專利名稱：一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽光伏光熱技術(shù)和海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置以及利用其進(jìn)行海水或苦咸水淡化的方法。
背景技術(shù)：
水是一切生命之源。隨著工農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展，人口快速增長，淡水的需求將急劇增力口，淡水短缺是許多國家未來必將面臨的嚴(yán)重問題。尤其在一些島嶼和偏遠(yuǎn)的咸水湖地區(qū)，水資源大都是海水或者苦咸水，淡水嚴(yán)重缺乏，同時能源供應(yīng)也比較困難，但太陽能資源豐富，因此利用太陽能進(jìn)行海水或苦咸水淡化，是解決這些地區(qū)淡水短缺問題的重要途徑。傳統(tǒng)被動式太陽能蒸餾器單位采光面積的產(chǎn)水量過低，僅為4-8kg/m2 d，大大限制了其應(yīng)用范圍。盡管配備了太陽能集熱器的主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)單位采光面積的產(chǎn)水量有所提高，但由于太陽能集熱裝置的集熱溫度較高，導(dǎo)致集熱效率較低；同時，主動式太陽能集熱系統(tǒng)一般需要水泵等流體驅(qū)動裝置，應(yīng)用外部電網(wǎng)為系統(tǒng)提供電力，在缺乏電力供應(yīng)的海島或偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備實用性。公開號為CN101316080B的中國發(fā)明專利公開了一種利用太陽能光伏聚光發(fā)電產(chǎn)生的電能和熱能，通過熱泵提升后作為低溫多效海水淡化裝置的蒸汽閃發(fā)器熱源，利用可再生能源實現(xiàn)海水淡化的裝置。該裝置主要存在以下三個方面的問題:利用聚光跟蹤裝置增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度；沒有利用二次蒸汽的冷凝潛熱；由于太陽光的匯聚可能使蒸發(fā)溫度較高，引起壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油炭化，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡 化裝置。本發(fā)明的第二個目的是提供一種利用離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置進(jìn)行海水淡化的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:—種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置，包括直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)、原料水箱18、蓄熱水箱17、閃蒸罐20和主控器；直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)包括光伏光熱蒸發(fā)器12，光伏光熱蒸發(fā)器的出口 I通過管路依次與第二三通2、氣液分離器3、壓縮機(jī)4、冷凝器5、儲液器6、干燥過濾器7、視液鏡8、節(jié)流裝置9、第一三通10、光伏光熱蒸發(fā)器的入口 11連接；太陽輻照度監(jiān)測儀和第一溫度傳感器設(shè)置在光伏光熱蒸發(fā)器12的表面或附近；第一三通10通過管路依次與第一電磁閥13、回?zé)嵴舭l(fā)器14、冷凝蒸發(fā)器15、第二電磁閥16和第二三通2連接；冷凝器5設(shè)置于蓄熱水箱17的內(nèi)部；在所述直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有制冷劑；光伏光熱蒸發(fā)器12通過線路依次與控制器33、逆變器35連接，控制器33與蓄電池34通過線路雙向連接；原料水箱18的出口通過管路依次與第三電磁閥19和蓄熱水箱17上部的入口連接；蓄熱水箱17的上部通過管路依次與第四電磁閥22、閃蒸罐20連接；在蓄熱水箱17內(nèi)部設(shè)置有第二溫度傳感器；閃蒸罐20底部通過管路依次與第一單向閥23、海水循環(huán)泵24、第三三通25和蓄熱水箱17底部連接；第三三通25通過管路依次與第五電磁閥26、回?zé)嵴舭l(fā)器14的濃鹽水入口 27連接，回?zé)嵴舭l(fā)器14的濃鹽水出口 28與濃鹽水排放管連接；冷凝蒸發(fā)器15設(shè)置在閃蒸罐20內(nèi)部的上部，在冷凝蒸發(fā)器15下方設(shè)置有集水盤21 ;閃蒸罐20的上部設(shè)置有產(chǎn)品水出口 32，產(chǎn)品水出口 32與集水盤21連接，產(chǎn)品水出口 32通過管路與產(chǎn)品水箱29上部的進(jìn)水口連接，產(chǎn)品水箱29的下部設(shè)置有產(chǎn)品水供水口 ；產(chǎn)品水箱29的頂部通過管路依次與第二單向閥30、抽真空泵31連接；所述主控器分 別與第一電磁閥13、第二電磁閥16、第三電磁閥19、第四電磁閥22、第五電磁閥26、海水循環(huán)泵24、抽真空泵31、壓縮機(jī)4、太陽輻照度監(jiān)測儀、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和逆變器35電連接。光伏光熱蒸發(fā)器12由太陽能集熱器和設(shè)置在所述太陽能集熱器表面的光伏電池組成。太陽能集熱器優(yōu)選平板集熱器、帶蓋板的平板集熱器或真空管集熱器。光伏電池優(yōu)選單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池或薄膜電池。閃蒸罐20優(yōu)選體閃蒸式閃蒸罐或噴淋閃蒸式閃蒸罐?；?zé)嵴舭l(fā)器14優(yōu)選板式換熱器、管殼式換熱器或套管式換熱器。冷凝蒸發(fā)器15優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。冷凝器5優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。集水盤21的下部最好設(shè)置有捕沫網(wǎng)。一種利用離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置進(jìn)行海水淡化的方法，包括如下步驟:當(dāng)有太陽照射到光伏光熱蒸發(fā)器12上的光伏電池表面，光伏電池產(chǎn)生的電能通過控制器33的控制給蓄電池34充電，蓄電池34通過控制器33和逆變器35為海水淡化提供電能；當(dāng)太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度大于200W/m2或第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度高于5°C時,主控器控制壓縮機(jī)4自動開啟；制冷劑在光伏光熱蒸發(fā)器12中受熱蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪簹怏w后經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的出口 I流出，流經(jīng)第二三通2到達(dá)氣液分離器3中進(jìn)行氣液分離，分離后的低壓氣體經(jīng)壓縮機(jī)4壓縮后變?yōu)楦邷馗邏簹怏w進(jìn)入冷凝器5中釋放潛熱給蓄熱水箱17內(nèi)的海水后變?yōu)楦邏阂后w，高壓液體流經(jīng)儲液器6、干燥過濾器7和視液鏡8，經(jīng)節(jié)流裝置9節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡蜌馀c飽和液的混合物，通過第一三通10，經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的入口 11回到光伏光熱蒸發(fā)器12,完成一個循環(huán)；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17中的海水溫度高于60°C時，主控器控制抽真空泵31開啟，閃蒸罐20和產(chǎn)品水箱29內(nèi)的氣體通過第二單向閥30和抽真空泵31排出；閃蒸罐20內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)抽真空泵31開啟后3-10分鐘，主控器控制第四電磁閥22和海水循環(huán)泵24開啟，蓄熱水箱17內(nèi)的海水通過管路經(jīng)第四電磁閥22流入到閃蒸罐20，閃蒸后的濃鹽水通過管路經(jīng)第一單向閥23、海水循環(huán)泵24、第三三通25回到蓄熱水箱17 ；海水在閃蒸罐20內(nèi)閃蒸形成水蒸汽，當(dāng)海水循環(huán)泵24開啟后1-2分鐘，主控器控制第一電磁閥13、第二電磁閥16、第三電磁閥19和第五電磁閥26開啟，經(jīng)第三三通25的濃鹽水一部分流回蓄熱水箱17，另一部分濃鹽水通過管路經(jīng)第五電磁閥26、濃鹽水入口 27進(jìn)入到回?zé)嵴舭l(fā)器14，換熱后的濃鹽水經(jīng)濃鹽水出口 28從濃鹽水排放管排出；經(jīng)過節(jié)流裝置9節(jié)流后的制冷劑通過第一三通10 —部分流經(jīng)第一電磁閥13，在回?zé)嵴舭l(fā)器14中與濃鹽水換熱，換熱后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器15中，與水蒸汽換熱，換熱后經(jīng)第二電磁閥16回到第二三通2，水蒸汽冷凝后形成的水滴由集水盤21收集后由產(chǎn)品水出口 32經(jīng)管路進(jìn)入到產(chǎn)品水箱29，制冷劑的另一部分通過管路流回到光伏光熱蒸發(fā)器12 ;原料水箱18經(jīng)管路通過第三電磁閥19為蓄熱水箱17補(bǔ)原料海水；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17內(nèi)的海水溫度低于60°C時，主控器控制第三電磁閥19、第四電磁閥22、第五電磁閥26和海水循環(huán)泵24關(guān)閉，1-2分鐘，主控器控制第一電磁閥13、第二電磁閥16和抽真空泵31關(guān)閉；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17中的海水溫度低于60°C、太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度小于200W/m2和第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度低于5°C時，主控器控制壓縮機(jī)4自動關(guān)閉。光伏光熱蒸發(fā)器12由太陽能集熱器和設(shè)置在所述太陽能集熱器表面的光伏電池組成。 太陽能集熱器優(yōu)選平板集熱器、帶蓋板的平板集熱器或真空管集熱器。光伏電池優(yōu)選單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池或薄膜電池。閃蒸罐20優(yōu)選體閃蒸式閃蒸罐或噴淋閃蒸式閃蒸罐。回?zé)嵴舭l(fā)器14優(yōu)選板式換熱器、管殼式換熱器或套管式換熱器。冷凝蒸發(fā)器15優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。冷凝器5優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。集水盤21的下部最好設(shè)置有捕沫網(wǎng)。本發(fā)明具有以下積極效果:本發(fā)明的裝置能夠充分利用太陽能和環(huán)境空氣熱能，將光伏電池與熱泵蒸發(fā)器結(jié)合降低了光伏電池的溫度，提高了光伏電池的發(fā)電效率；將海水淡化裝置中的換熱器作為熱泵蒸發(fā)器的一部分，回收蒸汽的冷凝潛熱、冷凝淡水的顯熱以及排放濃鹽水的顯熱，最大限度的提高裝置的能源利用效率。整個裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在沒有電力供應(yīng)的海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)的離網(wǎng)運行，同時具有占地面積小、移動性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便和無需專人值守等特點，能夠滿足海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)海水和苦咸水處理用戶的需求，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明的一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置示意圖。圖中:光伏光熱蒸發(fā)器的出口 I ;第二三通2 ;氣液分離器3 ;壓縮機(jī)4 ;冷凝器5 ；儲液器6 ;干燥過濾器7 ;視液鏡8 ;節(jié)流裝置9 ;第一三通10 ;光伏光熱蒸發(fā)器的入口 11 ;光伏光熱蒸發(fā)器12 ;第一電磁閥13 ;回?zé)嵴舭l(fā)器14 ;冷凝蒸發(fā)器15 ;第二電磁閥16 ;蓄熱水箱17 ;原料水箱18 ;第三電磁閥19 ;閃蒸罐20 ;集水盤21 ;第四電磁閥22 ;第一單向閥23 ；海水循環(huán)泵24 ;第三三通25 ;第五電磁閥26 ;濃鹽水入口 27 ;濃鹽水出口 28 ;產(chǎn)品水箱29 ；第二單向閥30 ;抽真空泵31 ;產(chǎn)品水出口 32 ;控制器33 ;蓄電池34 ;逆變器35。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的舉例是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明，但并不對本發(fā)明作任何限制。見圖1。一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置，包括直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)、原料水箱18、蓄熱水箱17、閃蒸罐20和PLC主控器；直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)包括光伏光熱蒸發(fā)器12，光伏光熱蒸發(fā)器的出口 I通過管路依次與第二三通2、氣液分離器3、壓縮機(jī)4、冷凝器5、儲液器6、干燥過濾器7、視液鏡8、節(jié)流裝置9、第一三通10、光伏光熱蒸發(fā)器的入口 11連接；太陽輻照度監(jiān)測儀和第一溫度傳感器設(shè)置在光伏光熱蒸發(fā)器12的表面或附近(距光伏光熱蒸發(fā)器I米之內(nèi))；第一三通10通過管路依次與第一電磁閥13、回?zé)嵴舭l(fā)器14、冷凝蒸發(fā)器15、第二電磁閥16和第二三通2連接；冷凝器5設(shè)置于蓄熱水箱17的內(nèi)部(冷凝器5也可以采用外置方式與蓄熱水箱17內(nèi)的海水循環(huán)換熱);在直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有制冷劑；制冷劑可以選無機(jī)化合物，如水、氨、二氧化碳；飽和烴的鹵化物，如R12、R22、R134a ;烴類化合物，如丙烷、異丁烷；共沸制冷劑，如R502 ;非共沸制冷劑，如R407C等；光伏光熱蒸發(fā)器12通過線路依次與控制器33、逆變器35連接，控制器33與蓄電池34通過線路雙向連接；原料水箱18的出口通過管路依次與第三電磁閥19和蓄熱水箱17上部的入口連接;蓄熱水箱17的上部通過管路依次與第四電磁閥22、閃蒸罐20連接；在蓄熱水箱17內(nèi)部設(shè)置有第二溫度傳感器；閃蒸罐20底部通過管路依次與第一單向閥23、海水循環(huán)泵24、第三三通25和蓄熱水箱17底部連接；第三三通25通過管路依次與第五電磁閥26、回?zé)嵴舭l(fā)器14的濃鹽水入口 27連接，回?zé)嵴舭l(fā)器14的濃鹽水出口 28與濃鹽水排放管連接；冷凝蒸發(fā)器15設(shè)置在閃蒸罐20內(nèi)部的上部，在冷凝蒸發(fā)器15下方設(shè)置有集水盤21 ;閃蒸罐20的上部設(shè)置有產(chǎn)品水出口 32，產(chǎn)品水出口 32與集水盤21連接，產(chǎn)品水出口 32通過管路與產(chǎn)品水箱29上部的進(jìn)水口連接，產(chǎn)品水箱29的下部設(shè)置有產(chǎn)品水供水口 ；產(chǎn)品水箱29的頂部通過管路依次與第二單向閥30、抽真空泵31連接；PLC主控器分別與第一電磁閥13、第二電磁閥16、第三電磁閥19、第四電磁閥22、第五電磁閥26、海水循環(huán)泵24、抽真空泵31、壓縮機(jī)4、太陽輻照度監(jiān)測儀、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和逆變器35電連接。光伏光熱蒸發(fā)器12由太陽能集熱器和設(shè)置在所述太陽能集熱器表面的光伏電池組成。太陽能集熱器優(yōu)選平板集熱器、 帶蓋板的平板集熱器或真空管集熱器。
光伏電池優(yōu)選單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池或薄膜電池。閃蒸罐20優(yōu)選體閃蒸式閃蒸罐或噴淋閃蒸式閃蒸罐。回?zé)嵴舭l(fā)器14優(yōu)選板式換熱器、管殼式換熱器或套管式換熱器。冷凝蒸發(fā)器15優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。冷凝器5優(yōu)選直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。集水盤21的下部最好設(shè)置有捕沫網(wǎng)。本發(fā)明采用的元器件可根據(jù)需要從市場上選購，PLC主控器可以采購，如西門子S7-200CPU224XP。本發(fā)明的裝置，當(dāng)閃蒸罐20為噴淋閃蒸式閃蒸罐、光伏光熱蒸發(fā)器12 (由太陽能集熱器和設(shè)置在其表面的光伏電池組成)的太陽能集熱器為平板集熱器、光伏電池為單晶硅電池、回?zé)嵴舭l(fā)器14為管殼式換熱器、冷凝蒸發(fā)器15為螺旋管式換熱器、冷凝器5為盤管式換熱器，制冷劑為R134a時，在太陽輻照度為700W/m2，環(huán)境空氣溫度為25°C的條件下，本裝置的淡水產(chǎn)量約為40kg/m2 d (而現(xiàn)有一般傳統(tǒng)被動式太陽能蒸餾器的淡水產(chǎn)量在4-8kg/m2 d 左右)。利用離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置進(jìn)行海水(或苦咸水)淡化的方法，包括如下步驟:當(dāng)有太陽照射到光伏光熱蒸發(fā)器12上的光伏電池表面，光伏電池產(chǎn)生的電能通過控制器33的控制給蓄電池34充電，蓄電池34通過控制器33和逆變器35為整個裝置提供電能；當(dāng)太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度大于200W/m2或第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度高于5°C時，PLC主控器控制壓縮機(jī)4自動開啟；低溫低壓的制冷劑在光伏光熱蒸發(fā)器12的太陽能集熱器中吸收太陽輻射能和環(huán)境空氣熱能而蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪簹怏w后經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的出口 I流出，流經(jīng)第二三通2到達(dá)氣液分離器3中進(jìn)行氣液分離，分離后的低壓氣體經(jīng)壓縮機(jī)4壓縮后變?yōu)楦邷馗邏簹怏w進(jìn)入冷凝器5中釋放潛熱給蓄熱水箱17內(nèi)的海水(或苦咸水)后變?yōu)楦邏阂后w，高壓液體流經(jīng)儲液器6、干燥過濾器7和視液鏡8，經(jīng)節(jié)流裝置9節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡蜌馀c飽和液的混合物，通過第一三通10，經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的入口 11回到光伏光熱蒸發(fā)器12,完成一個循環(huán)；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17中的海水溫度高于60°C時，PLC主控器控制抽真空泵31開啟，閃蒸罐20和產(chǎn)品水箱29內(nèi)的氣體通過第二單向閥30和抽真空泵31排出；閃蒸罐20內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)抽真空泵31開啟后3分鐘(也可以根據(jù)抽真空泵的大小和閃蒸罐尺寸設(shè)定為5分鐘，或者是10分鐘)，PLC主控器控制第四電磁閥22和海水循環(huán)泵24開啟，蓄熱水箱17內(nèi)的海水通過管路經(jīng)第四電磁閥22流入到閃蒸罐20，閃蒸后的濃鹽水通過管路經(jīng)第一單向閥23、海水循環(huán)泵24、第三三通25回到蓄熱水箱17 ；海水在閃蒸罐20內(nèi)閃蒸形成水蒸汽，當(dāng)海水循環(huán)泵24開啟后I分鐘(也可以根據(jù)海水溫度和閃蒸罐尺寸設(shè)定為2分鐘)，PLC主控器控制第一電磁閥 13、第二電磁閥16、第三電磁閥19和第五電磁閥26開啟，經(jīng)第三三通25的濃鹽水一部分流回蓄熱水箱17，另一部分濃鹽水通過管路經(jīng)第五電磁閥26、濃鹽水入口 27進(jìn)入到回?zé)嵴舭l(fā)器14，換熱后的濃鹽水經(jīng)濃鹽水出口 28從濃鹽水排放管排出；經(jīng)過節(jié)流裝置9節(jié)流后的制冷劑通過第一三通10一部分流經(jīng)第一電磁閥13，在回?zé)嵴舭l(fā)器14中與濃鹽水換熱(吸收濃鹽水的顯熱)，換熱后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器15中，與水蒸汽換熱(吸收水蒸汽的潛熱及冷凝水顯熱)，換熱后經(jīng)第二電磁閥16回到第二三通2，水蒸汽冷凝后形成的水滴由集水盤21收集后由產(chǎn)品水出口 32經(jīng)管路進(jìn)入到產(chǎn)品水箱29，制冷劑的另一部分通過管路流回到光伏光熱蒸發(fā)器12 ;原料水箱18經(jīng)管路通過第三電磁閥19為蓄熱水箱17補(bǔ)原料海水；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17內(nèi)的海水溫度低于60°C時，PLC主控器控制第三電磁閥19、第四電磁閥22、第五電磁閥26和海水循環(huán)泵24關(guān)閉，I分鐘(也可以根據(jù)海水溫度和閃蒸罐尺寸設(shè)定為2分鐘)后PLC主控器控制第一電磁閥13、第二電磁閥16和抽真空栗31關(guān)閉；當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱17中的海水溫度低于60°C、太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度小于200W/m2和第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度低于5°C時，PLC主控器控制壓縮機(jī)4自動關(guān)閉。管路、蓄熱水箱和閃蒸罐等包裹絕熱材料，防止熱量的損失。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本方面的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置，包括直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)、原料水箱(18 )、蓄熱水箱(17 )、閃蒸罐(20 )和主控器； 所述直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)包括光伏光熱蒸發(fā)器(12)，光伏光熱蒸發(fā)器的出口(I)通過管路依次與第二三通(2)、氣液分離器(3)、壓縮機(jī)(4)、冷凝器(5)、儲液器(6)、干燥過濾器(7)、視液鏡(8)、節(jié)流裝置(9)、第一三通(10)、光伏光熱蒸發(fā)器的入口(11)連接；太陽輻照度監(jiān)測儀和第一溫度傳感器設(shè)置在光伏光熱蒸發(fā)器(12)的表面或附近；第一三通(10)通過管路依次與第一電磁閥(13)、回?zé)嵴舭l(fā)器(14)、冷凝蒸發(fā)器(15)、第二電磁閥(16)和第二三通(2)連接；冷凝器(5)設(shè)置于蓄熱水箱(17)的內(nèi)部；在所述直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有制冷劑；光伏光熱蒸發(fā)器(12)通過線路依次與控制器(33)、逆變器(35)連接，控制器(33)與蓄電池(34)通過線路雙向連接； 原料水箱(18 )的出口通過管路依次與第三電磁閥(19 )和蓄熱水箱(17 )上部的入口連接; 蓄熱水箱(17)的上部通過管路依次與第四電磁閥(22)、閃蒸罐(20)連接；在蓄熱水箱(17)內(nèi)部設(shè)置有第二溫度傳感器； 閃蒸罐(20)底部通過管路依次與第一單向閥(23)、海水循環(huán)泵(24)、第三三通(25)和蓄熱水箱(17)底部連接；第三三通(25)通過管路依次與第五電磁閥(26)、回?zé)嵴舭l(fā)器(14)的濃鹽水入口(27)連接，回?zé)嵴舭l(fā)器(14)的濃鹽水出口(28)與濃鹽水排放管連接；冷凝蒸發(fā)器(15)設(shè)置在閃蒸罐(20)內(nèi)部的上部，在冷凝蒸發(fā)器(15)下方設(shè)置有集水盤(21);所述閃蒸罐(20)的上部設(shè)置有產(chǎn)品水出口( 32)，產(chǎn)品水出口( 32)與集水盤(21)連接，產(chǎn)品水出口(32)通過管路與產(chǎn)品水箱(29)上部的進(jìn)水口連接，產(chǎn)品水箱(29)的下部設(shè)置有產(chǎn)品水供水口 ；產(chǎn)品水箱(29)的頂部通過管路依次與第二單向閥(30)、抽真空泵(31)連接； 所述主控器分別與第一電磁閥(13)、第二電磁閥(16)、第三電磁閥(19)、第四電磁閥(22)、第五電磁閥(26)、海水循環(huán)泵(24)、抽真空泵(31)、壓縮機(jī)(4)、太陽輻照度監(jiān)測儀、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和逆變器(35)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述光伏光熱蒸發(fā)器(12)由太陽能集熱器和設(shè)置在所述太陽能集熱器表面的光伏電池組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述太陽能集熱器為平板集熱器、帶蓋板的平板集熱器或真空管集熱器；所述光伏電池為單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池或薄膜電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述閃蒸罐(20)為體閃蒸式閃蒸罐或噴淋閃蒸式閃蒸罐；所述回?zé)嵴舭l(fā)器(14)為板式換熱器、管殼式換熱器或套管式換熱器；所述冷凝蒸發(fā)器(15)為直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器；所述冷凝器(5)為直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述集水盤(21)的下部設(shè)置捕沫網(wǎng)。
6.一種利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行海水淡化的方法，包括如下步驟: 當(dāng)有太陽照射到光伏光熱蒸發(fā)器(12)上的光伏電池表面，光伏電池產(chǎn)生的電能通過控制器(33)的控制給蓄電池(34)充電，蓄電池(34)通過控制器(33)和逆變器(35)為海水淡化提供電能；當(dāng)太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度大于200W/m2或第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度高于5°C時，主控器控制壓縮機(jī)(4)自動開啟；制冷劑在光伏光熱蒸發(fā)器(12)中受熱蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪簹怏w后經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的出口(I)流出，流經(jīng)第二三通(2)到達(dá)氣液分離器(3)中進(jìn)行氣液分離，分離后的低壓氣體經(jīng)壓縮機(jī)(4)壓縮后變?yōu)楦邷馗邏簹怏w進(jìn)入冷凝器(5)中釋放潛熱給蓄熱水箱(17)內(nèi)的海水后變?yōu)楦邏阂后w，高壓液體流經(jīng)儲液器(6)、干燥過濾器(7)和視液鏡(8)，經(jīng)節(jié)流裝置(9)節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡蜌馀c飽和液的混合物，通過第一三通(10),經(jīng)光伏光熱蒸發(fā)器的入口(11)回到光伏光熱蒸發(fā)器(12),完成一個循環(huán)； 當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱(17)中的海水溫度高于60°C時，主控器控制抽真空泵(31)開啟，閃蒸罐(20)和產(chǎn)品水箱(29)內(nèi)的氣體通過第二單向閥(30)和抽真空泵(31)排出；閃蒸罐(20)內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)抽真空泵(31)開啟后3-10分鐘，主控器控制第四電磁閥(22)和海水循環(huán)泵(24)開啟，蓄熱水箱(17)內(nèi)的海水通過管路經(jīng)第四電磁閥(22)流入到閃蒸罐(20)，閃蒸后的濃鹽水通過管路經(jīng)第一單向閥(23)、海水循環(huán)泵(24)、第三三通(25)回到蓄熱水箱(17)； 海水在閃蒸罐(20)內(nèi)閃蒸形成水蒸汽，當(dāng)海水循環(huán)泵(24)開啟后1-2分鐘，主控器控制第一電磁閥(13)、第二電磁閥(16)、第三電磁閥(19)和第五電磁閥(26)開啟，經(jīng)第三三通(25)的濃鹽水一部分流回蓄熱水箱(17)，另一部分濃鹽水通過管路經(jīng)第五電磁閥(26)、濃鹽水入口(27)進(jìn)入到回?zé)嵴舭l(fā)器(14)，換熱后的濃鹽水經(jīng)濃鹽水出口(28)從濃鹽水排放管排出；經(jīng)過節(jié)流裝置(9)節(jié)流后的制冷劑通過第一三通(10) —部分流經(jīng)第一電磁閥(13)，在回?zé)嵴舭l(fā)器(14)中與濃鹽水換熱，換熱后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器(15)中，與水蒸汽換熱，換熱后經(jīng)第二電磁閥(16)回到第二三通(2)，水蒸汽冷凝后形成的水滴由集水盤(21)收集后由產(chǎn)品水出口(32)經(jīng)管路進(jìn)入到產(chǎn)品水箱(29)，制冷劑的另一部分通過管路流回到光伏光熱蒸發(fā)器(12);原料水箱(18)經(jīng)管路通過第三電磁閥(19)為蓄熱水箱(17)補(bǔ)原料海水； 當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱(17)內(nèi)的海水溫度低于60°C時，主控器控制第三電磁閥(19)、第四電磁閥(22)、第五電磁閥(26)和海水循環(huán)泵(24)關(guān)閉，1-2分鐘，主控器控制第一電磁閥(13)、第二電磁閥(16)和抽真空泵(31)關(guān)閉； 當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鳒y得蓄熱水箱(17)中的海水溫度低于60°C、太陽輻照度監(jiān)測儀測得的太陽輻照度小于200W/m2和第一溫度傳感器測得的環(huán)境溫度低于5°C時，主控器控制壓縮機(jī)(4)自動關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述光伏光熱蒸發(fā)器(12)由太陽能集熱器和設(shè)置在所述太陽能集熱器表面的光伏電池組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述太陽能集熱器為平板集熱器、帶蓋板的平板集熱器或真空管集熱器；所述光伏電池為單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池或薄膜電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述閃蒸罐(20)為體閃蒸式閃蒸罐或噴淋閃蒸式閃蒸罐；所述回?zé)嵴舭l(fā)器(14)為板式換熱器、管殼式換熱器或套管式換熱器；所述冷凝蒸發(fā)器(15)為直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器；所述冷凝器(5)為直管式換熱器、蛇形管式換熱器、U型管式換熱器、盤管式換熱器或螺旋管式換熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求 6所述的方法，其特征在于:所述集水盤(21)的下部設(shè)置捕沫網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離網(wǎng)型光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置，包括直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)、原料水箱、蓄熱水箱、閃蒸罐和主控器；所述直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)包括光伏光熱蒸發(fā)器，光伏光熱蒸發(fā)器通過管路依次與第二三通、氣液分離器、壓縮機(jī)、冷凝器、儲液器、干燥過濾器、視液鏡、節(jié)流裝置、第一三通連接；第一三通通過管路依次與第一電磁閥、回?zé)嵴舭l(fā)器、冷凝蒸發(fā)器、第二電磁閥和第二三通連接。本發(fā)明還公開了利用上述光伏光熱耦合熱泵海水淡化裝置進(jìn)行海水淡化的方法。本發(fā)明能夠充分利用可再生能源，提高能源利用效率，實現(xiàn)海水淡化裝置在沒有電力供應(yīng)的海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)的離網(wǎng)運行。
文檔編號C02F103/08GK103172132SQ20131007844
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者任建波, 王金燕, 苗超, 張銘, 馮厚軍 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所