CN108619914B

CN108619914B - 一种使用太阳能热泵的膜蒸馏系统

Info

Publication number: CN108619914B
Application number: CN201710154392.0A
Authority: CN
Inventors: 郭智; 张新妙; 栾金义; 彭海珠
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: CN108619914A

Abstract

本发明公开了一种新型的太阳能热泵‑膜蒸馏系统，旨在利用直膨式太阳能热泵加热原水，从而达到从整体上降低膜蒸馏过程能耗的目的。太阳能热泵能够全天候加热原水，解决了传统太阳能集热管在光照不足时，加热效率偏低的问题。直膨式太阳能热泵将热泵和太阳能集热装置整合，提高了整个系统的集成度，可简化操作流程及降低其他运行成本。同时，经过特别设计的膜蒸馏组件能够实现对水蒸气相变热的充分回收，提高了过程的热效率。

Description

一种使用太阳能热泵的膜蒸馏系统

技术领域

本发明涉及一种膜蒸馏系统，具体涉及利用直膨式太阳能热泵获取热量加热原水，并结合具有热量回收功能的膜组件回收水蒸气的相变热，用于补充维持原水温度所需的热量，该系统可达到降低膜蒸馏过程整体能耗的目的。

背景技术

太阳能热水系统是通过太阳能集热管从阳光中获取热量对水进行加热，从而得到生活所需热水的装置。由于其具有节能环保的优势，近年来在世界多地得到快速发展。但是常规太阳能热水系统存在诸如加热周期较长；阴天及冬季加热效率低需要电加热进行辅助以及无法全天候供应热水等问题，限制了该技术的进一步推广使用。热泵是一种可将热量从低温端转移到高温端的装置，可以从自然界中获取低品位热能，经过消耗电能做功，向人们提供高品位热能。因此将太阳能热水系统与热泵结合起来，即太阳能热泵，不仅可以利用热泵技术的特性克服传统太阳能热水系统存在的技术短板，又能使两种系统合二为一，提高系统集成度，这对有效降低加热过程能耗具有十分重要的意义。

太阳能热泵一般直接使用太阳能作为热泵蒸发器的热源，根据太阳能集热器与热泵蒸发器的不同组合型式，可分为直接膨胀式（直膨式）和非直接膨胀式（非直膨式）。非直膨式系统的典型特征为太阳能集热器与热泵蒸发器是相互独立的；而直膨式系统则是将两者结合成为一体。晴天时，制冷剂在太阳能集热蒸发器中，通过吸收太阳辐射气化，并在压缩机的作用下变为高温高压气体，随后气态制冷剂进入冷凝器液化放热，使水升温。冷凝后的制冷剂经过膨胀阀后再一次流进太阳能集热蒸发器中，由此完成一次热循环。当处于阴天或夜间时，太阳能集热蒸发器可以吸收周围环境中的热量生产热水。

膜蒸馏是一种将膜技术与传统蒸馏相结合的新型分离技术。该技术基于疏水膜的特性，仅允许被加热原水端的气态水分子透过分离膜，因此具有脱盐率高、产水水质好和水回收率高等优势，可被广泛应用于海水/苦咸水/废水的淡化、脱盐及浓缩等工业过程。但使用传统的电热管加热原水的方式会导致膜蒸馏过程的能耗及运行成本过高。而太阳能热泵技术可替代电加热，全天候加热原水（水温可控制在60-80°C之间）。使用太阳能热泵的膜蒸馏系统较单一膜蒸馏系统的能耗大大降低，不产生二次污染且能够减少运行费用，可以实现节能降耗、环保和节约成本三重效益。

中国专利CN203155103U涉及一种结合太阳能的膜组件和膜蒸馏系统。膜组件包括了设有冷壁的冷工质容腔和设有膜的热工质容腔，膜的渗透侧与冷壁之间有间隙，相当于一种气隙膜蒸馏组件。这套膜蒸馏装置需使用太阳能发电系统，利用热电制冷技术让冷工质容腔保持低温状态，设备复杂且投入较高，也没有实现对产生蒸汽相变热的回用，热能利用效率较低。

中国专利CN104261608A公布了一种太阳能膜蒸馏海水淡化方法，包括一种中空纤维膜和中空纤维冷凝管呈交错编制填充的膜蒸馏组件，以及配套的太阳能集热系统。该专利中膜组件的设计实现了冷凝潜热的回收，提高了热能利用率。但是膜组件的制备过程较为复杂；且在膜组件被污染导致性能下降后，交错式的中空纤维膜和中空纤维冷凝管不易清洗与更换。

中国专利CN103663590A公布了一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，该装置将热泵和真空膜蒸馏组件进行了整合，其特征在于利用制冷剂回收水蒸气相变散发的热量，并用来加热蒸发器（膜组件）中的污水以达到热量回收利用的效果，具有回收用水、浓缩废液和节约能源的三大功能。但是该发明中使用的膜组件为柱型膜管，膜有效面积不大，因此膜通量不会太高。此外，该装置完全通过电加热的方式对原水进行加热，故整体能耗仍然较高。

和上述专利相比，本发明涉及一种将太阳能热泵和膜蒸馏过程相结合的膜蒸馏系统，利用太阳能热泵代替传统的电加热管，将膜蒸馏过程的原水水温提升至所需温度，减少因加热原水对电能的大量消耗。其次，本发明能够回收水蒸气的相变热，提高了膜蒸馏过程中的热能利用效率。第三，直膨式太阳能热泵的应用，使得系统集成度较高，减少设备投资，降低操作难度。此外，中空纤维膜的使用保证了该装置拥有足够的有效膜面积，可以得到较高的膜通量。膜组件经过特殊设计，可方便对组件内的中空纤维膜进行更换和清洗。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，利用太阳能热泵代替传统膜蒸馏过程中的电加热方式对原料液进行加热，可有效降低膜蒸馏的能耗和运行费用。

本发明的另一个目的是基于特殊设计的膜组件，可有效回收利用水蒸气的相变热，提高膜蒸馏过程的热能利用效率。

本发明的第三个目的是直接利用直膨式太阳能热泵，提高系统的集成度，降低操作难度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，包括：碱液清洗箱1、酸液清洗箱4、膜蒸馏组件41、产水收集装置和太阳能热泵系统；

所述膜蒸馏组件41包括：热原水进口44、热原水出口48、冷原水进口46、冷原水出口47和产水/水蒸气出口45；

所述太阳能热泵系统包括：水箱15、冷凝器26、压缩机23、太阳能集热蒸发器21、膨胀阀19、过滤器Ⅰ20和储液罐18；所述冷凝器26位于水箱15内；所述太阳能集热蒸发器21的一端与压缩机23的进口相连，压缩机23的出口与冷凝器26的进口相连，冷凝器26的出口与储液罐18的进口相连，储液罐18的出口依次通过过滤器Ⅰ20和膨胀阀19与太阳能集热蒸发器21的另一端相连；

所述热原水出口48与水箱15的顶部进水口相连，所述热原水出口48还与大气相连；

所述热原水进口44分别与碱液清洗箱1和酸液清洗箱4的底部出口、清洗水入口5和热风机11相连；所述热原水进口44还与水箱15的底部出水口相连；

所述冷原水出口47分别与碱液清洗箱1和酸液清洗箱4的进口、水箱15的顶部进水口相连，所述冷原水出口47还与大气相连；

所述冷原水进口46与原水入口39相连；所述产水/水蒸气出口45与产水收集装置的进口相连。

在上述方案的基础上，所述太阳能集热蒸发器21呈45度角摆放。

在上述方案的基础上，所述水箱15内配备有电加热棒17，所述水箱15的侧部下出水口处设有阀门Ⅰ16。

在上述方案的基础上，所述产水收集装置包括：循环水真空泵32、气水分离器31和产水收集罐27；所述气水分离器31的进口通过温度表Ⅱ36与产水/水蒸气出口45相连，所述气水分离器31的上端出口与循环水真空泵32相连，所述气水分离器31的下端出口通过阀门Ⅹ30与产水收集罐27的进口相连。

在上述方案的基础上，所述热原水出口48依次通过温度表Ⅲ35、温度表Ⅳ34、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅣ25与水箱15的顶部进水口相连；所述热原水出口48依次通过温度表Ⅲ35、温度表Ⅳ34、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅤ24与大气相连。

在上述方案的基础上，所述热原水进口44依次通过转子流量计29、温度表Ⅰ28、过滤器Ⅱ12、隔膜泵Ⅰ13和阀门Ⅱ14与水箱15的底部出水口相连；所述热原水进口44通过转子流量计29和阀门Ⅲ10与热风机11相连；所述热原水进口44依次通过转子流量计29、阀门Ⅳ8和隔膜泵Ⅱ9分别与清洗水入口5、碱液清洗箱1和酸液清洗箱4的底部出口相连。

在上述方案的基础上，所述碱液清洗箱1的底部出口与隔膜泵Ⅱ9之间设有阀门Ⅵ6，所述酸液清洗箱4的底部出口与隔膜泵Ⅱ9之间设有阀门Ⅴ7。

在上述方案的基础上，所述冷原水出口47通过阀门Ⅺ42和阀门Ⅻ43与碱液清洗箱1和酸液清洗箱4的进口相连，所述冷原水出口47依次通过阀门Ⅺ42、温度表Ⅳ34、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅣ25与水箱15的顶部进水口相连；所述冷原水出口47依次通过阀门Ⅺ42、温度表Ⅳ34、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅤ24与大气相连。

在上述方案的基础上，所述碱液清洗箱1与阀门Ⅻ43之间设有阀门Ⅷ2，所述酸液清洗箱4与阀门Ⅻ43之间设有阀门Ⅶ3。

在上述方案的基础上，所述冷原水进口46依次通过阀门Ⅸ37、过滤器Ⅲ38和隔膜泵Ⅲ40与原水入口39相连。

本发明相对于现有的膜蒸馏系统，具有以下优点：

（1）利用太阳能热泵对原水进行加热，减少传统膜蒸馏过程中由于使用电加热而造成的电能消耗，可极大地改善该过程的能耗水平；

（2）膜组件的特殊设计可实现对水蒸气相变热的有效回收，提高膜蒸馏过程的热能利用效率；

（3）优化了现有的太阳能膜蒸馏系统，降低过程运行费用；

（4）系统集成度较高，简化操作并节省装置的占地面积；

（5）方便对膜组件中的中空纤维膜进行清洗及更换。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是太阳能热泵-膜蒸馏系统的示意图；

图2是新型气隙多效膜蒸馏组件的示意图；

图3是直膨式太阳能热泵系统的示意图；

各图中的粗实线箭头代表液体及蒸汽的流动方向。

图中，1、碱液清洗箱；2、阀门Ⅷ；3、阀门Ⅶ；4、酸液清洗箱；5、清洗水入口；6、阀门Ⅵ；7、阀门Ⅴ；8、阀门Ⅳ；9、隔膜泵Ⅱ；10、阀门Ⅲ；11、热风机；12、过滤器Ⅱ；13、隔膜泵Ⅰ；14、阀门Ⅱ；15、水箱；16、阀门Ⅰ；17、电加热棒；18、储液罐；19、膨胀阀；20、过滤器Ⅰ；21、太阳能集热蒸发器；22、阳光；23、压缩机；24、阀门ⅩⅤ；25、阀门ⅩⅣ；26、冷凝器；27、产水收集罐；28、温度表Ⅰ；29、转子流量计；30、阀门Ⅹ；31、气水分离器；32、循环水真空泵；33、阀门ⅩⅢ；34、温度表Ⅳ；35、温度表Ⅲ；36、温度表Ⅱ；37、阀门Ⅸ；38、过滤器Ⅲ；39、原水入口；40、隔膜泵Ⅲ；41、膜蒸馏组件；42、阀门Ⅺ；43、阀门Ⅻ；44、热原水进口；45、产水/水蒸气出口；46、冷原水进口；47、冷原水出口；48、热原水出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1呈现的是太阳能热泵-膜蒸馏系统的示意图。图1中，晴天时，水箱15中的原水通过太阳能热泵吸收阳光辐射的热量进行加热。当处于光照不足的阴天或夜晚时，太阳能热泵可以吸收周围环境中的热量加热原水。当原水温度较低，无法达到系统运行要求时，则可以通过水箱15中配备的电加热棒17对原水进行辅助加热。打开隔膜泵，将水箱15注满原水后，启动太阳能热泵系统。太阳能集热蒸发器21中通有制冷剂，制冷剂吸收太阳辐射后，汽化，通过压缩机23做功变成高压气体进入冷凝器。在冷凝器26中释放热量，变为液态，随后流回储液罐18。在下一个循环周期中，制冷剂通过过滤器Ⅰ20和膨胀阀19后，再次进入太阳能集热蒸发器21中。制冷剂在冷凝器26中释放的热量用于加热原水罐中的原水并维持原水的温度。待水温达到预定温度时，原水在原水箱中通过隔膜泵Ⅰ13和转子流量计29控制流速，在经过过滤器Ⅱ12去除悬浮物后，自下而上通过膜蒸馏组件41中空纤维膜的管程。水蒸气透过膜表面的微孔，在温度较低的金属盘管的表面冷凝，液化并释放出热量。原水在中空纤维膜内部流动的过程中，温度逐渐降低。之后原水流出膜蒸馏组件41并返回水箱15中。冷凝水在膜蒸馏组件41的壳程底部产水出口45流出后，进入气水分离器31，在循环水真空泵32的抽吸作用下，最终在产水收集罐27内被收集。水箱15中的原水水量和电导通过从原水入口处泵入新的原水来控制。温度为常温（16-20°C）的原水流经膜蒸馏组件41的金属盘管内部，对水蒸气进行冷却，并吸收水蒸气液化释放的热量。该股原水流出金属盘管后，温度升高，与通过膜蒸馏组件41内中空纤维膜的高温原水混合，之后进入水箱15被加热至系统运行所需温度。当系统运行一段时间后，膜蒸馏组件41需要清洗时，打开相应阀门，将与清洗箱连接的隔膜泵Ⅱ9打开，使得清洗液流经转子流量计29后进入膜蒸馏组件41。在对中空纤维膜进行清洗后，清洗液流回清洗箱。经过清洗后的膜蒸馏组件41需要干燥，以恢复中空纤维膜的疏水性能。热风机11提供的热风可对系统管道及膜蒸馏组件41内的中空纤维膜进行在线干燥。

图2呈现的是本申请发明的膜蒸馏组件的示意图。图2中，该膜蒸馏组件41共有5个开口，即热原水进口44、热原水出口48、冷原水进口46、冷原水出口47和产水/水蒸气出口45。

图3呈现的是太阳能热泵系统的示意图。图3中，该系统由太阳能集热蒸发器21、压缩机23、冷凝器26、储液罐18、过滤器Ⅰ20和膨胀阀19组成。冷凝器26为中空金属盘管结构。

下面，结合图1-3和具体实施例，对发明作进一步的说明。

操作流程：

（1）检查，确保各部件连接正确及紧密，无渗漏；将清洗及干燥管路的阀门Ⅲ10、阀门Ⅳ8、阀门Ⅴ7、阀门Ⅵ6、阀门Ⅶ3、阀门Ⅷ2、阀门Ⅻ43和阀门ⅩⅤ24关闭。

（2）打开原水进口处的隔膜泵Ⅲ40和阀门Ⅸ37、阀门Ⅺ42、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅣ25，关闭阀门Ⅰ16，将水箱15内的原水加满后，关闭隔膜泵Ⅲ40、阀门Ⅸ37和阀门Ⅺ42。开启太阳能热泵系统对水箱15内的原水进行加热。启动压缩机23。太阳能集热蒸发器21中的液态制冷剂吸收太阳辐射后汽化。气态制冷剂进入压缩机23内经过压缩后变为高压蒸汽，之后进入冷凝器26内液化并释放热量，加热水箱15内的原水。冷凝后的液态制冷剂流回储液罐18，再一次流经过滤器Ⅰ20和膨胀阀19后进入太阳能集热蒸发器21，至此完成一个周期的热量循环。系统所使用的太阳能热泵为玻璃金属结构的U型管式真空管型太阳能加热器，内部为制冷剂R134a。加热器采光面积为4 m²，南北方向安装，太阳能集热蒸发器21的倾斜角度为45度，有利于接收阳光22。待水箱15中的热水温度达到所需温度时（70°C以上），开启隔膜泵Ⅰ13，打开阀门Ⅱ14，使水箱15内的原水进入膜蒸馏组件41。当处于光照不足的阴天或夜晚时，太阳能热泵系统通过周围的空气获得热量加热原水。当原水水温达不到运行要求时则通过水箱15中配备的电加热棒17对原水进行辅助加热。

（3）水箱15的原水通过转子流量计29控制流速。原水在进入膜蒸馏组件41前先经过过滤器Ⅱ12过滤掉水中的悬浮物，过滤器滤芯孔径为0.5 μm。温度表Ⅰ28用于监测原水进入膜蒸馏组件41中空纤维膜前的温度；温度表Ⅲ35用以监测原水流出膜蒸馏组件41后的温度；温度表Ⅳ34用于监测两股原水混合后的温度。膜蒸馏组件41内的金属盘管及水箱15内的热泵系统的冷凝器26的横截面外径均为60 mm，匝数分别为110和200。膜蒸馏组件41使用聚丙烯（PP）中空纤维疏水膜，内径为1.8 mm，外径为2.7 mm，孔隙率为73.9%，平均孔径为0.238 μm，膜表面接触角为148°。中空纤维膜两端使用环氧树脂密封，并将固化后的膜两端的多余部分切掉，制成膜丝束备用。膜蒸馏组件41的外壳材料为有机玻璃，长度为450 mm，内径为70 mm，厚4 mm。膜丝束、金属盘管和膜壳经组装后形成膜蒸馏组件41，膜蒸馏组件41的内膜总面积为0.25 m²。为避免热量散失，膜蒸馏组件41、热泵系统、水箱15及所有管路外均使用保温材料包裹。原水流出膜蒸馏组件41后，流回原水箱。运行稳定后，打开隔膜泵Ⅲ40、阀门Ⅸ37和阀门Ⅺ42，使温度为常温的原水进入膜蒸馏组件41的金属盘管，作为冷却介质使水蒸气冷凝。该股原水流出膜蒸馏组件41的金属盘管后，由于吸收水蒸气的相变热，温度升高，与通过膜蒸馏组件41内的中空纤维膜的高温原水混合，随后流回水箱15。透过中空纤维膜的水蒸气与膜蒸馏组件41内处于低温的金属盘管的外表面接触，释放热量后被冷凝成产水。待系统稳定运行一段时间后，开启循环水真空泵32。冷凝后形成的产水在循环水真空泵32的抽吸作用下首先进入气水分离器31，后通过产水收集罐27被收集。温度表Ⅱ36用于监测膜蒸馏产水的温度。系统需控制水箱15中的原水水量和电导处在一定范围之内。

（4）关闭膜蒸馏系统。关闭太阳能热泵系统中的压缩机23。当膜蒸馏组件41不再产水时，关闭隔膜泵Ⅰ13及阀门Ⅱ14；后关闭产水端的循环水真空泵32以及阀门Ⅹ30。最后关闭隔膜泵Ⅲ40、阀门Ⅸ37、阀门Ⅺ42、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅣ25。

（5）膜蒸馏组件41的清洗。在酸液清洗箱4中配制pH为2左右的盐酸洗液。打开阀门Ⅳ8、阀门Ⅴ7、阀门Ⅶ3和阀门Ⅻ43，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅱ9，使用酸液对系统冲洗30分钟后，将酸液清洗箱4内的酸液排尽。在碱液清洗箱1中配制pH为11.5左右的氢氧化钠碱液。打开阀门Ⅳ8、阀门Ⅵ6、阀门Ⅷ2和阀门Ⅻ43，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅱ9，使用该碱液对系统冲洗30分钟后，将碱液清洗箱1内的碱液排尽。之后打开阀门Ⅳ8、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅤ24，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅱ9，使用清水对系统进行冲洗，直至洗出液的pH回复至7左右。

（6）膜蒸馏组件41的干燥。打开阀门Ⅲ10、阀门ⅩⅢ33和阀门ⅩⅤ24，其他阀门保持关闭。启动热风机11，鼓入热风对系统进行烘干，烘干时间为15分钟左右。

实施例一：

我国大部分地区属于3类及3类以上日照区（太阳能可利用地区），每年的日照时间在2000小时以上。因此，该太阳能热泵—膜蒸馏系统应用前景较为广阔，尤其在淡水资源缺乏但苦咸水丰富的地区，可以采用该系统来制备饮用水及生活用水。另外，使用太阳能热泵膜蒸馏系统来处理工业高盐废水，产水可用作循环水及工业用水，而经浓缩后的浓水能够进入蒸发结晶单元，达到对高盐废水近零排放的处理要求。

在我国3类日照区某城市，典型的夏季晴朗天气情况下。太阳辐射强度从上午8时起逐渐变大，到午间12点至14点间达到最强，之后逐渐变弱，平均总辐照度超过900 W·m²，日太阳辐射总量可超过20 MJ·m²·d^-1。此时，太阳能集热蒸发器21的日平均效率和瞬时效率大致分别为45%和70%。室外环境温度在32-36°C之间，在午间达到最高。

水箱15中的水温随太阳辐射强度变化而变化，午间可以达到80°C以上。使用电导为26000 μs/cm 的NaCl盐溶液作为原水，通过转子流量计29控制原水箱内的原水流量为250 L·h^-1，进入蒸发区前原料液温度为80 °C左右，每天连续运行12小时，得到的最大膜通量为36 L m^-2·h^-1，平均膜通量为32 L m^-2·h^-1；产水电导率保持在100~120 μS·cm^-1左右，脱盐率高于99.5%。

注意事项：

（1）在膜蒸馏装置运行一段时间后，当产水电导率高于600 μS·cm^-1时，需要对膜蒸馏组件41进行清洗。

（2）太阳能热泵系统中水箱15内的水温变化与太阳辐射强度的变化并不同步，而是有一段迟滞时间。

（3）注意对膜蒸馏组件41、管道和水箱15等进行保温，减少热量流失。

（4）每隔一段时间对过滤器中的滤芯进行更换。

实施例二：

在我国3类日照区某城市，典型的夏季阴天情况下。太阳辐射强度很低，日太阳辐射总量小于8 MJ·m²·d^-1。室外环境温度在30-34°C之间。

水箱15中的水温随太阳辐射强度变化而变化，温度在60-70°C之间。开启电加热棒17对原水进行辅助加热。使用电导为80000 μs/cm的反渗透浓水作为原水，待原水温度升至80°C时，通过转子流量计29控制原水箱内原水流量为300 L·h^-1，每天连续运行12小时，得到的最大膜通量为33 L m^-2·h^-1，平均膜通量为31 L m^-2·h^-1；产水电导率保持在120~200μS·cm^-1左右，脱盐率高于99.6%。

注意事项：

由于原水电导较高，当原水被浓缩至一定程度时（电导>200000 μs/cm），易发生盐析出结晶及产水量衰减等现象。

实施例三：

在我国3类日照区某城市，典型的夏季夜晚情况下。室外环境温度在26-29°C之间。

夜晚太阳能热泵通过获取周围环境的热量加热原水，温度在45-55°C之间。开启电加热棒17对原水进行辅助加热。使用电导为80000 μs/cm的反渗透浓水作为原水，待原水温度升至80°C时，通过转子流量计29控制原水箱内原水流量为300 L·h^-1，连续运行10小时，得到的最大膜通量为32 L m^-2·h^-1，平均膜通量为31 L m^-2·h^-1；产水电导率保持在110~200 μS·cm^-1左右，脱盐率高于99.6%。太阳能热泵的应用使得夜间使用电加热棒17的时间大大减少，经计算后，相比夜间通过电加热使原水升温，理论节能效率为25.68%。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，其特征在于，包括：碱液清洗箱（1）、酸液清洗箱（4）、膜蒸馏组件（41）、产水收集装置和太阳能热泵系统；

所述膜蒸馏组件（41）包括：热原水进口（44）、热原水出口（48）、冷原水进口（46）、冷原水出口（47）和产水/水蒸气出口（45）；

所述膜蒸馏组件（41）由膜丝束、金属盘管和膜壳经组装后形成，膜丝束和金属盘管位于膜壳内部，金属盘管盘绕在膜丝束的外侧；

所述冷原水进口（46）和冷原水出口（47）与金属盘管连通，所述冷原水进口（46）位于金属盘管下部，冷原水出口（47）位于金属盘管上部，在膜蒸馏过程中，水蒸气在金属盘管表面冷凝液化并释放热量；

所述太阳能热泵系统包括：水箱（15）、冷凝器（26）、压缩机（23）、太阳能集热蒸发器（21）、膨胀阀（19）、过滤器Ⅰ（20）和储液罐（18）；所述冷凝器（26）位于水箱（15）内；所述太阳能集热蒸发器（21）的一端与压缩机（23）的进口相连，压缩机（23）的出口与冷凝器（26）的进口相连，冷凝器（26）的出口与储液罐（18）的进口相连，储液罐（18）的出口依次通过过滤器Ⅰ（20）和膨胀阀（19）与太阳能集热蒸发器（21）的另一端相连；

所述热原水出口（48）与水箱（15）的顶部进水口相连，所述热原水出口（48）还与大气相连；

所述热原水进口（44）分别与碱液清洗箱（1）和酸液清洗箱（4）的底部出口、清洗水入口（5）和热风机（11）相连；所述热原水进口（44）还与水箱（15）的底部出水口相连；

所述冷原水出口（47）分别与碱液清洗箱（1）和酸液清洗箱（4）的进口、水箱（15）的顶部进水口相连，所述冷原水出口（47）还与大气相连；

所述冷原水进口（46）与原水入口（39）相连；所述产水/水蒸气出口（45）与产水收集装置的进口相连；

所述水箱（15）内配备有电加热棒（17），所述水箱（15）的侧部下出水口处设有阀门Ⅰ（16）；

所述热原水出口（48）依次通过温度表Ⅲ（35）、温度表Ⅳ（34）、阀门ⅩⅢ（33）和阀门ⅩⅣ（25）与水箱（15）的顶部进水口相连；所述热原水出口（48）依次通过温度表Ⅲ（35）、温度表Ⅳ（34）、阀门ⅩⅢ（33）和阀门ⅩⅤ（24）与大气相连；

所述热原水进口（44）依次通过转子流量计（29）、温度表Ⅰ（28）、过滤器Ⅱ（12）、隔膜泵Ⅰ（13）和阀门Ⅱ（14）与水箱（15）的底部出水口相连；所述热原水进口（44）通过转子流量计（29）和阀门Ⅲ（10）与热风机（11）相连；所述热原水进口（44）依次通过转子流量计（29）、阀门Ⅳ（8）和隔膜泵Ⅱ（9）分别与清洗水入口（5）、碱液清洗箱（1）和酸液清洗箱（4）的底部出口相连；

所述冷原水出口（47）通过阀门Ⅺ（42）和阀门Ⅻ（43）与碱液清洗箱（1）和酸液清洗箱（4）的进口相连，所述冷原水出口（47）依次通过阀门Ⅺ（42）、温度表Ⅳ（34）、阀门ⅩⅢ（33）和阀门ⅩⅣ（25）与水箱（15）的顶部进水口相连；所述冷原水出口（47）依次通过阀门Ⅺ（42）、温度表Ⅳ（34）、阀门ⅩⅢ（33）和阀门ⅩⅤ（24）与大气相连；

所述冷原水进口（46）依次通过阀门Ⅸ（37）、过滤器Ⅲ（38）和隔膜泵Ⅲ（40）与原水入口（39）相连。

2.如权利要求1所述的使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，其特征在于，所述太阳能集热蒸发器（21）呈45度角摆放。

3.如权利要求1所述的使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，其特征在于，所述产水收集装置包括：循环水真空泵（32）、气水分离器（31）和产水收集罐（27）；所述气水分离器（31）的进口通过温度表Ⅱ（36）与产水/水蒸气出口（45）相连，所述气水分离器（31）的上端出口与循环水真空泵（32）相连，所述气水分离器（31）的下端出口通过阀门Ⅹ（30）与产水收集罐（27）的进口相连。

4.如权利要求1所述的使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，其特征在于，所述碱液清洗箱（1）的底部出口与隔膜泵Ⅱ（9）之间设有阀门Ⅵ（6），所述酸液清洗箱（4）的底部出口与隔膜泵Ⅱ（9）之间设有阀门Ⅴ（7）。

5.如权利要求1所述的使用太阳能热泵的膜蒸馏系统，其特征在于，所述碱液清洗箱（1）与阀门Ⅻ（43）之间设有阀门Ⅷ（2），所述酸液清洗箱（4）与阀门Ⅻ（43）之间设有阀门Ⅶ（3）。