CN100494833C - 溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法及装置，方法包括用于产生低含湿量空气的浓溶液再生过程和蒸发制冰过程，蒸发制冰采用将冷却后水送入蒸发制冰室，在低含湿量的空气环境内蒸发结为冰晶；低含湿量空气的浓溶液再生过程是使从除湿器出来的稀溶液通过浓溶液再生器除湿后，利用该浓溶液吸收空气的水分，用于制冰；装置包括溶液除湿系统及蒸发制冰系统，蒸发制冰系统由水箱、蒸发制冰室、冰水分离器和储冰槽组成，蒸发制冰室出口与冰水分离器的进口相对，冰水分离器的出冰口与储冰槽的进口相对，冰水分离器的出水口与水箱连通；本发明具有节能的优点。

Description

溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法
技术领域
本发明涉及一种制冰方法及制冰装置，尤其涉及一种溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法及装置。
背景技术
随着能源紧张局面的凸现，制冷空调设备的广泛应用导致的空调系统能耗问题引起了当前社会界的普遍关注，节能成为制冷领域内在新形势下的迫切要求，我国也提出可持续性发展的建国战略。蓄冷作为一种节能设计的思想有着重要的意义，其中冰蓄冷以其自身的优势受到相当的重视，除此之外冰也在其他各行各业各方面得到广泛的应用。冰蓄冷分为静态制冰和动态制冰两种方法。
发明内容
本发明提供一种节能型溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法及装置。
本发明采用如下技术方案：
一种溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法，包括用于产生低含湿量空气的浓溶液再生过程和蒸发制冰过程，其具体步骤如下：蒸发制冰采用将冷却后的水送入蒸发制冰室，在蒸发制冰室中的低含湿量的空气环境内蒸发结为冰晶；低含湿量空气的浓溶液再生过程是使从除湿器出来的稀溶液通过浓溶液再生器除湿后，形成浓溶液，再利用该浓溶液吸收由上述从蒸发制冰室所排出空气的水分，使之成为低含湿量空气，用于制冰。
本发明一种用于上述溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法的装置，包括溶液除湿系统及蒸发制冰系统，蒸发制冰系统由水箱、蒸发制冰室、冰水分离器和储冰槽组成，蒸发制冰室出口与冰水分离器的进口相对，冰水分离器的出冰口与储冰槽的进口相对，冰水分离器的出水口与水箱连通；溶液除湿系统由再生器、除湿器组成，再生器溶液出口与除湿器溶液进口连通，除湿器溶液出口与再生器溶液入口连通，除湿器空气出口与蒸发制冰室空气入口连通，蒸发制冰室空气出口与除湿器空气入口连通。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、利用了溶液除湿的空气干燥技术，送入系统的水经过冷却后送入蒸发制冰室，并雾化为水滴；同时被溶液除湿的低含湿量空气也被送入，从而水滴可以在低含湿量的空气中迅速的蒸发，通过自身的蒸发作用吸收的潜热量迅速的成为冰晶，避免了传统静态制冰方法中存在的随着制冰过程进行导致的热阻不断增加效率变低的问题，同时也避免了其他动态制冰方法中制取过冷水存在的不稳定性问题，而且通过利用自身潜热，大大减少了制冰所需的外部产生的制冷量。是一种新型的动态制冰方法。
2、利用系统内循环产生的余热，结合了太阳能(或其他低位热能)来作为系统所需驱动能源的一部分，对普通的制冰方法而言，主要靠的是制冷循环产生的制冷量，而制冷循环产生的热量则没有得到利用，该系统却恰好利用了这部分热量用于除湿溶液的再生(在不足的情况下也可以再辅以太阳能)，使得系统可以持续运行，这样减少了制冷循环需要产生的冷量，同时大大减少了电能的消耗，有利于节能和环保；
3、蒸发冷却部分的制冷设备可以因地制宜的变化和应用，作为一个制冷循环，为系统提供相应的冷、热量，可由各种形式的制冷循环根据实际情况的需要灵活的取用，这样极大的提高了系统设计的灵活性，适应性和兼容性，减少了设备的投资和运行的成本；
4、利用内循环余热的思想，体现了复合系统联合运行的整体互补优势，在利用冷量的同时也有效地利用了热量，这样地联合手段有效地提高了系统的运行效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法，包括用于产生低含湿量空气的浓溶液再生过程和蒸发制冰过程，其具体步骤如下：蒸发制冰采用将冷却后的水送入蒸发制冰室，在蒸发制冰室中的低含湿量的空气环境内蒸发结为冰晶；低含湿量空气的浓溶液再生过程是使从除湿器16出来的稀溶液通过浓溶液再生器10除湿后，形成浓溶液，再利用该浓溶液吸收由上述从蒸发制冰室24所排出空气的水分，使之成为低含湿量空气，用于制冰。
本实施例将从蒸发制冰室排出的空气通入空气热交换器22，与用于制冰的低含湿量空气进行换热，再将换热后的空气通入工质冷却系统中的蒸发器4，进行冷却和除湿，形成待浓溶液进行进一步除湿处理的空气；将送入蒸发制冰室之前的水通入工质冷却系统中的蒸发器4进行冷却；在本实施例中，由除湿器16排出的稀溶液吸收工质冷却系统中的冷凝器放出的热量，然后由太阳能集热器直接加热溶液至65℃—80℃，再经过分散器将除湿溶液比较均匀地喷撒在填料上，在重力的作用下沿着填料表面流下，与从浓溶液再生器10底部进来的空气发生逆流对流传热传质，此时温度比较高的除湿溶液表层的水蒸汽分压力高于空气中的水蒸汽的分压力，溶液中的水蒸汽会向空气中传递，完成溶液的浓缩过程，储存于浓溶液储液桶之中，然后经过溶液泵将浓溶液先经过水冷输送至除湿器16的顶部，经过分散器喷撒到填料式除湿器16上，与进入除湿器16的空气形成逆流传热传质，空气得到干燥而深度除湿。
实施例2
一种用于实施例1所述溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法的装置，包括溶液除湿系统及蒸发制冰系统，蒸发制冰系统由水箱1、蒸发制冰室24、冰水分离器25和储冰槽26组成，蒸发制冰室24出口与冰水分离器25的进口相对，冰水分离器25的出冰口与储冰槽26的进口相对，冰水分离器25的出水口与水箱1连通；溶液除湿系统由再生器10、除湿器16组成，再生器10溶液出口与除湿器16溶液进口连通，除湿器16溶液出口与再生器10溶液入口连通，除湿器16空气出口与蒸发制冰室24空气入口连通，蒸发制冰室24空气出口与除湿器16空气入口连通。本实施例还包括工质冷却系统，该工质冷却系统由蒸发器4和冷凝器8组成，蒸发器4制冷剂入口与冷凝器8制冷剂出口连通，蒸发器4制冷剂出口与冷凝器8制冷剂入口连通，蒸发器4由外壳、内管和外管组成，内管设在外管内，外管设在外壳内，水箱出口与内管一端连通，内管另一端与蒸发制冰室24水入口连通，冷凝器8制冷剂出口与内外管间的环形空腔一端连通，内外管间的环形空腔另一端与冷凝器8制冷剂入口连通，蒸发制冰室24空气出口与蒸发器4外壳上的空气入口连通，蒸发器4外壳上的空气出口与除湿器16空气入口连通，冷凝器由内管和外管组成，除湿器16溶液出口与内管一端连通，内管另一端与再生器10溶液入口连通，蒸发器4制冷剂出口与内外管间的环形空腔一端连通，内外管间的环形空腔另一端与蒸发器4制冷剂入口连通；上述太阳能集热器9出口与再生器10溶液入口连通，再生器10的溶液出口与带盘管热交换器的浓溶液储液桶12入口连通，带盘管热交换器的浓溶液储液桶12的出口经过浓溶液储液桶输出调节阀13与防腐泵14连通，防腐泵14的出口与水冷热交换器15中的盘管入口连通，盘管出口与除湿器16溶液入口连通，除湿器16的溶液出口与稀溶液储液桶18入口相连，稀溶液储液桶18出口经过稀溶液储液桶输出阀19，与溶液泵20相连，溶液泵20的出口与带盘管热交换器的浓溶液储液桶12中的盘管换热器入口连通，带盘管热交换器的浓溶液储液桶12中的盘管换热器出口与冷凝器8的内管一端连通，冷凝器8的内管另一端与太阳能集热器9进口连通。
下面结合附图2对本发明的技术方案作进一步的描述，该装置由三个部分组成，(即工质冷却部分由蒸发冷却、冷凝放热和能量输入三个子部分组成)、溶液除湿部分由溶液除湿和溶液再生两个子部分组成)、蒸发制冰部分。具体的连接方式如下：在工质冷却部分中，蒸发冷却子部分4的制冷工质出口与能量输入部分7入口相连，能量输入子部分出口与冷凝放热子部分8制冷工质入口相连，冷凝放热子部分8工质出口与蒸发冷却子部分4制冷工质入口相连；在溶液除湿部分由溶液除湿和溶液再生两个子部分组成中，太阳能集热器9出口与再生器10连连，再生器10的溶液出口与带盘管热交换器的浓溶液储液桶12相连，带盘管热交换器的浓溶液储液桶12的出口经过浓溶液储液桶输出调节阀13与防腐泵14连通，防腐泵14的出口与水冷热交换器15中的盘管入口相连，盘管出口与除湿器16相连，除湿器16的稀溶液出口与稀溶液储液桶18入口相连，稀溶液储液桶18底部的出口经过稀溶液储液桶输出阀19，与溶液泵20相连，溶液泵20的出口与带盘管热交换器的浓溶液储液桶12中的盘管换热器入口相连，带盘管热交换器的浓溶液储液桶12中的盘管换热器出口经过工质冷却部分的冷凝放热子部分8与太阳能集热器9进口相连；在蒸发制冰部分中，进水管从水箱1出发，经过水泵2，经过进水量调节阀3，经过蒸发冷却子部分4，经过制冰室进水量调节阀6与蒸发制冰室24的进水口相连，蒸发制冰室的冰水混合物出口与冰水分离器25入口相连，冰水分离器25的出口分别接储冰槽26和出水管，出水管与蒸发冷却部分的凝水管经凝水管阀5与回水管相通，交汇后经过泵27与水箱1相连；除湿器16的出气口经过空气～空气换热器22与蒸发制冰室24进气入口相连，蒸发制冰室24的出气口，经过空气～空气换热器22，经过风机23与蒸发冷却子部分4进气口相连，风管通过蒸发冷却子部分4与溶液除湿部分的除湿器16的进气入口相通。输入一定形式的能量电能，热能等)来驱动工质冷却部分的循环，蒸发冷却部分产生的冷量用于冷却用于制冰的水4；同时，蒸发制冰的空气也被冷却，且被初步的除湿。温度与含湿量降低的空气被送入除湿器进一步除湿，以达到深度除湿的效果，之后通过空气～空气换热器22与从蒸发制冰室24排出的空气进行热交换，从而使温度降低，并送入蒸发制冰室中制冰；在蒸发制冰室中24，水滴向空气中蒸发，吸收自身的相变潜热，温度降低，并最终结为冰晶，而使蒸发制冰室24中出来的空气，温度降低，含湿量升高，与进入蒸发制冰室中的空气热交换后，温度升高，被重新送回蒸发冷却子部分4，然后再送入溶液除湿部分，重新恢复为蒸发制冰用的低含湿量空气，使系统循环运行；内冷型除湿器16干燥空气的同时通过冷却水带走除湿过程中产生的相变潜热；溶液除湿部分的溶液再生，由稀除湿溶液—氯化锂或者溴化锂溶液经过工质冷却部分循环中的冷凝放热子部分8，再由太阳能集热器9直接加热，在再生器10中完成除湿溶液的再生，恢复除湿能力。溶液除湿系统可采用氯化锂或者溴化锂，或者混合溶液除湿剂。再生器采用填料塔式绝热再生器，通过太阳能集热器9直接加热除湿溶液。除湿器采用内冷型(除湿的过程同时通过冷却水冷却除湿溶液)波纹板式除湿器，溶液在除湿器上形成降膜流动，通过特殊的除湿器设计，一方面强化空气与除湿器的对流传质，同时在除湿的过程中通过冷却介质带走大部分除湿过程产生的热量，保证除湿溶液温度在一定范围而维持良好的除湿性能。
本发明的工作过程：
工质冷却部分(由蒸发冷却、冷凝放热和能量输入三个子部分组成)：在能量输入子部分向系统输入某种形式的能量(电能，热能等)，制冷工质在该部分进行内循环，在蒸发冷却子部分产生冷量，对用于蒸发的水进行冷却，同时对送入溶液除湿部分的空气进行冷却并初步除湿；在冷凝放热子部分放出热量。
溶液除湿部分(由溶液除湿和溶液再生两个子部分组成)：稀溶液吸收工质冷却部分中冷凝放热子部分放出的热量，然后由太阳能集热器直接加热溶液至65℃—80℃，然后经过分散器将除湿溶液比较均匀地喷撒在填料上，在重力的作用下沿着填料表面流下，与从再生器底部进来的空气发生逆流对流传热传质，此时温度比较高的除湿溶液表层的水蒸汽分压力高于空气中的水蒸汽的分压力，溶液中的水蒸汽会向空气中传递，完成溶液的浓缩过程，储存于浓溶液储液桶之中。然后经过溶液泵将浓溶液先经过水冷输送至除湿器顶部，经过分散器喷撤到填料式除湿器上，与被蒸发冷却予部分冷却后的空气形成逆流传热传质，空气得到干燥而深度除湿。
蒸发制冰部分：出除湿器的空气的含湿量很小，温度升高，经过空气～空气换热器吸收从蒸发制冰室中出来的温度较低的空气的冷量，然后送入蒸发制冰室中；冷却水通过分散器在蒸发制冰室中均匀的喷淋，此时室内空气的水蒸气分压力值低于水的三相点时的饱和水蒸气分压力值；所述水的三相点时的饱和水蒸气分压力值为0.609kPa。在水蒸气分压差的驱动下，水滴在此环境下蒸发，与周围的空气发生传热传质。自身的温度降低，质量减小；空气的温度降低，同时含湿量升高。水滴自身温度降低到一定程度时发生相变，变为冰晶。冰晶和未变为冰晶的水的混合物经过水冰分离器分离：冰晶进入储冰槽，水进入回水管并与从工质冷却部分的蒸发冷却子部分出来的凝水管相汇合，再送入供水源，重新进入系统循环运行；从蒸发制冰室出来的空气，温度降低，含湿量升高，经过空气～空气换热器，温度上升，然后在风机作用下，被送入工质冷却部分的蒸发冷却子部分进行冷却和初步除湿，再送入除湿器进一步除湿，重新变为可以用于制冰的低含湿量空气，从而使系统循环运行。

Claims (3)

1、一种溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法，其特征在于包括用于利用低含湿量空气的蒸发制冰过程，其具体步骤如下：蒸发制冰采用将冷却后的水送入蒸发制冰室，在蒸发制冰室中的低含湿量的空气环境内蒸发结为冰晶；所述蒸发时制冰室的低含湿量的空气环境是指：该空气环境的饱和水蒸气分压力值低于水的三相点时的饱和水蒸气分压力值；所述水的三相点时的饱和水蒸气分压力值为0.609kPa；形成上述空气环境的空气经历了一个封闭的循环：将从蒸发制冰室排出的空气通入空气热交换器(22)，与用于制冰的低含湿量空气进行换热，再将换热后的空气通入工质冷却系统中的蒸发器(4)，进行冷却和除湿，形成待浓溶液进行进一步除湿处理的空气，除湿器(16)的空气出口通过空气热交换器(22)与蒸发制冰室(24)空气入口连通，蒸发制冰室(24)空气出口通过热交换器(22)、风机(23)和蒸发(4)冷却子部分与除湿器(16)空气入口连通。
2、根据权利要求1所述的溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法，其特征在于将送入蒸发制冰室之前的水通入工质冷却系统中的蒸发器(4)进行冷却；同时由除湿器(16)排出的稀溶液吸收工质冷却系统中的冷凝器(8)放出的热量。
3、根据权利要求2所述的溶液除湿蒸发动态制取流态冰的方法，其特征在于上述工质冷却系统由蒸发器(4)和冷凝器(8)组成，蒸发器(4)由外壳、内管和外管组成，内管设在外管内，外管设在外壳内：水箱出口与内管一端连通，内管另一端与蒸发制冰室(24)水入口连通；蒸发制冰室(24)空气出口与蒸发器(4)外壳上的空气入口连通，蒸发器(4)外壳上的空气出口与除湿器(16)空气入口连通；除湿器(16)的溶液出口与稀溶液储液桶(18)入口相连，稀溶液储液桶(18)出口经过稀溶液储液桶输出阀(19)，与溶液泵(20)相连，溶液泵(20)的出口与带盘管热交换器的浓溶液储液桶(12)中的盘管换热器入口连通，带盘管热交换器的浓溶液储液桶(12)中的盘管换热器出口与冷凝器(8)的内管一端连通，冷凝器(8)的内管另一端与太阳能集热器(9)进口连通，太阳能集热器(9)出口与再生器(10)溶液入口连通；带盘管热交换器的浓溶液储液桶(12)中的盘管换热器出口与冷凝器(8)的内管一端连通，冷凝器(8)的内管另一端与太阳能集热器(9)进口连通。
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