CN105621513A - 一种太阳能光伏热泵海水淡化及制热制冷耦合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏热泵海水淡化及制热制冷耦合系统,包括光伏系统、热泵系统、海水淡化装置、海水供应系统。光伏系统包括光伏电池、蓄电池;光伏电池将光能转化为直流电输出并储存在蓄电池内,为整个装置提供电能。热泵系统冷凝端分为第一冷凝器和第二冷凝器,使海水得到充分蒸发。海水淡化装置由固定隔板、活动隔板分成左右两个腔室,分别实现海水蒸发与制热、淡水冷凝与制冷。本发明充分利用可在生能源,提高了能源的利用率,能够在没有电力供应的情况下实现海水淡化以及制冷制热的耦合。另外,本发明结构紧凑、移动性强,满足小型化、便携式要求,适合孤岛生存、行军、探险时制备淡水。

Description

一种太阳能光伏热泵海水淡化及制热制冷耦合系统
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能驱动热栗海水淡化技术领域,尤其涉及一种太阳能驱动热栗海水淡化同时将制热制冷耦合的系统。
背景技术
[0002]水是生命之源,是人类赖以生存的根本。随着社会的不断发展和人口的不断增长,全球淡水供应不断紧张,已经威胁到人类的生存发展。早在1977年,联合国水问题大会就提出:水不久将成为一种严重的社会危机,石油危机之后下一个危机便是水。1996年联合国“对世界淡水资源的全面评估”的报告中第一次提出:缺水将严重制约下世纪的经济和社会发展,并可能导致国家间冲突。
[0003]地球上的海水资源丰富,如果能从海水中获得人类生活所需淡水,无疑对减缓水资源危机具有积极意义。在淡水资源严重匮乏的中东地区,已经把海水淡化作为主要的淡水资源。
[0004]海水淡化是利用海水脱盐的方法生产淡水,目前常用的海水淡化技术是热法海水淡化,主要是多级闪蒸海水淡化方法、多效蒸馏海水淡化方法,无论哪种方法,都需要大规模的海水淡化装置,且需要消耗大量高品位能量,比如电能、高温热能,不适用与孤岛、舰船等占地面积小、规模小、移动性强的场合的海水淡化。
[0005]热法海水淡化涉及到海水的加热以及淡水的冷凝。海水的加热需要提供一定的高品质的热能,淡水的冷凝则需要将淡水中的热量带走,热栗技术作为一种有效节能的方式,刚好满足这一技术要求,能够将低品位的热能转化为高品位的热能。如果能进一步利用热栗技术实现制冷与制热耦合,将在极大地提高能源利用率,同时实现多种功能并存。
[0006]能源危机以及日益严重的环境问题,迫使人们开始寻找可替代的清洁能源。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源,且其具有清洁无毒、无环境污染的特点,因而一直受到世界各国的广泛关注。
[0007]因此,为了缓解能源危机以及日益严重的环境、水资源问题,开发一种小型化、便携式、能利用太阳能实现海水淡化并能够充分利用热栗技术同时实现制冷与制热的系统具有重要意义。
[0008]公开号CN103159275A的专利,将太阳能与热栗海水淡化结合,太阳能集热器与热栗系统串联,热栗系统所用工质在太阳能集热器加热后进入压缩机,热栗系统冷凝器置于海水箱内加热海水,加热后的海水进入闪蒸室闪蒸。该专利利用清洁能源太阳能及高效节能的热栗技术,在清洁高效方面具有一定的优势,但是该专利设置有多个栗以及压缩机等设备,需要消耗高的电能驱动;管路多且结构较复杂,增加了热量损失;太阳能集热器的加入使装置较大,成本增加,不适用于船舶、行军、探险等对小型化、便携式海水淡化的需求;且太阳能集热器与热栗系统为串联,增加了系统的安全隐患。公开号CN202046907U的专利,利用微风、太阳能组合发电机组产生的电能为热栗海水淡化装置提供电能,解决了海水淡化系统自身所需电能,但是在没有发电机组的情况下,该专利所述系统就无法正常工作,使得该专利大大受限。公开号CN201999824U、CN204625232U专利,采用太阳能集热与热栗加热并联,将产生的蒸汽用作多效蒸馏。太阳能集热装置、中间蓄热装置以及多效蒸馏装置的加入,使得海水淡化成本增加、装置庞大、结构复杂,并且系统只有消耗高品味的电能才能够正常运行。中间蓄热装置的加入,使得系统不必要散热损失增加,综合能源利用率低,且除了海水淡化外,不能充分利用热栗制冷制热性能,无法实现制热与制冷的耦合。
[0009]综合以上可以看出,现有相关专利并不能达到上文所述的开发理想系统的目标,即不能同时满足以下几个要点:(I)系统满足小型化、便捷式的要求,结构紧凑、移动方便;
(2)能够充分利用热栗性能,实现海水淡化、制冷、制热多功能耦合;(3)整个系统能够仅通过清洁能源的输入就实现稳定运行,同时,在没有清洁能源的情况下,可以依靠常规的电力驱动,实现海水淡化与制冷制热耦合的功能。
发明内容
[0010]针对上述现有技术,本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,利用清洁的太阳能和热栗技术提高能量利用率、实现制热制冷耦合的多功能、小型化和便捷式。本发明充分利用可再生能源,提高了能源的利用率,能够在没有电力供应的情况下实现海水淡化以及制冷制热的耦合。另外,本发明结构紧凑、移动性强,满足小型化、便携式要求,适合孤岛生存、行军、探险时制备淡水。
[0011]为了解决上述技术问题,本发明提出的一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,包括光伏系统、热栗系统、海水淡化装置和海水供应系统;所述光伏系统包括与光伏电池阵列依次相连的蓄电池和逆变器;所述海水淡化装置包括保温箱,所述保温箱由隔板墙分为两个腔室,其中一个腔室为海水蒸发或制热室,另外一个腔室为淡水冷凝或制冷室;所述两个腔室之间的隔板墙由自下而上连接的固定板墙和第一活动板墙构成,所述固定板墙的下部设有夹层,所述第一活动板墙和固定板墙上各设有一个连通两个腔室的风道;其中一个风道内置风机,另外一个风道内置有风量调节阀,所述海水淡化装置还包括有一绝热密闭的第二活动板墙;所述热栗系统包括压缩机、第一控制阀、第一冷凝器、第二控制阀、第二冷凝器、节流阀和蒸发器;所述压缩机布置在所述固定板墙下部的夹层中,所述第一冷凝器布置在所述海水蒸发或制热室的底部,所述第二冷凝器布置在所述第一冷凝器的上方,所述压缩机的出口通过所述第一控制阀和第二控制阀分别于所述第一冷凝器和第二冷凝器的入口连接;所述第一冷凝器和第二冷凝器的出口与所述节流阀的入口连接;所述节流阀的出口与所述蒸发器的入口连接;所述蒸发器的出口与所述压缩机的入口连接;所述风机的送风方向冲向所述蒸发器;所述海水供应系统包括海水栗、热交换器、喷淋装置;所述热交换器布置在淡水冷凝或制冷室的底部,所述喷淋装置布置在所述第一冷凝器的上方,所述海水栗的入口接原料海水,所述海水栗的出口与所述热交换器的入口连接;所述热交换器的出口与所述喷淋装置的入口连接。所述逆变器为所述压缩机、风机、海水栗供电。
[0012]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0013] (I)本发明系统结构紧凑、占地面积小,实现了小型化、便携式;
[0014] (2)本发明系统除能进行海水淡化外,还能进行制冷与制热,实现了多种功能的耦合;
[0015] (3)太阳能光伏产生的电能用于系统的耗电部件,减少了对化石燃料的消耗,实现了利用可再生能源辅助海水淡化的过程。
附图说明
[0016]图1为本发明太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统示意图;
[0017]图中:1_保温箱;2-固定隔板;3-活动隔板;4-风量调节阀;5-风机;6-压缩机;7-第一控制阀;8-第一冷凝器;9-第二控制阀;10-第二冷凝器;11-节流阀;12-蒸发器;13-海水栗;14-热交换器;15-喷淋装置;16-光伏电池阵列;17-蓄电池;18-淡水阀;19-浓盐水阀;20-逆变器。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述,所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明,并不用以限制本发明。
[0019]如图1所示,本发明提出的一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,包括光伏系统、热栗系统、海水淡化装置和海水供应系统。
[0020]所述光伏系统包括与光伏电池阵列16依次相连的蓄电池17和逆变器20,所述光伏电池阵列16中的光伏电池包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和薄膜电池中的一种。所述光伏电池阵列16中的光伏电池彼此之间为串连且不固定,当需要光伏发电时,所述光伏电池彼此之间紧密平行排列,将产生的电能输出并存储到蓄电池17内;当无需光伏发电时,所述光伏电池彼此之间堆叠存放,以减少空间。
[0021 ]所述海水淡化装置包括保温箱I,所述保温箱I由隔板墙分为两个腔室,其中一个腔室为海水蒸发或制热室,另外一个腔室为淡水冷凝或制冷室;所述两个腔室之间的隔板墙由自下而上连接的固定板墙2和第一活动板墙3构成,所述固定板墙2的上部为实心结构,所述固定板墙2和第一活动板墙3之间通过锯齿插接结构连接,并实现密封;所述保温箱I的顶部设有用于插装所述第一活动板墙3的插装口,所述活动隔板3能够从所述保温箱I上方抽出。所述固定板墙的下部设有夹层,所述第一活动板墙3和固定板墙2上各设有一个连通两个腔室的风道;其中一个风道内置风机5,另外一个风道内置有风量调节阀4。所述海水淡化装置还包括一块绝热密闭的第二活动板墙,用于在制热与制冷耦合工况下替换上述的第一活动板墙。
[0022]所述热栗系统包括压缩机6、第一控制阀7、第一冷凝器8、第二控制阀9、第二冷凝器10、节流阀11和蒸发器12;所述压缩机6布置在所述固定板墙下部的夹层中,所述第一冷凝器8布置在所述海水蒸发或制热室的底部,所述第二冷凝器10布置在所述第一冷凝器8的上方,所述压缩机6的出口通过所述第一控制阀7和第二控制阀9分别于所述第一冷凝器8和第二冷凝器10的入口连接,所述第一控制阀7和第二控制阀9用于了控制所述第一冷凝器8和第二冷凝器10各自所需的制冷剂的量。所述第一冷凝器8和第二冷凝器10的出口与所述节流阀11的入口连接;所述节流阀11的出口与所述蒸发器12的入口连接;所述蒸发器12的出口与所述压缩机6的入口连接;所述第一冷凝器8、第二冷凝器10均为盘管式冷凝器;所述蒸发器12为翅片管式蒸发器或是翅片板式蒸发器;所述风机5的送风方向冲向所述蒸发器
12ο
[0023]所述海水供应系统包括海水栗13、热交换器14、喷淋装置15;所述热交换器14为翅片管式热交换器或是翅片板式热交换器,所述热交换器14布置在淡水冷凝或制冷室的底部,利用淡水的余热预热原料海水;所述喷淋装置15布置在所述第一冷凝器8的上方,所述海水栗13的入口接原料海水,所述海水栗13的出口与所述热交换器14的入口连接;所述热交换器14的出口与所述喷淋装置15的入口连接。
[0024]光伏电池阵列16将光能转化为直流电输出并储存在蓄电池17内,蓄电池17发出的直流电经逆变器转为交流电并为压缩机6、风机5、海水栗13供电。
[0025]本发明系统通过下述方式实现海水淡化、制冷与制热的耦合。
[0026] 一、实现海水淡化:
[0027]光伏系统中的光伏电池阵列16将光能转化为直流电输出并储存在蓄电池17内,蓄电池17发出的直流电经逆变器20转为交流电并为压缩机6、风机5、海水栗13供电;热栗系统中,由压缩机6出口排出的高温高压制冷剂分别由第一控制阀7、第二控制阀9进入第一冷凝器8、第二冷凝器10,在第一冷凝器8、第二冷凝器10中放热变为过冷液,然后由第一冷凝器
8、第二冷凝器10出口进入节流阀11,经节流阀11节流后变为低温低压制冷剂进入蒸发器12,蒸发器12中的制冷剂吸收蒸汽的冷凝潜热变为过热蒸汽,由蒸发器12出口进入压缩机
6。海水淡化装置中,左腔室(海水蒸发室)中的喷淋装置15喷淋出的海水吸收第二冷凝器10中制冷剂释放热量后产生蒸汽,蒸发后剩余的浓盐水(浓海水)进入左腔室底部的盐水槽;浓盐水吸收第一冷凝器8中制冷剂释放的热量,产生部分蒸汽,继续浓缩后的盐水可由浓盐水阀19排出;风机5将左腔室中产生的蒸汽带到右腔室(淡水冷凝室)中,蒸汽遇到蒸发器12后释放冷凝热冷凝成淡水,进入右腔室底部的淡水槽,淡水可由淡水阀18排出;风量调节阀4能够调节右腔室进入左腔室的风量。海水供应系统中海水栗13的入口连接原料海水,海水栗13的出口连接热交换器14入口,原料海水在热交换器14中被淡水槽中淡水预热,由热交换器14出口进入喷淋装置15,喷淋装置15的喷出的海水在保温箱I左腔室蒸发产生蒸汽,从而实现海水淡化。
[0028] 二、制冷与制热耦合
[0029]与上述海水淡化方案不同之处在于,首先从第一活动板墙3的风道中拆下风机5,然后从保温室I顶部的插装口中抽出第一活动板墙3并换装上不带风道的绝热密闭的第二活动板墙;关闭海水栗13、关闭固定板墙2风道中内置的风量调节阀4,此时保温箱I的左右两个腔室是相互独立的;启动热栗系统,压缩机6出口排出的高温高压制冷剂通过第一冷凝器8、第二冷凝器10在保温箱I的左腔室放热,左腔室成为制热室;节流阀出口低温低压制冷剂通过蒸发器12在保温箱I的右腔室吸热,右腔室成为制冷室。
[0030]尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,其特征在于:包括光伏系统、热栗系统、海水淡化装置和海水供应系统; 所述光伏系统包括与光伏电池阵列(16)依次相连的蓄电池(17)和逆变器(20); 所述海水淡化装置包括保温箱(I),所述保温箱(I)由隔板墙分为两个腔室,其中一个腔室为海水蒸发或制热室,另外一个腔室为淡水冷凝或制冷室;所述两个腔室之间的隔板墙由自下而上连接的固定板墙(2)和第一活动板墙(3)构成,所述固定板墙的下部设有夹层,所述第一活动板墙(3)和固定板墙(2)上各设有一个连通两个腔室的风道;其中一个风道内置风机(5),另外一个风道内置有风量调节阀(4);所述海水淡化装置还包括有一绝热密闭的第二活动板墙; 所述热栗系统包括压缩机(6)、第一控制阀(7)、第一冷凝器(8)、第二控制阀(9)、第二冷凝器(10)、节流阀(11)和蒸发器(12);所述压缩机(6)布置在所述固定板墙下部的夹层中,所述第一冷凝器(8)布置在所述海水蒸发或制热室的底部,所述第二冷凝器(10)布置在所述第一冷凝器(8)的上方,所述压缩机(6)的出口通过所述第一控制阀(7)和第二控制阀(9)分别于所述第一冷凝器(8)和第二冷凝器(10)的入口连接;所述第一冷凝器(8)和第二冷凝器(10)的出口与所述节流阀(11)的入口连接;所述节流阀(11)的出口与所述蒸发器(12)的入口连接;所述蒸发器(12)的出口与所述压缩机(6)的入口连接;所述风机(5)的送风方向冲向所述蒸发器(12); 所述海水供应系统包括海水栗(13)、热交换器(14)、喷淋装置(15);所述热交换器(14)布置在淡水冷凝或制冷室的底部,所述喷淋装置(15)布置在所述第一冷凝器(8)的上方,所述海水栗(13)的入口接原料海水,所述海水栗(13)的出口与所述热交换器(14)的入口连接;所述热交换器(14)的出口与所述喷淋装置(15)的入口连接; 所述逆变器(20)为所述压缩机(6)、风机(5)、海水栗(13)供电。
2.根据权利要求1所述一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,其特征在于:所述光伏电池阵列(16)中的光伏电池包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和薄膜电池中的一种。
3.根据权利要求1或2所述一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,其特征在于:所述光伏电池阵列(16)中的光伏电池彼此之间为串连且不固定,当需要光伏发电时,所述光伏电池彼此之间紧密平行排列,将产生的电能输出并存储到蓄电池(17)内;当无需光伏发电时,所述光伏电池彼此之间堆叠存放。
4.根据权利要求1所述一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,其特征在于:所述第一控制阀(7)和第二控制阀(9)用于控制所述第一冷凝器(8)和第二冷凝器(10)各自所需的制冷剂的量。
5.根据权利要求1所述一种太阳能光伏热栗海水淡化及制热制冷耦合系统,其特征在于:所述固定板墙(2)的上部为实心结构,所述固定板墙(2)和第一活动板墙(3)之间通过锯齿插接结构连接,并实现密封;所述保温箱(I)的顶部设有用于插装所述第一活动板墙(3)的插装口。
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