一种膜电容去离子电能回收装置及方法

技术领域

本发明膜电容电能回收领域，尤其涉及一种膜电容去离子电能回收装置及方法。

背景技术

膜电容去离子技术作为一种新型的脱盐技术，由于其在苦咸水淡化水方面优异表现，引起了人们的广泛关注。膜电容去离子是在电场作用下，溶液中的阴、阳离子分别向阳极和阴迁移，实现溶液脱盐。膜电容去离子系统在充电脱盐过程中，一部分充电电能以离子的形式储存在电极上。这部分电能可以在电极放电时，用于对其他电极进行充电，从而实现能量回收。能量回收系统的利用，大大降低了膜电容去离子系统的能耗，使得膜电容去离子技术成为一个具有市场竞争力的技术。

现有膜电容去离子技术系统，通过两电极相互间隔充电实现能量回收。然而这种方法，无法在回收能量的同时控制两电极间的电流，从而使得50%以上回收的能量损失在两电极间的电阻上，而且可能出现的高电流会大大减少电流继电器等供电系统电器件的寿命。同时，不稳定的充电电流，会导致膜电容去离子电极脱盐表现不稳定，从而使膜电容去离子技术的工艺和控制系统设计变得复杂，且系统产量降低。这使得膜电容去离子系统急需更加适合的能量回收方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜电容去离子电能回收装置。

本发明还提供了一种膜电容去离子电能回收方法。

本发明的创新点在于建立电极放电时对电池充电，提高能量回收效率到40%-60%。独立的能量回收装置可以安装在每个膜电容去离子组件上，大大缩短高电流电线的长度，从而降低欧姆损失。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种膜电容去离子电能回收装置，包括电池、膜电容去离子电极、数字信号处理器、若干双向直流-直流变换器，若干双向直流-直流变换器并联设置在电池和膜电容去离子电极之间，每组双向直流-直流变换器均包括两个金属氧化物半导体场效应晶体管、一个电流感应电阻、一个电感和两个电容，两个电容分为一号电容、二号电容，两个金属氧化物半导体场效应晶体管分别为一号金属氧化物半导体场效应晶体管和二号金属氧化物半导体场效应晶体管， 电池正极输出线和一号金属氧化物半导体场效应晶体管漏极连接，一号金属氧化物半导体场效应晶体管源极输出线依次连接电感和电流感应电阻并和膜电容去离子电极正极输出线连通，膜电容去离子电极负极和电池负极通过负极输出线连通；二号金属氧化物半导体场效应晶体管漏极连接在一号金属氧化物半导体场效应晶体管和电感之间，二号金属氧化物半导体场效应晶体管源极和负极输出线连接；电池的正负极之间并联一号电容，膜电容去离子电极正负极之间并联二号电容；数字信号处理器连接一号金属氧化物半导体场效应晶体管和二号金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极及每组双向直流-直流变换器的电流检测模块。

进一步地，所述双向直流-直流变换器数量为六个。

进一步地，所述电池为12V铅蓄电池。

一种膜电容去离子电能回收的方法，包括以下步骤：

电池对膜电容去离子电极充电时：

（1）打开一号金属氧化物半导体场效应晶体管，关闭二号金属氧化物半导体场效应晶体管，电极对电感充电；

（2）充电后关闭一号金属氧化物半导体场效应晶体管，打开二号金属氧化物半导体场效应晶体管，电感对膜电容去离子电极充电；

（3）不断循环步骤（1）、（2）过程；

（4）膜电容去离子电极端的二号电容过滤高频变换的电压从而使膜电容去离子电极两端电压趋于稳定在低电压状态；

（5）通过数字信号处理器调节一号金属氧化物半导体场效应晶体管和二号金属氧化物半导体场效应晶体管的开关时长及占空比来调节电池对膜电容去离子电极的充电电压；

（6）数字信号处理器对每组双向直流-直流变换器线路上的电流进行检测，并通过负反馈和PI控制法控制总充电电流；

膜电容去离子电极对电池充电时：

（1）关闭一号金属氧化物半导体场效应晶体管，打开二号金属氧化物半导体场效应晶体管，膜电容去离子电极对电感充电；

（2）充电后，打开一号金属氧化物半导体场效应晶体管，关闭二号金属氧化物半导体场效应晶体管，电感对电池进行充电；

（3）不断循环步骤（1）、（2）过程；

（4）通过数字信号处理器调节一号金属氧化物半导体场效应晶体管和二号金属氧化物半导体场效应晶体管的开关时长及占空比来调节膜电容去离子电极对电池的充电电压；

（5）数字信号处理器对每组双向直流-直流变换器线路上的电流进行检测，并通过负反馈和PI控制法控制总充电电流。

本发明的有益效果是 ：

1、本发明中独立的能量回收装置可以安装在每个膜电容去离子电极上，大大缩短高电流电线的长度，从而降低欧姆损失。

2、本发明中建立电极放电时对电池充电，提高能量回收效率到40%-60%。

3、本发明中膜电容去离子电极可单独连接电池，使得多组件间充放电独立，这样可以更高效地控制多组件膜电容去离子系统的工作。每个膜电容去离子组件单独连接电池，使得多组件间充放电独立。这样可以更高效地控制多组件膜电容去离子系统的工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：一种膜电容去离子电能回收装置，包括电池1、膜电容去离子电极8、数字信号处理器9、若干双向直流-直流变换器10，若干双向直流-直流变换器10并联设置在电池1和膜电容去离子电极8之间，电池1为12V铅蓄电池，双向直流-直流变换器10数量优选为六个，每组双向直流-直流变换器10均包括两个金属氧化物半导体场效应晶体管、一个电流感应电阻6、一个电感5和两个电容，两个电容分为一号电容2、二号电容7，两个金属氧化物半导体场效应晶体管分别为一号金属氧化物半导体场效应晶体管3和二号金属氧化物半导体场效应晶体管4， 电池1正极输出线和一号金属氧化物半导体场效应晶体管3漏极连接，一号金属氧化物半导体场效应晶体管3源极输出线依次连接电感5和电流感应电阻6并和膜电容去离子电极8正极输出线连通，膜电容去离子电极负极8和电池1负极通过负极输出线11连通；二号金属氧化物半导体场效应晶体管4漏极连接在一号金属氧化物半导体场效应晶体管3和电感5之间，二号金属氧化物半导体场效应晶体管4源极和负极输出线11连接；电池1的正负极之间并联一号电容2，膜电容去离子电极8正负极之间并联二号电容7；数字信号处理器9连接一号金属氧化物半导体场效应晶体管3和二号金属氧化物半导体场效应晶体管4的栅极及每组双向直流-直流变换器的电流检测模块。

实施例2：一种膜电容去离子电能回收的方法，包括以下步骤：

电池对膜电容去离子电极充电时：

（1）打开一号金属氧化物半导体场效应晶体管3，关闭二号金属氧化物半导体场效应晶体管4，电极1对电感5充电；

（2）充电后关闭一号金属氧化物半导体场效应晶体管3，打开二号金属氧化物半导体场效应晶体管4，电感5对膜电容去离子电极8充电；

（3）不断循环步骤（1）、（2）过程；

（4）膜电容去离子电极8端的二号电容7过滤高频变换的电压从而使膜电容去离子电极8两端电压趋于稳定在低电压状态；

（5）通过数字信号处理器9调节一号金属氧化物半导体场效应晶体管3和二号金属氧化物半导体场效应晶体管4的开关时长及占空比来调节电池1对膜电容去离子电极8的充电电压；

（6）数字信号处理器9对每组双向直流-直流变换器10线路上的电流进行检测，并通过负反馈和PI控制法控制总充电电流。

膜电容去离子电极对电池充电时：

（1）关闭一号金属氧化物半导体场效应晶体管3，打开二号金属氧化物半导体场效应晶体管4，膜电容去离子电极8对电感5充电；

（2）充电后，打开一号金属氧化物半导体场效应晶体管3，关闭二号金属氧化物半导体场效应晶体管4，电感5对电池1进行充电；

（3）不断循环步骤（1）、（2）过程；

（4）通过数字信号处理器9调节一号金属氧化物半导体场效应晶体管3和二号金属氧化物半导体场效应晶体管4的开关时长及占空比来调节膜电容去离子电极8对电池1的充电电压；

（5）数字信号处理器9对每组双向直流-直流变换器10线路上的电流进行检测，并通过负反馈和PI控制法控制总充电电流。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。