一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及热回收系统及运行模式技术方案

本发明专利技术公开一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统,其由包括膜蒸馏装置、加热模块和热回收模块组成，三个组成部分相互耦合通过控制阀开关进行调节转换可以形成多种运行模式。本发明专利技术的效果是：充分利用多种热源，降低运营成本，提高能源利用效率，提高蒸汽冷凝效果和产水速率。效果和产水速率。效果和产水速率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及热回收系统及运行模式


[0001]本专利技术涉及海水淡化
，特别是涉及一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及热回收系统及运行模式。

技术介绍

[0002]膜蒸馏是一种以低品位热能驱动的海水淡化技术。其工作原理为：疏水膜温度较高一侧的热海水蒸发产生的水蒸气在蒸汽压差的驱动下透过膜的微孔扩散至温度较低的另一侧，而其他液体因膜的疏水性无法进入微孔从而实现分离。由于膜蒸馏所需的热能品位低且疏水膜的截留率高，其在海水淡化处理领域具有巨大的发展潜力。
[0003]目前，常见的膜蒸馏类型主要包括气隙式膜蒸馏、直接接触式膜蒸馏以及渗透液隙式膜蒸馏等。其中，气隙式平板膜蒸馏的冷侧膜面与冷凝液之间存在空气层(即气隙)，蒸汽通过膜孔后经气隙到达冷却壁面与冷却水换热从而冷凝。由于气隙的热阻较大，热侧通过膜传导至冷侧的热量减少，能源利用效率提高。但由于气隙的存在，蒸汽扩散阻力增加，导致产水速率降低。另外，蒸汽在冷却壁面上冷凝后堆积形成的液膜(或液滴)在增大了水蒸气与冷却壁面之间热阻的同时也减小了水蒸气冷凝的面积，使蒸汽冷凝速率降低，影响产水效率。同时，液膜厚度达到一定程度时会与疏水膜发生接触而形成热桥，造成漏热量增大。
[0004]直接接触式膜蒸馏的蒸汽通过膜后直接与冷却水混合冷凝，冷凝效率较气隙式膜蒸馏的高，因此其产水速率更快。但由于冷却水与膜直接接触，其漏热较为显著、热损失较大，能源利用效率低。
[0005]渗透液隙式膜蒸馏可以认为是直接接触式膜蒸馏与气隙式膜蒸馏的折衷方式。其结构与气隙式膜蒸馏类似，但间隙层内充满的是渗透液(水蒸气冷凝液)，由于蒸汽通过膜后直接与渗透液混合冷凝，无需进一步穿过气隙在冷却壁面冷凝，降低了过程的传质阻力且增大了水蒸气的凝结面积，其产水速率高于气隙式但低于直接接触式的。另外，由于冷却水不与膜直接接触，漏热缺陷得到改善，其热效率高于直接接触式膜蒸馏，但低于气隙式膜蒸馏。
[0006]上述三种膜蒸馏类型的适用范围有所不同，如直接接触式膜蒸馏适用于热源温度较低的工况以提高产水速率，而气隙式膜蒸馏适用于热源温度较高的工况以减少漏热。由于膜蒸馏所采用太阳能和余热等温度和负荷不稳定的低品位热能，现有单一的膜蒸馏方式难以适应不同工况。

技术实现思路

[0007]针对以上所述现有技术存在液膜堆积和热桥漏热等问题的不足，本专利技术的目的是提供一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及热回收系统。
[0008]本专利技术另一目的是提供所述太阳能加余热平板式膜蒸馏及热回收系统的运行模式。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其包括膜蒸馏装置、加热模块和热回收模块，所述膜蒸馏装置的热海水流道3与第三换热器133连接；所述加热模块与所述第三换热器133连接换热；所述热回收模块包括回热器132、第二三向控制阀122和第三三向控制阀123，所述膜蒸馏装置的冷海水流道5与第二三向控制阀122连接分流有第三支流S3，所述第三支流S3与回热器132连接，所述回热器132通过第六支流S6经过第三三向控制阀123与所述第三换热器133连接，所述第三换热器133与所述膜蒸馏装置的热海水流道3连接；所述热海水流道3出口与所述回热器132连接，所述回热器132通过第五支流S5与经过所述第三三向控制阀123的第六支流S6汇合后与所述第三换热器133连接。所述热回收模块以回热器132为媒介，通过第二三向控制阀122和第三三向控制阀123，以控制物流流量，达到根据不同热源条件下调节系统余热(热海水流道出口物流的废热)回收利用的效果。
[0010]冷海水蓄水池9经过第一泵111与第一三向控制阀121连接，所述第一三向控制阀121分流成第一支流S1和第二支流S2，所述第一支流S1与第一换热器131连接，所述第二支流S2与所述膜蒸馏装置的冷海水流道5进口连接，所述第三三向控制阀123分流出第七支流S7直接排出系统；淡水蓄水池10通过第三泵113获得动力后与所述第一换热器131连接，所述第一换热器131通过第四控制阀104与膜蒸馏装置的间隙层4连接；所述淡水蓄水池10设置第八支流S8通过第三控制阀103与所述膜蒸馏装置的间隙层4连接；所述膜蒸馏装置的间隙层4通过第一控制阀101和第二泵112与所述淡水蓄水池10连接，用于收集淡水。
[0011]所述加热模块包括太阳能加热装置、热源和蓄热池143；太阳能加热模块和热源分别与所述蓄热池143通过循环换热管路连接，所述蓄热池143与第三换热器133通过循环管路连接。
[0012]所述太阳能加热装置包括太阳能集热管141和第二换热器142，所述太阳能集热管141与第一循环工质管路S
10
连接，所述第一循环工质管路S
10
与第二换热器142连接，所述第二换热器142与蓄热池143之间设置第二循环工质管路S9连接形成循环换热管路。
[0013]热源144通过循环换热管路与所述蓄热池143连接进行换热。
[0014]所述膜蒸馏装置包疏水性微孔膜1、冷凝板片2、热海水流道3、间隙层4、冷海水流道5、淡水分流管道8，所述间隙层4在所述疏水性微孔膜1和所述冷凝板片2之间，所述热海水流道3位于疏水性微孔膜1相对于所述冷凝板片2的另一侧，所述冷海水流道5位于所述冷凝板片2相对于疏水性微孔膜1的另一侧，且所述间隙层4与所述冷凝板片2接触。
[0015]所述冷凝板片2上设置分流孔6，所述分流孔6与所述淡水分流管道8连接，所述间隙层4发下排液孔通过第一控制阀101与淡水蓄水池10连接；所述淡水分流管道8的出口通过第二控制阀102与第一控制阀101出口汇聚通过第二泵112与淡水蓄水池10连接。
[0016]所述冷凝板片2外表面设置有波纹7。
[0017]所述膜蒸馏装置为组合膜蒸馏装置。
[0018]所述组合膜蒸馏装置包括顶层膜蒸馏单元、中间膜蒸馏单元和底层膜蒸馏单元，所述顶层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、顶层间隙层14、冷海水流道和淡水分流管道，所述顶层间隙层14在所述疏水性微孔膜和所述冷凝板片之间，所述热海水流道位于疏水性微孔膜相对于所述冷凝板片的另一侧，所述冷海水流道位于所述冷凝板片相对于疏水性微孔膜的另一侧，且所述顶层间隙层与所述冷凝板片接触。所述冷凝板
片上设置分流孔6，所述分流孔6与所述淡水分流管道8连接，所述淡水分流管道8通过第五控制阀105和第二泵112与所述淡水蓄水池10连接。所述顶部间隙层的下排液孔与中部间隙层连通。所述中层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、中层间隙层、和冷海水流道，所述中层间隙层在所述疏水性微孔膜和所述冷凝板片之间，所述热海水流道位于疏水性微孔膜相对于所述冷凝板片的另一侧，所述冷海水流道位于所述冷凝板片相对于疏水性微孔膜的另一侧。中部间隙层设置中部间隙层排液孔，所述中部间隙层排液孔与蓄水池10连接；所述底层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、底层间隙层和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于包括膜蒸馏装置、加热模块和热回收模块，所述膜蒸馏装置的热海水流道(3)与第三换热器(133)连接；所述加热模块与所述第三换热器(133)连接换热；所述热回收模块包括回热器(132)、第二三向控制阀(122)、第三三向控制阀(123)，所述膜蒸馏装置的冷海水流道(5)与第二三向控制阀(122)连接分流有第三支流S3，所述第三支流S3与回热器(132)连接，所述回热器(132)通过第六支流S6经过第三三向控制阀(123)与所述第三换热器(133)连接，所述第三换热器(133)与所述膜蒸馏装置的热海水流道(3)连接；所述热海水流道(3)出口与所述回热器(132)连接，所述回热器(132)通过第五支流S5与经过所述第三三向控制阀(123)的第六支流S6汇合后与所述第三换热器(133)连接。2.根据权利要求1所述的一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于，冷海水蓄水池(9)经过第一泵111与第一三向控制阀(121)连接，所述第一三向控制阀(121)分流成第一支流分流有成第一支流S1和第二支流S2，所述第一支流S1与第一换热器(131)连接，所述第二支流S2与所述膜蒸馏装置的冷海水流道(5)进口连接；淡水蓄水池(10)通过第三泵(113)获得动力后与所述第一换热器(131)连接，所述第一换热器(131)与膜蒸馏装置的间隙层(4)连接；所述淡水蓄水池(10)设置第八支流S8与所述膜蒸馏装置的间隙层(4)连接；所述膜蒸馏装置的间隙层(4)下排液孔与所述淡水蓄水池(10)连接。3.根据权利要求2所述的一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于，所述加热模块包括太阳能加热装置、热源和蓄热池(143)；太阳能加热模块、热源分别与所述蓄热池(143)通过循环换热管路连接，所述蓄热池(143)与第三换热器(133)通过循环管路连接。4.根据权利要求3所述的一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于，所述太阳能加热装置包括太阳能集热管(141)和第二换热器(142)，所述太阳能集热管(141)与第一循环工质管路S
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连接，所述第一循环工质管路S
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与第二换热器(142)连接，所述第二换热器(142)与蓄热池(143)之间设置第二循环工质管路S9连接形成循环换热管路。5.根据权利要求1所述的一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于，所述膜蒸馏装置包疏水性微孔膜(1)、冷凝板片(2)、热海水流道(3)、间隙层(4)、冷海水流道(5)、淡水分流管道(8)，所述间隙层(4)在所述疏水性微孔膜(1)和所述冷凝板片(2)之间，所述热海水流道(3)位于疏水性微孔膜(1)相对于所述冷凝板片(2)的另一侧，所述冷海水流道(5)位于所述冷凝板片(2)相对于疏水性微孔膜(1)的另一侧；所述冷凝板片(2)上设置分流孔(6)，所述分流孔(6)与所述淡水分流管道(8)连接。6.根据权利要求1所述的一种太阳能加余热平板式膜蒸馏及其热回收系统，其特征在于，所述膜蒸馏装置为组合膜蒸馏装置；所述组合膜蒸馏装置包括顶层膜蒸馏单元、中间膜蒸馏单元和底层膜蒸馏单元，所述顶层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、顶层间隙层、冷海水流道和淡水分流管道，所述顶层间隙层在所述疏水性微孔膜和所述冷凝板片之间，所述热海水流道位于疏水性微孔膜相对于所述冷凝板片的另一侧，所述冷海水流道位于所述冷凝板片相对于疏水性微孔膜的另一侧，且所述顶层间隙层与所述冷凝板片接触。所述冷凝板片上设置分流孔，所述分流孔与所述淡水分流管道连接，所述淡水分流管道与所述淡水蓄水池连接；所述顶部间隙层的下排液孔与中部间隙层连通。所述中层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、中层间隙层、和冷海水流道，所述中
层间隙层在所述疏水性微孔膜和所述冷凝板片之间，所述热海水流道位于疏水性微孔膜相对于所述冷凝板片的另一侧，所述冷海水流道位于所述冷凝板片相对于疏水性微孔膜的另一侧；所述底层膜蒸馏单元包括疏水性微孔膜、冷凝板片、热海水流道、底层间隙层和冷海水流道，所述底层间隙层在所述疏水性微孔膜和所述冷凝板片之间，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁颖宗，徐嘉铖，罗向龙，陈健勇，杨智，陈颖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：