CN108203198B - 一种pv/t驱动热膜结合海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，涉及海水淡化技术领域，包括PV/T子系统，增湿除湿子系统和反渗透膜子系统。其中，PV/T子系统包括逆变器，集热循环泵，PV/T集热器阵列；增湿除湿子系统包括压缩机，冷凝器，节流阀，辅助换热器，一级海水喷淋器，一级加湿器，一级浓海水采集器，热水循环泵，出风调节阀，离心风机，冷却海水循环泵，蒸发器，预冷器，淡水采集器，补水器，二级热水喷淋器，二级加湿器，浮球阀，二级处理水采集器，残液排放阀，进风调节阀；反渗透膜子系统包括海水沉淀池，原水泵，PP棉滤芯，微孔折叠滤芯，增压泵，RO反渗透膜，紫外杀菌器，颗粒活性炭过滤器，分流三通。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统。
背景技术
我国目前尚有很多地区，如岛礁、盐碱地、船舰等，由于地理位置、气候环境等原因而存在淡水资源匮乏的问题，淡水稀缺严重威胁了当地居民的健康生活。目前解决淡水供应的途径主要有三种方法：开发当地水资源，水利运水以及就地海水淡化。其中开发当地水资源以及水利运水均易受地理位置的影响而难以开展，相比之下，海水淡化作为一种建设规模灵活、产水水质好的技术可应用于淡水资源匮乏的地区。
目前，快速发展的反渗透膜海水淡化技术要直接生产达到饮用水标准的淡水，仍需要消耗较大的泵功，对电能的依赖程度较高。而海水淡化技术的另一思路——热法海水淡化由于其以热量作为驱动力，无需再由其他能源形势转换为热量，因此近些年受到很大程度的关注。对于一些淡水需求量相对分散、缺水又缺电的地区，尤其是对于岛礁的前期开发、守岛部队的岗哨以及远洋船舰的生活用水及饮用水，这就需要利用低品位能源，如太阳能、风能、潮汐能、废热等，制造小型化、接口丰富、移动式分散产水的海水淡化设备来解决缺水问题。
中国专利CN 106986489A和CN107117756A公开了一种热膜结合的海水淡化系统，主要包括海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元，该装置主要利用热法海水淡化的热量以提高反渗透膜的膜通量，且将热法海水淡化所产生的冷却水直接提供给膜法海水淡化作为原水，使得海水取水量和排水量显著减少。虽然该装置以冷却水的形式回收了热法海水淡化的热量来提供反渗透的膜通量，但针对热法所采用的低温多效海水淡化装置，其仍不可避免热法海水淡化装置结垢的问题，同时低温多效海水淡化装置复杂，需要专人维护。中国专利CN 103058438A公开了一种带汽轮机的热膜耦合海水淡化系统，包括海水预处理单元、反渗透单元、低温多效单元，虽然该装置以汽轮机带动高压泵以减少高压泵所带来的高能耗，且从汽轮机排出的乏汽仍可进入低温多效单元进行换热，但该系统仍需为汽轮机提供稳定的蒸汽来源从而驱动反渗透单元的增压泵来工作。因此，该系统对选址、维护要求较为严格，不适合用于独立的小型海水淡化装置。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，利用PV/T子系统在完成发电的同时提供增湿除湿子系统所需要的热量，发电系统可与原有电网输配系统无缝对接，利用反渗透膜技术完成对原海水的初级淡化处理，并以反渗透膜子系统所提供的淡水作为增湿除湿子系统的补充水从而减少对机组的防腐蚀要求，且增湿除湿子系统的冷却水又可为反渗透膜子系统提供具有一定温度的海水，增加膜通量，减少渗透压，利用反渗透膜海水淡化技术提供日常生活用水，利用增湿除湿海水淡化技术提供饮用水，实现生活用水、饮用水的分步独立供应。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，利用PV/T子系统在完成发电的同时提供增湿除湿子系统所需要的热量，发电系统可与原有电网输配系统无缝对接，利用反渗透膜技术完成对原海水的初级淡化处理，并以反渗透膜子系统所提供的淡水作为增湿除湿子系统的补充水从而减少对机组的防腐蚀要求，且增湿除湿子系统的冷却水又可为反渗透膜子系统提供具有一定温度的海水，增加膜通量，减少渗透压，利用反渗透膜海水淡化技术提供日常生活用水，利用增湿除湿海水淡化技术提供饮用水，实现生活用水、饮用水的分步独立供应。
为实现上述目的，本发明提供了一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，包括PV/T子系统，增湿除湿子系统，反渗透膜子系统；
所述PV/T子系统包括逆变器，集热循环泵，PV/T集热器阵列；
所述增湿除湿子系统包括压缩机，冷凝器，节流阀，辅助换热器，一级海水喷淋器，一级加湿器，一级浓海水采集器，热水循环泵，出风调节阀，离心风机，冷却海水循环泵，蒸发器，预冷器，淡水采集器，补水器，二级热水喷淋器，二级加湿器，浮球阀，二级处理水采集器，残液排放阀，进风调节阀；
所述反渗透膜子系统包括海水沉淀池，原水泵，PP棉滤芯，微孔折叠滤芯，增压泵，RO反渗透膜，紫外杀菌器，颗粒活性炭过滤器，分流三通。
进一步地，所述PV/T集热器阵列的循环介质入口与所述集热循环泵的出口连通，所述集热循环泵的入口与所述辅助换热器的循环介质出口连通，所述辅助换热器的循环介质入口与所述PV/T集热器阵列的循环介质出口连通，形成一个集热循环；所述PV/T集热器阵列的发电输送出口与所述逆变器的入口连接，所述逆变器的出口与所述增湿除湿子系统的负载端用电入口连接，所述逆变器的出口还与所述反渗透膜子系统的负载端用电入口连接。
进一步地，所述海水沉淀池的入口与海水源头连通，所述原水泵的入口与所述海水沉淀池的出口连通，所述PP棉滤芯的入口与所述原水泵的出口连通，所述微孔折叠滤芯的入口与所述PP棉滤芯的出口连通，所述增压泵的入口与所述微孔折叠滤芯的出口连通，所述RO反渗透膜的入口与所述微孔折叠滤芯的出口连通，所述紫外杀菌器的入口与所述RO反渗透膜的出口连通，所述颗粒活性炭过滤器的入口与所述紫外杀菌器的出口连通，所述分流三通的入口与所述颗粒活性炭过滤器的出口连通，所述分流三通的一路出口与所述补水器的入口连通，为所述增湿除湿子系统提供补充水，所述分流三通的另外一路出口提供生活淡水。
进一步地，所述压缩机的排气出口与所述冷凝器的入口连通，所述节流阀的入口与所述冷凝器的出口连通，所述蒸发器的入口与所述节流阀的出口连通，所述蒸发器的出口与所述压缩机的吸气入口连通，形成一个完整的热泵循环；
所述冷凝器的入口还与所述热水循环泵的出口连通，所述辅助换热器的入口与所述冷凝器的出口连通，所述二级热水喷淋器的入口与所述辅助换热器的出口连通，所述二级热水喷淋器被置于所述二级加湿器的正上方，所述二级处理水采集器被设置于所述二级加湿器的正下方，所述二级处理水采集器的上游出口与所述热水循环泵的入口连通，所述二级处理水采集器的下游出口与所述残液排放阀的入口连通，形成一个完整的热水加湿循环；
所述分流三通的一路出口作为所述增湿除湿子系统的补水端，与所述补水器的入口连通，所述浮球阀的入口与所述补水器的出口连通，所述浮球阀被设置于所述二级处理水采集器的内部；
所述冷却海水循环泵的入口与进料海水相连通，所述预冷器的入口与所述冷却海水循环泵的出口连通，所述淡水采集器被设置于所述预冷器的正下方，所述一级海水喷淋器的入口与所述预冷器的出口连通，所述一级海水喷淋器被置于所述一级加湿器的正上方，所述一级浓海水采集器被设置于所述一级加湿器的正下方，所述一级浓海水采集器的出口与所述海水沉淀池的入口连通；
所述二级加湿器，所述补水器，所述预冷器，所述蒸发器，所述离心风机，所述一级加湿器依次相连，所述一级加湿器的出风口通过所述进风调节阀与所述二级加湿器的进风口连接，所述蒸发器的出风口通过所述出风调节阀与所述一级加湿器的进风口连接，形成一个可调循环风道。
进一步地，所述冷凝器被设置为体积更紧凑的高效罐换热器，所述辅助换热器被设置为高效板式换热器，所述一级加湿器被设置为蜂窝纸填料，所述二级加湿器被设置为多面空心填料球。
进一步地，所述补水器、所述预冷器与所述蒸发器均为翅片管式换热器，所述翅片间距被设置为3.0mm，所述预冷器与所述二级加湿器之间被设置为保留30mm的缓冲区。
进一步地，其特征在于，所述预冷器的管排数被设置为1排。
进一步地，所述浮球阀被设置为在所述二级处理水采集器的液位达到无需补水的高度时关闭所述浮球阀，所述进风调节阀和所述出风调节阀被设置为根据环境温湿度自由调节循环风量。
进一步地，所述PV/T子系统被设置为与当地电网并联，实现两者的无缝对接。
进一步地，所述反渗透膜子系统被设置为每日产水量为1m3，脱盐率大于90％。
在本发明的另一较佳实施方式中，电能部分可由PV发电系统、风能发电系统、潮汐发电系统、就地电网等来提供，热能可由太阳能集热器阵列，废热，如工业废热、发电站废热、发电机废热来提供。
本发明的有益技术效果包括以下四方面：
(1)本发明所提供的一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，利用PV/T子系统在完成发电的同时提供增湿除湿子系统所需要的热量，发电系统可与原有电网输配系统无缝对接，利用反渗透膜技术完成对原海水的初级淡化处理，并以反渗透膜子系统所提供的淡水作为增湿除湿子系统的补充水从而减少对机组的防腐蚀要求，且增湿除湿子系统的冷却水又可为反渗透膜子系统提供具有一定温度的海水，增加膜通量，减少渗透压，利用反渗透膜海水淡化技术提供日常生活用水，利用增湿除湿海水淡化技术提供饮用水，实现生活用水、饮用水的分步独立供应。
(2)本发明所提供的一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，利用当地的太阳能资源，来驱动反渗透膜子系统和增湿除湿子系统，利用冷却海水作为增湿除湿子系统的冷却水，不仅可以回收系统的冷凝潜热，还可以作为一级加湿器的喷淋水，做到系统热量的高效回收利用；经反渗透膜处理后的淡水，其虽尚未达到饮用水标准，但仍可作为增湿除湿子系统的补水端，在很大程度上减少了增湿除湿子系统的防腐要求。同时，系统配备丰富的接口，可根据当地的实际情况选择不同的能源供给方式，既可为满足海水淡化系统的电力需求，减小对电能的依赖性，减轻电网的负担，保证阴雨天气和夜间的正常生产，又可为增湿除湿子系统提供低品位热源。
(3)本发明不仅完成了对系统全部冷凝潜热的回收再利用，提高了系统热回收效率，较高程度上实现了能量的阶梯利用，降低了系统常规电能的消耗，同时对一级加湿器内尚未完全蒸发的浓海水进行回收，又完成了全部显热的回收再利用。增湿除湿子系统的热质传递过程均在常压下进行，简化了设备规模，降低了对零部件的技术要求，以反渗透膜子系统处理后的淡水作为增湿除湿子系统的补充水则降低了设备的结垢倾向，较好的实现了PV/T子系统、增湿除湿子系统以及反渗透膜子系统的有机结合。
(4)本发明所提供的一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，亦可根据当地太阳能资源情况实现离网和并网运行模式的切换。当太阳辐照较弱无法被PV/T集热器阵列利用时，进入并网运行模式：由就地电网提供系统所需的电能，同时由于PV/T集热循环热媒问题较低，因此，增湿除湿子系统仅开启热泵。此时冷凝器则作为唯一热源，在保证蒸发端与冷凝端热量平衡的前提下开启补水器以补充循环淡水。当太阳辐照较好时，此时PV/T集热器阵列不仅可满足系统的电能需求，亦可为增湿除湿子系统提供额外的辅助热源。循环热水的热源由热泵冷凝器和集热器共同承担，并通过补水器、预冷器和蒸发器完成淡水的析出，同时回收冷凝潜热作为一级加湿器的喷淋水。此时一级加湿器排出的冷却水被排放至海水沉淀池，可在一定程度上增加反渗透膜子系统进料海水的温度，从而提高其膜通量，以及减少渗透压。上述两种运行模式在保证一定产水量的前提下可为不同的应用场合提供可选性，本发明的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统热回收效率高，尤其适合在太阳能资源丰富、常规能源匮乏的场合使用。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的系统结构示意图。
其中，100-PV/T子系统，200-增湿除湿子系统，300-反渗透膜子系统，1-逆变器，2-集热循环泵，3-PV/T集热器阵列，4-压缩机，5-冷凝器，6-节流阀，7-辅助换热器，8-一级海水喷淋器，9-一级加湿器，10-一级浓海水采集器，11-热水循环泵，12-出风调节阀，13-离心风机，14-冷却海水循环泵，15-蒸发器，16-预冷器，161-淡水采集器、17-补水器，18-二级热水喷淋器，19-二级加湿器，20-浮球阀，21-二级处理水采集器，22-残液排放阀，23-进风调节阀，24-海水沉淀池，25-原水泵，26-PP棉滤芯，27-微孔折叠滤芯，28-增压泵，29-RO反渗透膜，30-紫外杀菌器，31-颗粒活性炭过滤器，32-分流三通。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明实施例提供的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统包括：PV/T子系统100，增湿除湿子系统200，反渗透膜子系统300。其中，PV/T子系统100包括逆变器1，集热循环泵2，PV/T集热器阵列3；增湿除湿子系统200包括压缩机4，冷凝器5，节流阀6，辅助换热器7，一级海水喷淋器8，一级加湿器9，一级浓海水采集器10，热水循环泵11，出风调节阀12，离心风机13，冷却海水循环泵14，蒸发器15，预冷器16，淡水采集器161，补水器17，二级热水喷淋器18，二级加湿器19，浮球阀20，二级处理水采集器21，残液排放阀22，进风调节阀23；反渗透膜子系统300包括海水沉淀池24，原水泵25，PP棉滤芯26，微孔折叠滤芯27，增压泵28，RO反渗透膜29，紫外杀菌器30，颗粒活性炭过滤器31，分流三通32。
在PV/T子系统100中，PV/T集热器阵列3的循环介质入口与集热循环泵2的出口连通，集热循环泵2的入口与辅助换热器7的循环介质出口连通，辅助换热器7的循环介质入口与PV/T集热器阵列3的循环介质出口连通，形成一个集热循环。PV/T子系统集热循环采用温差循环控制，当PV/T集热器阵列3的进出口温差大于5℃时，集热循环泵2启动，当温差小于2℃时，集热循环泵2停止。PV/T集热器阵列3的发电输送出口与逆变器1的入口连接，逆变器1的出口与增湿除湿子系统200的负载端用电入口连接，逆变器1的出口还与反渗透膜子系统300的负载端用电入口连接，从而进行电力输送。逆变器1为反渗透膜子系统300和增湿除湿子系统200的负载提供电能，同时与当地电网接轨实现无缝对接，保证太阳辐照较弱时系统可正常生产。
反渗透膜子系统300被设置为每日产水量为1m3，脱盐率大于90％。在反渗透膜子系统300中，海水沉淀池24的入口与海水源头连通，原水泵25的入口与海水沉淀池24的出口连通，PP棉滤芯26的入口与原水泵25的出口连通，微孔折叠滤芯27的入口与PP棉滤芯26的出口连通，增压泵28的入口与微孔折叠滤芯27的出口连通，RO反渗透膜29的入口与微孔折叠滤芯27的出口连通，紫外杀菌器30的入口与RO反渗透膜29的出口连通，颗粒活性炭过滤器31的入口与紫外杀菌器30的出口连通，分流三通32的入口与颗粒活性炭过滤器31的出口连通。分流三通32的一路出口与补水器17的入口连通，以便为增湿除湿子系统200提供补充水，分流三通32的另外一路出口用以提供生活淡水。
在反渗透膜子系统300中，海水沉淀池24被设置为去除原海水中的悬浮物、泥沙、胶体等，同时接受来自于一级浓海水采集器10的仍具有一定温度的海水，原海水和来自于一级浓海水采集器10的仍具有一定温度的海水两者混合之后，初步提高反渗透膜子系统300的进料海水温度，从而增加RO反渗透膜29的膜通量以及减少渗透压；经初步预处理之后的海水首先经过PP棉滤芯26以去除海水大颗粒杂质(如铁锈)完成前级粗滤，之后进入微孔折叠滤芯27完成进入RO反渗透膜29之前的前置过滤以去除有机物、微量重金属元素，完成前置过滤的海水在增压泵28的推动下进入RO反渗透膜29以去除绝大部分的无机盐、有机物、微生物、亚硝酸盐等，由于经RO反渗透膜29后的淡水仅需达到生活用水的标准而无需达到饮用水标准，因此可在很大程度上降低对增压泵28和RO反渗透膜29的要求，经RO反渗透膜29过滤后的淡水直接进入紫外杀菌器30以完全杀灭淡水中的细菌、微生物，之后进入颗粒活性炭过滤器31以进一步改善水质，经反渗透处理后的淡水进入分流三通32，一部分则作为生活用水直接排出系统，另一部分则作为增湿除湿子系统200的补充水，这样不仅实现了生活用水和饮用水的独立供应，也在很大程度上降低了增湿除湿子系统200的防腐要求。
在增湿除湿子系统200中，压缩机4的排气出口与冷凝器5的入口连通，节流阀6的入口与冷凝器5的出口连通，蒸发器15的入口与节流阀6的出口连通，蒸发器15的出口与压缩机4的吸气入口连通，形成一个完整的热泵循环。
冷凝器5的入口还与热水循环泵11的出口连通，辅助换热器7的入口与冷凝器5的出口连通，二级热水喷淋器18的入口与辅助换热器7的出口连通，二级热水喷淋器18被置于二级加湿器19的正上方，二级处理水采集器21被设置于二级加湿器19的正下方，二级处理水采集器21的上游出口与热水循环泵11的入口连通，二级处理水采集器21的下游出口与残液排放阀22的入口连通，形成一个完整的热水加湿循环。
分流三通32的一路出口作为增湿除湿子系统200的补水端，与补水器17的入口连通，浮球阀20的入口与补水器17的出口连通，浮球阀20被设置于二级处理水采集器21的内部，以保证循环热水的水位。
冷却海水循环泵14的入口与进料海水相连通，预冷器16的入口与冷却海水循环泵14的出口连通，淡水采集器161被设置于预冷器16的正下方，一级海水喷淋器8的入口与预冷器16的出口连通，一级海水喷淋器8被置于一级加湿器9的正上方，一级浓海水采集器10被设置于一级加湿器9的正下方，一级浓海水采集器10的出口与反渗透膜子系统300的海水沉淀池24的入口连通，尚未蒸发仍具有一定温度的海水被排入海水沉淀池24。
二级加湿器19、补水器17、预冷器16、蒸发器15、离心风机13与一级加湿器9依次相连，一级加湿器9的出风口通过进风调节阀23与二级加湿器19的进风口连接，蒸发器15的出风口通过出风调节阀12与一级加湿器9的进风口连接，形成一个可调循环风道。
冷凝器5被设置为体积更紧凑的高效罐换热器，辅助换热器7被设置为高效板式换热器，一级加湿器9被设置为蜂窝纸填料，二级加湿器19被设置为多面空心填料球。补水器17、预冷器16与蒸发器15均为翅片管式换热器，翅片间距被设置为3.0mm，预冷器16与二级加湿器19之间被设置为保留30mm的缓冲区，以防止气中带液进入冷凝区域。预冷器16的管排数被设置为1排。浮球阀20被设置为在二级处理水采集器的液位达到无需补水的高度时关闭浮球阀，进风调节阀23和出风调节阀12被设置为根据环境温湿度自由调节循环风量。
热水依次流经冷凝器5和辅助换热器7完成加热升温，由二级热水喷淋器18均匀喷淋在二级加湿器19以形成均匀液膜，空气在离心风机13的抽动下流过二级加湿器19完成对空气的加热增湿，此时二级加湿器19被设置为具有更高蒸发比表面积的直径为25mm的多面空心填料球。
补水器17首次与经二级加湿器19加热增湿后的高温饱和湿空气接触，完成对高温饱和湿空气的首次冷凝并析出淡水，回收的冷凝潜热又可以将冷却海水的温度加热至尽可能高，此时作为补充热水流至二级处理水采集器21以避免热水温度下降。当二级水处理采集器21中的水位无需补水时，浮球阀20关闭，此时补水器17内的热水将不再继续与高湿饱和湿空气换热，这样可提高预冷器16出水温度从而保证一级加湿器9的加湿量。
预冷器16以冷海水作为冷却水，完成对经补水器17预冷后的湿空气第二次冷凝并析出淡水，同时回收冷凝潜热。被预冷器16预热后的海水则作为一级加湿器9的喷淋水，与此同时从蒸发器15出来的低温饱和湿空气在离心风机13的驱动下流过一级加湿器9完成对低温饱和湿空气的预热加湿。
蒸发器25以制冷剂为冷却工质，完成对经二次冷凝后湿空气的第三次冷凝并析出淡水，同时吸收的冷凝潜热则作为热泵的低温热源。
本发明实施例提供的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统可实现并网运行和离网运行模式的切换，其工作原理分别如下：
1、当太阳辐照较弱无法被PV/T集热器阵列3利用时，本发明实施例提供的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统进入并网运行模式：
由就地电网提供系统所需的电能，同时由于PV/T集热循环热媒问题较低，因此，增湿除湿子系统200仅开启热泵。启动时，经海水沉淀池24预处理后的海水由原水泵25抽入PP棉滤芯26和微孔折叠滤芯27完成海水的前置过滤处理，之后由增压泵28将前置过滤处理后的海水加压并送至RO反渗透膜29进行脱盐处理，经该步骤已去除绝大多数的无机盐、有机物、细菌等，之后得到的淡水分别经过紫外杀菌器30和颗粒活性炭过滤器31进一步杀菌消毒、灭菌、去除异味，通过上述反渗透步骤所产生的淡水已达到了生活用水的标准，但尚未达到饮用水的标准。此时，由分流三通32分流出一路经反渗透膜子系统300处理后的淡水作为补充水进入增湿除湿子系统200，进一步进行脱盐处理以达到饮用水的标准。当二级处理水采集器21的水位达到设定高度时，启动热水循环泵11以及离心风机13，延时3min后启动热泵机组，此时增湿除湿子系统200进入热泵增湿除湿运行模式。经反渗透膜子系统300处理后的淡水由热水循环泵11经冷凝器5完成对冷水的加热升温，被加热的淡水由二级热水喷淋器18均匀喷淋至二级加湿器19上，尚未蒸发的热水由于仍保持一定的温度则被设置在二级加湿器19正下方的二级处理水采集器21收集，然后经上游出口由热水循环泵11重新打入冷凝器5进行再次加热。空气在离心风机13的抽动下流过二级加湿器19完成加热增湿变成高温饱和湿空气。利用补水器17完成对高温饱和湿空气的首次冷凝并析出淡水，吸收冷凝潜热后的淡水作为补充水经浮球阀20流入二级处理水采集器21。与此同时经第一次冷凝后的湿空气则继续流经蒸发器15完成第二次冷凝并析出淡水。经二次冷凝后的低温饱和湿空气此时作为回风，流经二级加湿器19完成再次加热增湿，以此往复循环。当系统停机时，二级处理水采集器21内的残液由于持续蒸发后无机盐的浓度有所增加，故全部排出。
2、当太阳辐照较好，PV/T集热器阵列3可被利用时，本发明实施例提供的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统进入离网运行模式：
当太阳辐照较好时，此时PV/T集热器阵列3不仅可满足系统的电能需求，亦可为增湿除湿子系统200提供额外的辅助热源。启动时，集热循环泵2处于激活状态，此时集热循环所得热量由辅助换热器7传递给被加热的淡水，PV/T集热器阵列3所产生的电能经控制器和逆变器1输送给系统各负载。经海水沉淀池24预处理后的海水由原水泵25抽入PP棉滤芯26和微孔折叠滤芯27完成海水的前置过滤处理，之后由增压泵28将前置过滤处理后的海水加压并送至RO反渗透膜29进行脱盐处理，经该步骤已去除绝大多数的无机盐、有机物、细菌等，之后得到的淡水分别经过紫外杀菌器30和颗粒活性炭过滤器31进一步杀菌消毒、灭菌、去除异味，通过上述反渗透步骤所产生的淡水已达到了生活用水的标准，但尚未达到饮用水的标准。此时，由分流三通32分流出一路经反渗透膜子系统300处理后的淡水作为补充水进入增湿除湿子系统200，进一步进行脱盐处理以达到饮用水的标准。当二级处理水采集器21的水位达到设定高度时，启动热水循环泵11以及离心风机13，延时3min后启动热泵机组。经反渗透膜子系统300处理后的淡水由热水循环泵11分别经冷凝器5和辅助换热器7完成对淡水的加热升温，被加热的淡水由二级热水喷淋器18均匀喷淋至二级加湿器19上，尚未蒸发的热水由于仍保持一定的温度则被设置于二级加湿器19正下方的二级处理水采集器21收集，然后经上游出口由热水循环泵11重新打入冷凝器5进行再次加热。空气在离心风机13的抽动下流过二级加湿器19完成加热增湿变成高温饱和湿空气。利用补水器17完成对高温饱和湿空气的首次冷凝并析出淡水，吸收冷凝潜热后的淡水作为补充水经浮球阀20流入二级处理水采集器21。与此同时经第一次冷凝后的湿空气则继续流经蒸发器15完成第二次冷凝并析出淡水。经二次冷凝后的低温饱和湿空气此时作为回风，流经二级加湿器19完成再次加热增湿。当二级喷淋水温度超过40℃时，此时开启冷却海水循环泵14，从补水器17流出的饱和湿空气流过预冷器16完成对饱和空气的第二次冷凝并析出淡水，与此同时吸收冷凝潜热升温后的冷却水则作为一级加湿器9的喷淋水，之后饱和湿空气继续流过蒸发器15完成第三次冷凝并析出淡水。经过蒸发器15冷凝之后的低温饱和湿空气则作为回风，经过一级加湿器9完成对湿空气的预加热加湿，之后继续经过二级加湿器19进一步对空气进行加热增湿，以此往复循环。从一级浓海水采集器10流出的仍具有一定温度的海水则通过重力自然流至海水沉淀池24以提高进入反渗透膜子系统300的原海水温度，从而提高RO反渗透膜29的膜通量和减少渗透压。当系统停机时，二级处理水采集器21内的残液由于持续蒸发后无机盐的浓度有所增加，故全部排出。
本发明实施例所提供的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统是利用当地的太阳能资源，以驱动反渗透膜子系统300和增湿除湿子系统200，利用冷却海水作为增湿除湿子系统200的冷却水，不仅可以回收系统的冷凝潜热，还可以作为一级加湿器9的喷淋水，做到系统热量的高效回收利用；经RO反渗透膜29处理后的淡水虽尚未达到饮用水标准，但仍可作为增湿除湿子系统200的补水端，在很大程度上减少了增湿除湿子系统200的防腐要求。同时，所述PV/T驱动热膜结合海水淡化系统配备丰富的接口，可根据当地的实际情况选择不同的能源供给方式，既可满足所述PV/T驱动热膜结合海水淡化系统的电力需求，减小对电能的依赖性，减轻电网的负担，保证阴雨天气和夜间的正常生产，又可为增湿除湿子系统200提供低品位热源。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，其特征在于，包括PV/T子系统，增湿除湿子系统，反渗透膜子系统；
所述PV/T子系统包括逆变器，集热循环泵，PV/T集热器阵列；
所述增湿除湿子系统包括压缩机，冷凝器，节流阀，辅助换热器，一级海水喷淋器，一级加湿器，一级浓海水采集器，热水循环泵，出风调节阀，离心风机，冷却海水循环泵，蒸发器，预冷器，淡水采集器，补水器，二级热水喷淋器，二级加湿器，浮球阀，二级处理水采集器，残液排放阀，进风调节阀；
所述反渗透膜子系统包括海水沉淀池，原水泵，PP棉滤芯，微孔折叠滤芯，增压泵，RO反渗透膜，紫外杀菌器，颗粒活性炭过滤器，分流三通；
所述压缩机的排气出口与所述冷凝器的入口连通，所述节流阀的入口与所述冷凝器的出口连通，所述蒸发器的入口与所述节流阀的出口连通，所述蒸发器的出口与所述压缩机的吸气入口连通，形成一个完整的热泵循环；
所述冷凝器的入口还与所述热水循环泵的出口连通，所述辅助换热器的入口与所述冷凝器的出口连通，所述二级热水喷淋器的入口与所述辅助换热器的出口连通，所述二级热水喷淋器被置于所述二级加湿器的正上方，所述二级处理水采集器被设置于所述二级加湿器的正下方，所述二级处理水采集器的上游出口与所述热水循环泵的入口连通，所述二级处理水采集器的下游出口与所述残液排放阀的入口连通，形成一个完整的热水加湿循环；
所述分流三通的一路出口作为所述增湿除湿子系统的补水端，与所述补水器的入口连通，所述浮球阀的入口与所述补水器的出口连通，所述浮球阀被设置于所述二级处理水采集器的内部；
所述冷却海水循环泵的入口与进料海水相连通，所述预冷器的入口与所述冷却海水循环泵的出口连通，所述淡水采集器被设置于所述预冷器的正下方，所述一级海水喷淋器的入口与所述预冷器的出口连通，所述一级海水喷淋器被置于所述一级加湿器的正上方，所述一级浓海水采集器被设置于所述一级加湿器的正下方，所述一级浓海水采集器的出口与所述海水沉淀池的入口连通；
所述二级加湿器，所述补水器，所述预冷器，所述蒸发器，所述离心风机，所述一级加湿器依次相连，所述一级加湿器的出风口通过所述进风调节阀与所述二级加湿器的进风口连接，所述蒸发器的出风口通过所述出风调节阀与所述一级加湿器的进风口连接，形成一个可调循环风道；
所述海水沉淀池的入口与海水源头连通，所述原水泵的入口与所述海水沉淀池的出口连通，所述PP棉滤芯的入口与所述原水泵的出口连通，所述微孔折叠滤芯的入口与所述PP棉滤芯的出口连通，所述增压泵的入口与所述微孔折叠滤芯的出口连通，所述RO反渗透膜的入口与所述微孔折叠滤芯的出口连通，所述紫外杀菌器的入口与所述RO反渗透膜的出口连通，所述颗粒活性炭过滤器的入口与所述紫外杀菌器的出口连通，所述分流三通的入口与所述颗粒活性炭过滤器的出口连通，所述分流三通的一路出口与所述补水器的入口连通，为所述增湿除湿子系统提供补充水，所述分流三通的另外一路出口提供生活淡水；
其中所述PV/T集热器阵列的循环介质入口与所述集热循环泵的出口连通，所述集热循环泵的入口与所述辅助换热器的循环介质出口连通，所述辅助换热器的循环介质入口与所述PV/T集热器阵列的循环介质出口连通，形成一个集热循环；所述PV/T集热器阵列的发电输送出口与所述逆变器的入口连接，所述逆变器的出口与所述增湿除湿子系统的负载端用电入口连接，所述逆变器的出口还与所述反渗透膜子系统的负载端用电入口连接；
所述PV/T子系统被设置为与当地电网并联，实现两者的无缝对接；
所述反渗透膜子系统被设置为每日产水量为1m3，脱盐率大于90%。
2.如权利要求1所述的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，其特征在于，所述冷凝器被设置为体积更紧凑的高效罐换热器，所述辅助换热器被设置为高效板式换热器，所述一级加湿器被设置为蜂窝纸填料，所述二级加湿器被设置为多面空心填料球。
3.如权利要求2所述的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，其特征在于，所述补水器、所述预冷器与所述蒸发器均为翅片管式换热器，所述翅片间距被设置为3.0mm，所述预冷器与所述二级加湿器之间被设置为保留30mm的缓冲区。
4.如权利要求2所述的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，其特征在于，所述预冷器的管排数被设置为1排。
5.如权利要求2所述的PV/T驱动热膜结合海水淡化系统，其特征在于，所述浮球阀被设置为在所述二级处理水采集器的液位达到无需补水的高度时关闭所述浮球阀，所述进风调节阀和所述出风调节阀被设置为根据环境温湿度自由调节循环风量。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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