太阳能-热泵海水淡化装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种太阳能‑热泵海水淡化装置，该装置主要由光伏电池板、热泵系统、海水蒸发设备、换热器、淡水箱、水泵、风机和管路系统组成。所述热泵系统包括:冷凝器、蒸发器、压缩机、膨胀阀。本发明专利技术采用太阳能‑热泵耦合制取淡水，由光伏发电提供驱动力，通过太阳能和热泵系统直接或间接提高海水温度，从而提高海水蒸发后空气的露点温度，升温后的海水进入海水蒸发设备与空气进行热湿交换，海水蒸发使不饱和空气变为高温的饱和湿空气，高温的饱和湿空气在冷凝换热器（a）中被环境海水进行一次冷凝，在蒸发器中进行二次冷凝，冷凝得到的淡水通过冷凝水管流至淡水箱。

【技术实现步骤摘要】
太阳能-热泵海水淡化装置
本专利技术涉及一种太阳能-热泵耦合的海水淡化装置，适用于淡水缺乏、海水丰富的地区。
技术介绍
目前，全世界约1/3的人口生活在缺水的国家和地区。到2025年，这个数字将会增加到2/3。因此，解决淡水供应问题将会成为各国政府的首要问题。有学者指出:现在争油，将来争水。解决淡水资源短缺的问题，最重要的途径之一是进行海水淡化，因为地球表面70%都被海水覆盖，海水资源丰富。然而，传统的海水淡化技术需要消耗大量常规能源，加剧了资源的消耗并带来环境污染。而太阳能是一种分布广，储量多的可再生能源，将太阳能技术和海水淡化技术相结合也将成为21世纪解决淡水资源危机的最有效措施之一。
技术实现思路
本专利技术提供了一种太阳能-热泵海水淡化装置，可以综合利用光伏光热，实现零能耗淡化海水。本专利技术的技术方案如下：太阳能-热泵海水淡化装置，含有光伏电池板，热泵系统，海水蒸发设备，换热器，淡水箱，水泵，风机及管路系统。所述热泵系统包括:冷凝器、蒸发器、压缩机、膨胀阀。光伏电池板通过光伏控制器向水泵、压缩机、风机、电磁阀供电。本专利技术采用太阳能-热泵耦合用海水制取淡水，通过太阳能和热泵系统提高海水温度，从而提高海水蒸发后空气的露点温度，利用环境海水进行冷凝，制取淡水。其中，环境海水可通过吸收冷凝换热器(a)中高温饱和湿空气的冷凝热、光伏电池板的热量、冷凝器中高温高压的气态制冷剂的冷凝热来提升自身温度。环境海水通过海水入口进入冷凝换热器(a)吸收冷凝热后，可通过直接和间接两种方式吸收光伏电池板和冷凝器的热量。采用直接吸收式时，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与光伏电池板，冷凝器，海水蒸发设备连接，海水在吸收其余两部分热量后直接进入海水蒸发设备；采用间接吸收式时，增设换热器(b)，换热器(b)通过传热介质流通管道与光伏电池板，冷凝器连接，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与换热器(b)、海水蒸发设备连接。冷凝换热器(a)出口的海水在换热器(b)中与传热介质换热吸收热量后进入海水蒸发设备。光伏板和热泵冷凝器的热量通过换热器（b）传递给被淡化的海水。环境空气从海水蒸发设备的空气入口进入，与高温海水直接接触进行热湿交换，海水在海水蒸发设备中大量蒸发使环境空气变为高温的饱和湿空气。海水蒸发设备通过湿空气通道与冷凝换热器(a)湿空气侧、蒸发器连接，冷凝换热器(a)和蒸发器的冷凝水管接至淡化水箱。高温的饱和湿空气在冷凝换热器(a)中一次冷凝，在蒸发器中进行二次冷凝，冷凝得到的淡水通过冷凝水管流至淡水箱。本专利技术具有以下优点及有益效果：利用光伏发电驱动热泵压缩机、水泵、风机等用电设备，实现了零能耗海水淡化；被淡化海水在吸收光伏电池板的热量的同时对光伏电池板进行冷却，不仅提升了海水的温度，还对光伏电池板进行了冷却，提高光伏发电的效率；在海水蒸发设备与蒸发器之间设置冷凝换热器(a)，通过低温的环境海水在所述冷凝换热器(a)中对在海水蒸发设备内蒸发的水蒸气进行冷凝，充分利用了自然冷源，大幅度提升了海水淡化能力；本专利技术所述海水淡化装置无日常运行耗损，零运行成本。附图说明图1为太阳能-热泵-间接吸收式海水淡化装置的结构示意图。图2为太阳能-热泵-直接吸收式海水淡化装置的结构示意图。图中：1-光伏电池板；2-膨胀阀；3-冷凝器；4-压缩机；5-蒸发器；6-冷凝换热器(a)；7-冷凝水管；8-淡水箱；9-海水入口；10-电磁阀；11-海水蒸发设备空气入口；12-海水蒸发设备；13-水泵；14-风机；15-光伏控制器；16-蓄电池；17-换热器(b)；A-制冷机循环管路；B-光伏控制器控制回路；C-湿空气流通管路；D-淡化用海水通道；E-传热介质流通管路。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理、结构和具体方式做进一步说明。图1为太阳能-热泵-间接吸收式海水淡化装置的结构示意图。该装置主要包括光伏电池板1、水泵13、冷凝换热器(a)6、换热器(b)17、海水蒸发设备12、淡化水箱8、和热泵系统；所述热泵系统包括膨胀阀2，冷凝器3、压缩机4和蒸发器5。照射到光伏电池板的太阳光能被转化为2部分能量，一部分基于光生伏特效应，通过光伏电池板将太阳辐射能直接转化为电能输出；其余部分是由太阳辐射能产生的热量，产生的热量一部分被光伏电池板吸收，一部分通过对流和辐射散发到周围环境中。由于随着光伏电池板温度的升高，光伏电池板的发电效率会随之降低，所以本专利技术通过传热介质光伏电池板进行冷却。如图1所示，传热介质流过光伏电池板背部流体通道，带走部分光伏电池板吸收的热量，温度升高。热泵系统的工作过程为：低温低压的液态制冷剂首先在蒸发器中吸热并气化成低温、低压气态制冷剂，然后气态制冷剂在压缩机中压缩成高温高压的气态制冷剂，该高温高压气体在冷凝器中冷凝放热成高温高压的液态制冷剂，再经膨胀阀节流成为低温低压的液态制冷剂，如此完成一个循环。如图1所示：从光伏电池板背部流体通道流出的传热介质流过冷凝器吸收高温高压的气体制冷剂放出的冷凝热得到进一步的升温，变为高温传热介质。海水由海水入口9进入冷凝换热器（a）中与高温饱和湿空气进行换热，进行一次升温。一次升温后进入换热器(b)中与高温传热介质换热进行二次升温变为高温海水。高温海水与从海水蒸发设备空气入口5进入的环境空气进行热湿交换。海水蒸发设备中海水和空气直接接触发生的热湿交换，不论海水温度高于还是低于环境空气温度，总能进行海水的蒸发，蒸发所消耗的热量总是由海水传给空气；海水和空气的温度差会导致接触传热。进入海水蒸发设备的海水最初与环境空气接触时，海水温度高于环境空气温度，蒸发散热和接触传热的热量都由水传向空气，使海水温度下降；当海水温度下降到等于空气温度时，接触传热热量为零，蒸发散热仍在进行；当海水温度继续下降到低于空气温度时，接触传热量从空气流向水，与蒸发散热的方向相反；当海水的温度下降到某一温度时，海水传向空气的蒸发散热量等于空气传向海水的接触传热量，海水的水温到达冷却极限不再下降。海水水温的冷却极限为当地环境空气的湿球温度。在此热湿交换过程中，环境空气温度逐渐升高，相对湿度逐渐增大，变成相对湿度接近于100%的高温饱和湿空气，露点温度接近于空气干球温度。海水蒸发设备出口的高温饱和湿空气进入冷凝换热器（a）中与经由海水入口9流入的海水换热，进行一次冷凝。由于海水蒸发设备出口的高温饱和湿空气的露点温度接近于其干球温度，在冷凝换热器（a）中与温度低于高温饱和湿空气露点温度的海水换热，高温饱和湿空气就会发生一次冷凝，冷凝得到的淡水通过冷凝换热器（a）的冷凝水管进入淡水箱。高温饱和湿空气经过一次冷凝后温度和相对湿度均降低，不再处于饱和状态，下文称湿空气。经过冷凝换热器（a）一次冷凝的湿空气进入蒸发器进行二次冷凝，湿空气在蒸发器中放热冷凝得到的淡水经由蒸发器的冷凝水管进入淡水箱。图2为太阳能-热泵-直接吸收式海水淡化装置的结构示意图。图2所示装置，冷凝换热器(a)海水侧出口的海水通过淡化用海水通道直接与光伏电池板、冷凝器、海水蒸发设备相连，无需进入换热器进行换热。环境海水由海水入口进入冷凝换热器(a)中吸收高温饱和湿空气的冷凝热进行一次升温，而后进入光伏电池板背部流体通道进行第二次升温，最后进入冷凝器吸收高温高压制本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能‑热泵海水淡化装置，主要包括光伏电池板1、热泵系统、冷凝换热器(a)6、海水蒸发设备12、淡化水箱8、水泵13和风机14；所述热泵系统包括膨胀阀2，冷凝器3、压缩机4和蒸发器5；其特征在于：本专利技术采用太阳能‑热泵耦合制取淡水，由光伏发电提供驱动力，通过太阳能和热泵系统直接或间接提高海水温度，从而提高海水蒸发后空气的露点温度，利用环境海水进行冷凝，制取淡水；本专利技术中，环境海水通过吸收冷凝换热器(a)中高温饱和湿空气的冷凝热、光伏电池板吸收的热量、冷凝器中高温高压的气态制冷剂的冷凝热这三部分热量来提升自身温度；环境海水通过海水入口进入冷凝换热器(a)吸收冷凝热后，可通过直接吸收和间接吸收两种方式吸收光伏板和热泵冷凝器的热量；采用直接吸收式时，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与光伏电池板，冷凝器，海水蒸发设备连接，海水在吸收光伏电池板的热量和冷凝器的冷凝热后直接进入海水蒸发设备；采用间接吸收式时，增设换热器(b)，换热器(b)通过传热介质流通管道与光伏电池板，冷凝器连接，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与换热器(b)、海水蒸发设备连接；传热介质流过光伏电池板和冷凝器吸热升温，冷凝换热器(a)海水侧出口的海水进入换热器（b）与传热介质在换热器(b)中间接换热，吸收其余光伏电池板和冷凝器的热量后进入海水蒸发设备；环境空气从海水蒸发设备的空气入口进入，与高温海水直接接触进行热湿交换，海水在海水蒸发设备中大量蒸发使环境空气变为高温的饱和湿空气；海水蒸发设备通过湿空气通道与冷凝换热器(a)的湿空气入口、蒸发器连接，冷凝换热器(a)和蒸发器的冷凝水管接至淡化水箱；高温的饱和湿空气在冷凝换热器(a)中一次冷凝，在蒸发器中进行二次冷凝，冷凝得到的淡水通过冷凝水管流至淡水箱。...

【技术特征摘要】
1.太阳能-热泵海水淡化装置，主要包括光伏电池板1、热泵系统、冷凝换热器(a)6、海水蒸发设备12、淡化水箱8、水泵13和风机14；所述热泵系统包括膨胀阀2，冷凝器3、压缩机4和蒸发器5；其特征在于：本发明采用太阳能-热泵耦合制取淡水，由光伏发电提供驱动力，通过太阳能和热泵系统直接或间接提高海水温度，从而提高海水蒸发后空气的露点温度，利用环境海水进行冷凝，制取淡水；本发明中，环境海水通过吸收冷凝换热器(a)中高温饱和湿空气的冷凝热、光伏电池板吸收的热量、冷凝器中高温高压的气态制冷剂的冷凝热这三部分热量来提升自身温度；环境海水通过海水入口进入冷凝换热器(a)吸收冷凝热后，可通过直接吸收和间接吸收两种方式吸收光伏板和热泵冷凝器的热量；采用直接吸收式时，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与光伏电池板，冷凝器，海水蒸发设备连接，海水在吸收光伏电池板的热量和冷凝器的冷凝热后直接进入海水蒸发设备；采用间接吸收式时，增设换热器(b)，换热器(b)通过传热介质流通管道与光伏电池板，冷凝器连接，冷凝换热器(a)海水侧出口通过淡化用海水通道与换热器(b)、海水蒸发设备连接；传热介质流过光伏电池板和冷凝器吸热升温，冷凝换热器(a)海水侧出口的海水进入换热器（b）与传热介质在换热器(b)中间接换热，吸收其余光伏电池板和冷凝器的热量后进入海水蒸发设备；环境空气从海水蒸发设备的空气入口进入，与高温海水直接接触进行热湿交换，海水在海水蒸发设备中大量蒸发使环境空气变为高温的饱和湿空气；海水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌智，刘倩，胡攀，殷婷，
申请(专利权)人：杨昌智，
类型：发明
国别省市：湖南,43