[发明专利]光热型太阳能热泵膜蒸馏装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于废水处理、纯水制取或生化料液浓缩的膜蒸馏装置，特别涉及一种太阳能热泵膜蒸馏装置。

背景技术

膜蒸馏是基于疏水多孔膜允许水蒸汽通过而不允许液态水通过的特性，将水与溶质组成的料液中的水分与其它成分分离的技术，可用于化工、环保、食品、生物、制药等行业的料液浓缩、纯水制取、废水处理等场合，具有可处理中高浓度料液、可在常压下进行低温浓缩或分离等特点。

膜蒸馏组件工作时，料液侧需要不断输入热能使膜表面处料液中水分汽化，冷凝水侧则需要不断输入冷能使穿膜过来的水蒸汽凝结；冷凝水侧所需的冷能可通过环境空气作为冷源来提供，而料液侧所需的热能温度通常为45～95℃，需采用适宜的措施来提供。

利用太阳能集热技术来提供膜蒸馏组件所需的热能是一个较好的解决途径，但太阳能受天气影响较大，当太阳光照较弱时，太阳能所供给的热量往往不能满足料液处理速度的要求，为此，必需考虑其它的辅助热源。

热泵是消耗少量电能可同时制取多倍热能和冷能的装置，不仅可为膜蒸馏组件的料液侧提供热能，还可为膜蒸馏组件的冷凝水侧提供冷能，是太阳能光照不足时的较佳辅助装置。

发明内容

本发明的目的是将太阳能集热、热泵和膜蒸馏进行集成，提供一种运行稳定性好、能耗费用低的光热型太阳能热泵膜蒸馏装置。

本发明设计的光热型太阳能热泵膜蒸馏装置，包括太阳能集热器、膜蒸馏组件、辅冷器、冷却器、压缩机、节流阀、加热器、冷凝水泵和料液泵，由太阳能集热器、膜蒸馏组件的料液侧、加热器的料液侧和料液泵通过管路连接构成料液循环回路；由膜蒸馏组件的冷凝水侧、辅冷器的冷凝水侧、冷却器的冷凝水侧和冷凝水泵通过管路连接构成冷凝水循环回路；由压缩机、加热器的工质侧、节流阀和冷却器的工质侧通过管路依次连接构成热泵，热泵内充装有循环工质。

所述的热泵内充装的循环工质为纯制冷剂或混合制冷剂。

所述的太阳能集热器为平板式集热器或真空管式集热器。

所述的膜蒸馏组件内的膜材料为疏水性膜材料。

本发明的有益效果是：当太阳光照较强时，由太阳能集热器提供的热能完全满足膜蒸馏组件工作要求，热泵不工作；当太阳光照较弱、无法满足所需的料液处理速度时，热泵参与运行，热泵中的压缩机消耗少量电能。这样，无论太阳光照强弱，均可保证所需的料液处理速度，且热泵辅助工作时，消耗的电能也很少，能耗费用较低。

附图说明

附图是本发明的结构原理示意图；

图中：

1为加热器2为料液泵3为浓液出口4为节流阀

5为压缩机6为冷凝水泵7为冷却器8为辅冷器

9为冷凝水出口10为膜蒸馏组件11为原料液进口

12为太阳能集热器

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图所示的光热型太阳能热泵膜蒸馏装置，包括太阳能集热器12、膜蒸馏组件10、辅冷器8、冷却器7、压缩机5、节流阀4、加热器1、冷凝水泵6和料液泵2；由太阳能集热器12、膜蒸馏组件10的料液侧、加热器1的料液侧和料液泵2通过管路连接构成料液循环回路；由膜蒸馏组件10的冷凝水侧、辅冷器8的冷凝水侧、冷却器7的冷凝水侧和冷凝水泵6通过管路连接构成冷凝水循环回路；由压缩机5、加热器1的工质侧、节流阀4和冷却器7的工质侧通过管路依次连接构成热泵，热泵内充装有循环工质，循环工质为纯制冷剂或混合制冷剂。太阳能集热器12为平板式集热器或真空管式集热器；膜蒸馏组件10内由膜材料把料液和冷凝水隔开，膜材料为疏水性膜材料，具体可为聚丙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯膜，也可为无机膜；辅冷器8可为翅片管式空气换热器，管内为冷凝水，管外为环境空气；冷却器7可为壳管式换热器，管外为冷凝水，管内为温度低的热泵循环工质；压缩机5为压缩机与变频交流电动机共轴的封闭式压缩机，转速和功率可在一定范围内无级调节；节流阀4可为电子膨胀阀，通流直径可在一定范围内无级调节；加热器1可为壳管式换热器，管外为料液，管内为温度高的热泵循环工质；冷凝水泵6可为离心泵，叶轮为铜材质；料液泵2可为离心泵，叶轮为不锈钢材质；冷凝水出口9设置于冷凝水循环回路中膜蒸馏组件10与辅冷器8之间的管路上；原料液进口11设置于料液循环回路中膜蒸馏组件10与太阳能集热器12之间的管路上；浓液出口3设置于料液循环回路中膜蒸馏组件10与料液泵2之间的管路上。

本实施例中主要部件的典型参数如下：

太阳能集热器12：平板式太阳能集热器，集热面积5m²。