一种太阳能驱动的海水淡化系统

1.本实用新型属于海水淡化技术领域，是一种太阳能驱动的海水淡化系统。


背景技术：

2.海水淡化作为应对全球水资源危机的有效手段，是解决水资源短缺的有效途径。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。现有海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法以及碳酸铵离子交换法。目前反渗透膜法及蒸馏法为市场主流技术。但这些技术存在着它们的缺点，例如反渗透技术需要进行严格的预处理，成本高，运行过程中各种污染物的沉积会对膜造成污染，降低膜的寿命等。近年来蒸馏法与膜法相结合孕育出的膜蒸馏技术在海水淡化应用中取得成功。其作为一种新兴海水淡化技术，虽然技术尚处于不成熟阶段，但由于其成本低、设备简单、操作容易、能耗低等优点，有望成为市场化主流技术。
3.膜蒸馏是一种以热蒸馏驱动膜分离的新型海水淡化集成方法，需要热源对海水进行加热，受热蒸发的水蒸气的积累产生一定的蒸汽分压。膜两侧的水蒸气压差所产生的驱动力使水蒸气能源源不断的透过疏水膜，水分子气化通过膜后再进行冷凝实现了海水的水盐分离。由于膜蒸馏过程需要的热源温度低，因此可利用太阳能为驱动能源，太阳能海水淡化技术同时作为一种新能源技术,不仅开发了海水淡化资源,而且与时俱进拓展了新能源的应用范围。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提出了一种太阳能驱动的海水淡化系统，利用分频技术以及气隙式膜蒸馏技术既实现了光伏发电也实现了对太阳能的光热利用，实现对海水的淡化。此外还设计了电加热装置，保障了该装置能在夜晚或者天气恶劣的情况下也能正常工作。
5.本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种太阳能驱动的海水淡化系统，包括海水预处理单元、聚光分频单元、膜蒸馏组件和冷却水单元；所述海水预处理单元和冷却水单元内均对海水进行杀菌、除杂等净化处理；聚光分频单元包括光伏组件、分频装置和菲涅尔透镜；分频装置和菲涅尔透镜依次设置在光伏组件的上方；
7.所述海水预处理单元依次与光伏组件下方、膜蒸馏组件的料液侧、浓海水罐连通；所述冷却水单元与膜蒸馏组件的冷凝侧连通，冷凝侧的出口通过阀门分为两条路线，一条与膜蒸馏组件的料液侧入口连接，另一条依次连接电加热装置和膜蒸馏组件的料液侧入口；膜蒸馏组件的空气隙连接淡海水罐，用于收集淡化后的海水。
8.进一步，海水预处理单元和冷却水单元均包括预处理池和储水罐，所述预处理池通过泵和管路连接储水罐；在预处理池内对海水进行预处理后储存在储水罐内。
9.进一步，所述膜蒸馏组件采用气隙式膜蒸馏。
10.进一步，太阳光经过菲涅尔透镜进行会聚，并经过分频装置进行分频；分频装置将
光伏组件所需的有效光谱段光束照射在光伏组件上，光伏组件接收光束后将光能转化为电能，光伏组件转化效率较低的或不能利用的光束经分频装置反射至膜蒸馏组件。
11.进一步，膜蒸馏组件的料液侧安置了具有高透光性的玻璃以及附有高吸收率的涂层，在分频装置反射过来的光线的作用下将太阳能转化为热能，使料液侧内的海水达到蒸发温度。
12.进一步，在光照充足时，冷却水单元输入冷凝侧的海水与光伏组件出来的海水一同进入膜蒸馏组件的料液侧；电加热装置不工作。
13.进一步，在光照不足时，海水预处理单元不向光伏组件中注入海水，仅由冷却水单元向冷凝侧泵入海水，冷凝侧排出的海水经过电加热装置进入料液侧。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型采用分频技术，一方面避免高聚光条件下引起的电池组件发热而影响电池发电效率的问题，使光伏电池只接收能实现光生伏特效应波段的光线，减少了因其他无用光谱段而产生的对电池的热耗。
16.本实用新型中引入海水做聚光太阳能电池的冷却剂，一方面使电池的工作温度不至于过高从而降低发电效率，一方面通过与电池的换热而实现海水的预热，提高了膜蒸馏组件料液侧进口温度，减少了将海水蒸发至气态所需时间，进而提高产水效率。
17.海水至蒸汽状态所需热源来源于分频后被反射的其余波段的光线，加之膜蒸馏组件对光的高透过性和高吸收率，实现了光热利用。
18.本实用新型膜蒸馏组件采用气隙式膜蒸馏(agmd)方式，相比其他三种主流膜蒸馏的形式，agmd具有更高的热效率、更低的能耗。
19.本实用新型在光照充足条件下可实现低能耗、环保、节约成本三重收益，尤其适用于分散式、小规模淡水供应。
20.本实用新型在光照不足无法满足海水淡化所需热量时，可通过电加热的方式使海水不间断淡化，保证系统稳定可靠的运行。电能可来自于本系统光伏组件所产并存储起来的电，实现对系统的独立式运作。
附图说明
21.图1是本技术太阳能驱动的海水淡化系统结构示意图；
22.图2是本技术中膜蒸馏组件结构示意图；
23.图中，1、第一海水预处理池，2、第一海水储水罐，3、光伏组件，4、分频装置，5、菲涅尔透镜，6、电加热装置，7、膜蒸馏组件，8、浓海水罐，9、淡海水罐，10、第二海水储水罐，11、第二海水预处理池。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.如图1所示的一种太阳能驱动的海水淡化系统，包括海水预处理单元、聚光分频单元、膜蒸馏组件7和冷却水单元；
26.海水预处理单元和冷却水单元均包括第一海水预处理池1、第一海水储水罐2、第二海水储水罐10和第二海水预处理池11，在第一海水预处理池1和第二海水预处理池11中对海水进行预处理，具体通过加入液氯、硫酸铜、次氯酸钠等化学剂来杀菌灭藻；加入混凝剂去除海水中的悬浮杂质、胶体，降低混度；加入阻垢剂和还原剂，降低海水的硬度和碱度，确保系统膜蒸馏组件不致因为容易结垢而快速报废，再经过吸附、沉淀、过滤等步骤实现对海水的预处理。经过第一海水预处理池1和第二海水预处理池11预处理过的海水分别由管路分别泵入第一海水储水罐2和第二海水预处理池11进行储存；第一海水储水罐2 的出口通过管路连接聚光分频单元。
27.如图2，膜蒸馏组件7采用气隙式膜蒸馏(agmd)，包括料液侧、膜、空气隙、冷凝板和冷凝侧，空气隙设置淡水出口，淡水出口通过管路连接淡海水罐9。
28.聚光分频单元包括光伏组件3、分频装置4和菲涅尔透镜5；第一海水储水罐2的出口连接光伏组件3的冷凝管道入口，通过泵将第一海水储水罐2内存储的海水泵入光伏组件 3作为冷却液；光伏组件3的冷凝管道出口通过管路连接膜蒸馏组件7的料液侧入口；料液侧出口通过管路连接浓海水罐8，将蒸馏后形成的浓海水直接排入浓海水罐。分频装置4 和菲涅尔透镜5依次设置在光伏组件3的上方；太阳光经过菲涅尔透镜5进行会聚，并经过分频装置4进行分频；分频装置4可以将光伏组件3所需的有效光谱段光束照射在光伏组件3上，光伏组件3接收光束后将光能转化为电能。光伏组件3转化效率较低的或不能利用的光束经分频装置4反射至膜蒸馏组件7；膜蒸馏组件7的料液侧安置了具有高透光性的玻璃以及附有高吸收率的涂层，能够有效接收分频装置4反射过来的光线使料液侧内的海水在短时间内达到蒸发温度。
29.第二海水储水罐10的出口通过管路连接膜蒸馏组件7冷凝侧的入口，作为膜蒸馏组件 7的冷凝液；冷凝侧的出口通过三通阀分别连接料液侧的入口和电加热装置6的入口；电加热装置6的出口连接料液侧的入口。
30.为了更清楚的解释本技术太阳能驱动的海水淡化系统的结构，以下结合本系统的工作过程做进一步说明。
31.当光照充足时，从第一海水储水罐2中抽取预处理后的海水进入光伏组件3下方，海水作为光伏组件3的冷却液能降低光伏组件3因为过热而造成的发电效率损失，同时还能充分利用光伏组件3的余热对自身进行预热；预热后的海水进入膜蒸馏组件7的料液侧。同时，从第二海水储水罐10内抽取预处理后的海水经过膜蒸馏组件7的冷凝侧作为冷源，海水在膜蒸馏组件7内部换热预热后进入料液侧。此时，料液侧在分频装置4所反射波段阳光的作用下吸收光热升温使得进入料液侧内的海水迅速达到蒸发温度；蒸发后的水蒸气穿过膜进入空气隙，在冷凝板上液化形成淡水，淡水经过管路进入淡海水罐9内存储。
32.当光照不足时，关闭第一海水储水罐2处的阀门，仅从第二海水储水罐10内抽取预处理后的海水经过膜蒸馏组件7的冷凝侧作为冷源，海水在膜蒸馏组件7内部换热预热后进入电加热装置6，由电加热装置6对其进行加热达到蒸发温度后进入料液侧，随后料液侧的水蒸气穿过膜进入空气隙，在冷凝板上液化形成淡水，淡水经过管路进入淡海水罐9内存储。
33.以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施
例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。