CN109626471A - 结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统及方法，包括太阳能聚光光伏光热系统，膜蒸馏水处理系统，蓄热蓄电系统和换热系统，通过两级换热系统将太阳能聚光光伏光热系统和膜蒸馏水处理系统有机结合，设计了两级加热装置实现聚光光伏光热系统高效合理的热电输出，并通过两级蓄能系统实现太阳能的高效存储。利用已存储的热电能，系统在晚上依旧可以正常运行，实现最大化利用太阳能的目的。本发明太阳能的综合利用率更高，原水利用率更高，淡水获得量更大，具有高效低成本的特点，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统及方法，属于太阳能综合利用技术、水处理和节能环保领域。
背景技术
淡水资源短缺问题是目前困扰人类的几个主要的问题之一，然而地球上的海水或咸水储量巨大，如何利用这些咸水资源来获取淡水，是水处理领域的研究热点。现有的海水、咸水淡化技术主要包括多级闪蒸技术和反渗透技术，但它们都有各自显著的缺点。多级闪蒸技术需要消耗高品位能源来获取淡水，成本较大。而反渗透技术消耗的能源相对较少，但设备需要能够承受较高压力，而且对进水指标要求较高，需要对进水进行预处理，系统较为复杂，初期投资成本较大。
膜蒸馏技术是一种利用疏水微孔膜作为传质介质，以膜两侧蒸气压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸馏技术和多级闪蒸技术和反渗透技术相比，具有能耗少、成本低、除盐率高的特点。膜蒸馏过程中，进料液无需加热至100℃，一般加热至70～80℃左右即可。当膜组件进料温度越高时，膜组件的产水能力也会越强。基于该特点，现有的膜蒸馏水处理技术多与太阳能热利用技术相结合，利用太阳能集热器加热待处理的海水、咸水以达到合适的工作温度，再通过膜组件后冷凝，从而获得淡水。
太阳能聚光光伏光热技术的出现源于石油危机，全世界的学者急需寻找一种可以替代传统化石能源的办法。聚光光伏的思想是用廉价的聚光器代替较昂贵的太阳能光伏组件，使少数的电池产生较多的收益。然而，聚光带来了新的问题，它使电池表面温度急剧上升，进而降低了电池效率。相关研究表明，太阳能电池每上升1℃，光电效率降低0.5％。光伏光热技术的出现恰好解决了这一问题，通过将太阳能光伏组件和集热器组件耦合，在降低电池表面温度、提高电效率的同时产生了热水或热空气，可用于采暖、作为生活热水等等。聚光器根据聚光比可分为高倍聚光、中倍聚光和低倍聚光，中高倍聚光需要十分精确的太阳跟踪系统和高效的冷却系统，因而成本高昂。以符合抛物面聚光器为主的低倍聚光因为结构简单，不需要实时精确跟踪太阳和成本低廉的优点而被认为是聚光光伏中最有希望首先实现商业化的方案。
近几年来，我国有关将太阳能利用技术和膜蒸馏水处理技术结合的专利不断被公开和授权：
专利公布号为CN101693559A的中国专利申请公布了一种真空或直接接触两用的卧式太阳能膜蒸馏装置，原水经过太阳能集热器变成热水后进入中空纤维膜膜蒸馏组件，通过真空泵抽气后冷凝或者与收集的冷凝水进行直接接触冷凝两种方法获得淡水。该专利的优点是对膜组件进行了优化设计，采用中空纤维膜组件，膜通量高且可更换。缺点是未利用冷凝潜热，没有蓄热装置，太阳能综合利用率低且需要消耗额外的电能。
专利公布号为CN206278948U的中国专利申请公布了一种微曝气太阳能减压膜蒸馏高盐水淡化处理系统，原水先经过换热器用于冷凝膜蒸馏产生的水蒸气，然后通过太阳能集热器加热到合适温度后，经鼓气泵鼓入膜组件，然后利用循环水真空泵产生负压进行膜蒸发，产生的水蒸气被原水冷凝，从而获得淡水。优点是使用了鼓气装置，有效降低了膜污染，并且较充分的利用了冷凝潜热。缺点是原水运行一次后就排出，利用率低而且需要消耗额外的电能。
专利公布号为CN108083369A的中国专利申请公布了一种太阳能PV/T-膜蒸馏一体化海水淡化系统，进料海水首先通过冷却组件，冷凝水蒸汽的同时被预热进入到光伏光热组件中，太阳光经过复合抛物面聚光器聚集在光伏光热组件上，一方面组件产生电能用于驱动系统运行，另一方面低温海水吸收集热器的热能，温度达到110℃以上，接着进入扩容蒸发器扩容蒸发；产生的蒸汽进入冷却组件冷凝为淡水，产生的热水通过膜蒸馏变成淡水。优点是综合利用了太阳能和冷凝潜热，且获得淡水量较多。缺点是没有储能系统，且光伏光热组件的温度过高导致太阳能电池效率太低，从而导致产电下降，影响系统正常工作。
发明内容
为了解决现有技术中存在的太阳能综合利用率低、没有蓄热储能装置、系统需要消耗额外电能等缺陷，本发明目的在于提供一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统及方法，该系统通过优化耦合太阳能聚光光伏光热系统与膜蒸馏水处理系统，达到了高效综合利用太阳能的目的，并提高了系统全天产水量，具有高效、低成本和节能环保的特点，具有广大的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，包括太阳能聚光光伏光热系统、膜蒸馏水处理系统、换热系统、蓄热系统以及蓄电系统；太阳能聚光光伏光热系统经换热系统与膜蒸馏水处理系统相连，太阳能聚光光伏光热系统还连接有蓄电系统；
太阳能聚光光伏光热系统包括聚光光伏光热装置和真空管集热器装置，真空管集热器装置与聚光光伏光热装置相连；
换热系统包括相连接的第一换热器和第二换热器；
蓄热系统与聚光光伏光热装置、真空管集热器装置、第一换热器和第二换热器相连。
本发明进一步的改进在于，蓄热系统包括低温水箱、第一温度计、第一自吸泵、高温水箱、第二温度计、第二自吸泵和自动控制装置；其中，低温水箱的入口与第二换热器的冷端出口相连，低温水箱的出口与第一自吸泵相连，并且低温水箱的出口与第一自吸泵之间的管道上设置有第一温度计，第一自吸泵与太阳能聚光光伏光热装置相连，太阳能真空管集热器与高温水箱入口相连，高温水箱出口与第二自吸泵相连，并且高温水箱与第二自吸泵之间的管道上设置有第二温度计，第二自吸泵与第一换热器的热端进口相连。第一换热器的热端出口与第二换热器的冷端进口相连，第一换热器的冷端入口与原水水箱相连，第一换热器的冷端出口与中空纤维膜组件相连；
第一温度计、第一自吸泵、第二温度计和第二自吸泵均与自动控制装置相连；
本发明进一步的改进在于，当第一自吸泵流量大于第二自吸泵时，蓄热系统开始蓄热；当第二自吸泵流量大于第一自吸泵时，蓄热系统进行逆过程，开始放热；
当高温水箱的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置调节第一自吸泵使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵，使得进入高温水箱的水多于进入低温水箱的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱的水温低于设定温度范围时，通过自动控制单元调节第一自吸泵使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵，使得进入高温水箱的水少于进入低温水箱的水，系统从而进入放热状态。
本发明进一步的改进在于，聚光光伏光热装置包括复合抛物面聚光器、多晶硅太阳能电池板以及方形散热板；其中，复合抛物面聚光器安装在太阳能电池板两侧，方形散热板安装在太阳能电池板的底面上，方形散热板上设置有方形散热流体通道，载热工质从方形散热流体通道内流过并吸收太阳能电池板的热量；蓄热工质为水或导热油。
本发明进一步的改进在于，膜蒸馏水处理系统包括原水自吸泵、原水过滤装置、原水水箱、中空纤维膜组件、真空泵和淡水收集箱；其中，过滤装置与原水水箱相连，原水水箱与原水自吸泵相连，原水自吸泵与第一换热器相连，第一换热器与中空纤维膜组件相连，中空纤维膜组件与原水水箱相连；
中空纤维膜组件还与第二换热器相连，第二换热器与淡水收集箱相连。
本发明进一步的改进在于，中空纤维膜组件包括壳体、PVDF中空纤维膜丝、膜丝内部微通道以及膜丝外部空腔；其中壳体内部填充若干PVDF中空纤维膜丝，PVDF中空纤维膜丝内部设置有膜丝内部微通道，膜丝内部微通道为原水通道，PVDF中空纤维膜丝之间形成膜丝外部空腔，膜丝外部空腔被抽成真空状态。
本发明进一步的改进在于，第一换热器和第二换热器均为板式换热器。
本发明进一步的改进在于，蓄电系统包括与光伏逆变器和蓄电池；光伏逆变器一端与聚光光伏光热装置相连，另一端与蓄电池相连。
一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理方法，太阳能聚光光伏光热装置接收太阳，一方面产生电能，并由蓄电池收集起来，另一方面产生热能，并传导给位于太阳能电池板底部的方形散热板，来自低温水箱经由第一自吸泵输送的蓄热工质在方形散热流体通道流过并冷却方形散热板，蓄热工质再经聚光光伏光热装置一级加热后进入太阳能真空管集热器进行二次加热至80～90℃，然后进入高温水箱，再由第二自吸泵输送至第一换热器与原水进行换热，温度降低后再进入第二换热器用来冷凝淡水蒸汽，最后回到低温水箱，蓄热工质循环完成；
同时，原水经过过滤装置后进入原水水箱，通过原水自吸泵后进入第一换热器，被高温蓄热工质加热后进入中空纤维膜组件进行真空膜蒸馏过程后回到原水水箱，原水循环完成；
中空纤维膜组件中产生的淡水蒸汽被抽吸进入第二换热器，在预热低温蓄热工质的同时冷凝成液态淡水，通过重力作用进入淡水收集箱，完成淡水收集循环。
本发明进一步的改进在于，当高温水箱的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置调节第一自吸泵，使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵，使得进入高温水箱的水多于进入低温水箱的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱的水温低于设定温度范围时，通过自动控制装置调节第一自吸泵，使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵，使得进入高温水箱的水少于进入低温水箱的水，系统从而进入放热状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置作为一级加热的聚光光伏光热装置和作为二级加热的太阳能真空管集热器装置的两级加热装置，显著提高了系统的太阳能综合利用率。由于电池板的光电效率受温度影响较大，温度越高电池板光电效率越低，使得系统电能输出较少，热电不匹配。因此，单一的光伏光热装置无法在保证较高的出口工质温度的同时输出足够的电能驱动系统，而本发明所设置得两级加热装置完美解决了该问题：一级加热的聚光光伏光热装置仅用于初步加热蓄热工质并以较高的光电效率产生电能来驱动系统，二级加热的真空管集热器来完成对蓄热工质的进一步加热，以提高进入膜组件原水的水温，达到增加产生能力的效果。本发明通过换热系统将聚光光伏光热系统和膜蒸馏水处理系统耦合，待处理的原水不直接接触聚光光伏光热系统，使得聚光光伏光热系统对材料的耐腐蚀性要求大大降低，降低了系统的制造成本。本发明太阳能的综合利用率更高，原水利用率更高，淡水获得量更大，具有高效低成本的特点，应用前景广泛。
本发明具有如下优点：(1)本发明仅用太阳能作为唯一驱动能，并通过两级加热装置，提高了系统的太阳能综合利用率和系统的产水能力。(2)本发明通过优化设计蓄热系统，可以根据太阳能辐照度的变化调整系统运行状况，并存储多余的热能、电能，从而可以在夜间无光照时工作，进一步提高系统的太阳能综合利率和系统的产水能力。(3)本发明通过换热系统的设计使得与原水直接接触的装置大量减少，进而使得系统对材料的耐腐蚀性要求降低，有利于进一步降低系统制造成本。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统的结构示意图。
图2是本发明的聚光光伏光热装置的结构示意图。
图3是本发明中空纤维膜组件的横截面示意图。
图中各标号为：1为低温水箱，2为第一温度计，3为第一自吸泵，4为太阳能聚光光伏光热装置，5为太阳能真空管集热器，6为高温水箱，7为第二温度计，8为第二自吸泵，9为第一换热器，10为原水自吸泵，11为原水过滤装置，12为原水水箱，13为中空纤维膜组件，14为真空泵，15为淡水收集箱，16为第二换热器，17为自动控制装置，18为光伏逆变器，19为蓄电池；21为复合抛物面聚光器，22为太阳能电池板，23为方形散热板，24为方形散热流体通道；31为PVDF中空纤维膜丝，32为膜丝内部微通道，33为膜组件空腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参见图1，本发明提供的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统包括太阳能聚光光伏光热系统，膜蒸馏水处理系统，换热系统，蓄热系统以及蓄电系统；太阳能聚光光伏光热系统经换热系统与膜蒸馏水处理系统相连，太阳能聚光光伏光热系统经换热系统还连接有蓄电系统。
所述太阳能聚光光伏光热系统包括作为一级加热的聚光光伏光热装置4和与聚光光伏光热装置4相连的作为二级加热的真空管集热器装置5；
所述聚光光伏光热装置由多个聚光光伏光装置串联或并联而成，装置数量可以根据需要处理的水的规模而改变。聚光光伏光热装置4的结构如图2所示，包括复合抛物面聚光器21，多晶硅太阳能电池板22，方形散热板23以及方形散热流体通道24；其中，复合抛物面聚光器21安装在太阳能电池板22长度方向的左右两侧，将太阳能汇聚到电池板上；方形散热板23安装在太阳能电池板22的底面上，方形散热板23上设置有方形散热流体通道24，载热工质从方形散热流体通道24内流过并吸收太阳能电池板22的热量。
膜蒸馏水处理系统包括原水自吸泵10，原水过滤装置11，原水水箱12，PVDF中空纤维膜组件13，真空泵14和淡水收集箱15；其中，PVDF中空纤维膜组件13由若干PVDF中空纤维膜丝封装而成。膜蒸馏水处理系统可以对原水进行多次循环淡化，提高浓缩程度，原水利用率高。
所述过滤装置11与原水水箱12相连，原水水箱12与原水自吸泵10相连，原水自吸泵10与第一换热器9相连，第一换热器9与中空纤维膜组件13相连，中空纤维膜组件13与原水水箱12相连，被高温蓄热工质加热后进入中空纤维膜组件13进行真空膜蒸馏过程后回到原水水箱12，至此原水循环完成。原水可以经过多次循环浓缩，提高原水利用率。
中空纤维膜组件13还与第二换热器16相连，第二换热器16与淡水收集箱15相连。中空纤维膜组件13中产生的淡水蒸汽被真空泵14抽吸进入第二换热器16，在预热低温蓄热工质的同时冷凝成液态淡水，通过重力作用进入淡水收集箱15，至此完成淡水收集循环。
所述中空纤维膜组件13的结构如图3所示，包括壳体，PVDF中空纤维膜丝31，膜丝内部微通道32以及膜丝外部空腔33；其中壳体内部填充若干PVDF中空纤维膜丝31，PVDF中空纤维膜丝31内部设置有膜丝内部微通道32，膜丝内部微通道32为原水通道，PVDF中空纤维膜丝31之间形成膜丝外部空腔33，膜丝外部空腔33被真空泵抽成真空状态。
换热系统包括第一换热器9和第二换热器16；第一换热器9和第二换热器16均为板式换热器。
蓄热系统与聚光光伏光热装置4、真空管集热器装置5、第一换热器9和第二换热器16相连。具体的，蓄热系统包括低温水箱1，第一温度计2，第一自吸泵3，高温水箱6，第二温度计7，第二自吸泵8和自动控制装置17；其中，低温水箱1的入口与第二换热器16的冷端出口相连，低温水箱1的出口与第一自吸泵3相连，并且低温水箱1的出口与第一自吸泵3之间的管道上设置有第一温度计2，第一自吸泵3与太阳能聚光光伏光热装置4相连，太阳能聚光光伏光热装置4与太阳能真空管集热器5相连，太阳能真空管集热器5与高温水箱6入口相连，高温水箱6出口与第二自吸泵8相连，并且高温水箱6与第二自吸泵8之间的管道上设置有第二温度计7，第二自吸泵8与第一换热器9的热端进口相连。第一换热器9的热端出口与第二换热器16的冷端进口相连，第一换热器9的冷端入口与原水水箱12相连，第一换热器9的冷端出口与中空纤维膜组件13相连；
第二换热器16的热端进口与中空纤维膜组件13的排气口相连，第二换热器16的热端出口与淡水收集箱15相连，第二换热器16的冷端进口与第一换热器9的热端出口相连，第二换热器16的冷端出口与低温水箱1相连。
蓄热系统的蓄热工质可以是水或导热油等。
第一温度计2、第一自吸泵3、第二温度计7和第二自吸泵8均与自动控制装置17相连；通过调节第一自吸泵3和第二自吸泵8二者流量大小的差别，可以使系统达到积蓄多余热量或者释放存储热量的目的；当第一自吸泵3流量大于第二自吸泵8时，蓄热系统开始蓄热；当第二自吸泵8流量大于第一自吸泵3时，蓄热系统进行逆过程，开始放热。
当高温水箱6的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置17调节第一自吸泵3使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵8，使得进入高温水箱6的水多于进入低温水箱1的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱6的水温低于设定温度范围时，通过自动控制单元调节第一自吸泵3使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵8，使得进入高温水箱6的水少于进入低温水箱1的水，系统从而进入放热状态。系统在晴朗的天气工作一天后进入夜晚时，高温水箱6蓄积了大量的热工质，此时第一自吸泵关闭，仅第二自吸泵工作，系统依旧可以正常运行数小时，生产更多的淡水，最大化利用太阳能。
蓄电系统包括与光伏逆变器18和蓄电池19。光伏逆变器18一端与聚光光伏光热装置4相连，另一端与蓄电池19相连，将聚光光伏光热装置产生的电能存储在蓄电池中，第一自吸泵3、第二自吸泵8、原水自吸泵10和真空泵14均匀蓄电池19相连。蓄电池19用于驱动系统的第一自吸泵3、第二自吸泵8以及真空泵14等装置。
基于以上结构，本发明所提供的基于上述结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统的处理方法为：
太阳能聚光光伏光热装置4接收太阳，一方面产生电能，通过光伏逆变器18后由蓄电池19收集起来，用于驱动系统中的第一自吸泵3、第二自吸泵8、原水自吸泵10和真空泵14；另一方面产生热能，并传导给位于太阳能电池板22底部的方形散热板23，来自低温水箱1经由第一自吸泵3输送的蓄热工质在方形流道24流过并冷却方形散热板23，使太阳能电池板22处于较低温度下工作，光电效率较高。蓄热工质再被聚光光伏光热装置4一级加热后进入太阳能真空管集热器5进行二次加热至80～90℃，然后进入高温水箱6，再由第二自吸泵8输送至第一换热器9与原水进行换热，温度降低后再进入第二换热器16用来冷凝淡水蒸汽，最后回到低温水箱1，至此蓄热工质循环完成。
同时，原水经过过滤装置11后进入原水水箱12，通过原水自吸泵10后进入第一换热器9，被高温蓄热工质加热后进入PVDF中空纤维膜组件13进行真空膜蒸馏过程后回到原水水箱12，至此原水循环完成。原水可以经过多次循环浓缩，提高原水利用率。
中空纤维膜组件13中产生的淡水蒸汽被真空泵14抽吸进入第二换热器16的热端进口，在预热低温蓄热工质的同时冷凝成液态淡水，然后通过重力作用进入淡水收集箱15，至此完成淡水收集循环。
通过调节第一自吸泵3和第二自吸泵8二者流量大小的差别，还可以达到积蓄多余热量或者释放存储热量的目的。第一温度计2，第一自吸泵3，第二温度计7和第二自吸泵8均与自动控制装置17相连；当高温水箱6的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置17调节第一自吸泵3，使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵8，使得进入高温水箱6的水多于进入低温水箱1的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱6的水温低于设定温度范围时，通过自动控制装置17调节第一自吸泵3，使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵8，使得进入高温水箱6的水少于进入低温水箱1的水，系统从而进入放热状态。系统在晴朗的天气工作一天后进入夜晚时，高温水箱6蓄积了大量的热工质，蓄电池19蓄积了大量电能，此时第一自吸泵3关闭，仅第二自吸泵8工作，系统依旧可以正常运行数小时，最大化利用白天接受的太阳能并生产更多的淡水。
本发明中低温水箱1的蓄热工质首先进入太阳能聚光光伏光热装置被初步加热，同时聚光光伏光热装置产生电能用于驱动系统，初步加热的蓄热工质进入真空管集热器被二次加热至较高温度后进入高温水箱6，在第一换热器中与原水进行换热，此时高温的原水进入膜组件进行真空式膜蒸馏，低温的蓄热工质进入第二换热器用来冷凝膜组件中产生的水蒸气以产生冷凝水，冷凝的淡水最后通过重力作用进入淡水收集箱15。
本发明通过换热系统将太阳能聚光光伏光热系统和膜蒸馏水处理系统耦合起来，并配有蓄热系统和蓄电系统用于存储系统多余的电能和热能。太阳能聚光光伏光热系统一方面为膜蒸馏水处理系统提供热能，另一方面为整个系统提供运行所需要的电能；蓄热系统将系统运行过程中多余的热能存储起来，蓄电系统将运行过程中多余的电能存储起来，当太阳光较弱甚至无太阳光照时，系统利用已存储的热电能依旧可以正常运行，以达到最大化利用太阳能的目的。
Claims (10)
1.一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，包括太阳能聚光光伏光热系统、膜蒸馏水处理系统、换热系统、蓄热系统以及蓄电系统；太阳能聚光光伏光热系统经换热系统与膜蒸馏水处理系统相连，太阳能聚光光伏光热系统还连接有蓄电系统；
太阳能聚光光伏光热系统包括聚光光伏光热装置(4)和真空管集热器装置(5)，真空管集热器装置(5)与聚光光伏光热装置(4)相连；
换热系统包括相连接的第一换热器(9)和第二换热器(16)；
蓄热系统与聚光光伏光热装置(4)、真空管集热器装置(5)、第一换热器(9)和第二换热器(16)相连。
2.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，蓄热系统包括低温水箱(1)、第一温度计(2)、第一自吸泵(3)、高温水箱(6)、第二温度计(7)、第二自吸泵(8)和自动控制装置(17)；其中，低温水箱(1)的入口与第二换热器(16)的冷端出口相连，低温水箱(1)的出口与第一自吸泵(3)相连，并且低温水箱(1)的出口与第一自吸泵(3)之间的管道上设置有第一温度计(2)，第一自吸泵(3)与太阳能聚光光伏光热装置(4)相连，太阳能真空管集热器(5)与高温水箱(6)入口相连，高温水箱(6)出口与第二自吸泵(8)相连，并且高温水箱(6)与第二自吸泵(8)之间的管道上设置有第二温度计(7)，第二自吸泵(8)与第一换热器(9)的热端进口相连；第一换热器(9)的热端出口与第二换热器(16)的冷端进口相连，第一换热器(9)的冷端入口与原水水箱(12)相连，第一换热器(9)的冷端出口与中空纤维膜组件(13)相连；
第一温度计(2)、第一自吸泵(3)、第二温度计(7)和第二自吸泵(8)均与自动控制装置(17)相连。
3.根据权利要求2所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，当第一自吸泵(3)流量大于第二自吸泵(8)时，蓄热系统开始蓄热；当第二自吸泵(8)流量大于第一自吸泵(3)时，蓄热系统进行逆过程，开始放热；
当高温水箱(6)的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置(17)调节第一自吸泵(3)使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵(8)，使得进入高温水箱(6)的水多于进入低温水箱(1)的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱(6)的水温低于设定温度范围时，通过自动控制单元调节第一自吸泵(3)使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵(8)，使得进入高温水箱(6)的水少于进入低温水箱(1)的水，系统从而进入放热状态。
4.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，聚光光伏光热装置(4)包括复合抛物面聚光器(21)、多晶硅太阳能电池板(22)以及方形散热板(23)；其中，复合抛物面聚光器(21)安装在太阳能电池板(22)两侧，方形散热板(23)安装在太阳能电池板(22)的底面上，方形散热板(23)上设置有方形散热流体通道(24)，载热工质从方形散热流体通道(24)内流过并吸收太阳能电池板(22)的热量；蓄热工质为水或导热油。
5.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，膜蒸馏水处理系统包括原水自吸泵(10)、原水过滤装置(11)、原水水箱(12)、中空纤维膜组件(13)、真空泵(14)和淡水收集箱(15)；其中，过滤装置(11)与原水水箱(12)相连，原水水箱(12)与原水自吸泵(10)相连，原水自吸泵(10)与第一换热器(9)相连，第一换热器(9)与中空纤维膜组件(13)相连，中空纤维膜组件(13)与原水水箱(12)相连；
中空纤维膜组件(13)还与第二换热器(16)相连，第二换热器(16)与淡水收集箱(15)相连。
6.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，中空纤维膜组件(13)包括壳体、PVDF中空纤维膜丝(31)、膜丝内部微通道(32)以及膜丝外部空腔(33)；其中壳体内部填充若干PVDF中空纤维膜丝(31)，PVDF中空纤维膜丝(31)内部设置有膜丝内部微通道(32)，膜丝内部微通道(32)为原水通道，PVDF中空纤维膜丝(31)之间形成膜丝外部空腔(33)，膜丝外部空腔(33)被抽成真空状态。
7.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，第一换热器(9)和第二换热器(16)均为板式换热器。
8.根据权利要求1所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理系统，其特征在于，蓄电系统包括与光伏逆变器(18)和蓄电池(19)；光伏逆变器(18)一端与聚光光伏光热装置(4)相连，另一端与蓄电池(19)相连。
9.一种基于权利要求3所述系统的结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理方法，其特征在于，
太阳能聚光光伏光热装置(4)接收太阳，一方面产生电能，并由蓄电池(19)收集起来，另一方面产生热能，并传导给位于太阳能电池板(22)底部的方形散热板(23)，来自低温水箱(1)经由第一自吸泵(3)输送的蓄热工质在方形散热流体通道(24)流过并冷却方形散热板(23)，蓄热工质再经聚光光伏光热装置(4)一级加热后进入太阳能真空管集热器(5)进行二次加热至80～90℃，然后进入高温水箱(6)，再由第二自吸泵(8)输送至第一换热器(9)与原水进行换热，温度降低后再进入第二换热器(16)用来冷凝淡水蒸汽，最后回到低温水箱(1)，蓄热工质循环完成；
同时，原水经过过滤装置(11)后进入原水水箱(12)，通过原水自吸泵(10)后进入第一换热器(9)，被高温蓄热工质加热后进入中空纤维膜组件(13)进行真空膜蒸馏过程后回到原水水箱(12)，原水循环完成；
中空纤维膜组件(13)中产生的淡水蒸汽被抽吸进入第二换热器(16)，在预热低温蓄热工质的同时冷凝成液态淡水，通过重力作用进入淡水收集箱(15)，完成淡水收集循环。
10.根据权利要求9所述的一种结合太阳能聚光光伏光热技术的膜蒸馏水处理方法，其特征在于，当高温水箱(6)的水温超过设定温度范围时，通过自动控制装置(17)调节第一自吸泵(3)，使之转速加快，流量增加并高于第二自吸泵(8)，使得进入高温水箱(6)的水多于进入低温水箱(1)的水，系统从而进入蓄热状态；当高温水箱(6)的水温低于设定温度范围时，通过自动控制装置(17)调节第一自吸泵(3)，使之转速减慢，流量降低并低于第二自吸泵(8)，使得进入高温水箱(6)的水少于进入低温水箱(1)的水，系统从而进入放热状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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