[发明专利]一种太阳能热泵膜蒸馏系统

说明书

本发明公开了一种太阳能热泵膜蒸馏系统，其包括：恒温水箱4，热泵换热单元，太阳能加热单元，膜蒸馏单元，产水收集单元和化学清洗单元，其中，所述太阳能加热单元设置为通过间接加热的方式加热恒温水箱4中的原料液。本发明的太阳能热泵膜蒸馏系统提高了膜蒸馏热能利用效率，热损失小，冷却水用量少；膜通量较高，运行稳定且运行成本低。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别是膜蒸馏技术领域，具体涉及一种太阳能热泵膜蒸馏系统。

背景技术

膜蒸馏技术是一种新型的膜分离技术，该技术采用疏水性多孔膜将进料侧(热侧)与透过侧(冷侧)分开，在膜两侧蒸汽压差的作用下，料液中的挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，其他组分则被疏水性膜阻挡在热侧，从而实现混合物提纯或分离。膜蒸馏技术脱盐率高，产水水质好，浓缩过程不受膜两侧渗透压的限制，浓缩倍数高，可被广泛应用于海水、苦咸水脱盐淡化及工业废水处理等。目前膜蒸馏技术工业应用存在的主要问题为膜蒸馏过程能耗较大，当没有工业废热作为热源加热时，仅采用传统的电加热等方式会导致膜蒸馏过程的能耗和运行成本过高。

太阳能是一种取之不尽的清洁能源，我国太阳能资源十分丰富，约三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上，年辐射总量平均大于5900MJ/m²，除四川盆地外，我国绝大多数地区的太阳辐射量高于国外同纬度其他国家。太阳能光热是一种吸收太阳能辐射并将太阳能转化为热能的技术，目前我国太阳能热利用以生活热水为主，近年来，随着对太阳能光热研究的逐步深入，太阳能光热利用逐渐向太阳能采暖、制冷、海水淡化及其他工农业领域扩展。太阳能槽式集热器是利用槽式抛物面聚光镜将太阳光聚焦到集热管，集热管吸收太阳辐射并加热管内工质。由于膜蒸馏过程不需将原料液加热至沸点，通常运行温度在60～90℃，而太阳能槽式集热技术可将加热温度控制在60～95℃之间，能够满足膜蒸馏技术运行的需要，并可调节温度提供稳定热源，用于加热膜蒸馏原料液升温较快，不产生二次污染且大大降低运行成本。

热泵是通过消耗少量高品位能源(如电能)，从低温热源吸收热量转变成高温热能的装置。按照工作原理，可分为蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、化学热泵、热电热泵等。将热泵技术与膜蒸馏结合，可回收膜蒸馏过程中的热量，改善传统膜蒸馏过程能耗较高、能量利用率较低的问题。

专利CN105749752A公开一种光热型太阳能热泵膜蒸馏装置。该装置为平板型直接接触式膜蒸馏组件，采用平板式或真空管式太阳能集热器提供膜蒸馏组件所需热能，采用热泵为膜蒸馏组件的冷凝水侧提供冷能，在太阳能光照不足时辅助提供热能。该装置所用真空管式太阳能集热器不能调节温度，全天加热温度随太阳辐射变化较大，在晴朗天气太阳辐射最强时段达到的最高加热温度即膜蒸馏所需温度仅能持续1～2h，难以满足废水处理等稳定运行的需要；所采用的直接接触式膜蒸馏装置热损较大，热效率不高；平板膜填充率低，需要额外的支撑层，结构复杂，不适于工业化应用。

专利CN104261608A公开一种太阳能膜蒸馏海水淡化方法。该方法以太阳能集热装置作为驱动热源，采用一种中空纤维膜和中空纤维冷凝管呈交错编制填充的膜蒸馏组件，在膜组件内部实现蒸汽的冷凝和热料液蒸发相变热的回收。该方法仅采用太阳能集热方式提供热源，在太阳辐射较低或无太阳辐射时系统无法正常运行；膜组件制备较复杂，膜污染后膜组件不易清洗与更换。

专利CN103663590A公开一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置。该装置将热泵与膜蒸馏组件结合，采用电加热器加热污水，利用制冷剂回收水蒸汽相变散发的热量，并用来加热蒸发器中的污水以达到热量回收利用的效果。该装置采用的电加热方式能耗较大，采用的圆柱形膜管的有效膜面积不大，膜通量较低。

因此，目前存在的问题是急需开发一种太阳能热泵膜蒸馏系统，该系统能够解决现有技术所遇到的能耗高、运行不稳定、热损失大及膜通量低等问题。

发明内容