专利名称：双级太阳能溶液膜式再生装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能、蓄能装置制造的技术领域，涉及一种结合了太阳能光伏/光热技术、膜再生技术的太阳能溶液膜式再生装置。
背景技术：
国家中长期科技发展规划纲要中明确指出我国已进入快速城镇化时期，实现城镇化和城市协调发展，对科技提出迫切需求。因此应将“建筑节能与绿色建筑”作为优先主题，重点研究开发建筑节能技术与设备和节能建材与绿色建材等。空气除湿是制冷空调和环境热湿控制的关键。目前的除湿技术主要包括冷冻法除湿、液体吸湿剂除湿、固体吸附剂除湿、膜法除湿及压力除湿等。在众多除湿系统中，溶液除湿制冷系统(LDCS)是一种基于液体吸湿剂除湿技术的极具潜力的新型空调方式。 对于溶液除湿制冷系统，目前广泛采用的溶液再生方式是热能再生方式(TH)。再生过程中所需的热能可以从温度相对较低(100°c以下)的热源获得，因此这种再生方式可以使用可再生能源，例如太阳能、地热能、工业余热、废热等。太阳能是一种节能环保、具有显著社会经济效益的可再生能源，然而，太阳能溶液热再生方式却严重依赖于周围环境的状况，在高温或高湿的气候条件下，仅使用太阳能溶液热再生方式对溶液进行再生后得到的除湿溶液将不能满足除湿的需求。另一方面，太阳能是一种间歇、不连续的可再生能源，使用太阳能溶液热再生方式将不足以满足制冷空调和环境热湿控制的稳定需求。因此，为了保证太阳能溶液除湿制冷系统在高温高湿气候条件下运行的稳定性，有必要寻找一种新的溶液再生流程。
发明内容
技术问题本发明提供一种可提高太阳能光伏电池发电效率、降低能耗、提高除湿溶液再生效果的双级太阳能溶液膜式再生装置。技术方案本发明的双级太阳能溶液膜式再生装置，包括第一溶液槽、第二溶液槽、第三溶液槽、太阳能光伏电池、调节阀、第一防腐溶液泵、第二防腐溶液泵、一级膜再生器、二级膜再生器和蓄电池，太阳能光伏电池上设置有冷却盘管，一级膜再生器设置有一级再生室、一级稀释室、一级阳极室、一级阴极室、阳离子交换膜和阴离子交换膜，二级膜再生器设置有二级再生室、二级稀释室、二级阳极室、二级阴极室、阳离子交换膜和阴离子交换膜，一级膜再生器和二级膜再生器的正负极并联后与蓄电池的正负极连接；第一溶液槽的输出接口通过第一防腐溶液泵与冷却盘管的输入接口连接，冷却盘管的输出接口同时与一级再生室的输入接口和一级稀释室的输入接口连接，其中冷却盘管的输出接口与一级稀释室之间通过调节阀连接，一级稀释室的输出接口与第三溶液槽的输入接口连接，一级再生室的输出接口同时与二级再生室的输入接口和二级稀释室的输入接口连接，一级阳极室和一级阴极室的输出接口汇合后与第二溶液槽的输入接口连接，第二溶液槽的输出接口通过第二防腐溶液泵同时与二级阳极室和二级阴极室的输入接口连接，二级阳极室的输出接口与一级阳极室的输入接口连接，二级阴极室的输出接口与一级阴极室的输入接口连接，二级再生室的输出接口用于与溶液除湿空调系统中浓溶液储液槽的输入接口连接，第一溶液槽上设置有两个输入接口，其中一个输入接口用于与溶液除湿空调系统中稀溶液储液槽的输出接口连接，另一个输入接口与二级稀释室的输出接口连接。本发明中，一级膜再生器和二级膜再生器中，在正极和负极之间设置有η个阴离子交换膜和η+1个阳离子交换膜，其中η为自然数，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列并与正负极平行设置，将膜再生器分割为再生室、稀释室、阳极室和阴极室。本发明装置的工作流程包括溶液流程I和溶液流程2。太阳能光伏电池工作时产生的电流引入蓄电池中进行存储，蓄电池中存储的电能用以对一级膜再生器和二级膜再生器进行驱动。在一级膜再生器和二级膜再生器中，在正极和负极之间设置有η个阴离子交换膜和η+1个阳离子交换膜，其中η为自然数，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列并与正负极平行设置，将膜再生器分割为再生室、稀释室、阳极室和阴极室。在电场作用下，一级膜再生器和二级膜再生器中的阴阳离子分别向阳极(正 极)和阴极(负极)进行迁移。在迁移过程中，阴阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜，并分别被阳离子交换膜和阴离子交换膜阻止迁移。这个过程造成一级再生室和二级再生室中溶液的浓度有所提高，而一级稀释室和二级稀释室中溶液的浓度有所降低。溶液流程I包括第一溶液槽、第一防腐溶液泵、冷却盘管、一级膜再生器、二级膜再生器、第三溶液槽，稀溶液储液槽的输出接口与第一溶液槽的第一输入接口连接，除湿溶液在第一防腐溶液泵的加压作用下从第一溶液槽进入太阳能光伏电池的冷却盘管与太阳能光伏电池表面进行换热(升温)，换热(升温)后的溶液通过调节阀分配流量后分成两路分别进入一级膜再生器的再生室和稀释室，一级膜再生室的稀释室中稀释后的液体流入第三溶液槽中另作它用，一级膜再生器的再生室中初步再生后的溶液则分成两路分别进入二级膜再生器的再生室和稀释室，二级膜再生器的再生室中再生后的溶液流入浓溶液储液槽以提供溶液除湿空调系统使用，而二级膜再生器的稀释室中稀释后的溶液则流入第一溶液槽，从而形成一个闭式循环。溶液流程2包括第二溶液槽、第二防腐溶液泵、一级膜再生器、二级膜再生器，第二溶液槽中的溶液在第二防腐溶液泵的加压作用下分为两路分别流入二级膜再生器中的阳极室和阴极室，二级膜再生器的阳极室中的溶液流入一级膜再生器的阳极室，而二级膜再生器的阴极室中的溶液则流入一级膜再生器的阴极室，之后一级膜再生器的阳极室和阴极室中的溶液汇合后流入第二溶液槽，从而形成一个闭式循环。有益效果本发明和现有技术相比，具有以下优点I、利用需要再生的除湿溶液对太阳能光伏电池表面进行冷却，太阳能光伏电池表面温度的降低可以提高太阳能光伏电池的发电效率；2、利用太阳能光伏电池运行时散发的热量对需要再生的除湿溶液进行加热，除湿溶液温度的升高可以提高一级膜再生器和二级膜再生器中溶液的电导率，并降低一级膜再生器和二级膜再生器中溶液滞流层的电阻，在相同运行电流的情况下可以降低一级膜再生器和二级膜再生器的运行电压，从而降低一级膜再生器和二级膜再生器的能耗；3、利用一级膜再生器对溶液进行初步再生，可以提高进入二级膜再生器的溶液浓度，而溶液离子的迁移量是由运行电流大小所决定的，因此在相同大小电流的运行工况下进入二级膜再生器的溶液浓度的提高可以提高除湿溶液再生的效果；4、由于溶液离子的迁移量是由运行电流决定的，所以一级稀释室中溶液流量的降低可以降低一级稀释室出口溶液的浓度，通过调节调节阀的开度匹配一级再生室和一级稀释室中溶液的流量比，进而使得进入第三溶液槽的溶液浓度很低，这样就可以排出溶液除湿空调系统中除湿器工作时除湿溶液吸收的水分，从而保证溶液除湿空调系统的稳定性；5、由于一级膜再生器和二级膜再生器中溶液浓度不同，其溶液的电阻大小也不同，因此可以通过调节一级膜再生器和二级膜再生器的膜对数(即调节一级再生室和二级再生室的数量)及溶液入口参数，可以对一级膜再生器与二级膜再生器实施并联运行(对二者提供相同的电压)，从而简化了电源供应系统。6、在传统膜再生器中，溶液中的阴离子会透过阴离子交换膜迁移至阴极室中并发 生极化反应，对于常用除湿溶液(LiCl、LiBr、CaCl2等)，除湿溶液的阴离子迁移至阴极室中会导致Cl2、Br2等有毒气体的产生。本装置中的一级膜再生器和二级膜再生器在各自的负电极与负电极旁边的阴离子交换膜之间设置一个阳离子交换膜，阳离子交换膜的存在可以有效的阻止除湿溶液的阴离子迁移至阴极室中，从而避免有毒气体的产生。
图I是本发明的双级太阳能溶液膜式再生装置的结构示意图。其中有第一溶液槽I、第二溶液槽2、第三溶液槽3、太阳能光伏电池4、冷却盘管41、调节阀5、第一防腐溶液泵6、第二防腐溶液泵7、一级膜再生器8、一级再生室81、一级稀释室82、一级阳极室83、一级阴极室84、二级膜再生器9、二级再生室91、二级稀释室92、二级阳极室93、二级阴极室94、蓄电池10、阳离子交换膜11、阴离子交换膜12。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。如附图I所示，本发明的双级太阳能溶液膜式再生装置，包括第一溶液槽I、第二溶液槽2、第三溶液槽3、太阳能光伏电池4、调节阀5、第一防腐溶液泵6、第二防腐溶液泵7、一级膜再生器8、二级膜再生器9和蓄电池10，太阳能光伏电池4上设置有冷却盘管41，一级膜再生器8设置有一级再生室81、一级稀释室82、一级阳极室83、一级阴极室84、阳离子交换膜11和阴离子交换膜12，二级膜再生器9设置有二级再生室91、二级稀释室92、二级阳极室93、二级阴极室94、阳离子交换膜11和阴离子交换膜12，一级膜再生器8和二级膜再生器9的正负极并联后与蓄电池10的正负极连接。一级膜再生器8和二级膜再生器9即构成了一种双级溶液膜式再生装置。太阳能光伏电池4工作时产生的电流引入蓄电池10中进行存储，蓄电池10中存储的电能用以对一级膜再生器8和二级膜再生器9进行驱动。蓄电池10的正极接线同时与一级膜再生器8的正电极和二级膜再生器9的正电极相连，蓄电池10的负极接线同时与一级膜再生器8的负电极和二级膜再生器9的负电极相连，从而使得一级膜再生器8和二级膜再生器9构成一个并联电路。在一级膜再生器8和二级膜再生器9中，在正极和负极之间设置有η个阴离子交换膜12和η+1个阳离子交换膜11，其中η为自然数，阳离子交换膜11和阴离子交换膜12交替排列并与正负极平行设置，将膜再生器分割为再生室、稀释室、阳极室和阴极室。在电场作用下，一级膜再生器8和二级膜再生器9中的阴阳离子分别向阳极(正极)和阴极(负极)进行迁移。在迁移过程中，阴阳离子分别通过阴离子交换膜12和阳离子交换膜11，并分别被阳离子交换膜11和阴离子交换膜12阻止迁移。这个过程造成一级再生室81和二级再生室91中溶液的浓度有所提高，而一级稀释室82和二级稀释室92中溶液的浓度有所降低。冷却盘管41紧贴于太阳能光伏电池4表面，冷却盘管41中流动的流体(本发明中即为需要进行再生的除湿溶液)吸收太阳能光伏电池4表面的热量以对太阳能光伏电池4进行冷却，同时流体自身温度得以提升。 溶液流程I、溶液流程2，其具体连接方式如下来自稀溶液储液槽输出接口的需要再生的除湿溶液流入第一溶液槽I的一个输入接口，从第一溶液槽I的输出接口流出的溶液在第一防腐溶液泵6的加压作用下流入冷却盘管41的输入接口，来自冷却盘管41的输出接口的溶液经过调节阀5分配流量后分成两路分别流入一级再生室81的输入接口和一级稀释室82的输入接口，一级稀释室82中稀释后的液体流出一级稀释室82的输出接口并流入第三溶液槽3的输入接口，一级再生室81中初步再生后的溶液流出一级再生室81的输出接口并分成两路分别进入二级再生室91的输入接口和二级稀释室92的输入接口，二级再生室91中再生后的溶液流出二级再生室91的输出接口并流入浓溶液储液槽的输入接口，二级稀释室92中稀释后的溶液流出二级稀释室92的输出接口并流入第一溶液槽I的另一个输入接口(没有连接稀溶液储液槽输出接口的输入接口)。来自第二溶液槽2的输出接口的溶液在第二防腐溶液泵7的加压作用下分为两路分别流入二级阳极室93的输入接口和二级阴极室94的输入接口，来自二级阳极室93的输出接口的溶液流入一级阳极室83的输入接口，而来自二级阴极室94的输出接口的溶液则流入一级阴极室84的输入接口，之后来自一级阳极室83的输出接口和一级阴极室84的输出接口的溶液汇合后流入第二溶液槽2的输入接口。
权利要求
1.一种双级太阳能溶液膜式再生装置，其特征在于，该装置包括第一溶液槽(I)、第二溶液槽(2)、第三溶液槽(3)、太阳能光伏电池(4)、调节阀(5)、第一防腐溶液泵(6)、第二防腐溶液泵(7)、一级膜再生器(8)、二级膜再生器(9)和蓄电池(10)等，所述太阳能光伏电池(4)上设置有冷却盘管(41)，所述一级膜再生器(8)设置有一级再生室(81)、一级稀释室(82)、一级阳极室(83)和一级阴极室(84)，所述二级膜再生器(9)设置有二级再生室(91)、二级稀释室(92)、二级阳极室(93)和二级阴极室(94)，一级膜再生器(8)和二级膜再生器(9)的正负级并联后与蓄电池(10)的正负极连接； 所述第一溶液槽(I)的输出接口通过第一防腐溶液泵(6)与所述冷却盘管(41)的输入接口连接，冷却盘管(41)的输出接口同时与一级再生室(81)的输入接口和一级稀释室(82 )的输入接口连接，其中冷却盘管(41)与一级稀释室(82 )之间通过调节阀(5 )连接，一级稀释室(82 )的输出接口与第三溶液槽(3 )的输入接口连接，一级再生室(81)的输出接口同时与二级再生室(91)的输入接口和二级稀释室(92)的输入接口连接，一级阳极室(83)和一级阴极室(84)的输出接口汇合后与第二溶液槽(2)的输入接口连接，第二溶液槽(2)的输出接口通过第二防腐溶液泵(7)同时与二级阳极室(93)和二级阴极室(94)的输入接口连接，二级阳极室(93 )的输出接口与一级阳极室(83 )的输入接口连接，二级阴极室(94)的输出接口与一级阴极室(84)的输入接口连接，二级再生室(91)的输出接口用于与溶液除湿空调系统中浓溶液储液槽的输入接口连接，所述第一溶液槽(I)上设置有两个输入接口，其中一个输入接口用于与溶液除湿空调系统中稀溶液储液槽的输出接口连接，另一个输入接口与二级稀释室(92)的输出接口连接。
2.根据权利要求I所述的双级太阳能溶液膜式再生装置，其特征在于，所述的一级膜再生器(8)和二级膜再生器(9)中，在正极和负极之间设置有η个阴离子交换膜(12)和η+1个阳离子交换膜(11)，其中η为自然数，所述阳离子交换膜(11)和阴离子交换膜(12)交替排列并与正负极平行设置，将膜再生器分割为再生室、稀释室、阳极室和阴极室。
全文摘要
本发明公开了一种双级太阳能溶液膜式再生装置，包括第一溶液槽、第二溶液槽、第三溶液槽、太阳能光伏电池、调节阀、第一防腐溶液泵、第二防腐溶液泵、一级膜再生器、二级膜再生器和蓄电池。本发明利用一级膜再生器对溶液进行初步再生，提高了二级膜再生器进口溶液的浓度，并排出了溶液除湿空调系统中除湿溶液吸收的水分，从而提高了系统运行的稳定性；同时利用太阳能光伏电池工作时散发的热量对溶液进行加热，降低了膜再生器的能耗。本发明有效的利用了太阳能光伏与光热的互补性，在高温高湿的气候条件下仍然可以稳定高效的对除湿溶液进行再生，同时，还可以利用夜间低谷低价电进行蓄能，缓解电力负荷峰谷差，提高系统的经济性。
文档编号B01D61/48GK102895881SQ20121043752
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者程清, 张小松 申请人:东南大学