[發明專利]一種氣源式熱泵太陽能膜蒸餾復合系統

有效

• 申請號: 201710154453.3
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN108619915B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 郭智;張新妙;欒金義;彭海珠
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D63/02;B01D65/02;C02F1/44
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 符彥慈;董琪

本發明公開了一種應用氣源式熱泵的新型太陽能膜蒸餾系統。在晴天光照充足時，利用太陽能集熱裝置加熱膜蒸餾過程中的原水，達到從整體上降低膜蒸餾過程能耗的目的。當陰天或夜晚，太陽能集熱系統工作效率不高時，通過氣源式熱泵作為輔助熱源加熱原水。同時，系統中串聯的具備熱量回收功能的兩支膜蒸餾組件能夠實現對水蒸氣相變熱的充分回收，提高了過程的熱效率。此外，該氣源式熱泵?太陽能膜蒸餾復合裝置，系統集成度較高，可簡化操作以及降低安裝維護費用。

技術領域

本發明涉及一種太陽能膜蒸餾復合系統，具體涉及當晴天光照強度足夠時，利用太陽能真空集熱管加熱原水；當陰天或夜間時，啟動氣源式熱泵，從周圍環境中獲取熱量，輔助加熱原水。該系統可以使膜蒸餾過程在整體上達到節能降耗的目的。同時，具有特殊結構的膜蒸餾組件可以回收水蒸氣的相變熱，提高過程的熱效率。

背景技術

太陽能膜蒸餾技術是一種將膜蒸餾和太陽能集熱裝置相結合的新技術。由于傳統膜蒸餾過程中需要通過電加熱裝置對原水進行加熱(當沒有工業廢熱作為熱源時)，因此會消耗大量電能，導致該過程能耗及成本過高，制約了膜蒸餾技術的進一步發展。太陽能集熱裝置可將水加熱到80℃以上，結合膜蒸餾不需要將原水加熱至沸點，通常情況下運行溫度在60-80℃之間，使用太陽能集熱裝置代替電加熱棒將膜蒸餾過程的原水加熱至所需溫度，較傳統膜蒸餾技術的能耗大大降低，不會產生二次污染且運行費用顯著減少，可以實現節能降耗、環保和節約成本三重效益。然而，太陽能膜蒸餾技術目前亟待解決的問題在于陽光輻射的變化會導致太陽能集熱系統的效率發生變化。當處于陰天或夜間時，太陽能集熱系統無法收集到足夠的熱量加熱原水至所需溫度，使得膜蒸餾過程無法正常運行。解決此問題的常規方法為在系統中額外配備一套電加熱裝置，提供輔助加熱功能。但是使用電熱管輔助加熱能耗依然較高，削弱了太陽能膜蒸餾過程的節能效應。

氣源式熱泵是一種通過消耗部分電能做功，將周圍環境中的熱量收集起來，使從空氣中獲取的低品位熱能變成可供人們利用的高品位熱能。氣源式熱泵的蒸發器中充有制冷劑，制冷劑吸收由葉輪鼓風形成的流動空氣中的熱量，汽化后，通過壓縮機做功變成高壓氣體進入冷凝器。氣態制冷劑在冷凝器中釋放熱量，變為液態，之后流回儲液罐。在下一個循環周期中，制冷劑通過過濾器和膨脹閥后，再次進入蒸發器。制冷劑在冷凝器中釋放的熱量可用于提升原水水溫，因此使用氣源式熱泵可在太陽能集熱裝置工作效率不高時，提供輔助熱源加熱膜蒸餾的原水。將熱泵和太陽能集熱裝置相結合，在保證太陽能膜蒸餾過程節能效應的同時，能夠實現該過程的全天候運行。

中國專利CN203155103U涉及一種結合太陽能的膜組件和膜蒸餾系統。膜組件包括了設有冷壁的冷工質容腔和設有膜的熱工質容腔，膜的滲透側與冷壁之間有間隙，相當于一種氣隙膜蒸餾組件。這套膜蒸餾裝置需使用太陽能發電系統，利用熱電制冷技術讓冷工質容腔保持低溫狀態，設備復雜且投入較高，也沒有實現對產生蒸汽相變熱的回用，熱能利用效率較低。

中國專利CN104261608A公布了一種太陽能膜蒸餾海水淡化方法，包括一種中空纖維膜和中空纖維冷凝管呈交錯編制填充的膜蒸餾組件，以及配套的太陽能集熱系統。該專利中膜組件的設計實現了冷凝潛熱的回收，提高了熱能利用率。但是膜組件的制備過程較為復雜；且在膜組件被污染導致性能下降后，交錯式的中空纖維膜和中空纖維冷凝管不易清洗與更換。

中國專利CN103663590A公布了一種能夠回收熱量的真空膜蒸餾污水處理裝置，該裝置將熱泵和真空膜蒸餾組件進行了整合，其特征在于利用制冷劑回收水蒸氣相變散發的熱量，并用來加熱蒸發器(膜組件)中的污水以達到熱量回收利用的效果，具有回收用水，濃縮廢液和節約能源的三大功能。但是該發明中使用的膜組件為柱型膜管，膜有效面積不大，因此膜通量不會太高。此外，該裝置通過電加熱的方式對原水進行加熱，故整體能耗仍然較高。