[发明专利]一种海水淡化系统

摘要

本发明揭示了一种高效海水淡化系统，包括冷凝器、水泵、太阳能集热系统、喷雾系统、压缩机系统、蒸发器、换能器、汽水分离器、蒸发室、底部加热器、若干阀门；若干阀门包括海水喷淋调节阀、蒸发器海水加热入口调节阀、蒸发器底部海水加热入口调节阀、蒸发器海水加热出口控制阀、蒸发器底部海水加热出口控制阀、压缩机入口控制阀、第一蒸汽控制阀、蒸发器蒸汽通道出口控制阀、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、第二蒸汽控制阀、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀、蒸发器入口控制阀、蒸发器出口控制阀、结晶盐排出控制阀。本发明提出的高效海水淡化系统，可提高资源的利用率。

主权项

一种海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化系统包括：冷凝器(2)、水泵(3)、太阳能集热系统(4)、喷雾系统(7)、压缩机系统(8)、蒸发器(9)、换能器(10)、汽水分离器(13)、蒸发室(14)、底部加热器(15)、若干阀门；若干阀门包括：海水喷淋调节阀(6.1)、蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)、蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)、蒸发器海水加热出口控制阀(6.4)、蒸发器底部海水加热出口控制阀(6.5)、压缩机入口控制阀(8.1)、第一蒸汽控制阀(8.2)、蒸发器蒸汽通道出口控制阀(8.3)、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)、第二蒸汽控制阀(8.5)、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀(8.6)、蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)、结晶盐排出控制阀(11)；所述蒸发器(9)设有蒸发器海水通道(9.1)、蒸发器蒸汽通道(9.2)、蒸发器蒸馏通道(9.3)；冷凝器(2)设有海水入口(1)、排出口(12)，冷凝器(2)通过水泵(3)连接太阳能集热系统(4)，太阳能集热系统(4)通过蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)连接蒸发器海水通道(9.1)；所述蒸发器海水通道(9.1)的第一端通过蒸发器入口控制阀(9.4)连接蒸发器蒸汽通道(9.2)的第一端；蒸发器海水通道(9.1)的第二端通过蒸发器出口控制阀(9.5)连接蒸发器蒸汽通道(9.2)的第二端；所述蒸发器(9)的底部设有底部加热器(15)，底部加热器(15)连接结晶盐排出控制阀(11)；底部加热器(15)还设有换能器(10)；蒸发器(9)设置于蒸发室(14)内，蒸发室(14)的一端设有喷雾系统(7)、汽水分离器(13)；所述底部加热器(15)的第一端通过蒸发器海水加热出口控制阀(6.4)、蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)、海水喷淋调节阀(6.1)连接喷雾系统(7)；底部加热器(15)的第二端通过蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)、第一蒸汽控制阀(8.2)连接喷雾系统(7)、压缩机系统(8)，第一蒸汽控制阀(8.2)、压缩机系统(8)之间还设有压缩机入口控制阀(8.1)；压缩机系统(8)连接蒸发器蒸汽通道(9.2)；蒸发器海水通道(9.1)的第二端通过蒸发器海水加热出口控制阀(6.4)接入冷凝器(2)与水泵(3)之间的管路；蒸发器蒸汽通道(9.2)的第二端通过蒸发器蒸汽通道出口控制阀(8.3)接入蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)、第一蒸汽控制阀(8.2)之间的管路；底部加热器(15)通过蒸发器底部海水加热出口控制阀(6.5)接入冷凝器(2)与水泵(3)之间的管路；底部加热器(15)通过蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀(8.6)接入第二蒸汽控制阀(8.5)与冷凝器(2)之间的管路；海水蒸发流程包括三种模式：第一种流程模式：太阳能集热系统(4)和压缩机系统先后启动、同时运行；在白天太阳光充足的时候，同时开启太阳能集热系统(4)和压缩机系统(8)，产水量大；各阀门所处状态：处在关闭状态的阀门有第一蒸汽控制阀(8.2)、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀(8.6)、蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)，其余阀门处在打开状态；蒸发室(14)的底部加热由太阳能集热系统(4)产生的热量完成，使压缩机系统(8)产生的热量不经过蒸发室(14)的底部加热器(15)，而是用来直接加热海水；先启动太阳能集热系统(4)，海水经海水入口(1)在冷凝器(2)中进行热量交换，将进入的海水加热，被冷凝器(2)初步加热的海水经水泵(3)加压进入太阳能集热系统(4)吸收光能(5)进行加热，然后分为三路，第一路经过海水喷淋调节阀(6.1)进入蒸发室(14)，再经过喷雾系统(7)将已经加热的海水进行喷雾，雾滴降落到蒸发器蒸馏通道(9.3)后被蒸发器海水通道(9.1)加热而蒸发；第二路经过蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)进入蒸发器海水通道(9.1)，给蒸发器(9)加热，然后经过蒸发器海水加热出口控制阀(6.4)排到水泵(3)入口再进行循环，充分利用已经加热海水的热量；第三路经过蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)进入底部加热器(15)，将降落下来的结晶盐进一步加热蒸发；待蒸发室(14)内的蒸汽量到一定程度后，再启动压缩机系统(8)，蒸发室(14)内的蒸汽经过汽水分离器(13)的分离进入压缩机系统(8)进行再压缩，将蒸汽温度进一步提高后，进入蒸发器蒸汽通道(9.2)给蒸发器(9)加热，然后经过蒸发器蒸汽通道出口控制阀(8.3)和第二蒸汽控制阀(8.5)进入冷凝器(2)和海水进行冷凝换热，将脱盐的蒸汽冷凝成淡水，经成品淡水从排出口(12)排出；待太阳能集热系统(4)和压缩机系统(8)都正常启动后，观察结晶盐排出控制阀(11)排出结晶盐的状态，通过调节海水喷淋调节阀(6.1)、蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)、蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)，可以得到不同干湿程度的结晶盐；除垢问题：降落到蒸发室(14)底部的结晶盐容易黏壁和结垢，会严重影响系统的产水量或系统的正常运行，为了避免该问题的发生，在底部加热器(15)的内壁上安装了换能器(10)，它能够使底部加热器(15)的内壁产生高频低振幅的弹性波动，使壁面产生剪切力从而具有高效的防垢防黏壁的功能，确保了蒸发室(14)底部在系统运行中保持干净状态；第二种流程模式：在白天光能(5)充足的时候，只开启太阳能集热系统(4)，关闭压缩机系统(8)；各阀门所处状态：处在关闭状态的阀门有压缩机入口控制阀(8.1)、蒸发器蒸汽通道出口控制阀(8.3)、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀(8.6)，将压缩机系统(8)从系统中切除，其余阀门处在打开状态；此时蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)打开，将蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)来的加热海水同时进入蒸发器海水通道(9.1)和蒸发器蒸汽通道(9.2)加热蒸发器(9)，喷雾系统(7)和底部加热器(15)和第一种流程模式一样；不同的是蒸发室(14)的蒸汽经过汽水分离器(13)后通过第一蒸汽控制阀(8.2)和第二蒸汽控制阀(8.5)直接进入冷凝器(2)进行凝结换热后将成品淡水从排出口(12)排出；第三种流程模式：在光能(5)不足或夜晚的时候，太阳能集热系统(4)不能发挥作用，只有压缩机系统(8)工作；各阀门所处状态：处在关闭状态的阀门有蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)、蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)、蒸发器底部海水加热出口控制阀(6.5)、第二蒸汽控制阀(8.5)，其余阀门处在打开状态；在蒸发器海水加热入口调节阀(6.2)和蒸发器底部海水加热入口调节阀(6.3)关闭后，经过冷凝器(2)预热的海水通过太阳能集热系统(4)直接进入喷雾系统(7)；此时蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)打开，压缩机系统(8)产生的高温蒸汽同时进入蒸发器海水通道(9.1)、蒸发器蒸汽通道(9.2)，首先将蒸发器海水通道(9.1)内的海水排放干净后，再关闭蒸发器海水加热出口控制阀(6.4)，蒸发器(9)内的高温蒸汽经蒸发器海水通道(9.1)和蒸发器蒸汽通道(9.2)排出经蒸发器蒸汽通道出口控制阀(8.3)和蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀(8.4)进入底部加热器(15)，再经蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀(8.6)将蒸汽排入冷凝器(2)进行凝结换热后将成品淡水从排出口(12)排出；通过调节海水喷淋调节阀(6.1)，得到不同干湿程度的结晶盐；所述蒸发器(9)是一个具有三个通道的螺旋板换热器，由三层小于1mm厚的耐海水腐蚀的金属板卷制而成；三层金属板之间有若干个5mm高的支撑柱，或是在金属板上压出5mm高的凸点，保持三层金属板之间的距离是5mm，同时也保证了换热器的整体耐压强度；在卷制过程中，在蒸发器海水通道(9.1)和蒸发器蒸馏通道(9.3)上下边缘处直接焊接厚度为5mm、宽度不小于20mm的耐腐蚀而且弹性好的金属条，起到密封和传递超声波能量的作用；在蒸发器蒸汽通道(9.2)上下边缘处的固定位置焊接有超声波能量传递块，其余部位保持上下畅通，以便海水雾滴通过和蒸发；另外在对应位置焊接有超声波能量传递块的位置安装换能器(10)，具有防垢除垢和强化换热的功能；在第一种流程模式时，太阳能集热系统(4)和压缩机系统先后启动、同时运行，海水进入蒸发器海水通道(9.1)，压缩蒸汽进入蒸发器蒸汽通道(9.2)，一起对蒸发器(9)的蒸发器蒸馏通道(9.3)两侧进行加热；当已经被预热的海水的雾滴降落过程中吸收蒸发室(14)内的热量部分蒸发，当降落到蒸发器蒸馏通道(9.3)时再次被迅速加热而蒸发；第二种流程模式时，只开启太阳能集热系统(4)，关闭压缩机系统(8)，打开蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)，使经过太阳能集热系统(4)加热的海水同时进入蒸发器海水通道(9.1)、蒸发器蒸汽通道(9.2)，也是同时对蒸发器蒸馏通道(9.3)的两侧进行加热第三种流程模式时，只有压缩机系统(8)工作，关闭太阳能集热系统(4)，打开蒸发器入口控制阀(9.4)、蒸发器出口控制阀(9.5)，使经过压缩机系统(8)加热的蒸汽同时进入蒸发器海水通道(9.1)、蒸发器蒸汽通道(9.2)，也是同时对蒸发器蒸馏通道(9.3)的两侧进行加热；所述冷凝器(2)包括海水入口通道(2.1)、蒸汽出口通道(2.2)、海水出口通道(2.3)、蒸汽入口通道(2.4)；所述冷凝器(2)工作原理为：海水从海水入口通道(2.1)进入冷凝器(2)，从海水出口通道(2.3)排出；蒸汽从蒸汽入口通道(2.4)进入冷凝器(2)，从蒸汽出口通道(2.2)排出冷凝水；为方便排出冷凝水，将出口设置在冷凝器的下端；所述喷雾系统(7)包括海水进入通道(7.1)、旋转机构(7.2)、能量转换器(7.3)、喷雾盘(7.4)、边缘喷雾孔(7.5)、底部喷雾孔(7.6)；喷雾盘(7.4)由高弹性的钛合金材料制成，在它的边缘加工有均匀的边缘喷雾孔(7.5)，在它的底面加工有底部喷雾孔(7.6)，在它的上面安装有能量转换器(7.3)，在其上面还安装有海水进入通道(7.1)和旋转机构(7.2)；当预热的海水经过海水进入通道(7.1)进入到喷雾盘(7.4)中心位置，喷雾盘(7.4)在能量转换器(7.3)的作用下产生高频谐振，在旋转机构(7.2)的驱动下产生低速旋转，被超声能量雾化的雾滴沿着边缘喷雾孔(7.5)和底部喷雾孔(7.6)喷出，均匀的分布在蒸发室(14)，等待蒸发。