[发明专利]基于纳米流体相变蓄冷与太阳能驱动海水淡化系统与工艺

说明书

本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及基于纳米流体相变蓄冷与太阳能驱动海水淡化系统，包括：集热单元、低温多效蒸馏单元、制冷单元和蓄冷单元；所述集热单元用于为低温多效蒸馏单元提供热源，所述蓄冷单元用于将从低温多效蒸馏单元流过的高温物料进行降温，所述蓄冷单元的冷量由所述制冷单元提供，还公开了采用该系统进行的海水淡化工艺。本发明系统通过制冷单元与相变蓄冷装置将夜间低廉的低谷电力资源转变为高品质冷能储存起来；通过纳米流体将太阳能集热器中热量转移到原料海水使其蒸发，相变蓄冷装置提供蒸汽凝结所需冷负荷，解决了太阳能海水淡化装置冷负荷动态匹配性问题，降低了海水淡化成本，还可以起到电网负荷移峰填谷的作用，提高用电效率，减少环境污染。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及基于纳米流体相变蓄冷与太阳能驱动海水淡化系统与工艺。

背景技术

世界淡水资源正在枯竭，这成为人类发展与生存的巨大威胁之一，海水淡化作为一种开源技术，已成为人类缓解淡水危机的有效方法。目前实际应用的海水淡化技术主要为蒸馏法和反渗透膜法两大类，蒸馏法海水淡化主要使用热能，反渗透膜法海水淡化主要使用电能，由于低温多效蒸馏技术克服了造水能耗高和高温蒸馏易于结垢的问题，已在热法海水淡化中占绝对主导技术。

众所周知，太阳能是清洁环保的能源，资源丰富，取之不尽，用之不竭。数十年来世界各国的科学家都在致力于太阳能这一清洁能源的利用。公布号CN105776391A的发明专利公开了一种太阳能海水淡化装置，包括集热单元、制水单元、末端冷凝单元；其中，集热单元包括集热管和汽包；制水单元包括四级自流式蒸发冷凝装置，所述自流式蒸发冷凝装置，第一级至第四级结构相同，通过各级间节流减压阀控制各级工作温度，实现蒸汽在非负压条件下逐级降温冷凝；集热单元、制水单元、末端冷凝单元和收集装置依次连接，集热单元生成水蒸汽，各级蒸汽在压力差驱动下自发流动通过制水单元的四级蒸汽冷凝装置后，进入末端冷凝装置形成淡水，该装置利用了流体在压差驱动下能自发流动的流体动力，无需动力泵和真空泵，结构简单，环保、低能耗、高效的将海水淡化。

太阳能驱动的海水淡化装置在21世纪初开始引起广大学者注意，然而太阳能具有能量密度低和日照间歇性的缺点，制约着其在海水淡化方面的应用。太阳能海水淡化装置中，海水蒸发时产生的蒸汽冷凝时需要的大量的冷量，通常情况下我们会选用海水作为冷却水，由于蒸汽凝结时释放的是潜热，而冷却蒸汽是利用海水的显热变化来满足冷负荷需要，我们需要大量的冷却水来满足蒸汽液化时冷量的需求，而为了保证产水率，冷却水泵功率是按最大蒸汽产量所需冷却水进行配备。太阳能存在能量密度低、日照间歇性和不稳定性等缺点，致使太阳能海水淡化装置中蒸汽产量并不稳定，造成了不必要的冷量和功耗浪费。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于纳米流体相变蓄冷与太阳能驱动海水淡化的系统与工艺。纳米流体作为工质由Choi于1995年首次提出，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或非金属氧化物粒子，形成一类具有高导热系数、均匀及稳定的传热特性，且保证低发射率的工质。纳米流体作为一种新型的高效、高传热性能的能量输运工质，在强化传热和可再生能源利用领域具有十分广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明基于纳米流体相变蓄冷与太阳能驱动海水淡化系统，包括：集热单元、低温多效蒸馏单元、制冷单元和蓄冷单元；所述集热单元用于为低温多效蒸馏单元提供热源，所述蓄冷单元用于将从低温多效蒸馏单元流过的高温物料进行降温，所述蓄冷单元的冷量由所述制冷单元提供；

所述低温多效蒸馏单元包括低温多效蒸馏器和真空泵；所述真空泵与低温多效蒸馏器连接；

所述集热单元包括太阳能集热器、循环水泵和集热循环管路；所述集热循环管路分别布设于太阳能集热器和低温多效蒸馏器中，所述集热循环管路上设置循环水泵，集热循环管路内部填充纳米流体；

所述蓄冷单元包括相变蓄冷器，所述相变蓄冷器内部填充有纳米流体；