[发明专利]一种蓄热式加湿除湿太阳能海水淡化系统及工艺方法

说明书

本发明公开了一种蓄热式加湿除湿太阳能海水淡化系统及工艺方法。采用热管‑真空管式太阳能集热器直接加热空气及鼓泡器中的海水；将多孔鼓泡排管浸于海水中，使空气在海水中以喷射的方式鼓泡加湿；加湿器结构简单，易于加工、拆卸和除垢。除湿器中翅片无机热管下部回收水蒸气的冷凝潜热，传给相变材料和海水，一部分热量通过海水淡化器加热加湿其上方的空气产生淡水，另一部分热量以固液形式储存，在夜间再释放出来，冷凝潜热利用率与淡水产量较高。使用相变材料储热，热管换热冷端温度恒定，换热好。海水淡化系统采用电网或独立光伏发电系统供电，规模灵活，应用范围广，可用于沿海、海岛淡化海水，以及内陆边远地区淡化苦咸水。

技术领域

本发明涉及太阳能海水淡化技术领域，具体地说，涉及一种蓄热式加湿除湿太阳能海水淡化系统及工艺方法。

背景技术

加湿除湿法是众多太阳能海水淡化法中热效率最高的方法，适用于中小型太阳能海水淡化装置。加湿除湿太阳能海水淡化工艺中，空气和/或海水依靠太阳能加热。当空气和/或海水被强制循环流动时,产水量相对较大，但需要消耗电能，称之为主动式工艺；反之，若空气依靠自然循环流动，海水不流动，则不需要消耗电能，但产水量相对较低，称之为被动式工艺。

空气在海水中鼓泡加湿的主要优点是:加湿率可达100％，超过传统喷淋加湿率与填料塔加湿率；鼓泡加湿器可以采用无毒工程塑料制造，解决了金属加湿器易被海水腐蚀的问题；鼓泡加湿器结构简单，为多孔筛板结构或多孔排管结构；鼓泡过程中，海水被空气扰动，不易结垢；海水不需循环流动，工艺过程能耗降低。

除湿过程是水蒸气从湿空气中冷凝析出，同时放出冷凝潜热的过程。回收除湿过程释放的水蒸气冷凝潜热，可显著提高海水淡化过程的热利用率与产水量，降低产水成本。目前在海水淡化工艺中，回收水蒸气冷凝潜热主要用于预热海水、直接蒸发海水或储热后再利用，其中直接蒸发海水法的热利用率最高。但是，由于受到工艺设计、设备结构设计与设备性能多种技术制约，目前这种工艺方法应用的仍然较少。

在文献“三效管式蒸馏太阳能海水淡化装置”(《Desalination》2013年，HongfeiZheng,Zhili Chen)中，其采用三级不同管径、不同圆心的套管式蒸馏器，用于回收水蒸气冷凝潜热以直接蒸发海水。该海水淡化装置的工艺属于被动式加湿除湿法，相对于主动式装置而言，单位时间内产水量不高。

2016年，在《Desalination》杂志上，埃及A.E.Kabeel等人首次采用多孔排管向下方喷射鼓泡加湿的方式，代替多孔筛板向上方鼓泡的方式，解决了使用筛板鼓泡易产生漏液的问题，但其工艺中没有回收水蒸气冷凝潜热，致使装置太阳能热利用率较低，产水率亦相对较低。

在发明专利ZL201410788364.0“一种鼓泡加湿与热泵耦合的海水淡化系统及工艺方法”中，该方法采用筛板鼓泡方式加湿空气，采用热泵回收水蒸气的冷凝潜热并供给加湿过程。该方法提高了热循环利用率及产水率，产水比GOR达到3以上。

无机热管是一种比普通热管传热能力更强、热启动性更好的新型传热元件，其传热过程极其迅速，且在传热过程中该热管的冷、热端表面接近等温。将多孔排管鼓泡加湿与无机热管回收水蒸气冷凝潜热的除湿过程相结合，可提高现有加湿除湿太阳能海水淡化工艺的除湿过程的稳定性，以及提高热利用率及产水率。

相变材料在特定温度或温度范围下发生相态变化，吸收或释放大量的相变潜热，可以用来蓄热。相变蓄热与湿热蓄热相比具有蓄热密度高、蓄热放热温度比较固定的特点。将相变蓄热与太阳能加湿除湿海水淡化工艺相结合，可以较好地解决除湿过程水蒸气冷凝潜热的回收利用问题，以及除湿换热过程冷端温度的控制问题，从而有效地提高热能的循环利用率及淡水产量。

发明内容