CN108619915A - 一种气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用气源式热泵的新型太阳能膜蒸馏系统。在晴天光照充足时，利用太阳能集热装置加热膜蒸馏过程中的原水，达到从整体上降低膜蒸馏过程能耗的目的。当阴天或夜晚，太阳能集热系统工作效率不高时，通过气源式热泵作为辅助热源加热原水。同时，系统中串联的具备热量回收功能的两支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。此外，该气源式热泵‑太阳能膜蒸馏复合装置，系统集成度较高，可简化操作以及降低安装维护费用。

Description

一种气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能膜蒸馏复合系统，具体涉及当晴天光照强度足够时，利用太阳能真空集热管加热原水；当阴天或夜间时，启动气源式热泵，从周围环境中获取热量，辅助加热原水。该系统可以使膜蒸馏过程在整体上达到节能降耗的目的。同时，具有特殊结构的膜蒸馏组件可以回收水蒸气的相变热，提高过程的热效率。

背景技术

太阳能膜蒸馏技术是一种将膜蒸馏和太阳能集热装置相结合的新技术。由于传统膜蒸馏过程中需要通过电加热装置对原水进行加热(当没有工业废热作为热源时)，因此会消耗大量电能，导致该过程能耗及成本过高，制约了膜蒸馏技术的进一步发展。太阳能集热装置可将水加热到80℃以上，结合膜蒸馏不需要将原水加热至沸点，通常情况下运行温度在60-80℃之间，使用太阳能集热装置代替电加热棒将膜蒸馏过程的原水加热至所需温度，较传统膜蒸馏技术的能耗大大降低，不会产生二次污染且运行费用显著减少，可以实现节能降耗、环保和节约成本三重效益。然而，太阳能膜蒸馏技术目前亟待解决的问题在于阳光辐射的变化会导致太阳能集热系统的效率发生变化。当处于阴天或夜间时，太阳能集热系统无法收集到足够的热量加热原水至所需温度，使得膜蒸馏过程无法正常运行。解决此问题的常规方法为在系统中额外配备一套电加热装置，提供辅助加热功能。但是使用电热管辅助加热能耗依然较高，削弱了太阳能膜蒸馏过程的节能效应。

气源式热泵是一种通过消耗部分电能做功，将周围环境中的热量收集起来，使从空气中获取的低品位热能变成可供人们利用的高品位热能。气源式热泵的蒸发器中充有制冷剂，制冷剂吸收由叶轮鼓风形成的流动空气中的热量，汽化后，通过压缩机做功变成高压气体进入冷凝器。气态制冷剂在冷凝器中释放热量，变为液态，之后流回储液罐。在下一个循环周期中，制冷剂通过过滤器和膨胀阀后，再次进入蒸发器。制冷剂在冷凝器中释放的热量可用于提升原水水温，因此使用气源式热泵可在太阳能集热装置工作效率不高时，提供辅助热源加热膜蒸馏的原水。将热泵和太阳能集热装置相结合，在保证太阳能膜蒸馏过程节能效应的同时，能够实现该过程的全天候运行。

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膜蒸馏系统与气源式热泵有机结合的膜蒸馏复合系统。首先太阳能膜蒸馏系统利用太阳能集热管代替传统的电加热，将膜蒸馏过程的原水提升至所需温度，减少因加热原料液对电能的消耗。其次，本发明中当太阳能集热系统工作效率不高时，可通过使用气源式热泵给原水提供辅助加热，实现膜蒸馏过程的全天候运行。第三，本发明中使用的经过特殊设计的膜组件，能够实现对水蒸气相变热的充分回收，提高膜蒸馏过程的热能利用效率，并且方便对组件内的中空纤维膜进行更换和清洗。第四，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。此外，本发明能够方便地对系统进行在线清洗及干燥，可降低操作难度，减少维护费用。

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气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，通过太阳能集热管代替传统膜蒸馏过程中的电加热方式对原水进行加热，有效降低了膜蒸馏的整体能耗和运行费用。

本发明的另一个目的是使用气源式热泵作为太阳能膜蒸馏系统的辅助热源，实现该系统的全天候运行。

本发明的第三个目的是通过具有热量回收功能的膜组件回收水蒸气的相变热，提高膜蒸馏过程的热能利用效率。

本发明的第四个目的是有机整合气源式热泵、太阳能集热系统和膜蒸馏过程，充分发挥各自技术的优势，提高系统集成度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，包括：碱液清洗箱1、酸液清洗箱5、产水收集装置、膜蒸馏组件Ⅰ28、膜蒸馏组件Ⅱ18、气源式热泵系统和太阳能集热系统；

所述膜蒸馏组件Ⅰ28包括：热原水进口Ⅰ51、热原水出口Ⅰ52、冷原水出口Ⅰ53、冷原水进口Ⅰ54和产水/水蒸气出口Ⅰ55；

所述膜蒸馏组件Ⅱ18包括：热原水进口Ⅱ56、热原水出口Ⅱ57、冷原水出口Ⅱ59、冷原水进口Ⅱ58和产水/水蒸气出口Ⅱ60；

所述热原水出口Ⅱ57与热原水进口Ⅰ51相连；所述冷原水出口Ⅱ59与冷原水进口Ⅰ54相连；

所述气源式热泵系统包括：冷凝器49、压缩机43、叶轮44、蒸发器45、膨胀阀46、过滤器Ⅰ47和储液罐48；

所述蒸发器45吸收由叶轮44鼓风形成的流动热量，蒸发器45的出口与压缩机43的进口相连，压缩机43的出口与冷凝器49的进口相连，冷凝器49的出口与储液罐48的进口相连，储液罐48的出口通过过滤器Ⅰ47和膨胀阀46与蒸发器45的进口相连；

所述太阳能集热系统包括：水箱12、太阳能真空集热管38和换热盘管42；

所述换热盘管42位于水箱12内，所述冷凝器49位于水箱12内；所述太阳能真空集热管38的一端与换热盘管42的进口相连，换热盘管42的出口与太阳能真空集热管38的另一端相连；

所述热原水进口Ⅱ56分别与碱液清洗箱1和酸液清洗箱5的底部出口、清洗水入口4和热风机11相连，所述热原水进口Ⅱ56还与水箱12的底部出水口相连；

所述热原水出口Ⅰ52分别与碱液清洗箱1和酸液清洗箱5的进口、水箱12的顶部进水口相连，所述热原水出口Ⅰ52还与大气相连；

所述冷原水出口Ⅰ53与水箱12的顶部进水口相连，所述冷原水出口Ⅰ53还与大气相连；

所述冷原水进口Ⅱ58与原水入口22相连；所述产水/水蒸气出口Ⅰ55与产水收集装置的进口相连；所述产水/水蒸气出口Ⅱ60与产水收集装置的进口相连。

在上述方案的基础上，所述太阳能真空集热管38的一端通过温度表Ⅱ36与换热盘管42的进口相连，所述换热盘管42的出口依次通过隔膜泵Ⅰ39、阀门ⅩⅤ40和温度表Ⅰ41与太阳能真空集热管38的另一端相连，所述太阳能真空集热管38呈45度角摆放。

在上述方案的基础上，所述换热盘管42位于水箱12内的上部，所述冷凝器49位于水箱12内的下部，所述水箱12的侧部下出水口处设有阀门Ⅰ50。

在上述方案的基础上，所述热原水进口Ⅱ56依次通过转子流量计17、温度表Ⅲ16和阀门Ⅲ10与热风机11相连；所述热原水进口Ⅱ56依次通过转子流量17、温度表Ⅲ16、阀门Ⅳ9和隔膜泵Ⅳ8与碱液清洗箱1和酸液清洗箱5的底部出口相连；所述热原水进口Ⅱ56依次通过转子流量17、温度表Ⅲ16、阀门Ⅳ9和隔膜泵Ⅳ8与清洗水入口4相连；所述热原水进口Ⅱ56依次通过转子流量计17、温度表Ⅲ16、过滤器Ⅱ15、隔膜泵Ⅲ14和阀门Ⅱ13与水箱12的底部出水口相连。

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Ⅳ8之间设有阀门Ⅵ6；所述酸液清洗箱5的底部出口与隔膜泵Ⅳ8之间设有阀门Ⅴ7。

在上述方案的基础上，所述热原水出口Ⅰ52通过温度表Ⅴ29和阀门Ⅻ30与碱液清洗箱1和酸液清洗箱5的进口相连；所述热原水出口Ⅰ52依次通过温度表Ⅴ29、单向阀31、温度表Ⅵ33和阀门ⅩⅢ35与水箱12的顶部进水口相连；所述热原水出口Ⅰ52依次通过温度表Ⅴ29、单向阀31、温度表Ⅵ33和阀门ⅩⅣ34与大气相连。

在上述方案的基础上，所述碱液清洗箱1的进口与阀门Ⅻ30之间设有阀门Ⅷ2，所述酸液清洗箱5的进口与阀门Ⅻ30之间设有阀门Ⅶ3。

在上述方案的基础上，所述冷原水出口Ⅰ53依次通过阀门Ⅺ32、温度表Ⅵ33和阀门ⅩⅢ35与水箱12的顶部进水口相连；所述冷原水出口Ⅰ53依次通过阀门Ⅺ32、温度表Ⅵ33和阀门ⅩⅣ34与大气相连。

在上述方案的基础上，所述冷原水进口Ⅱ58依次通过过滤器Ⅲ19、阀门Ⅸ20和隔膜泵Ⅱ21与原水入口22相连。

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27、气水分离器25和产水收集罐23，所述气水分离器25的进口通过温度表Ⅳ26分别与产水/水蒸气出口Ⅰ55和产水/水蒸气出口Ⅱ60相连；所述气水分离器25的上端出口与循环水真空泵27的进口相连，所述气水分离器25的下端出口通过阀门Ⅹ24与产水收集罐23的进口相连。

本发明相对于现有的膜蒸馏系统，具有以下优点：

(1)通过太阳能集热管对原水进行加热，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)气源式热泵可作为太阳能膜蒸馏系统的辅助热源，实现该系统的全天候运行。

(3)具有热量回收功能的膜组件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。

(4)优化了现有的太阳能膜蒸馏系统，集成度较高，可节省装置的占地面积和简化操作过程。

(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是气源式热泵-太阳能膜蒸馏复合系统的示意图；

图2是新型气隙多效膜蒸馏组件Ⅰ的示意图；

图3是新型气隙多效膜蒸馏组件Ⅱ的示意图；

图4是气源式热泵系统的示意图；

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、清洗水入口；5、酸液清洗箱；6、阀门Ⅵ；7、阀门Ⅴ；8、隔膜泵Ⅳ；9、阀门Ⅳ；10、阀门Ⅲ；11、热风机；12、水箱；13、阀门Ⅱ；14、隔膜泵Ⅲ；15、过滤器Ⅱ；16、温度表Ⅲ；17、转子流量计；18、膜蒸馏组件Ⅱ；19、过滤器Ⅲ；20、阀门Ⅸ；21、隔膜泵Ⅱ；22、原水入口；23、产水收集罐；24、阀门Ⅹ；25、气水分离器；26、温度表Ⅳ；27、循环水真空泵；28、膜蒸馏组件Ⅰ；29、温度表Ⅴ；30、阀门Ⅻ；31、单向阀；32、阀门Ⅺ；33、温度表Ⅵ；34、阀门ⅩⅣ；35、阀门ⅩⅢ；36、温度表Ⅱ；37、阳光；38、太阳能真空集热管；39、隔膜泵Ⅰ；40、阀门ⅩⅤ；41、温度表Ⅰ；42、换热盘管；43、压缩机；44、叶轮；45、蒸发器；46、膨胀阀；47、过滤器Ⅰ；48、储液罐；49、冷凝器；50、阀门Ⅰ；51、热原水进口Ⅰ；52、热原水出口Ⅰ；53、冷原水出口Ⅰ；54、冷原水进口Ⅰ；55、产水/水蒸气出口Ⅰ；56、热原水进口Ⅱ；57、热原水出口Ⅱ；58、冷原水进口Ⅱ；59、冷原水出口Ⅱ；60、产水/水蒸气出口Ⅱ。

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呈现的是气源式热泵-太阳能膜蒸馏复合系统的示意图。图1中，当光照充足时，水箱12中的原水通过太阳能真空集热管38收集的热量进行加热。当处于光照不足的阴天或夜晚时，启动气源式热泵系统对原水进行辅助加热。气源式热泵系统中的蒸发器45中充有制冷剂，制冷剂吸收由叶轮44鼓风形成的流动热量，汽化后，通过压缩机43做功变成高压气体进入冷凝器49。气态制冷剂在冷凝器49中释放热量，液化之后流回储液罐48。在下一个循环周期中，制冷剂通过过滤器Ⅰ47和膨胀阀46后，再次进入蒸发器45中。制冷剂在冷凝器49中释放的热量可用于加热原水和维持原水的温度。待水温达到预定温度时，原水通过隔膜泵Ⅲ14和转子流量计17控制流速，在经过过滤器Ⅱ15去除悬浮物后，自下而上通过膜蒸馏组件的中空纤维膜的管程。水蒸气透过膜表面的微孔，在温度较低的金属盘管的外表面冷凝，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。冷凝水在膜蒸馏组件壳程的底部产水出口流出，并进入气水分离器25，在循环水真空泵27的抽吸作用下，最终在产水收集罐23内被收集。水箱12中的原水水位和电导通过从原水入口22进行补水来控制。常温原水被泵入膜蒸馏组件的金属盘管，在流经金属盘管的过程中作为冷却介质冷凝水蒸气，同时吸收水蒸气液化释放的热量。待原水流出金属盘管后，温度上升，并与来自膜蒸馏组件管程的高温原水混合后，流回水箱12。当系统运行一段时间，膜蒸馏组件需要清洗时，打开相应阀门，将与清洗箱连接的隔膜泵Ⅳ8打开，使得清洗液流经转子流量计17后进入膜蒸馏组件。在对中空纤维膜进行清洗后，清洗液流回清洗箱。热风机11提供的热风可对系统管道及组件内的中空纤维膜进行在线干燥。

图2呈现的是本发明的膜蒸馏组件Ⅰ的示意图，图2中，膜蒸馏组件Ⅰ28共有5个开口，即：热原水进口Ⅰ51、热原水出口Ⅰ52、冷原水进口Ⅰ54、冷原水出口Ⅰ53和产水/水蒸气出口Ⅰ55。

图3呈现的是本发明的膜蒸馏组件Ⅱ的示意图，图3中，膜蒸馏组件Ⅱ18共有5个开口，即：热原水进口Ⅱ56、热原水出口Ⅱ57、冷原水进口Ⅱ58、冷原水出口Ⅱ59和产水/水蒸气出口Ⅱ60。

图4呈现的是气源式热泵系统的示意图，图4中，该气源式热泵系统由叶轮44、蒸发器45、压缩机43、冷凝器49、储液罐48、过滤器Ⅰ47和膨胀阀46组成。蒸发器45和冷凝器49均为中空金属盘管结构。

下面，结合图1-4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Ⅳ9、阀门Ⅴ7、阀门Ⅵ6、阀门Ⅶ3、阀门Ⅷ2、阀门Ⅻ30和阀门ⅩⅣ34关闭。

(2)打开原水进口处的阀门Ⅸ20、阀门Ⅺ32和阀门ⅩⅢ35，关闭阀门Ⅰ50和阀门Ⅱ13，开启隔膜泵Ⅱ21。待水箱12内的原水加满后，关闭阀门Ⅸ20、阀门Ⅺ32和隔膜泵Ⅱ21。通过太阳能集热装置对水箱12内的原水进行加热，打开隔膜泵Ⅰ39和阀门ⅩⅤ40。所使用的太阳能集热装置为玻璃金属结构的U型管式真空管型太阳能加热器，采光面积为4m²，南北方向安装，太阳能真空集热管38的倾斜角度为45度，有利于接收阳光37。温度表Ⅰ41和温度表Ⅱ36用于监测流体进/出太阳能真空管集热管38的温度，温度表Ⅲ16用于监测进入膜蒸馏组件前的原水水温。待水箱12中的热水温度达到所需温度时，开启隔膜泵Ⅲ14，打开阀门Ⅱ13和单向阀31，将水箱12内的原水泵入膜蒸馏组件的管程。当处于光照不足的阴天或夜晚时，则通过气源式热泵系统对原水进行辅助加热以达到所需温度。启动气源式热泵的压缩机43及叶轮44，此时蒸发器45内的液态制冷剂吸收流动空气中的热量，进行气化。气态制冷剂进入压缩机43内经过压缩后变为高压蒸汽，之后进入冷凝器49内液化并释放热量。该热量可用于加热原水及维持水箱12内的原水温度。冷凝后的液态制冷剂流回储液罐48，再一次流经过滤器Ⅰ47和膨胀阀46后进入蒸发器45，至此完成一个周期的热量循环。

(3)水箱12的原水通过转子流量计17控制流速，在进入膜蒸馏组件前先经过过滤器Ⅱ15过滤掉水中的悬浮物，过滤器滤芯的孔径为0.5μm。温度表Ⅲ16用以监测原水进入膜蒸馏组件中空纤维膜前的温度；温度表Ⅴ29用以监测原水流出膜蒸馏组件后的温度；温度表Ⅵ33用以监测两股原水混合后的温度。膜蒸馏组件内的金属盘管及气源式热泵系统的蒸发器45和冷凝器49的横截面外径均为60mm，匝数分别为110、200和220。膜蒸馏组件使用聚丙烯(PP)中空纤维疏水膜，内径为1.8mm，外径为2.7mm，孔隙率为73.9％，平均孔径为0.238μm，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。膜蒸馏组件的外壳材料为有机玻璃，长度为450mm，内径为70mm，厚4mm。膜丝束、金属盘管和膜壳经组装后形成膜蒸馏组件，膜蒸馏组件的内膜总面积为0.25m²。为避免热量散失，膜蒸馏组件、气源式热泵系统、水箱12及所有管路外均使用保温材料包裹。原水流出膜蒸馏组件Ⅱ18后接着进入膜蒸馏组件Ⅰ18，待流出膜蒸馏组件Ⅰ18后，流回原水箱。当运行稳定后，打开隔膜泵Ⅱ21、阀门Ⅸ20和阀门Ⅺ32，向膜蒸馏组件的金属盘管内泵入常温原水，常温原水作为冷却介质使金属盘管的外表面降温。透过中空纤维膜的水蒸气与金属盘管的外表面接触，释放热量后被冷凝成产水。该股原水温度上升，在流出膜蒸馏组件Ⅱ18后，继续进入膜蒸馏组件Ⅰ28的金属盘管内冷却生成水蒸气。之后该股原水流出膜蒸馏组件Ⅰ28，与流出膜蒸馏组件Ⅰ28的管程的高温原水混合，流回水箱12。待系统稳定运行一段时间后，开启循环水真空泵27。冷凝后形成的产水在循环水真空泵27的抽吸作用下进入气水分离器25，后通过产水收集罐23被收集。温度表Ⅳ26用于监测膜蒸馏产水的温度。系统产水一段时间后，需控制水箱12内原水水量及电导处在一定范围之内。

(4)关闭膜蒸馏系统。关闭太阳能集热装置中的隔膜泵Ⅰ39及阀门ⅩⅤ40；关闭气源式热泵系统中的压缩机43及叶轮44。当水温降低，膜蒸馏组件不再产水时，关闭隔膜泵Ⅱ21，阀门Ⅱ13、阀门Ⅸ20、阀门Ⅺ32、阀门ⅩⅢ35及单向阀31，并依次关闭产水端的循环水真空泵27以及阀门Ⅹ24。

(5)膜蒸馏组件的清洗。在酸液清洗箱5中配制pH为2左右的盐酸洗液。打开阀门Ⅳ9、阀门Ⅴ7、阀门Ⅶ3和阀门Ⅻ30，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅳ8，使用酸液对系统冲洗30分钟后，将清洗箱内的酸液排尽。在碱液清洗箱中配制pH为11.5左右的氢氧化钠碱液。打开阀门Ⅳ9、阀门Ⅵ6、阀门Ⅷ2和阀门Ⅻ30，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅳ8，使用该碱液对系统冲洗30分钟后，将清洗箱内的碱液排尽。之后打开阀门Ⅳ9、阀门ⅩⅣ34和单向阀31，其他阀门保持关闭。打开隔膜泵Ⅳ8，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)膜蒸馏组件的干燥。打开阀门Ⅲ10、阀门ⅩⅣ34和单向阀31，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，该气源式热泵-太阳能-膜蒸馏复合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，使用热泵-太阳能-膜蒸馏复合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900W·m²，日太阳辐射总量可超过20MJ·m²·d^-1。此时，太阳能真空管集热器管38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32-35℃之间，在午间达到最高。

水箱12中的水温随太阳辐射强度变化而变化，午间可以达到80℃以上。使用电导为26000μs/cm的NaCl盐溶液作为原水，通过转子流量计17控制原水箱内原水流量为200L·h^-1，进入蒸发区前原料液温度为80℃左右，每天连续运行10小时，得到的最大膜通量为34Lm^-2·h^-1，平均膜通量为31L m^-2·h^-1；产水电导率保持在100～130μS·cm^-1左右，脱盐率高于99.5％。

注意事项：

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

(2)气源式热泵太阳能集热系统中水箱12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、管道和水箱12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。

实施案例二：

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℃之间。

夜晚使用气源式热泵系统对原水进行加热。使用电导为80000μs/cm的反渗透浓水作为原水，待原水温度升至60℃时，通过转子流量计17控制原水箱内原水流量为250L·h^-1，连续运行10小时，得到的最大膜通量为18L m^-2·h^-1，平均膜通量为17.7L m^-2·h^-1；产水电导率保持在130～200μS·cm^-1左右，脱盐率高于99.6％。气源式热泵系统的使用可在夜晚完全替代电加热，经计算后的理论节能效率为60％。

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>200000μs/cm)，易发生盐析出结晶及产水量衰减等现象。

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 (10)

1.一种气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，包括：碱液清洗箱(1)、酸液清洗箱(5)、产水收集装置、膜蒸馏组件Ⅰ(28)、膜蒸馏组件Ⅱ(18)、气源式热泵系统和太阳能集热系统；

所述膜蒸馏组件Ⅰ(28)包括：热原水进口Ⅰ(51)、热原水出口Ⅰ(52)、冷原水出口Ⅰ(53)、冷原水进口Ⅰ(54)和产水/水蒸气出口Ⅰ(55)；

所述膜蒸馏组件Ⅱ(18)包括：热原水进口Ⅱ(56)、热原水出口Ⅱ(57)、冷原水出口Ⅱ(59)、冷原水进口Ⅱ(58)和产水/水蒸气出口Ⅱ(60)；

所述热原水出口Ⅱ(57)与热原水进口Ⅰ(51)相连；所述冷原水出口Ⅱ(59)与冷原水进口Ⅰ(54)相连；

所述气源式热泵系统包括：冷凝器(49)、压缩机(43)、叶轮(44)、蒸发器(45)、膨胀阀(46)、过滤器Ⅰ(47)和储液罐(48)；

所述蒸发器(45)吸收由叶轮(44)鼓风形成的流动热量，蒸发器(45)的出口与压缩机(43)的进口相连，压缩机(43)的出口与冷凝器(49)的进口相连，冷凝器(49)的出口与储液罐(48)的进口相连，储液罐(48)的出口通过过滤器Ⅰ(47)和膨胀阀(46)与蒸发器(45)的进口相连；

所述太阳能集热系统包括：水箱(12)、太阳能真空集热管(38)和换热盘管(42)；

所述换热盘管(42)位于水箱(12)内，所述冷凝器(49)位于水箱(12)内；所述太阳能真空集热管(38)的一端与换热盘管(42)的进口相连，换热盘管(42)的出口与太阳能真空集热管(38)的另一端相连；

所述热原水进口Ⅱ(56)分别与碱液清洗箱(1)和酸液清洗箱(5)的底部出口、清洗水入口(4)和热风机(11)相连，所述热原水进口Ⅱ(56)还与水箱(12)的底部出水口相连；

所述热原水出口Ⅰ(52)分别与碱液清洗箱(1)和酸液清洗箱(5)的进口、水箱(12)的顶部进水口相连，所述热原水出口Ⅰ(52)还与大气相连；

所述冷原水出口Ⅰ(53)与水箱(12)的顶部进水口相连，所述冷原水出口Ⅰ(53)还与大气相连；

所述冷原水进口Ⅱ(58)与原水入口(22)相连；所述产水/水蒸气出口Ⅰ(55)与产水收集装置的进口相连；所述产水/水蒸气出口Ⅱ(60)与产水收集装置的进口相连。

2.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述太阳能真空集热管(38)的一端通过温度表Ⅱ(36)与换热盘管(42)的进口相连，所述换热盘管(42)的出口依次通过隔膜泵Ⅰ(39)、阀门ⅩⅤ(40)和温度表Ⅰ(41)与太阳能真空集热管(38)的另一端相连，所述太阳能真空集热管(38)呈(45)度角摆放。

3.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述换热盘管(42)位于水箱(12)内的上部，所述冷凝器(49)位于水箱(12)内的下部，所述水箱(12)的侧部下出水口处设有阀门Ⅰ(50)。

4.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述热原水进口Ⅱ(56)依次通过转子流量计(17)、温度表Ⅲ(16)和阀门Ⅲ(10)与热风机(11)相连；所述热原水进口Ⅱ(56)依次通过转子流量(17)、温度表Ⅲ(16)、阀门Ⅳ(9)和隔膜泵Ⅳ(8)与碱液清洗箱(1)和酸液清洗箱(5)的底部出口相连；所述热原水进口Ⅱ(56)依次通过转子流量(17)、温度表Ⅲ(16)、阀门Ⅳ(9)和隔膜泵Ⅳ(8)与清洗水入口(4)相连；所述热原水进口Ⅱ(56)依次通过转子流量计(17)、温度表Ⅲ(16)、过滤器Ⅱ(15)、隔膜泵Ⅲ(14)和阀门Ⅱ(13)与水箱(12)的底部出水口相连。

5.如权利要求4所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述碱液清洗箱(1)的底部出口与隔膜泵Ⅳ(8)之间设有阀门Ⅵ(6)；所述酸液清洗箱(5)的底部出口与隔膜泵Ⅳ(8)之间设有阀门Ⅴ(7)。

6.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述热原水出口Ⅰ(52)通过温度表Ⅴ(29)和阀门Ⅻ(30)与碱液清洗箱(1)和酸液清洗箱(5)的进口相连；所述热原水出口Ⅰ(52)依次通过温度表Ⅴ(29)、单向阀(31)、温度表Ⅵ(33)和阀门ⅩⅢ(35)与水箱(12)的顶部进水口相连；所述热原水出口Ⅰ(52)依次通过温度表Ⅴ(29)、单向阀(31)、温度表Ⅵ(33)和阀门ⅩⅣ(34)与大气相连。

7.如权利要求6所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述碱液清洗箱(1)的进口与阀门Ⅻ(30)之间设有阀门Ⅷ(2)，所述酸液清洗箱(5)的进口与阀门Ⅻ(30)之间设有阀门Ⅶ(3)。

8.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述冷原水出口Ⅰ(53)依次通过阀门Ⅺ(32)、温度表Ⅵ(33)和阀门ⅩⅢ(35)与水箱(12)的顶部进水口相连；所述冷原水出口Ⅰ(53)依次通过阀门Ⅺ(32)、温度表Ⅵ(33)和阀门ⅩⅣ(34)与大气相连。

9.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述冷原水进口Ⅱ(58)依次通过过滤器Ⅲ(19)、阀门Ⅸ(20)和隔膜泵Ⅱ(21)与原水入口(22)相连。

10.如权利要求1所述的气源式热泵太阳能膜蒸馏复合系统，其特征在于，所述产水收集装置包括：循环水真空泵(27)、气水分离器(25)和产水收集罐(23)，所述气水分离器(25)的进口通过温度表Ⅳ(26)分别与产水/水蒸气出口Ⅰ(55)和产水/水蒸气出口Ⅱ(60)相连；所述气水分离器(25)的上端出口与循环水真空泵(27)的进口相连，所述气水分离器(25)的下端出口通过阀门Ⅹ(24)与产水收集罐(23)的进口相连。