[发明专利]一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统

说明书

本发明公开了一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统，所述系统包括：α型自由活塞式斯特林发动机冷腔、发动机冷却器、发动机回热器、发动机加热器、α型自由活塞式斯特林发动机热腔、自由活塞组件、压缩蓄能器、两位两通电磁阀、负载蓄能器、海水淡化反渗透膜组件；所述发动机冷却器、发动机回热器、发动机加热器首尾相连。本发明的系统通过利用斯特林循环做功，在压缩蓄能器的配合下，实现自由活塞组件的往复运动，推动泵腔内的海水克服渗透压进入反渗透膜组件，进行淡化。

技术领域

本发明涉及热能驱动反渗透淡化领域，尤其涉及一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统。

背景技术

淡水资源是人类得以生存、经济发展以及社会进步的重要物质基础。现如今，由于大力发展工业，生活污水的排放，垃圾乱堆等等而导致的水污染越来越严重。现在全球大部分国家属于缺水国家，而地球存在大量的海水，海水淡化是解决沿海地区淡水资源短缺的有效途径。在缓解淡水资源紧张的同时，海水淡化也给能源和环境带来了新的压力。随着能源与环境问题日趋紧张，海水淡化所需能源将成为研究重点。

在海水淡化的技术领域中，反渗透法在世界范围内已得到相当广泛的应用，目前和多级闪蒸、多效蒸馏并列为海水淡化的三大主流方法之一。反渗透原理是以外界能量推动海水通过高分子薄膜，实现溶液中盐分和水的分离。尽管该过程不存在相变，工艺固有能耗较少，且淡化后浓海水的液压能还可实现能量回收，但反渗透淡化的动力源为高压泵，其工作压力一般随海水盐度的增高而增大，为了维持设备较高的产水量，高压泵还需要再为海水提供额外的推动力来克服过程阻力，其工作电耗一般要占据系统能源消耗约35％。

1816年苏格兰人斯特林(Robert Stirling)提出一个由两个等温过程与两个等容过程组成的热力循环，称为斯特林循环。斯特林循环是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温(T1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。该循环最初用于热力发动机，系统中的工质在不同温位下被不断压缩和膨胀，最后输出功。

常规反渗透法工艺流程是：原水→预处理系统→高压水泵→反渗透膜组件→净化水。对于反渗透淡化动力系统而言，只需能推动海水克服渗透压通过反渗透膜，推动功的形式既可为旋转泵的轴功，也可为往复泵(如活塞式)的直线做功。

斯特林发动机作为一种外部加热的活塞式动力机械，对热源的适应性非常强，可以利用太阳能、生物质能等可再生能源和工业余热、废气等。在传统发动机基础上发展的自由活塞发动机取消曲柄连杆等刚体传动机构，利用非刚性介质作为活塞平移机械能的接受体，保持运动的周期性。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的海水淡化系统中存在的动力问题，提供一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统，具有结构紧凑，能源转化效率高，部件少，功率密度高，能量利用效率高，可靠性较高，使用清洁能源的优点；并可以采用低品位热源作为加热热源，热能利用效率较高。本发明提供的一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统在热能驱动反渗透淡化领域具有广阔的发展和应该前景。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统，所述系统包括：α型自由活塞式斯特林发动机冷腔(1)、发动机冷却器(2)、发动机回热器(3)、发动机加热器(4)、α型自由活塞式斯特林发动机热腔(5)、自由活塞组件(6)、压缩蓄能器(7)、两位两通电磁阀(8)和负载蓄能器(9)、海水淡化反渗透膜组件(10)；所述发动机冷却器(2)、发动机回热器(3)、发动机加热器(4)首尾相连。

作为一种新型动力系统，所述发动机加热器(4)吸收的热量来源丰富，可以是化学能燃烧、电能加热、核能等，还可以是新型清洁太阳能、地热能等。

作为一种新型动力系统，所述系统中的气体工质为氦气、氩气、氮气、空气或它们的混合气体。