CN116282302A - 一种光伏光热组件盐水淡化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏光热组件盐水淡化系统及方法,涉及能源利用技术领域,盐水淡化装置包括光伏光热组件、间壁式蒸发器、空冷散热器、间壁式冷凝器和冷水储箱,各部件间连通构成热水回路、冷却回路和散热回路;盐水淡化方法包括利用光伏光热组件发电机淡化盐水的白天模式、利用光伏光热组件散热的夜间模式及衔接白天模式和夜间模式的过渡模式。本发明利用光伏发电的废热实现盐水的淡化,不增设散热结构的情况下,同时降低了光伏发电组件的温度以提高光伏发电组件的发电效率,利于占用空间的建设成本的控制,特别适用于太阳能丰富的干旱地区。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域,具体涉及一种利用光伏光热组件淡化盐水的系统和方法。
背景技术
光伏发电系统是一种根据光生伏特效应原理,将照射在光伏组件上的太阳能转化为电能的装置。
现有技术中,光伏发电系统的光电转换效率一般在30%以下,照射在光伏组件上的太阳能中只有不足30%被转化为电能,而超过70%均以余热形式耗散。同时,随着光伏组件温度的升高,以余热形式耗散的能量占照射在光伏组件上的太阳能的比例还会进一步提高,这也意味着光伏发电系统的光电转换效率将进一步下降。理论上光伏组件每升高1℃,光伏发电系统的光电转换效率会降低0.5%左右。因此,光伏发电系统的散热效率对光伏发电系统的光电转换效率有直接影响。此外,光伏组件的光电板过热也会使光伏组件的使用寿命缩短。
针对光伏发电系统的散热需要,PV/T光伏光热技术将光伏发电中产生的废热吸收,并进一步以供给热水的方式利用,实现了热电联产。但由于热水的需求量有限,该技术并不适用于如大型光伏电站的大型光伏发电系统;同时在环境温度较高的地域或时域内,热水或热能的需求会进一步减少,导致PV/T光伏光热技术的大规模推广受到限制。
以光伏发电中产生的废热进行盐水淡化来缓解水资源分布不均导致的部分地区严重缺乏淡水资源的问题是另一种热电联产的新思路。通常太阳能丰富的地区降水量少、炎热干旱,光伏发电产生的低品位废源较难利用;在此情况下,如利用光伏发电产生的低品位废源作为蒸馏法制水的热源进行盐水淡化,不仅能够解决光伏组件的散热问题,还能以相对廉价的方式提供宝贵的淡水资源。
但现有的光伏发电系统产生的废热温度低,且光伏发电系统的产热受日照时长的限制,直接利用现有的光伏发电系统进行盐水淡化的产水效率较低,经济性较差。
通过现有技术检索,存在以下已知的技术方案:
现有技术1:
申请号:CN202210864705.2,申请日:2022.07.22,公开(公告)日:2022.10.11,该现有技术涉及一种太阳能驱动水电热的综合产出系统,属于水处理技术和能源综合利用领域。包括通过管路连接形成回路的光伏光热组件机构、太阳池、蒸馏器、平衡盐水箱和盐热水箱;光伏光热组件机构呈斜面状设置;太阳池内设有换热盘管;蒸馏器包括阶梯状的底座、玻璃盖板和淡水收集箱。本发明通过光伏光热组件和太阳池对盐水进行预热,提高淡水的生产效率。同时该系统具备自行供电,实现发出电能并储存。太阳池可用于太阳能蓄热,在没有太阳辐射时,作为系统夜间运行的热源。本发明光伏光热组件产生的热量和蒸馏通道出口的热量被带走,实现生活热源的供应。本发明不仅解决了传统盐水淡化技术成本高效率低的难题,还实现太阳能驱动水电热的综合产出。
上述现有技术额外增加了太阳能直射面积以提高蒸发温度,但将盐水直接通入光伏光热组件带走热量会导致换热器的防腐蚀成本大幅提高。
现有技术2:
申请号:CN201310078443.8,申请日:2013.03.12,公开(公告)日:2013.06.26,该现有技术公开了一种离网型光伏光热耦合热泵海水淡化装置,包括直膨式太阳能热泵系统、原料水箱、蓄热水箱、闪蒸罐和主控器;所述直膨式太阳能热泵系统包括光伏光热蒸发器,光伏光热蒸发器通过管路依次与第二三通、气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、视液镜、节流装置、第一三通连接;第一三通通过管路依次与第一电磁阀、回热蒸发器、冷凝蒸发器、第二电磁阀和第二三通连接。本发明还公开了利用上述光伏光热耦合热泵海水淡化装置进行海水淡化的方法。本发明能够充分利用可再生能源,提高能源利用效率,实现海水淡化装置在没有电力供应的海岛等偏远地区的离网运行。
但上述现有技术大幅增大了原光伏发电系统的土地占用与经济成本。
因此,提高光伏发电系统与盐水淡化耦合系统的产水效率并降低生产成本,是实现该技术推广应用的重要目标。
通过以上的检索发现,以上技术方案没有影响本发明的新颖性;并且以上现有技术的相互组合没有破坏本发明的创造性。
发明内容
本发明正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处,提供了一种光伏光热组件盐水淡化系统及方法。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案:一种光伏光热组件盐水淡化系统,包括光伏光热组件、间壁式蒸发器、空冷散热器、间壁式冷凝器和冷水储箱;
所述光伏光热组件包括位于光伏发电组件及贴设于所述光伏发电组件底部的换热流道,所述换热流道两端分别开设光伏换热入口和光伏换热出口;
所述间壁式蒸发器包括加热侧和蒸发侧,所述加热侧开设有加热侧入口和加热侧出口,所述蒸发侧开设有蒸发侧入口、蒸汽出口及下出口;
所述空冷散热器开设有散热器入口、散热器蒸汽出口和散热器排水口;
所述间壁式冷凝器包括蒸汽侧和冷却侧,所述蒸汽侧开设蒸汽入口和排水口,所述冷却侧开设冷却入口和冷却出口;
所述冷水储箱开设成对设置的第一入口、第一出口及成对设置的第二入口、第二出口;
所述换热流道、换热出口、加热侧入口、加热侧、加热侧出口及换热入口依次连通构成热水回路;所述加热侧出口与换热入口之间设有第二阀门,所述换热出口与加热侧入口之间设有热水回路第一阀门;所述热水回路中连通设有第一水泵作为循环动力源;
所述冷水储箱、第一出口、冷却入口、冷却侧、冷却出口和第一入口依次连通构成冷却回路;所述第一出口与冷却入口之间设有第三阀门,所述冷却出口与第一入口之间设有第四阀门;所述冷却回路中连通设有第二水泵作为循环动力源;
所述冷水储箱、第二出口、换热入口、换热流道、换热出口及第二入口依次连通构成散热回路;所述第二出口与换热入口之间设有第五阀门,所述换热出口与第二入口之间设有第六阀门;所述散热回路中连通设有第三水泵作为循环动力源;
所述蒸发侧入口处通入盐水,所述蒸汽出口与所述散热器入口连通,所述下出口外连通第四水泵与第七阀门,所述散热器蒸汽出口与所述蒸汽入口连通,所述散热器排水口外连通第五水泵与第八阀门,所述排水口外连通第六水泵与第九阀门。
进一步的,还包括所述蒸汽侧开设的排气口及真空泵,所述排气口通过真空泵和真空泵阀门与大气连通。
进一步的,所述换热入口或换热出口处连通设置循环水泵,所述循环水泵同时作为第一水泵及第三水泵。
进一步的,所述间壁式蒸发器及间壁式冷凝器的换热器为管壳式或板式换热器,所述空冷散热器为排管散热器。
进一步的,所述间壁式蒸发器的管路及换热面由耐腐蚀材料制成。
进一步的,所述蒸汽出口处设有除沫器。
进一步的,还包括三组电导仪和水位计,三组所述电导仪和水位计的测量端分别设于所述蒸发侧内、所述空冷散热器内及所述蒸汽侧内,且三组所述电导仪和水位计分别与所述第四水泵和第七阀门、所述第五水泵和第八阀门以及所述第六水泵和第九阀门数据连通。
进一步的,所述冷水储箱内设有孔板,所述孔板将所述冷水储箱的内腔分为上半部分和下半部分,且所述上半部分和下半部分仅通过所述孔板上设置的通孔连通;所述第一出口和第一入口分别设于所述冷水储箱的底部和顶部。
一种光伏光热组件盐水淡化方法,该淡化方法包括于白天进行的白天模式和于夜间进行的夜间模式:
白天模式
第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门和真空泵阀门打开,第五阀门和第六阀门关闭,真空泵、第一水泵、第二水泵、第四水泵、第五水泵和第六水泵工作;
该模式下,热水回路中的水在第一水泵的作用下沿热水回路循环流动,具体过程为:
热水回路中的水于换热通道内与光伏发电组件发生热交换,吸收光伏发电组件将太阳能转化为电能过程中产生的热能并升温,随后依次流经换热出口、热水回路第二阀门及加热侧入口进入加热侧,于所述加热侧内与蒸发侧发生热交换,向所述蒸发侧内的浓盐水释放热能并降温,再依次流经加热侧出口、第一阀门及换热入口回到换热流道内;
冷却回路中的水在第二水泵的作用下沿冷却回路循环流动,具体过程为:
冷却回路中的水由冷水储箱中依次流经第一出口、冷却回路第一阀门及冷却入口流入冷却侧,于冷却侧内与所述蒸汽侧内的水蒸气发生热交换,吸收水蒸气释放的热能并升温,随后依次流经所述冷却出口、冷却回路第二阀门及第一入口回到冷水储箱内;
盐水由蒸发侧入口流入所述蒸发侧内,于所述蒸发侧内与所述加热侧发生热交换,吸收所述加热侧内热水释放的热能,成为水蒸气和浓盐水;浓盐水在第四水泵的作用下经过第七阀门排出;水蒸气经蒸汽出口及散热器入口进入所述空冷散热器,所述空冷散热器向环境散热后一部分冷凝成为淡水,淡水流至散热器排水口在第五水泵的作用下经过第八阀门排出,未冷凝的蒸汽经散热器蒸汽出口进入蒸汽入口流入蒸汽侧,于所述蒸汽侧内与所述冷却侧发生热交换,向所述冷却侧内的水释放热能并冷却成为淡水,淡水在第五水泵的作用下经过第九阀门排出;
白天模式下,所述冷水储箱内水的温度趋于升高;
夜间模式
真空泵阀门、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门关闭,第五阀门和第六阀门打开,第一水泵、第二水泵、第四水泵及第五水泵停机,第三水泵开启;
该模式下,
散热回路中的水在第三水泵的作用下沿散热回路循环流动,具体过程为:
散热回路中的水由冷水储箱中依次流经第二出口、散热回路第一阀门及所述换热入口流入所述换热通道内,于所述换热通道内与所述光伏发电组件发生热交换,利用所述光伏发电组件的大面积及无阳光的环境条件,经光伏发电组件向外辐射散热并降温,随后依次流经所述换热出口、散热回路第二阀门及第二入口回到冷水储箱内;
夜间模式下,所述冷水储箱内的水的温度趋于降低。
进一步的,所述光伏发电组件的光伏板上、换热流道内及冷水储箱内还设有温度测量装置,所述淡化方法还包括衔接白天模式与夜间模式的过渡模式;
所述光伏光热组件由停止发电状态变化为发电状态时,若所述光伏发电组件的光伏板温度高于所述冷水储箱内的温度,则进入过渡模式,并持续监测所述光伏板和冷水储箱内的温度,直至所述光伏板与冷水储箱内的温度差达到预设的第一温度差,进入白天模式;
否则,维持夜间模式;
所述光伏光热组件由发电状态变化为停止发电状态时,若所述换热流道中的水与冷水储箱的温度差小于预设的第二温度,则进入过渡模式,并持续监测所述光伏板和冷水储箱的温度,直至所述光伏板的温度低于所述冷水储箱的温度,进入夜间模式;
过渡模式
该模式下,所述真空泵阀门、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门均关闭,真空泵、第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第五水泵及第六水泵均停机。
本发明提供了一种光伏光热组件盐水淡化系统及方法,具有以下有益效果:
1、本发明利用光伏发电的废热实现盐水的淡化,同时降低了光伏发电组件的温度以提高光伏发电组件的发电效率,特别适用于太阳能丰富的干旱地区;
2、本发明利用了光伏发电组件夜间辐射散热性优良的性能,在不增设散热结构的情况下,于夜间有效实现冷却水的降温,进一步提高光伏光热组件在白天的工作效率;
3、本发明结构简单,无需增设大面积的冷却散热结构及蒸发受热结构,利于占用空间的建设成本的控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中:
1、光伏光热组件,11、光伏发电组件,12、换热流道,121、换热入口,122、换热出口;2、间壁式蒸发器,21、加热侧,211、加热侧入口,212、加热侧出口,22、蒸发侧,221、蒸发侧入口,222、蒸汽出口,223、下出口;3、空冷散热器,31、散热器入口,32、散热器蒸汽出口,33、散热器排水口;4、间壁式冷凝器,41、蒸汽侧,411、蒸汽入口,412、排气口,413、排水口,42、冷却侧,421、冷却入口,422、冷却出口;5、冷水储箱,51、第一入口,52、第一出口,53、第二入口,54、第二出口;6、真空泵;70、真空泵阀门,71、第一阀门,72、第二阀门,73、第三阀门,74、第四阀门,75、第五阀门,76、第六阀门,77、第七阀门,78、第八阀门,79、第九阀门;81、循环水泵,82、第二水泵,84、第四水泵,85、第五水泵,86、第六水泵;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,其结构关系为:包括光伏光热组件1、间壁式蒸发器2、空冷散热器3、间壁式冷凝器4和冷水储箱5;
光伏光热组件1包括位于光伏发电组件11及贴设于光伏发电组件11底部的换热流道12,换热流道12两端分别开设光伏换热入口121和光伏换热出口122;
间壁式蒸发器2包括加热侧21和蒸发侧22,加热侧21开设有加热侧入口211和加热侧出口212,蒸发侧22开设有蒸发侧入口221、蒸汽出口222及下出口223;
空冷散热器3开设有散热器入口31、散热器蒸汽出口32和散热器排水口33;
间壁式冷凝器4包括蒸汽侧41和冷却侧42,蒸汽侧41开设蒸汽入口411和排水口413,冷却侧42开设冷却入口421和冷却出口422;
冷水储箱5开设成对设置的第一入口51、第一出口52及成对设置的第二入口53、第二出口54;
换热流道12、换热出口122、加热侧入口211、加热侧21、加热侧出口212及换热入口121依次连通构成热水回路;加热侧出口212与换热入口121之间设有第二阀门72,换热出口122与加热侧入口211之间设有热水回路第一阀门71;热水回路中连通设有第一水泵作为循环动力源;
冷水储箱5、第一出口52、冷却入口421、冷却侧42、冷却出口422和第一入口51依次连通构成冷却回路;第一出口52与冷却入口421之间设有第三阀门73,冷却出口422与第一入口51之间设有第四阀门74;冷却回路中连通设有第二水泵82作为循环动力源;
冷水储箱5、第二出口54、换热入口121、换热流道12、换热出口122及第二入口53依次连通构成散热回路;第二出口54与换热入口121之间设有第五阀门75,换热出口122与第二入口53之间设有第六阀门76;散热回路中连通设有第三水泵作为循环动力源;
蒸发侧入口221处通入盐水,蒸汽出口222与散热器入口31连通,下出口223外连通第四水泵84与第七阀门77,散热器蒸汽出口32与蒸汽入口411连通,散热器排水口33外连通第五水泵85与第八阀门78,排水口413外连通第六水泵86与第九阀门79。
实际设置时,为了减少热损失,可以在光伏光热组件11下部、冷水储箱5和间壁式蒸发器2外表面铺设保温材料。
优选的,还包括蒸汽侧41开设的排气口412及真空泵6,排气口412通过真空泵6和真空泵阀门70与大气连通。
蒸发侧22的真空环境依赖水蒸气的冷凝发生,真空环境可使水的沸点降低,利于水蒸气形成,只有较好地确保蒸发侧22的真空度才能较好地确保盐水淡化系统的工作;如当设计的冷凝温度为25℃时,应确保排气口412的真空度大于97kPa;但浓盐水中天然溶解的空气会破坏蒸发侧22的真空环境,真空泵6和排气口412的设置即为在真空泵6作用下经排气口412将不凝气体向外排出至大气中,以维持蒸发侧22的真空环境,保障水淡化系统的正常工作。
实际设置时,真空泵6可以为射流真空泵。
优选的,换热入口121或换热出口122处连通设置循环水泵81,循环水泵81同时作为第一水泵及第三水泵。
该设置下,循环水泵81既实现第一水泵的功能,作为热水回路中的水循环动力源,也实现第三水泵的功能,作为散热回路中的水循环动力源;此种设置方式能进一步简化盐水淡化系统的结构,利于盐水淡化系统占用空间的缩小及建造成本的降低。
优选的,间壁式蒸发器2及间壁式冷凝器4的换热器为管壳式或板式换热器,空冷散热器3为排管散热器。
采用空冷散热器3自然散热,可使一部分蒸汽在环境温度附近冷凝,从而减少冷却水箱5中冷却水的热负荷和温升。
优选的,间壁式蒸发器2的管路及换热面由耐腐蚀材料制成。
能较好地避免间壁式蒸发器2的管路及换热面受盐水的腐蚀;实际设置时,间壁式蒸发器2的管路及换热面可优选由钛合金制成。
优选的,蒸汽出口222处设有除沫器。
除沫器可滤除水蒸气中携带的盐水滴,改善盐水淡化系统的淡化效果。
优选的,还包括三组电导仪和水位计,三组电导仪和水位计的测量端分别设于蒸发侧22内、空冷散热器3内及蒸汽侧41内,且三组电导仪和水位计分别与第四水泵84和第七阀门77、第五水泵85和第八阀门78以及第六水泵86和第九阀门79数据连通。
三组电导仪和水位计分别控制第四水泵84和第七阀门77、第五水泵85和第八阀门以及第六水泵86和第九阀门79的开启或关闭,以将蒸发侧22内盐水的浓度和水位、空冷散热器3内的水位以及蒸汽侧41内淡水的浓度和水位控制在预先设置的范围内;
蒸发侧22内盐水浓度的监测可用于控制盐水的排出,即当盐水浓度上升至一定数值,成为浓盐水后,第七阀门77开启,第四水泵84工作将蒸发侧22内的浓盐水排出;空冷散热器3内及蒸汽侧41内淡水浓度的监测主要为确认淡水浓度不高于许用值。
优选的,冷水储箱5内设有孔板,孔板将冷水储箱5的内腔分为上半部分和下半部分,且上半部分和下半部分仅通过孔板上设置的通孔连通;第一出口52和第一入口51分别设于冷水储箱5的底部和顶部。
孔板的设置可以减缓冷水储箱5内储存的冷水与回流至冷水储箱5内的热水的直接对流换热,利用冷水密度大、热水密度小的自然特性,使冷水储箱5内水呈由上至下温度递减的梯度温度状态,进而保持温度相对较低的水由冷水储箱5的第一出口52流出,实现较好的水冷却效果。
一种光伏光热组件盐水淡化方法,使用上述盐水淡化装置进行盐水的淡化,该淡化方法包括于白天进行的白天模式和于夜间进行的夜间模式:
白天模式
第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73、第四阀门74、第七阀门77、第八阀门78、第九阀门79和真空泵阀门70打开,第五阀门75和第六阀门76关闭,真空泵6、第一水泵、第二水泵82、第四水泵84、第五水泵85和第六水泵86工作;
该模式下,热水回路中的水在第一水泵的作用下沿热水回路循环流动,具体过程为:
热水回路中的水于换热通道12内与光伏发电组件11发生热交换,吸收光伏发电组件11将太阳能转化为电能过程中产生的热能并升温,随后依次流经换热出口122、热水回路第二阀门72及加热侧入口211进入加热侧21,于加热侧21内与蒸发侧22发生热交换,向蒸发侧22内的浓盐水释放热能并降温,再依次流经加热侧出口212、第一阀门71及换热入口121回到换热流道12内;
冷却回路中的水在第二水泵82的作用下沿冷却回路循环流动,具体过程为:
冷却回路中的水由冷水储箱5中依次流经第一出口52、冷却回路第一阀门73及冷却入口421流入冷却侧42,于冷却侧42内与蒸汽侧41内的水蒸气发生热交换,吸收水蒸气释放的热能并升温,随后依次流经冷却出口422、冷却回路第二阀门74及第一入口51回到冷水储箱5内;
盐水由蒸发侧入口221流入蒸发侧22内,于蒸发侧22内与加热侧21发生热交换,吸收加热侧21内热水释放的热能,成为水蒸气和浓盐水;浓盐水在第四水泵84的作用下经过第七阀门77排出;水蒸气经蒸汽出口222及散热器入口31进入空冷散热器3,空冷散热器3向环境散热后一部分冷凝成为淡水,淡水流至散热器排水口33在第五水泵85的作用下经过第八阀门78排出,未冷凝的蒸汽经散热器蒸汽出口32进入蒸汽入口411流入蒸汽侧41,于蒸汽侧41内与冷却侧42发生热交换,向冷却侧42内的水释放热能并冷却成为淡水,淡水在第五水泵85的作用下经过第九阀门79排出;
白天模式下,冷水储箱5内水的温度趋于升高;
夜间模式
真空泵阀门70、第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73、第四阀门74、第七阀门77、第八阀门78和第九阀门79关闭,第五阀门75和第六阀门76打开,第一水泵、第二水泵82、第四水泵84及第五水泵85停机,第三水泵开启;
该模式下,
散热回路中的水在第三水泵的作用下沿散热回路循环流动,具体过程为:
散热回路中的水由冷水储箱5中依次流经第二出口54、散热回路第一阀门75及换热入口121流入换热通道12内,于换热通道12内与光伏发电组件11发生热交换,利用光伏发电组件11的大面积及无阳光的环境条件,经光伏发电组件11向外辐射散热并降温,随后依次流经换热出口122、散热回路第二阀门76及第二入口53回到冷水储箱5内;
夜间模式下,冷水储箱5内的水的温度趋于降低。
当以循环水泵81同时作为第一水泵及第三水泵时,白天模式和夜间模式下循环水泵81均应当开启;
在晴朗干燥的地区,昼夜温差较大,夜间利用光伏组件11辐射散热的效果较好,冷水储箱5中的水温能够冷却至较为理想的低温,使得白天蒸汽冷凝温度下降,增加了蒸发冷凝的压力差,提升了蒸发速率,进而增加了冷却水吸收的光伏光热组件11产生的热能,进一步降低了光伏组件11的温度,提高了系统发电制水的整体效率。
基于现有研究结果,冷却水每降低1℃,以保热系数0.9计,光伏发电组件11的光伏板温度可降低0.8℃,发电效率提高0.4%;当昼夜气温极差达到20℃时,夜间模式的引入可使日间光伏板温度平均降低8℃,发电量增加3%,制水量增加10%以上。
优选的,光伏发电组件11的光伏板上、换热流道12内及冷水储箱5内还设有温度测量装置,淡化方法还包括衔接白天模式与夜间模式的过渡模式;
光伏光热组件11由停止发电状态变化为发电状态时,若光伏发电组件11的光伏板温度高于冷水储箱5内的温度,则进入过渡模式,并持续监测光伏板和冷水储箱5内的温度,直至光伏板与冷水储箱5内的温度差达到预设的第一温度差,进入白天模式;
否则,维持夜间模式;
光伏光热组件11由发电状态变化为停止发电状态时,若换热流道12中的水与冷水储箱5的温度差小于预设的第二温度,则进入过渡模式,并持续监测光伏板和冷水储箱5的温度,直至光伏板的温度低于冷水储箱5的温度,进入夜间模式;
实际设置时,预设的第一温度差和第二温度差均可优选为15℃;
过渡模式
该模式下,真空泵阀门70、第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73、第四阀门74第五阀门75、第六阀门76、第七阀门77、第八阀门78和第九阀门79均关闭,真空泵6、第一水泵81、第二水泵82、第三水泵、第四水泵84、第五水泵85及第六水泵86均停机。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:包括光伏光热组件(1)、间壁式蒸发器(2)、空冷散热器(3)、间壁式冷凝器(4)和冷水储箱(5);
所述光伏光热组件(1)包括位于光伏发电组件(11)及贴设于所述光伏发电组件(11)底部的换热流道(12),所述换热流道(12)两端分别开设光伏换热入口(121)和光伏换热出口(122);
所述间壁式蒸发器(2)包括加热侧(21)和蒸发侧(22),所述加热侧(21)开设有加热侧入口(211)和加热侧出口(212),所述蒸发侧(22)开设有蒸发侧入口(221)、蒸汽出口(222)及下出口(223);
所述空冷散热器(3)开设有散热器入口(31)、散热器蒸汽出口(32)和散热器排水口(33);
所述间壁式冷凝器(4)包括蒸汽侧(41)和冷却侧(42),所述蒸汽侧(41)开设蒸汽入口(411)和排水口(413),所述冷却侧(42)开设冷却入口(421)和冷却出口(422);
所述冷水储箱(5)开设成对设置的第一入口(51)、第一出口(52)及成对设置的第二入口(53)、第二出口(54);
所述换热流道(12)、换热出口(122)、加热侧入口(211)、加热侧(21)、加热侧出口(212)及换热入口(121)依次连通构成热水回路;所述加热侧出口(212)与换热入口(121)之间设有第二阀门(72),所述换热出口(122)与加热侧入口(211)之间设有热水回路第一阀门(71);所述热水回路中连通设有第一水泵作为循环动力源;
所述冷水储箱(5)、第一出口(52)、冷却入口(421)、冷却侧(42)、冷却出口(422)和第一入口(51)依次连通构成冷却回路;所述第一出口(52)与冷却入口(421)之间设有第三阀门(73),所述冷却出口(422)与第一入口(51)之间设有第四阀门(74);所述冷却回路中连通设有第二水泵(82)作为循环动力源;
所述冷水储箱(5)、第二出口(54)、换热入口(121)、换热流道(12)、换热出口(122)及第二入口(53)依次连通构成散热回路;所述第二出口(54)与换热入口(121)之间设有第五阀门(75),所述换热出口(122)与第二入口(53)之间设有第六阀门(76);所述散热回路中连通设有第三水泵作为循环动力源;
所述蒸发侧入口(221)处通入盐水,所述蒸汽出口(222)与所述散热器入口(31)连通,所述下出口(223)外连通第四水泵(84)与第七阀门(77),所述散热器蒸汽出口(32)与所述蒸汽入口(411)连通,所述散热器排水口(33)外连通第五水泵(85)与第八阀门(78),所述排水口(413)外连通第六水泵(86)与第九阀门(79)。
2.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:还包括所述蒸汽侧(41)开设的排气口(412)及真空泵(6),所述排气口(412)通过真空泵(6)和真空泵阀门(70)与大气连通。
3.根据权利要求2所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:所述换热入口(121)或换热出口(122)处连通设置循环水泵(81),所述循环水泵(81)同时作为第一水泵及第三水泵。
4.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:所述间壁式蒸发器(2)及间壁式冷凝器(4)的换热器为管壳式或板式换热器,所述空冷散热器(3)为排管散热器。
5.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:所述间壁式蒸发器(2)的管路及换热面由耐腐蚀材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:所述蒸汽出口(222)处设有除沫器。
7.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:还包括三组电导仪和水位计,三组所述电导仪和水位计的测量端分别设于所述蒸发侧(22)内、所述空冷散热器(3)内及所述蒸汽侧(41)内,且三组所述电导仪和水位计分别与所述第四水泵(84)和第七阀门(77)、所述第五水泵(85)和第八阀门(78)以及所述第六水泵(86)和第九阀门(79)数据连通。
8.根据权利要求1所述的一种光伏光热组件盐水淡化系统,其特征在于:所述冷水储箱(5)内设有孔板,所述孔板将所述冷水储箱(5)的内腔分为上半部分和下半部分,且所述上半部分和下半部分仅通过所述孔板上设置的通孔连通;所述第一出口(52)和第一入口(51)分别设于所述冷水储箱(5)的底部和顶部。
9.一种光伏光热组件盐水淡化方法,使用如权利要求1~2中任一项所述的盐水淡化系统进行浓盐水的淡化,其特征在于,该淡化方法包括于白天进行的白天模式和于夜间进行的夜间模式:
白天模式
第一阀门(71)、第二阀门(72)、第三阀门(73)、第四阀门(74)、第七阀门(77)、第八阀门(78)、第九阀门(79)和真空泵阀门(70)打开,第五阀门(75)和第六阀门(76)关闭,真空泵(6)、第一水泵、第二水泵(82)、第四水泵(84)、第五水泵(85)和第六水泵(86)工作;
该模式下,热水回路中的水在第一水泵的作用下沿热水回路循环流动,具体过程为:
热水回路中的水于换热通道(12)内与光伏发电组件(11)发生热交换,吸收光伏发电组件(11)将太阳能转化为电能过程中产生的热能并升温,随后依次流经换热出口(122)、热水回路第二阀门(72)及加热侧入口(211)进入加热侧(21),于所述加热侧(21)内与蒸发侧(22)发生热交换,向所述蒸发侧(22)内的浓盐水释放热能并降温,再依次流经加热侧出口(212)、第一阀门(71)及换热入口(121)回到换热流道(12)内;
冷却回路中的水在第二水泵(82)的作用下沿冷却回路循环流动,具体过程为:
冷却回路中的水由冷水储箱(5)中依次流经第一出口(52)、冷却回路第一阀门(73)及冷却入口(421)流入冷却侧(42),于冷却侧(42)内与所述蒸汽侧(41)内的水蒸气发生热交换,吸收水蒸气释放的热能并升温,随后依次流经所述冷却出口(422)、冷却回路第二阀门(74)及第一入口(51)回到冷水储箱(5)内;
盐水由蒸发侧入口(221)流入所述蒸发侧(22)内,于所述蒸发侧(22)内与所述加热侧(21)发生热交换,吸收所述加热侧(21)内热水释放的热能,成为水蒸气和浓盐水;浓盐水在第四水泵(84)的作用下经过第七阀门(77)排出;水蒸气经蒸汽出口(222)及散热器入口(31)进入所述空冷散热器(3),所述空冷散热器(3)向环境散热后一部分冷凝成为淡水,淡水流至散热器排水口(33)在第五水泵(85)的作用下经过第八阀门(78)排出,未冷凝的蒸汽经散热器蒸汽出口(32)进入蒸汽入口(411)流入蒸汽侧(41),于所述蒸汽侧(41)内与所述冷却侧(42)发生热交换,向所述冷却侧(42)内的水释放热能并冷却成为淡水,淡水在第五水泵(85)的作用下经过第九阀门(79)排出;
白天模式下,所述冷水储箱(5)内水的温度趋于升高;
夜间模式
真空泵阀门(70)、第一阀门(71)、第二阀门(72)、第三阀门(73)、第四阀门(74)、第七阀门(77)、第八阀门(78)和第九阀门(79)关闭,第五阀门(75)和第六阀门(76)打开,第一水泵、第二水泵(82)、第四水泵(84)及第五水泵(85)停机,第三水泵开启;
该模式下,
散热回路中的水在第三水泵的作用下沿散热回路循环流动,具体过程为:
散热回路中的水由冷水储箱(5)中依次流经第二出口(54)、散热回路第一阀门(75)及所述换热入口(121)流入所述换热通道(12)内,于所述换热通道(12)内与所述光伏发电组件(11)发生热交换,利用所述光伏发电组件(11)的大面积及无阳光的环境条件,经光伏发电组件(11)向外辐射散热并降温,随后依次流经所述换热出口(122)、散热回路第二阀门(76)及第二入口(53)回到冷水储箱(5)内;
夜间模式下,所述冷水储箱(5)内的水的温度趋于降低。
10.根据权利要求9所述的一种光伏光热组件盐水淡化方法,其特征在于:所述光伏发电组件(11)的光伏板上、换热流道(12)内及冷水储箱(5)内还设有温度测量装置,所述淡化方法还包括衔接白天模式与夜间模式的过渡模式;
所述光伏光热组件(11)由停止发电状态变化为发电状态时,若所述光伏发电组件(11)的光伏板温度高于所述冷水储箱(5)内的温度,则进入过渡模式,并持续监测所述光伏板和冷水储箱(5)内的温度,直至所述光伏板与冷水储箱(5)内的温度差达到预设的第一温度差,进入白天模式;
否则,维持夜间模式;
所述光伏光热组件(11)由发电状态变化为停止发电状态时,若所述换热流道(12)中的水与冷水储箱(5)的温度差小于预设的第二温度,则进入过渡模式,并持续监测所述光伏板和冷水储箱(5)的温度,直至所述光伏板的温度低于所述冷水储箱(5)的温度,进入夜间模式;
过渡模式
该模式下,所述真空泵阀门(70)、第一阀门(71)、第二阀门(72)、第三阀门(73)、第四阀门(74)第五阀门(75)、第六阀门(76)、第七阀门(77)、第八阀门(78)和第九阀门(79)均关闭,真空泵(6)、第一水泵(81)、第二水泵(82)、第三水泵、第四水泵(84)、第五水泵(85)及第六水泵(86)均停机。
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GR01 | Patent grant | ||
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