一种太阳能热泵膜蒸馏系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能热泵膜蒸馏系统，其包括：恒温水箱4，热泵换热单元，太阳能加热单元，膜蒸馏单元，产水收集单元和化学清洗单元，其中，所述太阳能加热单元设置为通过间接加热的方式加热恒温水箱4中的原料液。本发明专利技术的太阳能热泵膜蒸馏系统提高了膜蒸馏热能利用效率，热损失小，冷却水用量少；膜通量较高，运行稳定且运行成本低。

A solar heat pump membrane distillation system

The invention discloses a solar energy heat pump membrane distillation system, which comprises a constant temperature water tank 4, a heat pump heat exchange unit, a solar energy heating unit, a membrane distillation unit, a water production collection unit and a chemical cleaning unit, wherein the solar energy heating unit is arranged to heat the raw material liquid in the constant temperature water tank 4 through indirect heating. The solar energy heat pump membrane distillation system of the invention improves the utilization efficiency of membrane distillation heat energy, has small heat loss, small amount of cooling water, high membrane flux, stable operation and low operation cost.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能热泵膜蒸馏系统
本专利技术属于膜分离
，特别是膜蒸馏
，具体涉及一种太阳能热泵膜蒸馏系统。
技术介绍
膜蒸馏技术是一种新型的膜分离技术，该技术采用疏水性多孔膜将进料侧(热侧)与透过侧(冷侧)分开，在膜两侧蒸汽压差的作用下，料液中的挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，其他组分则被疏水性膜阻挡在热侧，从而实现混合物提纯或分离。膜蒸馏技术脱盐率高，产水水质好，浓缩过程不受膜两侧渗透压的限制，浓缩倍数高，可被广泛应用于海水、苦咸水脱盐淡化及工业废水处理等。目前膜蒸馏技术工业应用存在的主要问题为膜蒸馏过程能耗较大，当没有工业废热作为热源加热时，仅采用传统的电加热等方式会导致膜蒸馏过程的能耗和运行成本过高。太阳能是一种取之不尽的清洁能源，我国太阳能资源十分丰富，约三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上，年辐射总量平均大于5900MJ/m2，除四川盆地外，我国绝大多数地区的太阳辐射量高于国外同纬度其他国家。太阳能光热是一种吸收太阳能辐射并将太阳能转化为热能的技术，目前我国太阳能热利用以生活热水为主，近年来，随着对太阳能光热研究的逐步深入，太阳能光热利用逐渐向太阳能采暖、制冷、海水淡化及其他工农业领域扩展。太阳能槽式集热器是利用槽式抛物面聚光镜将太阳光聚焦到集热管，集热管吸收太阳辐射并加热管内工质。由于膜蒸馏过程不需将原料液加热至沸点，通常运行温度在60～90℃，而太阳能槽式集热技术可将加热温度控制在60～95℃之间，能够满足膜蒸馏技术运行的需要，并可调节温度提供稳定热源，用于加热膜蒸馏原料液升温较快，不产生二次污染且大大降低运行成本。热泵是通过消耗少量高品位能源(如电能)，从低温热源吸收热量转变成高温热能的装置。按照工作原理，可分为蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、化学热泵、热电热泵等。将热泵技术与膜蒸馏结合，可回收膜蒸馏过程中的热量，改善传统膜蒸馏过程能耗较高、能量利用率较低的问题。专利CN105749752A公开一种光热型太阳能热泵膜蒸馏装置。该装置为平板型直接接触式膜蒸馏组件，采用平板式或真空管式太阳能集热器提供膜蒸馏组件所需热能，采用热泵为膜蒸馏组件的冷凝水侧提供冷能，在太阳能光照不足时辅助提供热能。该装置所用真空管式太阳能集热器不能调节温度，全天加热温度随太阳辐射变化较大，在晴朗天气太阳辐射最强时段达到的最高加热温度即膜蒸馏所需温度仅能持续1～2h，难以满足废水处理等稳定运行的需要；所采用的直接接触式膜蒸馏装置热损较大，热效率不高；平板膜填充率低，需要额外的支撑层，结构复杂，不适于工业化应用。专利CN104261608A公开一种太阳能膜蒸馏海水淡化方法。该方法以太阳能集热装置作为驱动热源，采用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，在膜组件内部实现蒸汽的冷凝和热料液蒸发相变热的回收。该方法仅采用太阳能集热方式提供热源，在太阳辐射较低或无太阳辐射时系统无法正常运行；膜组件制备较复杂，膜污染后膜组件不易清洗与更换。专利CN103663590A公开一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置。该装置将热泵与膜蒸馏组件结合，采用电加热器加热污水，利用制冷剂回收水蒸汽相变散发的热量，并用来加热蒸发器中的污水以达到热量回收利用的效果。该装置采用的电加热方式能耗较大，采用的圆柱形膜管的有效膜面积不大，膜通量较低。因此，目前存在的问题是急需开发一种太阳能热泵膜蒸馏系统，该系统能够解决现有技术所遇到的能耗高、运行不稳定、热损失大及膜通量低等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种太阳能热泵膜蒸馏系统。该系统采用太阳能槽式集热器和热泵系统提供原料液加热热源，可将原料液升至膜蒸馏过程所需温度，升温较快，并可调节温度提供稳定热源。将热泵系统与膜蒸馏系统相结合，充分回收膜蒸馏水蒸汽相变热，辅助太阳能作为原水加热热源，提高了膜蒸馏热能利用效率。采用的真空膜蒸馏装置热损失小，膜通量较高。而且，与现有膜蒸馏装置相比，本专利技术将太阳能、热泵与膜蒸馏系统结合，大幅降低了膜蒸馏过程中的能耗，充分回收了膜蒸馏过程中的热量，显著降低了膜蒸馏运行成本，特别提供了一种可调节温度并提供稳定热源的太阳能槽式集热器，能够满足废水处理稳定运行的需要。为此，本专利技术提供了一种太阳能热泵膜蒸馏系统，其包括：恒温水箱4，热泵换热单元，太阳能加热单元，膜蒸馏单元，产水收集单元和化学清洗单元，其中，所述太阳能加热单元设置为通过间接加热的方式加热恒温水箱4中的的原料液，优选地，所述原料液为原水。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述热泵换热单元包括热泵8和换热器3，所述换热器3的冷进料侧连接原水进料，所述换热器3的冷出料侧包括两个出口，其中，第一出口与原水箱1的进料口通过管路连接，第二出口与所述恒温水箱4的第一进口通过管路连接；所述热泵8的冷进料测与所述恒温水箱4的第一出口通过管路连接，所述热泵8的冷出料侧与所述恒温水箱4的第一进口通过管路连接；所述热泵8的热进料侧与膜蒸馏单元的蒸汽出口通过管路连接，所述热泵8的热出料侧与所述换热器3的热进料侧通过管路连接，所述换热器3的热出料侧与产水收集单元通过管路连接。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述换热器3的冷出料侧的原水分成两股，第一股物流通过第一出口返回所述原水箱1，第二股物流通过第二出口进入所述恒温水箱4。在本专利技术的一些优选的实施方式中，当所述恒温水箱4中的原水量达到设定值时，所述第二股物流的量为0，所述换热器3的冷出料侧的原水全部形成第一股物流，返回原水箱1。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述第一股物流不断循环返回原水箱1，形成一个循环过程。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述换热器3为耐腐蚀换热器。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述换热器3为板式或环管式换热器。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述太阳能加热单元包括太阳能集热器15、热水箱16、冷水箱13和循环水泵14；所述太阳能集热器15的出口与所述热水箱16的进口通过管路连接，所述热水箱16的出口与所述恒温水箱4的加热介质进口通过管路连接，所述恒温水箱4的加热介质出口与所述冷水箱13的进口通过管路连接，所述冷水箱13的出口与所述循环水泵14的进口通过管路连接，所述循环水泵14的出口与太阳能集热器15的进口通过管路连接；优选地，对所述热水箱16进行保温处理。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述太阳能集热器15为太阳能槽式集热器。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述太阳能集热器15包括集热管、反射镜和支架，其中，所述集热管和所述反射镜安装在所述支架上，所述集热管包括金属内管和玻璃外管。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述金属内管和所述玻璃外管之间的腔体抽真空。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述反射镜的面型为抛物面。根据本专利技术所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述膜蒸馏单元包括料液循环泵5、保安过滤器6和膜蒸馏组件7；所述料液循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能热泵膜蒸馏系统，其包括：恒温水箱(4)，热泵换热单元，太阳能加热单元，膜蒸馏单元，产水收集单元和化学清洗单元，其中，所述太阳能加热单元设置为通过间接加热的方式加热恒温水箱(4)中的原料液，优选地，所述原料液为原水。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能热泵膜蒸馏系统，其包括：恒温水箱(4)，热泵换热单元，太阳能加热单元，膜蒸馏单元，产水收集单元和化学清洗单元，其中，所述太阳能加热单元设置为通过间接加热的方式加热恒温水箱(4)中的原料液，优选地，所述原料液为原水。


2.根据权利要求1所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，其特征在于，所述热泵换热单元包括热泵(8)和换热器(3)；所述换热器(3)的冷进料侧连接原水进料，所述换热器(3)的冷出料侧包括两个出口，其中，第一出口与原水箱(1)的进料口通过管路连接，第二出口与所述恒温水箱(4)的第一进口通过管路连接；所述热泵(8)的冷进料测与所述恒温水箱(4)的第一出口通过管路连接，所述热泵(8)的冷出料侧与所述恒温水箱(4)的第一进口通过管路连接；所述热泵(8)的热进料侧与膜蒸馏单元的蒸汽出口通过管路连接，所述热泵(8)的热出料侧与所述换热器(3)的热进料侧通过管路连接，所述换热器(3)的热出料侧与产水收集单元通过管路连接。


3.根据权利要求1或2所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，所述换热器(3)为耐腐蚀换热器；优选地，所述换热器(3)为板式或环管式换热器。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，其特征在于，所述太阳能加热单元包括太阳能集热器(15)、热水箱(16)、冷水箱(13)和循环水泵(14)；所述太阳能集热器(15)的出口与所述热水箱(16)的进口通过管路连接，所述热水箱(16)的出口与所述恒温水箱(4)的加热介质进口通过管路连接，所述恒温水箱(4)的加热介质出口与所述冷水箱(13)的进口通过管路连接，所述冷水箱(13)的出口与所述循环水泵(14)的进口通过管路连接，所述循环水泵(14)的出口与太阳能集热器(15)的进口通过管路连接；优选地，对所述热水箱(16)进行保温处理。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，其特征在于，所述太阳能集热器(15)为太阳能槽式集热器。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能热泵膜蒸馏系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玉梅，张新妙，栾金义，彭海珠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11