[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：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。