依次通過管道連通蓄熱裝置、蒸汽發(fā)生器構成一個加熱循環(huán)回路。 蒸汽發(fā)生器依次連通多效蒸餾裝置、板式換熱器、海水源熱泵機組構成一個循環(huán)回路。自控裝置連接控制上述循環(huán)回路中管道上的閥門和循環(huán)泵。該設備的太陽能集熱器、蓄熱裝置和蒸汽發(fā)生器主要用于提供多效蒸餾裝置的蒸汽熱源，自控裝置、海水源熱泵機組、板式換熱器分別用于實現系統(tǒng)自動控制、預加熱回水和供應空調系統(tǒng)冷凍水、供應采暖熱水。本實用新型的工作原理是本實用新型適用于年日照時間較長、海水資源豐富的水域沿岸地區(qū)及海島建設使用。本實用新型運行原理如下太陽能集熱器收集太陽輻射熱量，蓄熱設備把熱量存儲，熱量借助循環(huán)泵和蓄熱工質輸送至蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備并在其中與進料海水換熱并釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備中經多效蒸餾成為成品淡水。生蒸汽在多效蒸餾設備中放熱冷凝后并回流至板式換熱器，熱水回水在換熱器進行熱量交換為冬季用戶提供采暖熱水，經過二級利用后回水溫度下降，海水源熱泵機組對回水進行預加熱，同時對海水源熱泵機組的蒸發(fā)器進行冷回收為夏季空調系統(tǒng)提供冷凍水。經過加熱后的回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器生產蒸汽完成一次循環(huán)。該設備持續(xù)工作即可實現持續(xù)的空氣調節(jié)和海水淡化。自控裝置的作用主要是針對不同工況下的系統(tǒng)自動轉換控制以及太陽能熱泵供熱模塊的聯(lián)動切換，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現系統(tǒng)的多工況全年自動運行。本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型利用可再生太陽能源作為海水淡化主要熱源，海水源熱泵作為輔助熱源，實現系統(tǒng)的清潔、低成本、高效運行；2、本實用新型通過采用自控裝置，根據系統(tǒng)熱量需求實現全年自動控制，自動調節(jié)太陽能與熱泵聯(lián)合的熱量供應，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性更強；3、利用本實用新型的太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，實現熱泵機組進行冷量回收和熱水回水進行梯級利用，實現空調與海水淡化多功能同時運行，提高了能源利用率， 經濟效益明顯。本實用新型在實現空調冷熱聯(lián)供的同時，為海水淡化系統(tǒng)提供全天候運行的高效低成本熱源。本實用新型改變傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)和實現多效蒸餾海水淡化熱源高效低成本連續(xù)供應模式，借助太陽能集熱器、海水源熱泵機組、多效蒸餾裝置和自控裝置，實現冷熱水的高效聯(lián)合自動供應和為熱法海水淡化設備提供低成本熱量、太陽能熱泵熱水的梯級利用和冷量回收，更有效地提高系統(tǒng)能效比，可以實現全天候海水淡化。新能源的利用，既有利于降低系統(tǒng)運行成本，具有良好的經濟和環(huán)保效益。

圖1是本實用新型的原理圖；附圖標記說明1.太陽能集熱器，2.蓄熱裝置，3.蒸汽發(fā)生器，4.自控裝置，5.海水源熱泵機組， 6.板式換熱器，7.多效蒸餾裝置。
具體實施方式
以下通過實施例對本實用新型內容做進一步說明。如圖1所示，一種太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，該設備主體為太陽能集熱器1、海水源熱泵機組5、多效蒸餾裝置7組成，其他主要部份包括蓄熱裝置2用于存儲和釋放所收集的太陽輻射熱量，蒸汽發(fā)生器3用于提供海水淡化所需高溫高壓蒸汽，板式換熱器6通過熱交換回收回水中的熱量為用戶提供采暖水熱，自控裝置4用于閥門的控制和不同供工況下的系統(tǒng)自動聯(lián)合控制。本實施例中，太陽能集熱器1收集太陽輻射熱量，蓄熱裝置2把熱量存儲，熱量借助循環(huán)泵和蓄熱工質輸送至蒸汽發(fā)生器3，蒸汽發(fā)生器3產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7，生蒸汽在多效蒸餾設備7中與進料海水換熱并釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7中經多效蒸餾成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝為 40°C熱水并回流至板式換熱器6，熱水回水在板式換熱器6進行熱量交換為冬季用戶提供采暖熱水，經過二級利用后回水溫度降低至30°C以下，海水源熱泵機組5對回水進行預加熱并將其溫水升高至70°C以上，同時對海水源熱泵機組5的蒸發(fā)器進行冷回收為夏季空調系統(tǒng)提供冷凍水，經過加熱后的回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3，蒸汽發(fā)生器3生產蒸汽完成一次循環(huán)。如此不斷循環(huán)即可實現持續(xù)的空氣調節(jié)和海水淡化。自控裝置4其作用主要是針對不同工況下的系統(tǒng)自動轉換控制以及太陽能熱泵供熱模塊的聯(lián)動切換，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現系統(tǒng)的多工況全年自動運行。海水源熱泵機組由以下主要部件組成蒸發(fā)器，冷凝器，壓縮機和節(jié)流閥。海水源熱泵機組蒸發(fā)器由二套換熱器并聯(lián)組成，制冷工況下采用一套普碳鋼型管殼換熱器，非制冷工況下采用另一套耐海水腐蝕鈦合金板式換熱器。本實用新型冷熱聯(lián)供原理為壓縮機排出的高壓制冷劑氣體，經四通換向閥換向后，進入水換熱冷凝器對水加熱并釋放出熱量， 使用水預加熱后進入蒸汽發(fā)生器，制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)；液體制冷劑經雙向節(jié)流閥節(jié)流降壓后，進入管殼式冷卻水蒸發(fā)器，制冷劑在水換熱器內蒸發(fā)吸收冷水熱量使水降溫，冷卻水降溫后進入冷凍管網供冷，制冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，經四通換向閥氣液分離器回到壓縮機完成循環(huán)。在非制冷工況下，蒸發(fā)器內的水側低溫熱源為經過過濾和預處理的海水，進入另一套耐腐蝕鈦合金板式換熱器內放出熱量后排回大海。多效蒸餾裝置，其特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效組，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。蒸發(fā)器是主要換熱設備，主要由殼體、換熱管束、海水噴淋系統(tǒng)、除霧器、蒸汽通道、前水室及水封裝置、后水室及水封裝置、淡水聯(lián)接管、鹽水聯(lián)接管、不凝氣抽出口等組成，其工作原理是海水首先進入冷凝器中預熱、脫氣，而后被分成兩股物流。一股作為冷卻水排回大海，另一股作為蒸餾過程的進料。進料海水加入阻垢劑后被引入到蒸發(fā)器的后幾效中。料液經噴嘴被均勻分布到蒸發(fā)器的頂排管上，然后沿頂排管以薄膜形式向下流動，部分水吸收管內冷凝蒸汽的潛熱而蒸發(fā)。二次蒸汽在下一效中冷凝成產品水，剩余料液由泵輸送到蒸發(fā)器的下一個效組中，該組的操作溫度比上一組略高，在新的效組中重復噴淋、蒸發(fā)、冷凝過程。 剩余的料液由泵往高溫效組輸送，最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開裝置。蒸汽發(fā)生器所產的一次蒸汽被輸入到第一效的蒸發(fā)管內并在管內冷凝，管外海水產生與冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作壓力要低于第一效，二次蒸汽經過汽液分離器后，進入下一效傳熱管。蒸發(fā)、冷凝過程在各效重復，每效均產生基本等量的蒸餾水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽發(fā)生器，其余效的冷凝液進入產品水罐，各效產品水罐相連。由于各效壓力不同而使得產品水閃蒸，并將熱量帶回蒸發(fā)器。這樣，產品水呈階梯狀流動并被逐級閃蒸冷卻，回收的熱量可提高系統(tǒng)的總效率。被冷卻的產品水由產品水泵輸送到產品水儲罐。濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，熱的濃鹽水被閃蒸以回收其熱量。經過閃蒸冷卻之后的濃鹽水最后經濃鹽水泵排回大海。本實用新型的一個創(chuàng)新點在于，所述多效蒸餾裝置的一次蒸汽熱量來源于可再生清潔太陽能和高效無污染海水源熱泵機組。本實施例的工作過程是系統(tǒng)可實現全年工況全天候的自動運行，自控裝置4根據室外環(huán)境溫度和太陽輻射實時值，發(fā)送對應的控制信號(1)夏季工況①日間運行太陽能集熱器1收集太陽輻射熱量，蓄熱設備2存儲熱量并送至蒸汽發(fā)生器3中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝后直接回流至海水源熱泵機組5，對回水進行預加熱，同時進行冷回收為夏季空調系統(tǒng)提供冷凍水， 加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現夏季日間工況運行。②夜間運行太陽能集熱器1停止工作，蓄熱設備2釋放熱量并輸送至蒸汽發(fā)生器3中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7 中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝后直接回流至海水源熱泵機組5，對回水進行預加熱，同時對海水源熱泵機組的蒸發(fā)器進行冷回收為夏季空調系統(tǒng)提供冷凍水，加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現夏季夜間工況運行。(2)冬季工況①日間運行太陽能集熱器1收集太陽輻射熱量，蓄熱設備2存儲熱量并輸送至蒸汽發(fā)生器3 中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在蒸餾設備中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備中放熱后冷凝后回流至板式換熱器6，進行熱量交換后為冬季用戶提供采暖熱水，海水源熱泵機組5吸收海水熱量對回水進行預加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現冬季日間工況運行。②夜間運行太陽能集熱器1停止運行，蓄熱設備2釋放熱量并輸送至蒸汽發(fā)生器3中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7 中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝后回流至板式換熱器6，進行熱量交換后為冬季用戶提供采暖熱水，海水源熱泵機組5吸收海水熱量對回水進行預加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現冬季夜間工況運行。(3)過渡季節(jié)工況①日間運行太陽能集熱器1收集太陽輻射熱量，蓄熱設備2存儲熱量并輸送至蒸汽發(fā)生器3 中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝后直接回流至海水源熱泵機組5，海水源熱泵機組5吸收海水熱量對回水進行預加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現過渡季節(jié)日間工況運行。②夜間運行太陽能集熱器1停止運行，蓄熱設備2釋放熱量并輸送至蒸汽發(fā)生器3中產生高溫高壓蒸汽，生蒸汽沿管道輸送至多效蒸餾設備7中釋放熱量，進料海水在多效蒸餾設備7 中經多效蒸餾后成為成品淡水，生蒸汽在多效蒸餾設備7中放熱后冷凝后直接回流至海水源熱泵機組5，海水源熱泵機組5吸收海水熱量對回水進行預加熱后回水重新輸送至蒸汽發(fā)生器3生產下一次循環(huán)蒸汽，如此實現過渡季節(jié)日間工況運行。綜上(1) (2) (3)，全年工況自控裝置4控制信號如下
閥門/水泵VlV2V3V4V5V6V7V8V9PlP2P3P4P5P6夏季日間開關開關開開關關開開關開開開關夏季夜間開關開關開開關關開開關開關開關冬季曰間關開開關開開開開關關開開開開開冬季夜間關開開關開開開開關關開開關開開
權利要求1.一種太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由太陽能集熱器，蓄熱裝置，蒸汽發(fā)生器，自控裝置，海水源熱泵機組，板式換熱器和多效蒸餾裝置裝置組成；其中，太陽能集熱器依次通過管道連通蓄熱裝置、蒸汽發(fā)生器構成一個加熱循環(huán)回路；蒸汽發(fā)生器依次連通多效蒸餾裝置、板式換熱器、海水源熱泵機組構成一個循環(huán)回路；自控裝置連接控制上述循環(huán)回路中管道上的閥門和循環(huán)泵。
2.如權利要求1所述太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述海水源熱泵機組由以下主要部件組成蒸發(fā)器，冷凝器，壓縮機和節(jié)流閥。
3.如權利要求2所述太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述海水源熱泵機組蒸發(fā)器由二套換熱器并聯(lián)組成，制冷工況下采用一套普碳鋼型管殼換熱器，非制冷工況下采用另一套耐海水腐蝕鈦合金板式換熱器。
4.如權利要求1所述太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，所述多效蒸餾裝置是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效組。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能熱泵聯(lián)合空調海水淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由太陽能集熱器，蓄熱裝置，蒸汽發(fā)生器，自控裝置，海水源熱泵機組，板式換熱器和多效蒸餾裝置等單元組成。本實用新型改變傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)和多效蒸餾海水淡化熱源供應模式，借助太陽能集熱器、海水源熱泵機組、多效蒸餾裝置和自控裝置，實現冷熱水的聯(lián)合自動供應和熱法海水淡化功能；太陽能熱泵熱水的梯級利用和冷量回收，更有效地提高系統(tǒng)能效比，可以實現全天候海水淡化，極大改善了海島開發(fā)的人工環(huán)境和生活條件；新能源的利用，既有利于降低系統(tǒng)運行成本，提高經濟效益，同時也有利于環(huán)境保護，具有良好的環(huán)保效益。
文檔編號C02F9/10GK201999824SQ201020628540
公開日2011年10月5日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者葉燦滔, 馬偉斌 申請人:中國科學院廣州能源研究所