一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统，整个系统应用于海水淡化领域。主要设备包括太阳能集热器、多效海水蒸馏器、膨胀箱、导热油‑海水换热器、熔融盐‑导热油换热器、高温熔融盐储罐、低温熔融盐储罐、二氧化碳蒸发器、二氧化碳压缩机组、二氧化碳膨胀机组、凝汽器等部件。本发明专利技术通过设置熔融盐蓄热模块，克服了太阳能的昼夜间歇性，使得系统可连续工作；通过设置二氧化碳热泵单元，利用压缩机将二氧化碳压缩至密度大的超临界二氧化碳，热泵循环的设备体积小；利用海水源跨临界二氧化碳热泵系统吸收海水热量，再通过海水蒸馏器对海水进行多效淡化，从而实现高效海水淡化。

A multi effect seawater desalination system with transcritical carbon dioxide heat pump

【技术实现步骤摘要】
一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统
本专利技术属于太阳能利用以及海水淡化领域，涉及热泵海水淡化技术，特别涉及一种太阳能辅助的海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统技术。
技术介绍
淡水是人类来意生存和发展的物质之一。当前淡水资源匮乏日益严重，已成为全球性的环境问题。而全球水资源总量中近97.5％的水为海水等咸水资源。研究高效环保的海水淡化技术对于解决水资源匮乏问题意义重大。现有利用太阳能进行海水淡化的技术已非常成熟，与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保、不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等诸多优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术，对于淡水资源紧缺、环保要求高的地区有着巨大应用潜力。现有的海水淡化技术中，在太阳能的基础上，耦合利用风能、地热、工业废热或者其他能量来源的方式也较为常见。然而，就目前的太阳能海水淡化技术状况而言，单纯的太阳能海水淡化效率偏低，而单纯的热泵海水淡化成本偏高，传统热泵采用的有机工质会造成温室效应和臭氧层空洞。目前的太阳能海水淡化设备普遍体积较大、淡化能耗高、设备易腐蚀、整体成本较高。此外，太阳能本身具有不稳定性和昼夜间歇性，导致太阳能海水淡化系统工作不连续，一定程度上也影响了太阳能海水淡化系统的能效和造水比，增加了海水淡化的成本。
技术实现思路
针对现有太阳能海水淡化技术所存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种太阳能辅助的海水源跨临界二氧化碳热泵综合能源系统实现高效海水淡化，该系统利用了太阳能对海水进行预热，结合跨临界二氧化碳热泵循环降低淡化成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统，包括太阳能集热储热单元、跨临界二氧化碳热泵单元和海水淡化单元，其特征在于，--所述太阳能集热储热单元，至少包括太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧，其中，所述太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧通过管路依次连通形成一封闭的导热油循环回路；所述太阳能集热器的进口与出口之间设置一旁通管路，所述旁通管路上设置一旁路阀门，所述太阳能集热器的进口处设置一主路阀门；所述熔融盐-导热油换热器的熔融盐换热侧的一端开口通过管路与一低温熔融盐储罐连通，另一端开口通过管路与一高温熔融盐储罐连通；--所述跨临界二氧化碳热泵单元，至少包括二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、二氧化碳膨胀机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路，所述二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路、二氧化碳膨胀机组通过管路依次连通，形成一封闭的二氧化碳循环回路；--所述海水淡化单元，至少包括第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器、凝汽器、导热油-二氧化碳换热器的低温侧、海水分流三通调节阀、海水盐水三通混合阀，其中，所述海水分流三通调节阀的进口形成为未经淡化的新海水进口，所述海水分流三通调节阀的第一出口通过管路依次经所述凝汽器的低温侧、所述导热油-二氧化碳换热器的低温侧后分别与所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口连通，且所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口管路上均设有压力调节阀；所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部或靠近顶部的位置均设有淡水蒸汽出口、底部均设有浓盐水出口，所述第一效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口通过管路与设置在所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的进口连通，所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的出口、所述第二效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口分别通过管路与所述凝汽器的高温侧进口连通，所述凝汽器的高温侧出口形成为淡化水排出口；所述第一效海水蒸馏器的浓盐水出口通过管路通入所述第二效海水蒸馏器内，所述第二效海水蒸馏器的浓盐水出口分为两条支路，其中第一支路将浓盐水直接排出，且在该第一支路上设有调节阀，第二支路与所述海水盐水三通混合阀的第一进口连通，所述海水盐水三通混合阀的第二进口通过管路与所述海水分流三通调节阀的第二出口，所述海水盐水三通混合阀的出口通过管路与所述二氧化碳蒸发器的热侧进口连通，所述二氧化碳蒸发器的热侧出口形成为海水排出口。优选地，所述跨临界二氧化碳热泵单元中，所述二氧化碳膨胀机组将通入其中的二氧化碳膨胀至亚临界状态，亚临界二氧化碳通入所述二氧化碳蒸发器的冷侧进行吸热，再经所述压缩机组压缩后达到超临界状态。优选地，所述太阳能集热储热单元还包括一导热油泵，所述导热油泵设置在所述导热油循环回路上，用以驱动所述循环回路中的导热油在各部件之间循环流动。进一步地，所述导热油泵设置在所述太阳能集热器的进口管路和/或出口管路上。优选地，所述导热油循环回路中还设置一膨胀箱，所述膨胀箱用以适应导热油受热而体积增大以及在导热油不足时进行补充。进一步地，所述膨胀箱设置在所述太阳能集热器与导热油-二氧化碳换热器的高温侧之间的连通管路上。进一步地，所述膨胀箱上还设有带阀门的导热油补充管路、带阀门的导热油排放管路，需要更换导热油时，打开所述导热油排放管路上的阀门，放掉旧导热油；需要添加导热油时，打开所述导热油补充管路上的阀门。优选地，新海水依次流过所述凝汽器、导热油-二氧化碳换热器后温度升高，再进入第一效海水蒸馏器和第二效海水蒸馏器中进行分效淡化，其中所述第一效海水蒸馏器内的工作压力高于所述第二效海水蒸馏器。优选地，所述第二效海水蒸馏器排出的浓盐水与经过所述海水分流三通调节阀分流的新海水在所述海水盐水三通混合阀中以一定比例混合后作为所述二氧化碳蒸发器的热源，提高了二氧化碳热泵单元的平均吸热温度。优选地，所述海水淡化单元还包括一海水排水泵、一浓盐水泵和一淡化水泵，其中，所述海水排水泵设置在所述二氧化碳蒸发器的海水排出管路上，所述浓盐水泵设置在所述第二效海水蒸馏器的浓盐水出口管路上，所述淡化水泵设置在所述凝汽器的高温侧出口管路上。优选地，所述系统至少包括储热与热泵淡化模式、放热与热泵淡化模式、储热与闪蒸淡化模式、以及放热与闪蒸淡化模式。进一步地，当太阳能充足时，启动储热与热泵淡化模式，此时所述太阳能集热储热单元中的旁路阀门关闭，主路阀门打开，所述导热油循环回路中的导热油被输送至所述太阳能集热器中，加热后的高温导热油通入所述熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧，所述低温熔融盐储罐中的低温熔融盐被输送至所述熔融盐-导热油换热器的熔融盐换热侧而被导热油换热侧中的高温导热油加热至储热温度后，通入所述高温熔融盐储罐中；在储热与热泵淡化模式下，所述二氧化碳热泵单元中，通入所述二氧化碳蒸发器冷侧的二氧化碳吸热之后形成为10-20℃的过热气体，过热二氧化碳再经所述二氧化碳压缩机组压缩之后达到超临界状态，且温度达到100-120℃的高温，之后高温超临界二氧化碳进入所述第一效海水蒸馏器的加热管路对其中的海水进行加热，经过放热后的二氧化碳再经过所述二氧化碳膨胀机组膨胀后将能量转化为机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统，包括太阳能集热储热单元、跨临界二氧化碳热泵单元和海水淡化单元，其特征在于，/n--所述太阳能集热储热单元，至少包括太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧，其中，/n所述太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧通过管路依次连通形成一封闭的导热油循环回路；/n所述太阳能集热器的进口与出口之间设置一旁通管路，所述旁通管路上设置一旁路阀门，所述太阳能集热器的进口处设置一主路阀门；/n所述熔融盐-导热油换热器的熔融盐换热侧的一端开口通过管路与一低温熔融盐储罐连通，另一端开口通过管路与一高温熔融盐储罐连通；/n--所述跨临界二氧化碳热泵单元，至少包括二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、二氧化碳膨胀机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路，所述二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路、二氧化碳膨胀机组通过管路依次连通，形成一封闭的二氧化碳循环回路；/n--所述海水淡化单元，至少包括第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器、凝汽器、导热油-二氧化碳换热器的低温侧、海水分流三通调节阀、海水盐水三通混合阀，其中，/n所述海水分流三通调节阀的进口形成为未经淡化的新海水进口，所述海水分流三通调节阀的第一出口通过管路依次经所述凝汽器的低温侧、所述导热油-二氧化碳换热器的低温侧后分别与所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口连通，且所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口管路上均设有压力调节阀；/n所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部或靠近顶部的位置均设有淡水蒸汽出口、底部均设有浓盐水出口，所述第一效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口通过管路与设置在所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的进口连通，所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的出口、所述第二效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口分别通过管路与所述凝汽器的高温侧进口连通，所述凝汽器的高温侧出口形成为淡化水排出口；所述第一效海水蒸馏器的浓盐水出口通过管路通入所述第二效海水蒸馏器内，所述第二效海水蒸馏器的浓盐水出口分为两条支路，其中第一支路将浓盐水直接排出，且在该第一支路上设有调节阀，第二支路与所述海水盐水三通混合阀的第一进口连通，所述海水盐水三通混合阀的第二进口通过管路与所述海水分流三通调节阀的第二出口，所述海水盐水三通混合阀的出口通过管路与所述二氧化碳蒸发器的热侧进口连通，所述二氧化碳蒸发器的热侧出口形成为海水排出口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海水源跨临界二氧化碳热泵循环多效海水淡化系统，包括太阳能集热储热单元、跨临界二氧化碳热泵单元和海水淡化单元，其特征在于，
--所述太阳能集热储热单元，至少包括太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧，其中，
所述太阳能集热器、导热油-二氧化碳换热器的高温侧、熔融盐-导热油换热器的导热油换热侧通过管路依次连通形成一封闭的导热油循环回路；
所述太阳能集热器的进口与出口之间设置一旁通管路，所述旁通管路上设置一旁路阀门，所述太阳能集热器的进口处设置一主路阀门；
所述熔融盐-导热油换热器的熔融盐换热侧的一端开口通过管路与一低温熔融盐储罐连通，另一端开口通过管路与一高温熔融盐储罐连通；
--所述跨临界二氧化碳热泵单元，至少包括二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、二氧化碳膨胀机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路，所述二氧化碳蒸发器的冷侧、二氧化碳压缩机组、第一效海水蒸馏器中的加热管路、二氧化碳膨胀机组通过管路依次连通，形成一封闭的二氧化碳循环回路；
--所述海水淡化单元，至少包括第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器、凝汽器、导热油-二氧化碳换热器的低温侧、海水分流三通调节阀、海水盐水三通混合阀，其中，
所述海水分流三通调节阀的进口形成为未经淡化的新海水进口，所述海水分流三通调节阀的第一出口通过管路依次经所述凝汽器的低温侧、所述导热油-二氧化碳换热器的低温侧后分别与所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口连通，且所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部的新海水进口管路上均设有压力调节阀；
所述第一效海水蒸馏器、第二效海水蒸馏器顶部或靠近顶部的位置均设有淡水蒸汽出口、底部均设有浓盐水出口，所述第一效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口通过管路与设置在所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的进口连通，所述第二效海水蒸馏器中的加热管路的出口、所述第二效海水蒸馏器的淡水蒸汽出口分别通过管路与所述凝汽器的高温侧进口连通，所述凝汽器的高温侧出口形成为淡化水排出口；所述第一效海水蒸馏器的浓盐水出口通过管路通入所述第二效海水蒸馏器内，所述第二效海水蒸馏器的浓盐水出口分为两条支路，其中第一支路将浓盐水直接排出，且在该第一支路上设有调节阀，第二支路与所述海水盐水三通混合阀的第一进口连通，所述海水盐水三通混合阀的第二进口通过管路与所述海水分流三通调节阀的第二出口，所述海水盐水三通混合阀的出口通过管路与所述二氧化碳蒸发器的热侧进口连通，所述二氧化碳蒸发器的热侧出口形成为海水排出口。


2.根据上述权利要求所述的海水源跨临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆军，刘智远，赵巍，周小勇，项效镕，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11