专利名称：一种可变流量的太阳能海水淡化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海水淡化装置，具体说是一种可变流量的太阳能海水淡化装置。
背景技术：
水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源。随着经济的的持续发展和人民生活水平的不断提高，对水量的需求越来越大， 对水质的要求越来越高，而水资源的不足、时空分布的不均，加上超限度的开采、无节制的浪费、随意的污染以及管理不善等，使原本紧张的水资源供需矛盾更加尖锐，缺水问题已成为一个世界性的难题。海水淡化作为一种开源技术，可以增加当地水资源总量，由于海水淡化是以能源换水源，因此能源消耗仍较大。对于没有电网的海岛，利用传统的矿物燃料(煤、石油)解决海水淡化能源问题，极易导致海岛脆弱生态系统的破坏，且运输和维护成本过高，而且我国化石能源尤其是煤和石油相对不足，蕴藏量有限，越用越少，正面临着枯竭的危险，而且石油和煤是重要的化学原料用来当燃料十分可惜，并且燃烧燃料将排出大量CO2和硫的氧化物，导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。如果从现有输电网架设线路来解决这些无电地区供电问题，投资费用大，建设Ikm的输电线路，相当于5 6kW太阳能电设备的投资费用，对于偏远的小海岛要铺设海底电缆费用更高。现在的无电、缺水地区都处于太阳能资源丰富的一、二、三类的西部地区(多苦咸水)和东南部海岛，太阳能辐射总量大，年平均日照时间长，年发电量高。光伏太阳能反渗透海水淡化装置可利用太阳能独立运行，无污染，低耗能，运行安全稳定可靠，不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源，对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值；其次是生产规模可有机组合，适应性好，投资相对较少，产水成本低。中国专利ZL02281876. 6公布了一种太阳能反渗透海水淡化设备，利用太阳能产生的蒸汽直接驱动汽轮泵，以提供反渗透组件的进水流量与压力，这种太阳能反渗透海水淡化设备需要很大的太阳能集热器才能产生直接驱动汽轮泵的蒸汽，占地面积大和投资大。反渗透装置只有在太阳光充足时才能运行，晚上及阴雨天气不能运行，设备利用率低，实际应用受到限制。中国专利ZL200720069563. I公布了一种太阳能光伏反渗透海水淡化装置，该装置特点在于包括太阳能发电模块和反渗透制淡模块，其中，太阳能发电模块包括了太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。一方面反渗透制淡模块没有专门设计的能量回收装置，反渗透制水系统能耗高；另一方面反渗透装置无法自动调节功率和水回收率，无法适应太阳能电能输出不稳定的特点，并且存在保安滤器设置在高压泵之后的重大工艺错误，实际应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种可变流量的太阳能海水淡化装置，可利用太阳能独立运行，设备成本及运行和维护成本低，并能利用太阳能发电具有峰谷的特点，最大限度地增加产水量，适于偏远海岛、船舶以及缺乏电力供应的家庭使用。为此，本发明采用以下技术方案它由光伏太阳能供电系统、反渗透海水淡化处理系统以及变频控制系统组成，所述光伏太阳能供电系统包括光伏太阳能电池、太阳能控制器、逆变器和蓄电池，所述太阳能光伏电池板的输出端与所述太阳能控制器连接，蓄电池与所述太阳能控制器连接；所述太阳能控制器与逆变器连接；逆变器与智能控制器连接，所述太阳能控制器用于控制光伏太阳能电池所发之电向蓄电池的充电以及蓄电池放电；所述的变频控制系统设有所述智能控制器、多个变频器以及处在反渗透海水淡化处理系统中的压力传感器、流量传感器、液位开关，所述变频器包括超滤水泵的变频器、海水中压泵的变频器以及海水高压泵的变频器，所述多个变频器以及压力传感器、流量传感器、液位开关与智能控制器连接，所述智能控制器通过控制所述变频器的工作，使对海水中压泵的供电优先于海水高压泵；
所述的反渗透海水淡化系统设有海水总路，所述海水总路自前至后依次串接海水取水泵、净水器、水箱、所述超滤水泵、超滤装置、中间水箱、中间水泵、保安滤器；所述取水泵用于抽取原海水，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为取水泵的电源；所述净水器，用于将海水净化成符合超滤进水要求；所述超滤水泵用于超滤装置进水增压，使之达到超滤装置进水压力要求，其先与变频器连接，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为超滤水泵的电源；所述中间水泵将超滤产水增压至0. ro. 5MPa，使之通过保安滤器进入海水中压泵以及海水高压泵，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为中间水泵的电源；所述保安滤器用于防止海水中剩余的微小颗粒进入海水高压泵和反渗透膜组器中的膜组件；所述的海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵、海水高压泵均为交流水泵，所述的海水中压泵和海水高压泵均先连接各自的变频器，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为海水中压泵和海水高压泵的电源；所述反渗透海水淡化系统在海水总路之后连有两个并联的分路，两个并联的分路再连至反渗透膜组器的高压海水进水总路，高压海水进水总路再连至反渗透膜组器的高压海水进口端，在闻压海水进水总路上芳路连接闻压压力储te ；所述分路中的第一分路自前至后依次设有所述海水中压泵、第一单向止回阀、所述差压式能量回收装置，被输送液通过海水中压泵增压后进入差压式能量回收装置，经差压式能量回收装置进一步升压到反渗透膜组器的额定压力；在第一单向止回阀和差压式能量回收装置之间的管路上旁路连接中压压力储罐；所述的差压交换式能量回收装置由一个二位四通电磁换向阀、四只单向阀、两只差压缸以及一对行程开关组成；所述两只差压缸同轴放置，两只差压缸之间设有活塞杆，差压缸中设置有活塞，所述活塞杆的两端分别与两只差压缸的活塞相对接触，差压缸被所述活塞分为无杆腔和有杆腔；所述四只单向阀平分成两组分别和每只差压缸的无杆腔连通，每组中的两只单向阀的方向相反 ；两只方向为供差压交换式能量回收装置向外压出被输送液的单向阀，其出口通过管路相连后与高压海水进水总路连通；两只方向为向差压交换式能量回收装置输入被输送液的单向阀，其进口通过管路相连后与第一单向止回阀连通；所述的二位四通电磁换向阀设有阀杆、供阀杆直线运动的阀腔，阀腔具有第P通口、第A通口、第B通口、第0通口，第A通口和第B通口分别和一只差压缸的有杆腔连通，第P通口是所述差压交换式能量回收装置的废弃液进口，接反渗透膜组器的高压浓海水排放口，第0通口是所述差压交换式能量回收装置的废弃液排放口；第0通口在阀腔处有左右两个进口，在阀腔上，沿轴向依次为第0通口左侧进口、第B通口、第P通口、第A通口、第0通口右侧进口；第P通口、第A通口、第B通口、第0通口的位置与阀杆有以下配合关系阀杆有第一工作位和第二工作位；阀杆处于第一工作位，第P通口与第A通口接通，第0通口与第B通口接通；阀杆处于第二工作位，第P通口与第B通口接通，第0通口与第A通口接通；所述两个差压缸之间设有一根推杆和一对行程开关，所述推杆的两端插入两个差压缸的有杆腔中，在有杆腔的推杆外套有复位助推弹簧，当活塞退到极限位置时推动推杆向一侧运动，推杆触动行程开关，控制二位四通电磁换向阀电磁铁的得失电，实现能量回收装置状态切换；所述分路中的第二分路自前至后依次设有海水高压泵和第二单向止回阀，由海水高压泵直接将被输送液升压到反渗透膜组器的额定压力，与第一分路被输送液汇合后接反渗透膜组器的高压海水进水总路。在采用上述技术方案的基础上，本发明还可同时采用以下进一步的技术方案所述的净水器是集混合、絮凝、沉淀于一体的无机械搅拌的净水设备，为具有格网、折板、水力反应设施的一体化净水器。所述中压压力储罐内设有柔性皮囊，用来吸收冲击、储存能量，所述柔性皮囊通过管路与第一单向止回阀和差压式能量回收装置之间的管路连通。所述高压压力储罐内设有活塞，气体和高压海水在高压压力储罐通过活塞隔开，利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能；所述高压压力储罐高压海水侧与高压海水进水总路连通。所述太阳能控制器、智能控制器受上位机控制，所述上位机与太阳能控制器、智能控制器实现整套设备的监视和控制，根据太阳能发电量，通过所述变频器调节相对应的水泵用电功率，实现所述海水淡化装置运行能耗和产水流量调节；所述海水淡化装置在中间水泵与中压泵、高压泵之间设置了进水低压保护开关，所述进水低压保护开关与智能控制器相连，当海水流量、压力出现反常时，所述海水淡化装置将根据进水低压保护开关的信号报警并停机，以保护中压泵、高压泵和反渗透膜元件；所述水箱和中间水箱均设有液位传感器，所述海水淡化装置通过水箱的液位控制实现连锁运行，确保海水淡化装置的自动、安全、稳定运行。由于采用本发明的技术方案，本发明的有益效果是
本发明采用“净水器+超滤”的二级联合预处理模式，将海水净化成符合反渗透进水要求；尤其是净水器采用具有格网、折板、水力反应设施的一体化净水器，将絮凝、澄清、过滤和超滤工艺紧凑合理地组合成一体，具有预处理产水水质好，占地面积小等特点。本发明根据光伏太阳能供电的特点，采用了专门设计的差压交换式能量回收装置，一方面回收了反渗透膜组器的高压浓海水余压能量，大大减低了反渗透系统制水能耗，减少了光伏太阳能发电系统的规模与投资；另一方面，差压交换式能量回收装置采用行程控制，对进水流量具有较好的适应性。本发明在反渗透淡化系统中采用了两条并联的压力提升分路，一条为由中压泵+差压交换式能量回收装置提升海水压力，另一条仅由高压泵提升海水压力并且高压泵和中压泵均通过各自的变频器与智能控制器连接，使得中压泵的工作能优先于高压泵，在太阳能发电处于平峰和谷的情况下，只启动中压泵，通过差压交换式能量回收装置回收能量将海水提升至额定压力，达到节能、环保的系统工作目的，当太阳能发电处于峰态，发电量超出中压泵的用电量时，启动高压泵；即使太阳能发电具有不稳定的特点，高压泵的变频器仍 能够及时调整高压泵，使其将超出部分的发电量全部用于提升海水压力和输送海水；而尽管因此高压泵这一分路的流量处在不稳定的状态，反渗透膜组器的高压浓海水的流量处于不稳定状态，但本发明的差压交换式能量回收装置具有对进水流量具有较好的适应性，能够相应增加输送流量，回收所增加的高压浓海水中的能量，增加产水量。这样，本发明具有变流量的工作特点和功能，能将太阳能所发之电直接用于提升海水压力之用，而不必借助蓄电池蓄电再向泵供电，节省了供泵工作的蓄电池的不菲投资成本以及对这些蓄电池的维护成本，同时又将太阳能电池发电的产水效率最大化。本发明不仅可以实现反渗透装置的水回收率和产水量的控制，并且配有压力储罐，可以缓解流量改变过程中出现的压力冲击和存储压力能，使得系统能进一步适应太阳能发电不稳定的特点，提高系统工作的稳定性、可靠性和安全性。
图I为一种可变流量的太阳能海水淡化装置工艺流程图
具体实施例方式参照附图。本发明由光伏太阳能供电系统、反渗透海水淡化处理系统以及变频控制系统组成，所述光伏太阳能供电系统包括光伏太阳能电池、太阳能控制器、逆变器和蓄电池，所述太阳能光伏电池板的输出端与所述太阳能控制器连接，蓄电池与所述太阳能控制器连接；所述太阳能控制器与逆变器连接；逆变器与智能控制器连接，所述太阳能控制器用于控制光伏太阳能电池所发之电向蓄电池的充电以及蓄电池放电；所述的变频控制系统设有所述智能控制器、多个变频器以及处在反渗透海水淡化处理系统中的压力传感器、流量传感器、液位开关，所述变频器包括超滤水泵2的变频器、海水中压泵4的变频器以及海水高压泵5的变频器，所述多个变频器以及压力传感器、流量传感器、液位开关与智能控制器连接，所述智能控制器通过控制所述变频器的工作，使对海水中压泵的供电优先于海水高压泵；所述智能控制器由PLC可编程控制器及其外围电路构成。
所述的反渗透淡化系统设有海水总路A，所述海水总路自前至后依次串接海水取水泵I、净水器11、水箱12、超滤水泵2、超滤装置、中间水箱20、中间水泵3、保安滤器；所述取水泵I用于抽取原海水，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为取水泵I的电源；所述净水器，用于将海水净化成符合超滤进水要求，它可采用具有格网、折板、水力反应设施的一体化净水器，将絮凝、澄清、过滤和超滤工艺紧凑合理地组合成一体；所述超滤水泵2用于超滤装置进水增压，使之达到超滤装置进水压力要求，其先与变频器连接，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为超滤水泵2的电源；所述中间水泵3将超滤产水增压至0. ro. 5MPa，使之通过保安滤器进入海水中压泵以及海水高压泵，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为中间水泵3的电源；所述保安滤器是进反渗透装置的最后一道保障，用于防止海水中剩余的微小颗粒进入海水高压泵和反渗透膜组器中的膜组件。所述的海水取水泵I、超滤水泵2、中间水泵3、海水中压泵4、海水高压泵5均为交流水泵，海水中压泵4和海水高压泵5均先连接各自的变频器，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为海水中压泵4和海水高压泵5的电源；所述反渗透海水淡化系统在海水总路A之后连有两个并联的分路BI、B2，两个并联的分路再连至反渗透膜组器的高压海水进水总路C，高压海水进水总路C再连至反渗透膜组器6的高压海水进口端；在高压海水进水总路C上旁路连接高压压力储罐7，所述高压压力储罐内设有活塞，气体和高压海水在高压压力储罐通过活塞隔开，利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能；所述高压压力储罐高压海水侧与高压海水进水总路C连通。所述分路中的第一分路BI自前至后依次设有海水中压泵4、第一单向止回阀91、差压式能量回收装置100，被输送液通过海水中压泵4增压后进入差压式能量回收装置100，经差压式能量回收装置100进一步升压到反渗透膜组器6的额定压力；在第一单向止回阀91和差压式能量回收装置100之间的管路上旁路连接中压压力储罐8，所述中压压力储罐8内设有柔性皮囊，用来吸收冲击、储存能量，所述柔性皮囊通过管路与第一单向止回阀91和差压式能量回收装置100之间的管路连通。
所述的差压交换式能量回收装置100由一个二位四通电磁换向阀109、四只单向阀101、102、103、104、两只差压缸105、106以及一对行程开关107、108组成；两只差压缸105、106同轴放置，两只差压缸105、106之间设有活塞杆110，差压缸中设置有活塞111、112，所述活塞杆110的两端分别与两只差压缸的活塞111、112相对接触，差压缸105、106被所述活塞111、112分为无杆腔113和有杆腔114 ；所述四只单向阀平分成两组分别和每只差压缸的无杆腔连通，单向阀101、102为一组，单向阀103、104为另一组，每组中的两只单向阀的方向相反；两只方向为供差压交换式能量回收装置向外压出被输送液的单向阀101、103，其出口通过管路相连后与高压海水进水总路C连通；两只方向为向差压交换式能量回收装置输入被输送液的单向阀102、104，其进口通过管路相连后与第一单向止回阀91连通；所述的二位四通电磁换向阀109设有阀杆、供阀杆直线运动的阀腔，阀腔具有第P通口、第A通口、第B通口、第O通口，第A通口和差压缸105的有杆腔连通，第B通口和差压缸106的有杆腔连通，第P通口是所述差压交换式能量回收装置100的废弃液进口，接反渗透膜组器3的高压浓海水排放口，第O通口是所述差压交换式能量回收装置的废弃液排放口，第O通口在阀腔处有左右两个进口，在阀腔上，沿轴向依次为第O通口左侧进口、第B通口、第P通口、第A通口、第O通口右侧进口 ；第P通口、第A通口、第B通口、第0通口的位置与阀杆有以下配合关系阀杆有第一工作位和第二工作位；当电磁铁IYA得电、2YA失电时，阀杆处于第一工作位，第P通口与第A通口接通，第0通口与第B通口接通；当电磁铁2YA得电、IYA失电时，阀杆处于第二工作位，第P通口与第B通口接通，第0通口与第A通口接通；所述阀杆伸入的长度与阀杆切换于第一工作位和第二工作位所需运动的距离相 适配；所述两个差压缸105、106之间设有一根推杆117和一对行程开关115、116,所述推杆117的两端插入两个差压缸105、106的有杆腔中，在有杆腔的推杆117外套有复位助推弹簧118，当活塞111、112退到极限位置时推动推杆117向一侧运动，推杆触动行程开关115、116，控制二位四通电磁换向阀109电磁铁(1YA、2YA)的得失电，实现能量回收装置状态切换；所述分路中的第二分路B2自前至后依次设有海水高压泵5和第二单向止回阀92，由海水高压泵5直接将被输送液升压到反渗透膜组器4的额定压力，与第一分路BI被输送液汇合后接反渗透膜组器的高压海水进水总路C。以下描述工作过程I、当二位四通电磁换向阀109处于右位，也即第二工作位时，第P通口与第B通口接通，第0通口与第A通口接通。此时，自反渗透膜组器浓水排放口出来的高压浓海水进入差压缸106有杆腔，单向阀104自动关闭，单向阀103自动打开，差压缸106有杆腔中的高压废弃液推动无杆腔的被输送液和活塞112 —起向右移动，低压被输送液经增压后成为高压被输送液被向外压出进入反渗透膜组器；同时，单向阀101在所述高压被输送液的作用下自动关闭，单向阀102在低压被输送液的压力驱动下自动打开，低压被输送液进入差压缸105的无杆腔，推动有杆腔的低压废弃液和活塞111 一起向右移动，低压废弃液经第A通口、第0通口向外排放，所述活塞111向右移动时，同时通过活塞杆110将力传递给活塞112，同时也推动活塞112向右移动。2、当活塞111运动到右极限位置时，推动推杆117向右移动，触动右侧的行程开关116，控制二位四通电磁换向阀109电磁铁的得失电，使二位四通电磁换向阀109切换至左位，也即第二工作位，第P通口与第A通口接通，第0通口与第B通口接通。此时，自反渗透膜组器浓水排放口而来的高压浓海水进入差压缸105有杆腔，单向阀102自动关闭，单向阀101自动打开，差压缸105有杆腔中的高压废弃液推动无杆腔的被输送液和活塞111 一起向左移动，无杆腔的低压被输送液经增压后成为高压被输送液后向外压出进入反渗透膜膜组器6 ;同时，单向阀103在所述高压被输送液的作用下自动关闭，单向阀104在低压被输送液的压力驱动下自动打开，低压被输送液进入差压缸106的无杆腔，推动有杆腔的低压废弃液和活塞112—起向左移动，低压废弃液经第B通口、第O通口向外排放，所述活塞112向左移动时，同时通过活塞杆110将力传递给活塞111，同时也推动活塞111向左移动。3、当活塞112运动到左极限位置时，推动推杆117向左移动，触动右侧的行程开关115，控制二位四通电磁换向阀109电磁铁的得失电，使二位四通电磁换向阀109切换至右位，也即第二工作位，回到上述第I点的工作状态，如此连续不断地利用差压缸把低压海水增压至高压，并且回收反渗透系统的浓海水余压能。在能量回收装置工作位切换瞬间，高压泵与二位四通电磁换向阀109之间所产生的能量冲击，由中压压力储罐吸收暂存，中压泵与单向阀之间所产生的能量冲击，由低压压力储罐吸收暂存，待切换完成，被输送液进水压力恢复正常后自动释放，从而避免突然增大的水压对装置的冲击。如以上所描述的具体实施方式
以太阳能发电功率10kW，蓄电池(12V/200AH)，日 产淡水10吨的海水淡化系统为例，系统采用差压式能量回收装置4 (固定水回收率为20%)与中压海水泵4串联，利用回收的余压能将通过海水高压泵的进料海水进一步增压到额定操作压力；与海水高压泵4并联使用。在25°C，给水浓度为30000mg/L，pH=7，条件下，结合附图I给本发明做进一步的陈述光伏太阳能反渗透海水淡化装置工作过程如下本系统蓄电池容量仅为常规系统的1/20，在充满电情况下可供反渗透系统运行约30分钟，主要用于控制系统供电和电能短时间内“削峰填谷”，保证装置稳定运行和提高太阳能电能输出平稳性。在正常光照下，光伏太阳能电池利用“光伏效应”产生的电能通过太阳能控制器存储到蓄电池中，同时太阳能控制器控制蓄电池中一定的电能输出到逆变器，并经智能控制器驱动海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵、海水高压泵等设备，反渗透系统进行正常运行。所述太阳能控制器、智能控制器受上位机控制，所述上位机与太阳能控制器、智能控制器实现整套设备的监视和控制，根据太阳能发电量，通过所述变频器调节相对应的水泵用电功率，实现所述海水淡化装置运行能耗和产水流量调节；所述海水淡化装置在中间水泵与中压泵、高压泵之间设置了进水低压保护开关22 (本实施例中，所述进水低压保护开关22设置在海水总路A上并处于中间水泵之后)，所述进水低压保护开关与智能控制器相连，当海水流量、压力出现反常时，所述海水淡化装置将根据进水低压保护开关的信号报警并停机，以保护中压泵、高压泵和反渗透膜元件；所述水箱和中间水箱均设有液位传感器21，所述海水淡化装置通过水箱的液位控制实现连锁运行，确保海水淡化装置的自动、安全、稳定运行。当太阳光照强度在200W/m2以下时，太阳能发电系统产生的电能给蓄电池充电，直到蓄电池处于高电位状态时，启动反渗透装置低功率运行。此时反渗透装置依次启动海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵，并且通过变频控制海水中压泵处于低频率状态(流量约3m3/h)，高压泵不启动，系统水回收率为20%，反渗透系统运行功率约2. 4kff,淡水产量约0. 6m3/h。要是蓄电池处于低电位状态时，反渗透装置关闭。当太阳光照强度在200 500W/m2时，并且蓄电池处于高电位状态时，启动反渗透装置运行。此时反渗透装置依次启动海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵，并且通过变频控制调节海水中压泵频率(调节流量约3 6m3/h)，高压泵仍不启动，系统水回收率为20%，反渗透系统运行功率约2. 4 4. 8kff,淡水产量约0. 6 I. 2m3/h。当太阳光照强度大于500W/m2时，并且蓄电池处于高电位状态时，启动反渗透装置运行。此时反渗透装置依次启动海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵，通过变频控制海水中压泵处于一定频率(流量约4. 5m3/h)，并且通过变频控制调节高压泵频率状态(调节流量0. I I. 5m3/h)，系统水回收率为20 40%，反渗透系统运行功率约4. 0 9. 6kff,淡水产量约I. 0 2. 4m3/h。系统根据太阳能光照强度变化，结合蓄电池电位情况，自动调节反渗透装置中压泵、高压泵频率，使反渗透装置产水量在0. 6 2. 4m3/h之间连续可调，水回收率在20 40%之间连续可调，反渗透系统运行功率2. 4 9. 6kW之间连续可调，自动适应太阳能发电输出不稳定的特点，使能量利用效率达到最大，并且可大幅减少蓄电池容量。以1000m3/d的中小型光伏太阳能海水淡化装置为例
以年开工率80%计算，一年可以产水29万吨，可以基本满足一个3000人左右的海
岛生活生产用水要求。本系统由于采用了流量可自动调节的差压式能量回收装置，与不用能量回收装置相比，吨水可节约用电4. 5kWh/m3，光伏太阳能系统每千瓦投资为2万元/kW，每天工作4小时计算，对于1000m3/d的海水淡化系统可节省太阳能系统投资为€ !=1000X4. 5X2. 0 + 4=2250 万元以电价I. 0元/kW h，系统开工率80%计，则每年节电总费用为I2=IOOO X 365 X 0.8 X 4. 5 X I. 0 + 10000=131. 4 (万元 / 年)由于采用了反渗透系统流量可调节设计，可大幅节省蓄电池投资。以蓄电池投资为1000元/kWh，使用年限为3年计算，对于1000m3/d的海水淡化系统年可节省蓄电池消耗费用为€ 3=1000X4. 0X 1000 + 3 + 10000=133. 3 (万元 / 年)。可见，本发明可以大幅降低反渗透海水淡化系统运行能耗和光伏太阳能蓄电池投资和供电系统总投资，经济效益十分明显。最后，还需要注意的是，以上仅是本发明的一个实施例子。显然本发明不限于以上例子，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可变流量的太阳能海水淡化装置，由光伏太阳能供电系统、反滲透海水淡化处理系统以及变频控制系统组成，其特征在于所述光伏太阳能供电系统包括光伏太阳能电池、太阳能控制器、逆变器和蓄电池，所述太阳能光伏电池板的输出端与所述太阳能控制器连接，蓄电池与所述太阳能控制器连接；所述太阳能控制器与逆变器连接；逆变器与智能控制器连接，所述太阳能控制器用于控制光伏太阳能电池所发之电向蓄电池的充电以及蓄电池放电； 所述的变频控制系统设有所述智能控制器、多个变频器以及处在反滲透海水淡化处理系统中的压カ传感器、流量传感器、液位开关，所述变频器包括超滤水泵的变频器、海水中压泵的变频器以及海水高压泵的变频器，所 述多个变频器以及压カ传感器、流量传感器、液位开关与智能控制器连接，所述智能控制器通过控制所述变频器的工作，使对海水中压泵的供电优先于海水高压泵； 所述的反滲透海水淡化系统设有海水总路，所述海水总路自前至后依次串接海水取水泵、浄水器、水箱、所述超滤水泵、超滤装置、中间水箱、中间水泵、保安滤器； 所述取水泵用于抽取原海水，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为取水泵的电源； 所述浄水器，用于将海水净化成符合超滤进水要求； 所述超滤水泵用于超滤装置进水增压，使之达到超滤装置进水压力要求，其先与变频器连接，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为超滤水泵的电源； 所述中间水泵将超滤产水增压至O. Γ0. 5MPa，使之通过保安滤器进入海水中压泵以及海水高压泵，其与智能控制器直接连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为中间水泵的电源； 所述保安滤器用于防止海水中剰余的微小颗粒进入海水高压泵和反滲透膜组器中的月吴组件； 所述的海水取水泵、超滤水泵、中间水泵、海水中压泵、海水高压泵均为交流水泵，所述的海水中压泵和海水高压泵均先连接各自的变频器，再通过变频器与智能控制器连接，蓄电池的放电经逆变器转化为交流电后作为海水中压泵和海水高压泵的电源； 所述反渗透海水淡化系统在海水总路之后连有两个并联的分路，两个并联的分路再连至反滲透膜组器的高压海水进水总路，高压海水进水总路再连至反滲透膜组器的高压海水进ロ端，在高压海水进水总路上旁路连接高压压カ储罐； 所述分路中的第一分路自前至后依次设有所述海水中压泵、第一单向止回阀、所述差压式能量回收装置，被输送液通过海水中压泵增压后进入差压式能量回收装置，经差压式能量回收装置进ー步升压到反滲透膜组器的额定压力；在第一单向止回阀和差压式能量回收装置之间的管路上旁路连接中压压カ储罐； 所述的差压交换式能量回收装置由ー个二位四通电磁换向阀、四只单向阀、两只差压缸以及ー对行程开关组成；所述两只差压缸同轴放置，两只差压缸之间设有活塞杆，差压缸中设置有活塞，所述活塞杆的两端分别与两只差压缸的活塞相对接触，差压缸被所述活塞分为无杆腔和有杆腔;所述四只单向阀平分成两组分别和每只差压缸的无杆腔连通，每组中的两只单向阀的方向相反；两只方向为供差压交换式能量回收装置向外压出被输送液的单向阀，其出口通过管路相连后与高压海水进水总路连通；两只方向为向差压交换式能量回收装置输入被输送液的单向阀，其进ロ通过管路相连后与第一单向止回阀连通； 所述的二位四通电磁换向阀设有阀杆、供阀杆直线运动的阀腔，阀腔具有第P通ロ、第A通ロ、第B通ロ、第O通ロ，第A通口和第B通ロ分别和ー只差压缸的有杆腔连通，第P通ロ是所述差压交换式能量回收装置的废弃液进ロ，接反滲透膜组器的高压浓海水排放ロ，第O通ロ是所述差压交换式能量回收装置的废弃液排放ロ ；第O通ロ在阀腔处有左右两个进ロ，在阀腔上，沿轴向依次为第O通ロ左侧进ロ、第B通ロ、第P通ロ、第A通ロ、第O通ロ右侧进ロ ； 第P通ロ、第A通ロ、第B通ロ、第O通ロ的位置与阀杆有以下配合关系阀杆有第一エ作位和第二工作位； 阀杆处于第一工作位，第P通ロ与第A通ロ接通，第O通ロ与第B通ロ接通；阀杆处于第二工作位，第P通ロ与第B通ロ接通，第O通ロ与第A通ロ接通； 所述两个差压缸之间设有一根推杆和ー对行程开关，所述推杆的两端插入两个差压缸的有杆腔中，在有杆腔的推杆外套有复位助推弹簧，当活塞退到极限位置时推动推杆向ー侧运动，推杆触动行程开关，控制二位四通电磁换向阀电磁铁的得失电，实现能量回收装置状态切换； 所述分路中的第二分路自前至后依次设有海水高压泵和第二单向止回阀，由海水高压泵直接将被输送液升压到反滲透膜组器的额定压力，与第一分路被输送液汇合后接反滲透膜组器的高压海水进水总路。
2.如权利要求I所述的ー种可变流量的太阳能海水淡化装置，其特征在于所述的浄水器为具有格网、折板、水力反应设施的一体化浄水器。
3.如权利要求I所述的ー种可变流量的太阳能海水淡化装置，其特征在于所述中压压力储罐内设有柔性皮囊，用来吸收冲击、储存能量，所述柔性皮囊通过管路与第一单向止回阀和差压式能量回收装置之间的管路连通。
4.如权利要求I所述的ー种可变流量的太阳能海水淡化装置，其特征在于所述高压压力储罐内设有活塞，气体和高压海水在高压压カ储罐通过活塞隔开，利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压カ能；所述高压压カ储罐高压海水侧与高压海水进水总路连通。
5.如权利要求I所述的ー种可变流量的太阳能海水淡化装置，其特征在于所述太阳能控制器、智能控制器受上位机控制，所述上位机与太阳能控制器、智能控制器实现整套设备的监视和控制，根据太阳能发电量，通过所述变频器调节相对应的水泵用电功率，实现所述海水淡化装置运行能耗和产水流量调节；所述海水淡化装置在中间水泵与中压泵、高压泵之间设置了进水低压保护开关，所述进水低压保护开关与智能控制器相连，当海水流量、压カ出现反常时，所述海水淡化装置将根据进水低压保护开关的信号报警并停机，以保护中压泵、高压泵和反滲透膜元件；所述水箱和中间水箱均设有液位传感器，所述海水淡化装置通过水箱的液位控制实现连锁运行，确保海水淡化装置的自动、安全、稳定运行。
全文摘要
本发明提供了一种可变流量的太阳能海水淡化装置，由光伏太阳能供电系统、反渗透海水淡化处理系统以及变频控制系统组成，反渗透海水淡化系统有两个并联的分路，第一分路自前至后依次设有海水中压泵、第一单向止回阀、差压式能量回收装置，被输送液通过海水中压泵增压后进入差压式能量回收装置，经差压式能量回收装置进一步升压到反渗透膜组器的额定压力；第二分路自前至后依次设有海水高压泵和第二单向止回阀，由海水高压泵直接将被输送液升压到反渗透膜组器的额定压力。本发明可利用太阳能独立运行，设备成本及运行和维护成本低，并能利用太阳能发电具有峰谷的特点，最大限度地增加产水量，适于偏远海岛、船舶以及缺乏电力供应的家庭使用。
文档编号H02J7/00GK102730858SQ201210246430
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者徐波 申请人:徐波