[發明專利]一種基于膜蒸餾技術的溶液蓄能裝置及其方法

無效

• 申請號: 200810236464.7
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101458007A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 王贊社;顧兆林;馮詩愚;李云
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F25B15/06
• 分類號: F25B15/06;B01D61/36
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明屬于蓄能技術和膜蒸餾技術應用領域，涉及溶液的能量轉換和儲存過程，特別涉及一種基于膜蒸餾技術的溶液蓄能裝置及其方法。?

背景技術

建筑耗能已與工業耗能、交通耗能并列成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”。而以采暖和空調為代表的耗能已占建筑總消耗的50％左右，制冷空調消耗的電力占城市總消耗電力的20-30％；同時，由于用戶用能時段非常集中，造成能量峰谷波動巨大，能量供應不足與能量浪費交替進行。因此，充分利用電力供應低谷低價時段進行電力系統削峰填谷的調整技術成為一項研究熱點。同時，出于環保、節能的目的，余熱、廢熱利用以及太陽能、地熱能等可再生能源的利用越來越引起人們的重視。?

蓄能技術是解決能量供需矛盾的公認方法。蓄能技術對于平衡能量配置，緩解能源供應，合理配置電力負荷具有重要的作用。當前主要的蓄能技術包括顯熱蓄能技術，冰蓄冷技術，共晶鹽蓄能技術，相變材料蓄能技術和熱化學蓄能技術等。這些蓄能技術都是將能源直接存儲為冷能或熱能，然后進行儲存，由于蓄熱溫度高于環境溫度，蓄冷溫度低于環境溫度，在蓄能過程中，蓄能裝置必須進行嚴格的絕熱處理以防止能量的損失，而且所儲存能量的溫度有一定限制，不能任意變化。專利“一種蓄能制冷/熱泵機組的蓄能制冷/制熱方法”(專利號：200410021385.6)和專利“制冷/制熱潛能儲存技術”(專利號：02132742.4)對溴化鋰吸收式系統和氨水吸收式系統進行改造，利用電力驅動的壓縮機對溴化鋰-水溶液和氨水溶液的蒸氣進行抽取壓縮，將壓縮后的高溫?氣體作為熱源加熱溴化鋰溶液或氨水溶液，將濃縮后的溴化鋰溶液或稀釋后的氨水溶液作為工作溶液進行儲存，以備后續流程的使用，實現電能與工作溶液潛能的轉換，以實現蓄能的目的。但在實際應用中，由于水蒸氣的比容很大，氨氣易燃易爆而且有毒性，因此對水蒸氣壓縮機和氨氣壓縮機的結構設計要求很高。?

在以濃度差為蓄能能量的技術中，溴化鋰吸收式系統是一種理想的可操作平臺；它利用熱能驅動，將溴化鋰稀溶液進行減壓蒸餾，濃縮后的溴化鋰溶液具有吸收水蒸氣的潛在能力，因此作為工作溶液的濃度勢能進行儲存，減壓蒸餾后的水蒸氣經過冷凝后儲存，具有釋放潛熱吸收冷媒水熱量的潛在能力，可以作為制冷劑潛能進行儲存。因此，溴化鋰吸收式系統具有將熱能轉換為工作溶液潛能和制冷劑潛能的蓄能能力。?

然而，在溴化鋰溶液的減壓蒸餾中，受冷卻水溫度和溶液濃度的限制，溴化鋰溶液的減壓蒸餾溫度較高，一般均高于85℃以上，因此對驅動熱能的溫度品質要求較高。在現實中，存在著大量的低品位熱能，這些熱能是高品位能源被利用過后的余熱或廢熱，在所屬領域中無法再次被利用，其溫度大多數在75-85℃之間。另外，對于以太陽能為代表的可再生能源利用中，太陽能熱水的利用最為普遍，限于太陽能集熱器的技術和價格限制，太陽能熱水利用中，熱水的溫度一般不超過85℃。因此，如何應用這些低品位熱能作為溴化鋰水溶液蓄能的驅動熱源，是熱能利用的熱點和難點。?

膜蒸餾技術是傳統蒸餾工藝與膜分離技術相結合的一種高效分離技術，膜蒸餾利用高分子膜的疏水性和某些結構上的功能達到溶液蒸餾的目的。不同于傳統的蒸餾工藝，膜蒸餾過程不需要將溶液加熱至沸騰狀態，只要膜兩側維持適當的溫差就可實現蒸餾，因此操作溫度比傳統的蒸餾操作低得多，可有效利用地熱能、太陽能以及工業廢水余熱等廉價能源，可望成為一種廉價、高效的分離手段。膜蒸餾是以疏水性微孔膜兩側的蒸汽壓差為傳質推動力的膜分離過程，膜蒸餾過程幾乎是在常壓下進行，設備簡單、操作方便。在非揮發性溶質水溶液的膜蒸餾過程中，只有水蒸氣能透過膜孔，故蒸餾液十分純凈。膜蒸餾技術除了設備簡單、操作方便、蒸餾液純凈以及易于組合擴大等特點外，它可以處理高濃度的水溶液，可以將溶液濃縮至飽和狀態。另外，在膜組件的各種結構形式中，由于膜材料的多孔結構，膜組件單位體積所能提供的膜接觸面積非常大，同時膜材料采用高分子聚合材料，在體積和重量上大大減小。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于膜蒸餾技術的溶液蓄能裝置及其方法，基于膜蒸餾技術的基本原理和溴化鋰溶液的減壓蒸餾特性，將膜蒸餾技術應用于溴化鋰溶液的以濃度差為蓄能能量的系統中，利用膜蒸餾技術將低品位熱能如余熱、廢熱或太陽能、地熱能等可再生能源轉換為溴化鋰溶液的濃度勢能和制冷劑水的潛能并進行儲存，不但可以大大減小裝置的體積和重量，而且所利用的熱源溫度可以降低，大大拓展了低品位熱能的利用范圍，增加了熱能的可利用溫差。?

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案來解決的：?