[发明专利]一种光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化系统及淡化方法

说明书

本发明公开了一种光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化系统及淡化方法，系统包括热泵系统、真空蒸发室系统、后续脱盐系统、信号测试和控制系统以及太阳能光伏系统，太阳能光伏系统通过直流驱动热泵系统的直流压缩机，实现热泵系统循环的运转；热泵系统的运转为进入真空蒸发室系统的海水提供预冷过程；热泵系统预冷的海水进入真空蒸发室系统，在真空环境下蒸发降温实现海水的蒸发过冷过程；从真空蒸发室系统出来的冰水混合物在后续脱盐系统经过处理得到淡水和海盐；方法是通过制取流态冰进行海水淡化；本发明大幅提升系统能效，使蒸发室维持真空的能耗进一步降低，热量补充与能量回收装置使得系统输入能量得到充分利用；光伏直驱实现了太阳能简易高效利用。

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，具体涉及一种光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化系统及淡化方法。

背景技术

随着经济社会的发展，淡水资源短缺的问题正成为全球所共同面临的一个挑战，海水淡化技术作为一项重要的淡水补充来源而受到越来越多的关注。目前常用的海水淡化方法有热方法、冷方法与膜方法等。其中，冷冻法海水淡化，由于水的凝固潜热只有汽化潜热的将近七分之一，理论上能量消耗更少，同时在低温的操作条件下没有腐蚀与结垢的现象，具有广阔的发展前景。

在冷冻法海水淡化中，流态冰由于形成的是较小的冰晶颗粒，换热效率高，且流态冰可以采用水泵部件进行运输，从而为连续式制冰创造了条件，因此采用基于流态冰制取的海水淡化方法可以有效保证整个海水淡化系统的连续运行。流态冰的制取方法中，壁面刮削法由于采用机械转动的刮片装置从而会消耗大量的机械动力，过冷法中由于海水是在狭窄的管道中降温至不稳定的过冷状态，容易受到扰动而发生冰堵的现象，而真空法则需要真空泵将蒸发室内的水蒸气源源不断的抽出以维持真空蒸发的环境，因此较为低效的真空泵能源消耗巨大。在目前存在的各种流态冰制取方法中，壁面刮削法、过冷法和真空法等都有着其各自发展的局限性，且能源消耗较大导致海水淡化成本提高，限制了冷冻法海水淡化的发展。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化系统，实现了整个系统各个环节冷能与热能的综合利用。

本发明的另一个目的是提供一种光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化方法，该方法综合利用真空法和过冷法制取流态冰。

技术方案：本发明的光伏直驱的海水蒸发冷冻淡化系统，包括热泵系统、真空蒸发室系统、后续脱盐系统、信号测试和控制系统以及太阳能光伏系统，太阳能光伏系统通过直流驱动热泵系统的直流压缩机，实现热泵系统循环的运转；热泵系统的运转为进入真空蒸发室系统的海水提供预冷过程；热泵系统预冷的海水进入真空蒸发室系统，在真空环境下蒸发降温实现海水的蒸发过冷过程；从真空蒸发室系统出来的冰水混合物在后续脱盐系统经过处理得到淡水和海盐。

优选的，热泵系统包括第一盐水泵、盐水池、第一级预冷热交换器、第二盐水泵、第二级预冷蒸发器、直流压缩机、冷凝器、节流阀和电动阀，第一盐水泵进口与海水的引入管道相连，第一盐水泵出口通过管道与盐水池进口相连接，盐水池出口与第一级预冷器热交换器的管程进口相连接，第一级预冷器热交换器的管程出口通过管道与第二盐水泵的进口相连，第二盐水泵的出口通过电动阀与第二级预冷蒸发器的第一进口相连，第二级预冷蒸发器的第一出口与真空蒸发室系统相连，第二级预冷蒸发器的第二出口与直流压缩机的进口相连，直流压缩机的出口与冷凝器的第一进口相连，冷凝器的第一出口通过节流阀与第二级预冷蒸发器的第二进口相连，冷凝器的第二出口和第二进口均与后续脱盐系统相连。

优选的，直流压缩机采用直流直接驱动，第二级预冷蒸发器和冷凝器由外壳和内管组成壳管式换热器，在第二级预冷蒸发器侧，制冷剂走管程，海水走壳程，而在冷凝器侧，制冷剂走壳程。