[发明专利]一种太阳能光伏余热-焦耳热梯级利用的海水淡化系统

说明书

本发明公开了属于可再生能源利用领域的一种太阳能光伏余热‑焦耳热梯级利用的海水淡化系统；该系统主要包括高透光玻璃盖板，太阳能光伏电池，导热硅胶，导热铝板，海水流道，电加热层，疏水膜层，凝结水流道，隔热保温层，海水储存罐，凝结水汇集罐，冲刷罐和高效翅片散热器；由多层海水淡化装置构成；淡化装置是在保温隔热层内，从上至下依次布置高透光玻璃盖板、太阳能光伏电池、导热硅胶、导热铝板、电加热层、疏水膜层、海水流道、海水储存罐与凝结水汇集罐。本发明利用太阳能光伏电池发电产生的余热及电能，原位或梯级利用能量参与海水淡化，实现了最大程度的利用太阳能，同时大幅提升了系统的蒸发效率和海水淡化能力。

技术领域

本发明属于可再生能源领域，特别涉及一种太阳能光伏余热-焦耳热梯级利用的海水淡化系统,具体说是涉及一种全太阳能驱动光伏余热-焦耳热梯级利用的多级蒸发热渗透膜海水淡化系统。

背景技术

水与能源密不可分，随着社会发展，水安全成为影响能源安全的重要因素之一。一方面，能源产业作为我国工业用水大户，用水量占比在40％以上，水资源对能源产业的重要性不言而喻；另一方面，目前的清洁水处理技术，特别是传统的海水淡化技术耗能高，浓缩废水排放严重污染环境。目前，海水淡化领域已大规模投产应用的技术主要有多级闪蒸技术、反渗透膜技术等，这些技术发展较为成熟、实际应用效果较好，但存在成本较高、耗能严重的问题。

太阳能作为可再生清洁能源，已成为应对能源短缺、环境污染等问题的重要选择之一。将太阳能应用到海水淡化中，是解决水资源短缺和能源危机的有效举措。目前，常规的太阳能海水淡化技术主要包括：太阳能多效蒸馏法、太阳能多级闪蒸法、太阳能反渗透法以及太阳能渗析法等。虽然相较于传统的海水淡化技术存在一定的优势，但也存在蒸馏过程中凝结潜热未能有效利用、传热效率低、能耗高以及初始投入成本高等问题。为了解决上述问题，太阳能热光伏(PVT)膜蒸馏一体化海水淡化技术、多级被动式太阳能光热膜蒸馏技术等新型的海水淡化技术逐渐被关注。PVT膜蒸馏一体化海水淡化是利用太阳能热光伏技术进行发电的同时，利用海水冷却太阳能电池板提升其光电转化效率，然后温度升高的海水在扩容蒸发器中蒸发生成蒸汽，进而在膜组件中冷凝生成淡水。该技术不仅提升了光伏电池的光电转化效率，而且一定程度提升了海水蒸发的效率，但其所生产的电能需向外网输出或需要电池存储设备，因而系统较为复杂、成本相对较高。多级被动式太阳能光热膜蒸馏技术是在光热膜蒸馏技术的基础上，借助上层蒸汽凝结释放的潜热加热海水产生蒸汽，蒸汽在蒸汽压差的作用下实现跨膜输运，实现蒸汽潜热的多级复叠利用，从而提升了系统的蒸发效率和海水淡化性能。但由于热能是低品位能源，其能量传递过程熵增大，效率逐级递减，因而，这将导致底层膜两侧温差小、驱动力不足，蒸发效率较低，使得整体系统性能提升较为有限。

发明内容

本发明的目的是提出一种太阳能光伏余热-焦耳热梯级利用的海水淡化系统，该系统主要包括高透光玻璃盖板，太阳能光伏电池，导热硅胶，导热铝板，海水流道，电加热层，疏水膜层，凝结水流道，隔热保温层，海水储存罐，凝结水汇集罐，冲刷罐和高效翅片散热器，其特征在于，该系统包括多层海水淡化装置；主要结构是在保温隔热层10内，从上至下依次布置高透光玻璃盖板1、太阳能光伏电池2、导热硅胶3、导热铝板4、电加热层6、疏水膜层7和蒸汽凝结输出层13；电流表5连接在太阳能光伏电池2与电加热层6之间；海水流道8从导热铝板4和电加热层6之间穿过后分别连接海水储存罐11与凝结水汇集罐12；构成第一层海水淡化装置；从第二层开始，电加热层6为利用碳纳米管与聚乙烯醇在疏水膜层7表面合成的碳纳米管聚合物复合膜，通过两侧的电极9与太阳能光伏电池2相连，将光伏电池产生的电能转化为热能，并加热复合膜表面附近的海水成为蒸汽；在各疏水膜层7下面的蒸汽凝结输出层13汇聚后与冲刷罐14连通；第N层疏水膜层7下面为高效翅片散热器15。