基于转轮深度除湿的海水淡化系统的制作方法

1.本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种基于转轮深度除湿的海水淡化系统。


背景技术：

2.我国淡水资源较少，并且随着社会经济的高速发展，淡水污染严重，我国水资源供需矛盾进一步加剧。我国拥有着丰富的海洋资源，进一步推进海水淡化产业发展，是解决我国水资源紧缺的有效手段。
3.海水淡化经过多年发展，有了多种成熟技术，但都各有弊端。冷冻法海水淡化是业内研究的热点，冷冻法利用水的融化热是水的汽化热的1/7，相比于蒸馏法而言，冷冻法极大地节约了能源，但冷冻法海水淡化的过程中制取的冰块较大，冰块中难免存在着盐胞，制取的淡水味道不佳。真空冷冻法海水淡化是基于水的三相点原理，在水的三相点附近，汽、液、固三相共存，若将海水控制在三相点附近则海水的蒸发与结冰同时进行，真空冷冻法利用此原理将海水雾化喷洒在真空蒸发室中，海水液滴结成冰晶，经洗涤分离融化后制得淡水，但因为营造真空环境需耗费大量的能源，与节能的初衷背道而驰。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于转轮深度除湿的海水淡化系统，利用低含湿量的空气来实现海水的蒸发冷冻，避免抽真空带来的巨大耗能。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于转轮深度除湿的海水淡化系统，包括海水预冷装置、空气除湿预冷装置和海水蒸发冷冻淡化装置；所述海水蒸发冷冻淡化装置包括依次连接的具有海水入口、空气入口、冰晶盐水出口和空气出口的蒸发冷冻室、具有冰晶盐水入口和冰晶出口的固液分离器、具有冰晶入口和淡水出口的融冰器以及具有淡水入口的淡水箱；所述蒸发冷冻室的海水入口处设有分布器；所述空气除湿预冷装置包括第一风机、具有除湿区入口、除湿区出口和再生区入口的除湿转轮、第二风机、预冷机构、第三风机以及预热机构；
6.所述海水预冷装置与蒸发冷冻室的海水入口连接，所述预冷机构的出口与蒸发冷冻室的空气入口连接；所述蒸发冷冻室的冰晶盐水出口与固液分离器的冰晶盐水入口连接，固液分离器的冰晶出口和融冰器的冰晶入口连接，融冰器的淡水出口与淡水箱的入口连接；
7.所述蒸发冷冻室的空气出口与第一风机的入口连接，第一风机的出口与除湿转轮的除湿区入口连接，除湿转轮的除湿区出口与第二风机的入口连接，第二风机的出口与预冷机构的入口连接，预冷机构的出口与蒸发冷冻室的空气入口连接；所述第三风机的出口与预热机构的入口连接，预热机构的出口与除湿转轮的再生区入口连接。
8.作为本发明实施例的进一步改进，所述海水预冷装置包括具有海水入口和海水出口的第一蒸发器以及具有海水管道入口和海水管道出口的第一冷却器，第一蒸发器的海水
出口与第一冷却器的海水管道入口连接，第一冷却器的海水管道出口与蒸发冷冻室的海水入口连接。
9.作为本发明实施例的进一步改进，所述融冰器还具有海水管道入口和海水管道出口，第一冷却器的海水管道出口与融冰器的海水管道入口连接，融冰器的海水管道出口与蒸发冷冻室的海水入口连接。
10.作为本发明实施例的进一步改进，所述预冷机构包括具有空气入口和空气出口的第二蒸发器以及具有空气管道入口和空气管道出口的第二冷却器，所述第二风机的出口与第二蒸发器的空气入口连接，第二蒸发器的空气出口与第二冷却器的空气管道入口连接，第二冷却器的空气管道出口与蒸发冷冻室的空气入口连接。
11.作为本发明实施例的进一步改进，所述融冰器还具有空气管道入口和空气管道出口，第二冷却器的空气管道出口与融冰器的空气管道入口连接，融冰器的空气管道出口与蒸发冷冻室的空气入口连接。
12.作为本发明实施例的进一步改进，还包括热泵装置，所述热泵装置包括压缩机和冷凝器；第一蒸发器和第二蒸发器均具有制冷剂入口和制冷剂出口；所述压缩机的出口与冷凝器的制冷剂入口连接，冷凝器的制冷剂出口分别与第一蒸发器的制冷剂入口和第二蒸发器的制冷剂入口连接，第一蒸发器的制冷剂出口和第二蒸发器的制冷剂出口均与压缩机的入口连接。
13.作为本发明实施例的进一步改进，所述冷凝器还具有空气入口和空气出口，冷凝器的空气出口与第三风机的入口连接。
14.作为本发明实施例的进一步改进，还包括浓盐水集水器，所述蒸发冷冻室和固液分离器均具有浓盐水出口，第一冷却器和第二冷却器均具有冷却液入口和冷却液出口；蒸发冷冻室的浓盐水出口和固液分离器的浓盐水出口均与浓盐水集水器的入口连接，浓盐水集水器的出口与第一冷却器的冷却液入口连接，第一冷却器的冷却液出口与第二冷却器的冷却液入口连接。
15.作为本发明实施例的进一步改进，所述固液分离器还具有淡水入口，固液分离器的淡水入口处设有分布器；所述淡水箱的出口与固液分离器的淡水入口连接。
16.作为本发明实施例的进一步改进，所述预热机构包括太阳能集热器和电加热器，所述第三风机的出口与太阳能集热器的空气入口连接，太阳能集热器的空气出口与电加热器的空气入口连接，电加热器的空气出口与除湿转轮的再生区入口连接。
17.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明实施例提供的基于转轮深度除湿的海水淡化系统，海水预冷装置将海水经过预冷后送入蒸发冷冻室中，并雾化成水滴；同时空气除湿预冷装置将被除湿转轮除湿的低含湿量空气经预冷后送入蒸发冷冻室，从而海水水滴可以在低温低含湿量的空气中迅速蒸发，通过自身的蒸发作用吸收的汽化潜热迅速结成冰晶，同时将液滴中的盐分排挤到冰晶表面，得到冰晶与浓盐水混合物；固液分离器分离得到冰晶，冰晶进入融冰器，融化后送入淡水箱中。本发明实施例的海水淡化系统，利用除湿转轮制取水蒸气分压力低于三相点压力的干空气，以转轮除湿这种节能的手段获取了低水蒸气分压力的环境，实现海水蒸发与结冰同时自发进行，最终实现海水淡化。相比真空冷冻法，无需消耗大量的能源将蒸发室进行抽真空处理。避免了冷冻法海水淡化中因制冰体积较大，制取的冰块中存在大量的盐胞而最终制得淡水味道不佳的问
题，同时极大的提高了冷冻法海水淡化过程中系统的稳定性，且通过自身汽化带来的冷量，极大地减少了结冰所需要外部产生的冷量。
附图说明
18.图1为本发明实施例的基于转轮深度除湿的海水淡化系统的结构示意图。
19.图中：海水箱1、第一水泵2、第一蒸发器3、第一冷却器4、第二冷却器5、融冰器6、淡水箱7、第一阀门8、蒸发冷冻室9、第二阀门10、第一风机11、除湿转轮12、第二风机 13、第二蒸发器14、第一节流阀15、第二节流阀16、冷凝器17、第三风机18、太阳能集热器19、电加热器20、固液分离器21、第二阀门22、浓盐水集水罐23、第二水泵24、第三阀门25、第三水泵26、压缩机27、第四阀门28。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更清楚、完整地描述，应理解所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明实施例提供一种基于转轮深度除湿的海水淡化系统，如图1所示，包括海水预冷装置、空气除湿预冷装置和海水蒸发冷冻淡化装置。海水预冷装置用于将海水预冷后输入给海水蒸发冷冻淡化装置，空气除湿预冷装置用于将空气除湿预冷后输入给海水蒸发冷冻淡化装置，海水蒸发冷冻淡化装置用于将海水蒸发和结冰，实现海水淡化。
22.其中，海水蒸发冷冻淡化装置包括依次连接的蒸发冷冻室9、固液分离器21、融冰器6 和淡水箱7。蒸发冷冻室9具有海水入口、空气入口、冰晶盐水出口和空气出口，蒸发冷冻室9的海水入口处设有分布器。固液分离器21具有冰晶盐水入口和冰晶出口，融冰器6具有冰晶入口和淡水出口，淡水箱7具有淡水入口。
23.空气除湿预冷装置包括第一风机11、除湿转轮12、第二风机13、预冷机构、第三风机 18以及预热机构。除湿转轮12具有除湿区入口、除湿区出口和再生区入口。
24.海水预冷装置与蒸发冷冻室9的海水入口连接，预冷机构的出口与蒸发冷冻室9的空气入口连接。蒸发冷冻室9的冰晶盐水出口与固液分离器21的冰晶盐水入口连接，固液分离器21的冰晶出口和融冰器6的冰晶入口连接，融冰器6的淡水出口与淡水箱27的入口连接。
25.蒸发冷冻室9的空气出口与第一风机11的入口连接，第一风机11的出口与除湿转轮12 的除湿区入口连接，除湿转轮12的除湿区出口与第二风机13的入口连接，第二风机13的出口与预冷机构的入口连接，预冷机构的出口与蒸发冷冻室9的空气入口连接。第三风机18的出口与预热机构的入口连接，预热机构的出口与除湿转轮12的再生区入口连接。
26.上述实施例的基于转轮深度除湿的海水淡化系统，海水预冷装置将海水经过预冷后送入蒸发冷冻室9中，海水在蒸发冷冻室9的海水入口处雾化成水滴。空气除湿预冷装置中，从蒸发冷冻室9出来的空气与除湿转轮12的除湿区充分接触，由于除湿区水蒸气分压力低于空气中的水蒸气分压力，则除湿转轮12中的水蒸气受压差作用向除湿转轮12中传递，完成空气的除湿过程。除湿转轮12除湿后的低含湿量空气经预冷机构预冷后送入蒸发冷冻
室9中。除湿转轮12的再生区与经预热机构预加热的热空气进行充分接触，使得除湿转轮12温度升高，进而使其水蒸气分压力高于空气中的水蒸气分压力，则除湿转轮12中的水蒸气受压差作用向空气中传递，并被空气带入环境，完成除湿转轮的再生过程。蒸发冷冻室9中，海水水滴在低温低含湿量的空气中迅速蒸发，通过自身的蒸发作用吸收的汽化潜热迅速结成冰晶，同时将液滴中的盐分排挤到冰晶表面，得到冰晶与浓盐水混合物输入到固液分离器21。固液分离器21分离得到冰晶，冰晶进入融冰器6，融化后送入淡水箱7中。
27.本发明实施例的海水淡化系统，采用将冷却后的海水送入蒸发冷冻室，海水喷洒在低温低湿的空气环境内，蒸发冷冻析出冰晶，形成冰晶
‑
盐水淤浆，经洗涤、固液分离得到流态冰，然后融化而得到淡水。低含湿量空气利用转轮除湿区吸收空气的水分制得，再与热泵循环的蒸发器、低温浓盐水、流态冰依次进行换热获得低温低含湿量的空气，用于海水的蒸发冷冻。热泵循环中冷凝器中所放出的热量用于预热转轮再生需要的热空气，蒸发器中的冷量用于冷却海水和用于蒸发海水的低含湿量的空气。利用除湿转轮12制取水蒸气分压力低于三相点压力的干空气，以转轮除湿这种节能的手段获取了低水蒸气分压力的环境，利用低含湿量的空气来实现海水的蒸发冷冻，最终实现海水淡化。相比真空冷冻法，无需消耗大量的能源将蒸发室进行抽真空处理。避免了冷冻法海水淡化中因制冰体积较大，制取的冰块中存在大量的盐胞而最终制得淡水味道不佳的问题，同时极大的提高了冷冻法海水淡化过程中系统的稳定性，且通过自身汽化带来的冷量，极大地减少了结冰所需要外部产生的冷量。利用了热量和冷量用于除湿转轮再生及工质的预冷，进入蒸发冷冻室9的空气循环利用，提高了能源的利用率，有效地提高了系统的运行效率。
28.优选的，海水预冷装置包括第一蒸发器3和第一冷却器4。第一蒸发器3具有海水入口和海水出口，第一冷却器4具有海水管道入口和海水管道出口。第一蒸发器3的海水出口与第一冷却器4的海水管道入口连接，第一冷却器4的海水管道出口与蒸发冷冻室9的海水入口连接。海水箱1的出口设有第四阀门28，工作时，打开第四阀门28，海水箱1中的海水经第一水泵2抽吸下依次进入第一蒸发器3和第一冷却器4中，第一蒸发器3和第一冷却器4 将海水进行降温。
29.进一步，融冰器6还具有海水管道入口和海水管道出口，第一冷却器4的海水管道出口与融冰器6的海水管道入口连接，融冰器6的海水管道出口与蒸发冷冻室9的海水入口连接。第一冷却器4输出的海水先进入融冰器6，经过融冰器6后再送入蒸发冷冻室9，融冰器6中的冰晶融化时会吸收大量热量，从而能够进一步冷却海水，使得输入蒸发冷冻室9的海水温度更低，提高海水蒸发与结冰效果。
30.优选的，预冷机构包括第二蒸发器14和第二冷却器5。第二蒸发器14具有空气入口和空气出口，第二冷却器5具有空气管道入口和空气管道出口。第二风机13的出口与第二蒸发器14的空气入口连接，第二蒸发器14的空气出口与第二冷却器5的空气管道入口连接，第二冷却器5的空气管道出口与蒸发冷冻室9的空气入口连接。除湿转轮12除湿后的空气经第三风机18抽吸下依次进入第二蒸发器14和第二冷却器5中，第二蒸发器14和第二冷却器5 将低湿空气进行降温。
31.进一步，融冰器6还具有空气管道入口和空气管道出口，第二冷却器5的空气管道出口与融冰器6的空气管道入口连接，融冰器6的空气管道出口与蒸发冷冻室9的空气入口连接。第二冷却器5输出的空气先进入融冰器6，经过融冰器6后再送入蒸发冷冻室9，融冰器
6中的冰晶融化时会吸收大量热量，从而能够进一步冷却空气，使得输入蒸发冷冻室9的低湿空气温度更低，提高海水蒸发与结冰效果。
32.优选的，本发明实施例的海水淡化系统还包括热泵装置，热泵装置包括压缩机27和冷凝器17。第一蒸发器3和第二蒸发器14均具有制冷剂入口和制冷剂出口。压缩机27的出口与冷凝器17的制冷剂入口连接，冷凝器17的制冷剂出口分别与第一蒸发器3的制冷剂入口和第二蒸发器14的制冷剂入口连接，第一蒸发器3的制冷剂出口和第二蒸发器14的制冷剂出口均与压缩机27的入口连接。制冷剂在压缩机27、冷凝器17、第一蒸发器3和第二蒸发器 14中进行内循环，制冷剂在第一蒸发器3中产生冷量，对送入蒸发冷冻室9的海水进行预冷却，在第二蒸发器14中产生冷量，对送入蒸发冷冻室9的低含湿量空气进行预冷却。
33.进一步，冷凝器17还具有空气入口和空气出口，冷凝器17的空气出口与第三风机18的入口连接。制冷剂在冷凝器17中产生热量，对送入除湿转轮12的空气进行预加热。空气在冷凝器17中会被预热到40℃左右，这样既利用了冷凝器17的废热，也减轻了预热机构的加热负担，节省了投资费用。
34.优选的，本发明实施例的海水淡化系统还包括浓盐水集水器23，蒸发冷冻室9和固液分离器21均具有浓盐水出口，第一冷却器4和第二冷却器5均具有冷却液入口和冷却液出口。蒸发冷冻室9的浓盐水出口和固液分离器21的浓盐水出口均与浓盐水集水器23的入口连接，浓盐水集水器23的出口与第一冷却器4的冷却液入口连接，第一冷却器4的冷却液出口与第二冷却器5的冷却液入口连接。
35.上述实施例中，将固液分离器21分离得到的盐水和蒸发冷冻室9中分离出的浓海水汇合进入浓盐水集水器23，通过第二水泵24输送到第一冷却器4和第二冷却器5中，作为冷却媒介分别用以预冷未淡化海水和低湿空气。本发明实施例利用淡化后得到的浓盐水作为冷却媒介对进入蒸发冷冻室9的海水和低湿空气进行冷却，提高了能源的利用率，有效地提高了系统的运行效率。
36.优选的，固液分离器21还具有淡水入口，固液分离器21的淡水入口处设有分布器。淡水箱7的出口与固液分离器21的淡水入口连接。本实施例中，从淡水箱7中引入部分淡水进入固液分离器21，经分布器喷淋冰晶除去冰晶表面的盐分，提高冰晶及盐水的分离效果，提高淡化效果。
37.优选的，预热机构包括太阳能集热器19和电加热器20，第三风机18的出口与太阳能集热器19的空气入口连接，太阳能集热器19的空气出口与电加热器20的空气入口连接，电加热器20的空气出口与除湿转轮12的再生区入口连接。空气在太阳能集热器19中被加热到近 100℃，再经过电加热器20加热到再生温度150℃左右。这样梯级利用能源，减少了电加热器能耗。
38.上述优选实施例的海水淡化系统的工作过程如下：
39.压缩机27工作，制冷剂在压缩机27、冷凝器17、第一蒸发器3和第二蒸发器14中进行内循环。制冷剂在冷凝器17中产生热量，对送入除湿转轮12的空气进行预加热，在第一蒸发器3中产生冷量，对送入蒸发冷冻室9的海水进行预冷却，在第二蒸发器14中产生冷量，对送入蒸发冷冻室9的低含湿量空气进行预冷却。
40.除湿转轮12的再生区与经过冷凝器17、第三风机18、太阳能集热器19和电加热器 20进行预加热后的热空气进行充分接触，使得除湿转轮12温度升高，进而使其水蒸气分压
力高于空气中的水蒸气分压力，则除湿转轮12中的水蒸气受压差作用向空气中传递，并被空气带入环境，完成除湿转轮12的再生过程。从蒸发冷冻室9出来的空气与除湿转轮12的除湿区充分接触，此时由于除湿区水蒸气分压力低于空气中的水蒸气分压力，则转轮中的水蒸气受压差作用向除湿转轮中传递，完成空气的除湿过程。
41.从除湿转轮12出来的空气含湿量很低，但温度稍高，经过第二蒸发器14中的制冷剂、第二冷却器5中的浓盐水以及融冰器6中的流态冰6的冷却，得到温度较低含湿量很低的空气，然后送入到蒸发冷冻室9中。海水经过第一蒸发器3中的制冷剂、第一冷却器4中的浓盐水以及融冰器6中的流态冰的冷却后，通过分布器在蒸发冷冻室9中均匀地喷淋。此时蒸发冷冻室9内空气的水蒸气分压力低于海水的三相点时的饱和水蒸气分压力609pa，在水蒸气分压力差的驱动下，海水液滴蒸发，与周围空气发生传热传质。空气因吸收了液滴蒸发的水蒸气含湿量升高，海水液滴因表面逐渐蒸发不断带走了汽化潜热自身温度不断降低，液滴过冷后遇到解冷器变成冰晶，海水中盐分因水结冰而排挤到冰晶表面，随后冰晶与浓盐水混合物进入固液分离器21。从淡水箱7中引入部分淡水进入固液分离器21，经分布器喷淋冰晶除去冰晶表面的盐分，冰晶及盐水经滤网分离。冰晶进入融冰器6，盐水与蒸发冷冻室9中分离出的浓海水汇合进入浓盐水集水器23，用以预冷未淡化海水和低湿空气。融冰器6中的冰晶对未淡化海水和低湿空气进行进一步冷却，融化后送入淡水箱7中。从蒸发冷冻室9出来的空气，含湿量较高，在第一风机11的作用下送入除湿转轮12进行除湿，重新变为可以再次利用的低含湿量的空气，从而使得系统循环运行。
42.本发明实施例海水淡化系统利用了转轮除湿的空气干燥技术，进入系统的海水经过多级预冷后送入蒸发冷冻室中，并雾化成水滴；同时被转轮除湿的低含湿量空气经预冷后也被送入蒸发冷冻室，从而海水水滴可以在低温低含湿量的空气中迅速的蒸发，通过自身的蒸发作用吸收的汽化潜热迅速结成冰晶，同时将液滴中的盐分排挤到冰晶表面，避免了冷冻法海水淡化中因制冰体积较大，制取的冰块中存在大量的盐胞而最终制得淡水味道不佳的问题，同时极大的提高了冷冻法海水淡化过程中系统的稳定性，且通过自身汽化带来的冷量，极大地减少了结冰所需要外部产生的冷量，是一种新型的海水淡化方法。
43.本发明实施例海水淡化系统有效地实现能源利用的梯级化，并引入太阳能，相比于真空冷冻法海水淡化依靠压缩机耗费巨大能源对蒸发冷冻室抽真空来营造低水蒸气分压力的环境，本系统极大地减少电能消耗。本系统利用转轮除湿除去空气中大部分水蒸气，制取低含湿量的空气，以此营造低水蒸气分压力的环境，实现海水的蒸发冷冻，在本系统中除湿转轮利用多级热源实现再生，使得系统稳定运行，避免了为营造抽取真空而耗费的巨大能源，有利于节能环保。
44.本发明实施例海水淡化系统合理利用各级能源，充分体现了复合系统联合运行的整体互补优势，抓住各个冷热源的品位不同，合理安排，梯级利用。依次用蒸发器、浓盐水和流态冰冷却海水和低湿空气，依次用冷凝器、太阳能集热器和电加热器加热用于除湿转轮再生的空气。极大地提高了能源的利用率，有效地提高了系统的运行效率。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要
求书及其等效物界定。