CN102921302B - 太阳能溶液耦合再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将太阳能光伏/光热系统、太阳能热再生系统以及膜再生系统一体结合的太阳能溶液耦合再生系统，该系统由第一溶液槽、第二溶液槽、太阳能光伏电池、太阳能集热/再生器、第三溶液槽、膜再生装置、热交换器等主要部件组成。本发明利用太阳能光伏电池的冷却热对除湿溶液进行初步加热，之后利用太阳能集热器对除湿溶液进行初步再生，最终利用太阳能光伏为电渗析溶液再生器供应直流电，将除湿溶液再生至除湿所需的浓度。与现有技术相比，本发明的太阳能溶液耦合再生系统有效的利用了太阳能光伏与光热的互补性，实现了对太阳能的综合利用，提高了溶液再生的效率和准确性，并且在高温高湿的气候条件下仍然可以稳定高效的对除湿溶液进行再生。同时，该系统还可以利用夜间低谷低价电进行蓄能，从而缓解电力负荷峰谷差，并达到提高系统经济性的目的。

Description

太阳能溶液耦合再生系统

技术领域

本发明涉及一种结合了太阳能光伏/光热技术、太阳能热再生技术以及膜再生技术的新的太阳能溶液耦合再生流程及装置，属于太阳能、蓄能装置制造的技术领域。

背景技术

国家中长期科技发展规划纲要中明确指出，“我国已进入快速城镇化时期，实现城镇化和城市协调发展，对科技提出迫切需求。”因此应将“建筑节能与绿色建筑”作为优先主题。重点研究开发建筑节能技术与设备和节能建材与绿色建材等。

空气除湿是制冷空调和环境热湿控制的关键。目前的除湿技术主要包括冷冻法除湿、液体吸湿剂除湿、固体吸附剂除湿、膜法除湿及压力除湿等。相对而言，溶液除湿制冷系统(LDCS)是一种基于液体吸湿剂除湿技术的极具潜力的新型空调方式。

对于溶液除湿制冷系统，目前广泛采用的再生方式是使用热能驱动（TH）。再生过程中所需的热能可以从温度相对较低（100℃以下）的热源获得，因此这种再生方式可以使用可再生能源，例如太阳能、地热能、工业余热、废热等。太阳能是一种节能环保、具有显著社会经济效益的可再生能源，然而，太阳能溶液再生方式却严重依赖于周围环境的状况，在高温或高湿的气候条件下，仅使用太阳能对溶液进行再生后得到的除湿溶液将不能满足除湿的需求。另一方面，太阳能是一种间歇、不连续的能源，使用太阳能将不足以满足空调和除湿的稳定需求。因此，为保证太阳能溶液再生系统在高温高湿天气下工作的稳定性有必要寻找一种新的再生流程。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为利用太阳能（低品位热源，60℃-80℃）驱动的溶液除湿空调系统提供一种适合于高温高湿天气地区的高效新型太阳能溶液耦合再生系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能溶液耦合再生系统，包括第一溶液槽、第二溶液槽、太阳能光伏电池、太阳能集热/再生器、第三溶液槽、膜再生装置、热交换器；太阳能光伏电池包括冷却盘管，热交换器包括溶液换热盘管，膜再生装置包括再生室、稀释室、阴极室、阳极室。

第一溶液槽的输出接口与热交换器的溶液换热盘管输入接口连接，热交换器的溶液换热盘管输出接口与太阳能集热/再生器的溶液输入接口连接，太阳能集热/再生器的溶液输出接口与膜再生装置中再生室的输入接口连接，太阳能集热/再生器的溶液输出接口与膜再生装置中再生室的输入接口之间设置第一溶液泵，膜再生装置中再生室的输出接口与第一溶液槽的输入接口连接，从而形成一个闭式的溶液循环。

优选的，将太阳能集热/再生器和膜再生装置组合构成太阳能溶液耦合再生装置。

优选的，太阳能集热/再生器中的溶液来自热交换器的溶液换热盘管，热交换器中的传热介质来自太阳能光伏电池的冷却盘管。

优选的，膜再生装置中稀释室所需稀溶液来自第二溶液槽，膜再生装置中阴极室所需溶液来自第三溶液槽，膜再生装置中阳极室所需溶液来自阴极室。

有益效果：1、利用需要再生的除湿溶液对太阳能光伏电池表面进行冷却，太阳能光伏电池表面温度的降低可以提高太阳能光伏电池的发电效率；

2、利用太阳能光伏电池运行时散发的热量对需要再生的除湿溶液进行预热，可以提高太阳能集热/再生器的再生效率；

3、膜再生技术的引入可以提高除湿溶液再生的效果，并有效的控制除湿溶液的再生浓度；

4、本发明将太阳能光伏光热技术、太阳能集热/再生技术以及膜再生技术有机结合，有效的利用了太阳能光伏与光热的互补性，实现了对太阳能的综合利用，并且在高温高湿的气候条件下仍然可以稳定高效的对除湿溶液进行再生。同时，该系统还可以利用夜间低谷低价电进行蓄能，从而缓解电力负荷峰谷差，并达到提高系统经济性的目的。

附图说明

图1是本发明的太阳能溶液耦合再生系统的结构示意图。

其中有：第一溶液槽1、第二溶液槽2、太阳能光伏电池3、太阳能集热/再生器4、第三溶液槽5、第二溶液泵6、第一溶液泵7、第三溶液泵8、膜再生装置9（包括负电极10、正电极11、再生室12、稀释室13、阴极室14、阳极室15）、蓄电池16、热交换器17、溶液换热盘管18、太阳能光伏电池的冷却盘管19、风机20、阳离子交换膜C、阴离子交换膜A。

第一溶液槽1的输入接口h、输出接口a，热交换器17的溶液换热盘管输入接口b、输出接口c，热交换器17的冷却水输入接口k、输出接口l，太阳能光伏电池的冷却盘管19的输入接口n、输出接口m，太阳能集热/再生器4的溶液输入接口d、输出接口e，太阳能集热/再生器4的空气输入端i、输出端j，再生室12的输入接口f、输出接口g，稀释室13的输入接口p、输出接口q，第二溶液槽2的输入接口r、输出接口o，第三溶液槽5的输入接口w、输出接口x，阴极室14的输入接口s、输出接口t，阳极室15的输入接口u、输出接口v，膜再生装置9的正极接线y、负极接线z。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明提供的太阳能溶液耦合再生系统，包括第一溶液槽1、第二溶液槽2、太阳能光伏电池3、太阳能集热/再生器4、第三溶液槽5、膜再生装置9、热交换器17；太阳能光伏电池3包括冷却盘管19热交换器17的包括溶液换热盘管18，膜再生装置9包括再生室12、稀释室13、阴极室14、阳极室15，第一溶液槽1的输出接口a与热交换器17的溶液换热盘管18输入接口b连接，热交换器17的溶液换热盘管输出接口c与太阳能集热/再生器4的溶液输入接口d连接，太阳能集热/再生器4的溶液输出接口e与膜再生装置9中再生室12的输入接口f连接，太阳能集热/再生器4的溶液输出接口e与膜再生装置9中再生室12的输入接口f之间设置第一溶液泵7，膜再生装置9中再生室12的输出接口g与第一溶液槽1的输入接口h连接，从而形成一个闭式的溶液循环。

将太阳能集热/再生器4和膜再生装置9组合构成太阳能溶液耦合再生装置。

太阳能集热/再生器4中的溶液来自热交换器17的溶液换热盘管18，热交换器17中的传热介质来自太阳能光伏电池的冷却盘管19。

膜再生装置9中稀释室13所需稀溶液来自第二溶液槽2，膜再生装置9中阴极室14所需溶液来自第三溶液槽5，膜再生装置9中阳极室15所需溶液来自阴极室14。

如附图1所示：本发明的太阳能溶液耦合再生系统包括空气循环回路、冷却水循环回路、溶液循环回路1、溶液循环回路2、溶液循环回路3；具体连接方式如下：

风机20与太阳能集热/再生器4的空气输入端i相通，空气与高温稀溶液传热（升温）、传质（增湿）后由太阳能集热/再生器4的空气输出端j排放到大气中。

从太阳能光伏电池的冷却盘管19的输出接口m流出的冷却水进入热交换器17的冷却水输入接口k与稀溶液进行换热（降温），换热（降温）后的冷却水在密度差的作用下流出热交换器17的冷却水输出接口l并流入太阳能光伏电池的冷却盘管19的输入接口n与太阳能光伏电池3的表面进行换热（升温）。

太阳能光伏电池3工作时产生的电流引入蓄电池16中进行存储，并用来驱动膜再生装置9。膜再生装置9的正极接线y与膜再生装置9的正电极11相连，膜再生装置9的负极接线z与膜再生装置9的负电极10相连。在膜再生装置9中，阳离子交换膜（C）和阴离子交换膜（A）交替安装在负电极10和正电极11中间，并将膜再生装置9隔成许多个室。在电场作用下，膜再生装置9中溶液的阴阳离子分别向阳极（正电极11）和阴极（负电极10）进行迁移。在迁移过程中，阴阳离子分别通过阴离子交换膜（A）和阳离子交换膜（C），并分别被阳离子交换膜（C）和阴离子交换膜（A）阻止迁移。这个过程造成膜再生装置9中再生室12的溶液浓度有所提高，而稀释室13中的溶液浓度有所降低。

从第一溶液槽1的输出接口a流出的除湿溶液进入热交换器17的溶液换热盘管输入接口b与冷却水进行换热（升温），换热（升温）后的溶液流出热交换器17的溶液换热盘管输出接口c并流入太阳能集热/再生器4的溶液输入接口d，从太阳能集热/再生器4的溶液输出接口e流出的初步再生后的溶液通过第一溶液泵7加压后流入膜再生装置9中再生室12的输入接口f进行进一步再生，再生后的溶液流出膜再生装置9中再生室12的输出接口g并流入第一溶液槽1的输入接口h。

从第二溶液槽2的输出接口o流出的稀溶液通过第二溶液泵6加压后流入膜再生装置9中稀释室13的输入接口p，从膜再生装置9中稀释室13的输出接口q流出的稀溶液进入第二溶液槽2的输入接口r。

从第三溶液槽5的输出接口x流出的稀溶液通过第三溶液泵8加压后流入膜再生装置9中阴极室14的输入接口s，膜再生装置9中阴极室14的输出接口t流出的稀溶液流入膜再生装置9中阳极室15的输入接口u，膜再生装置9中阳极室15的输出接口v流出的稀溶液流入第三溶液槽5的输入接口w。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种太阳能溶液耦合再生系统，包括第一溶液槽(1)、第二溶液槽(2)、太阳能光伏电池(3)、太阳能集热/再生器(4)、第三溶液槽(5)、膜再生装置(9)、热交换器(17)；太阳能光伏电池(3)包括冷却盘管(19)；热交换器(17)包括溶液换热盘管(18)，膜再生装置(9)包括再生室(12)、稀释室(13)、阴极室(14)、阳极室(15)，其特征在于：

第一溶液槽(1)的输出接口(a)与热交换器(17)的溶液换热盘管(18)输入接口(b)连接，热交换器(17)的溶液换热盘管输出接口(c)与太阳能集热/再生器(4)的溶液输入接口(d)连接，太阳能集热/再生器(4)的溶液输出接口(e)与膜再生装置(9)中再生室(12)的输入接口(f)连接，太阳能集热/再生器(4)的溶液输出接口(e)与膜再生装置(9)中再生室(12)的输入接口(f)之间设置第一溶液泵(7)，膜再生装置(9)中再生室(12)的输出接口(g)与第一溶液槽(1)的输入接口(h)连接，从而形成一个闭式的溶液循环；

将太阳能集热/再生器(4)和膜再生装置(9)组合构成太阳能溶液耦合再生装置；

太阳能集热/再生器(4)中的溶液来自热交换器(17)的溶液换热盘管(18)，热交换器(17)中的传热介质来自太阳能光伏电池的冷却盘管(19)；

膜再生装置(9)中稀释室(13)所需稀溶液来自第二溶液槽(2)，膜再生装置(9)中阴极室(14)所需溶液来自第三溶液槽(5)，膜再生装置(9)中阳极室(15)所需溶液来自阴极室(14)。