CN103041675A

CN103041675A - 一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置

Info

Publication number: CN103041675A
Application number: CN2012105387007A
Authority: CN
Inventors: 程清; 张小松
Original assignee: CHANGZHOU RESEARCH INSTITUTE SOUTHEAST UNIVERSITY
Current assignee: CHANGZHOU RESEARCH INSTITUTE SOUTHEAST UNIVERSITY
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开了一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，包括第一溶液槽、热交换器、太阳能光伏电池、溶液预处理器、膜再生器、第二溶液槽、第三溶液槽、蓄电池、第一防腐溶液泵、第二防腐溶液泵和调节阀。本发明装置利用热交换器对除湿溶液进行加热，之后利用溶液预处理器对除湿溶液进行初步再生，提高了膜再生器再生室和淡化室进口溶液的浓度，从而提高了膜再生器的再生效果，最终获得可以用于溶液深度除湿系统的高浓度除湿溶液。本发明装置有效的利用了太阳能光伏与光热的互补性，提高了太阳能溶液深度除湿系统运行的稳定性，同时，还可以利用夜间低谷低价电进行蓄能，缓解电力负荷峰谷差，提高系统的经济性。

Description

一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置

技术领域

本发明属于太阳能、蓄能装置制造的技术领域，涉及一种结合了太阳能光伏/光热技术、溶液热再生技术和膜再生技术的用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置。

背景技术

国家中长期科技发展规划纲要中明确指出我国已进入快速城镇化时期，实现城镇化和城市协调发展，对科技提出迫切需求。因此应将“建筑节能与绿色建筑”作为优先主题，重点研究开发建筑节能技术与设备和节能建材与绿色建材等。

空气除湿是制冷空调和环境热湿控制的关键。许多生产工艺都必须在低湿环境中进行，传统的处理方式为冷冻除湿和转轮除湿。由于冷冻水温度有限，冷冻除湿的除湿能力有限，且冷水机组降低出水温度后其能耗也有所提高；转轮除湿的除湿能力较强，但转轮再生须要高品位的电能或蒸气。溶液除湿方式介于两者之间，其显著特点是除湿过程不需要低温冷源冷却空气，也不需要高品位的热源进行再生。因此，溶液深度除湿技术在低湿环境领域应用潜力较大。

对于溶液深度除湿系统，目前广泛采用的溶液再生方式是热能再生方式（TH）。再生过程中所需的热能可以从温度相对较低（100℃以下）的热源获得，因此这种再生方式可以使用可再生能源，例如太阳能、地热能、工业余热、废热等。太阳能是一种节能环保、具有显著社会经济效益的可再生能源，然而，太阳能溶液热再生方式却严重依赖于周围环境的状况，在高温或高湿的气候条件下，仅使用太阳能溶液热再生方式对溶液进行再生后得到的除湿溶液将不能满足深度除湿的需求。另一方面，太阳能是一种间歇、不连续的可再生能源，使用太阳能溶液热再生方式将不足以满足制冷空调和环境热湿控制的稳定需求。因此，为了保证太阳能溶液深度除湿系统运行的稳定性，有必要寻找一种新的溶液再生流程。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可提高太阳能光伏电池发电效率、降低能耗、提高除湿溶液再生效果的用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置。

技术方案：本发明的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，包括第一溶液槽、热交换器、太阳能光伏电池、溶液预处理器、膜再生器、第二溶液槽、第三溶液槽、蓄电池、第一防腐溶液泵、第二防腐溶液泵和调节阀，所述热交换器中设置有溶液盘管，所述太阳能光伏电池上设置有冷却盘管，所述溶液预处理器设置有喷头、填料和风机，所述膜再生器设置有淡化室、再生室、阴极室、阳极室、负电极、正电极、阳离子交换膜和阴离子交换膜，膜再生器的正负极与蓄电池的正负极连接；

所述第一溶液槽的输出接口与淡化室的输出接口汇合后与溶液盘管的输入接口连接，所述溶液盘管的输出接口与溶液预处理器的输入接口连接，所述溶液预处理器的输出接口通过第一防腐溶液泵同时与淡化室和再生室的输入接口连接，其中溶液预处理器的输出接口与淡化室的输入接口之间通过调节阀连接，所述再生室的输出接口与第二溶液槽的输入接口连接，所述第三溶液槽的输出接口通过第二防腐溶液泵与阴极室的输入接口连接，阴极室的输出接口与阳极室的输入接口连接，阳极室的输出接口与第三溶液槽的输入接口连接，所述热交换器的输出接口与冷却盘管的输入接口连接，冷却盘管的输出接口与热交换器的输入接口连接。

所述溶液预处理器的喷头位于溶液预处理器的顶部；所述填料设置在溶液预处理器内部；所述风机位于溶液预处理器的侧壁上。

本发明装置的工作流程包括冷却水流程、溶液流程Ⅰ和溶液流程Ⅱ。

冷却水流程包括冷却盘管和热交换器，冷却水在密度差的作用下从热交换器流入冷却盘管与太阳能光伏电池表面进行换热（升温），换热（升温）后的冷却水在密度差的作用下从冷却盘管流入热交换器，从而形成一个闭式循环。

太阳能光伏电池工作时产生的电流引入蓄电池中进行存储，蓄电池中存储的电能用以对膜再生器进行驱动。在膜再生器中，在正电极和负电极之间设置有n+1个阳离子交换膜和n个阴离子交换膜，其中n为自然数，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列并与正电极和负电极平行设置，将膜再生器分割为依次间隔的淡化室、再生室，以及位于负电极旁边的阴极室和位于正电极旁边的阳极室。在电场作用下，膜再生器中的阴阳离子分别向阳极（正电极）和阴极（负电极）进行迁移。在迁移过程中，阴阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜，并分别被阳离子交换膜和阴离子交换膜阻止迁移。这个过程造成再生室中溶液的浓度有所提高，而淡化室中溶液的浓度有所降低。

溶液流程Ⅰ包括第一溶液槽、溶液盘管、溶液预处理器、第一防腐溶液泵、膜再生器、第二溶液槽，来自第一溶液槽的除湿溶液与来自淡化室的溶液混合后进入溶液盘管，溶液盘管中的除湿溶液与热交换器中的冷却水进行换热（升温）后进入溶液预处理器，溶液预处理器中的溶液通过喷头均匀的喷淋在填料上，并与通过风机加压进入溶液预处理器的空气进行接触（传热传质，即初步再生），初步再生后的溶液在第一防腐溶液泵的加压作用下通过调节阀分配流量后分成两路分别进入膜再生器的淡化室和再生室，再生室中再生后的溶液流入第二溶液槽用以提供溶液深度除湿系统使用，而淡化室中的溶液与来自第一溶液槽的溶液混合后进入溶液盘管，从而形成一个闭式循环。

溶液流程Ⅱ包括第三溶液槽、第二防腐溶液泵、膜再生器，第三溶液槽中的溶液在第二防腐溶液泵的加压作用下流入膜再生器的阴极室，之后阴极室中的溶液流入膜再生器的阳极室，最终阳极室中的溶液流入第三溶液槽，形成一个闭式循环。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1、利用冷却水对太阳能光伏电池表面进行冷却，太阳能光伏电池表面温度的降低可以提高太阳能光伏电池的发电效率；

2、利用太阳能光伏电池运行时散发的热量对需要再生的除湿溶液进行加热，除湿溶液温度的升高可以提高溶液预处理器的再生效率；同时，溶液温度的升高可以提高膜再生器中溶液的电导率，并降低膜再生器中溶液滞流层的电阻，在相同运行电流的情况下可以降低膜再生器的运行电压，从而降低膜再生器的能耗；

3、利用溶液预处理器对溶液进行初步再生，可以提高进入膜再生器的溶液浓度，而溶液离子的迁移量是由运行电流大小所决定的，因此在相同大小电流的运行工况下进入膜再生器的溶液浓度的提高可以提高除湿溶液再生的效果，使得再生后的除湿溶液能够满足深度除湿的需求；

4、当再生室溶液与淡化室溶液的浓度相差较大时，再生室中溶液的一部分阴阳离子会在较大的浓度差作用下流入淡化室，造成再生效率的降低，本发明装置利用溶液预处理器出口的溶液同时供应膜再生器的再生室和淡化室，最大程度的降低了两者的浓度差，从而提高了膜再生器的再生效率。

附图说明

图1是本发明的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置的结构示意图。

其中有：第一溶液槽1、热交换器2、溶液盘管21、太阳能光伏电池3、冷却盘管31、溶液预处理器4、喷头41、填料42、风机43、膜再生器5、淡化室51、再生室52、阴极室53、阳极室54、负电极55、正电极56、第二溶液槽6、第三溶液槽7、蓄电池8、第一防腐溶液泵9、第二防腐溶液泵10、调节阀11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。如附图1所示，本发明的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，包括第一溶液槽1、热交换器2、太阳能光伏电池3、溶液预处理器4、膜再生器5、第二溶液槽6、第三溶液槽7、蓄电池8、第一防腐溶液泵9、第二防腐溶液泵10和调节阀11，热交换器2中设置有溶液盘管21，太阳能光伏电池3上设置有冷却盘管31，溶液预处理器4中设置有喷头41、填料42和风机43，溶液预处理器4的喷头41位于溶液预处理器4的顶部；填料42设置在溶液预处理器4内部；风机43位于溶液预处理器4的侧壁上。膜再生器5中设置有淡化室51、再生室52、阴极室53、阳极室54、负电极55、正电极56、阳离子交换膜12和阴离子交换膜13。

太阳能光伏电池3工作时产生的电流引入蓄电池8中进行存储，蓄电池8中存储的电能用以对膜再生器5进行驱动。蓄电池8的正极接线与膜再生器5的正电极56相连，蓄电池8的负极接线与膜再生器5的负电极55相连。在膜再生器5中，在正电极56和负电极55之间设置有n+1个阳离子交换膜12和n个阴离子交换膜13，其中n为自然数，阳离子交换膜12和阴离子交换膜13交替排列并与正电极56和负电极55平行设置，将膜再生器5分割为淡化室51、再生室52、阴极室53和阳极室54。在电场作用下，膜再生器5中的阴阳离子分别向正电极56和负电极55进行迁移。在迁移过程中，阴阳离子分别通过阴离子交换膜13和阳离子交换膜12，并分别被阳离子交换膜12和阴离子交换膜13阻止迁移。这个过程造成再生室52中溶液的浓度有所提高，而淡化室51中溶液的浓度有所降低。

冷却水流程具体连接方式为：冷却盘管31紧贴于太阳能光伏电池3表面，冷却盘管31中流动的流体（本发明中为冷却水）吸收太阳能光伏电池3表面的热量以对太阳能光伏电池3进行冷却，同时流体自身温度得以提升。另一方面，热交换器2中来自冷却盘管31的高温流体对溶液盘管21中流动的溶液进行加热，使得自身温度得以降低。

溶液流程Ⅰ具体连接方式为：来自第一溶液槽1的除湿溶液与来自淡化室51的溶液混合后进入溶液盘管21，溶液盘管21中的除湿溶液与热交换器2中的冷却水进行换热（升温）后进入溶液预处理器4，溶液预处理器4中的溶液通过喷头41均匀的喷淋在填料42上，并与通过风机43加压进入溶液预处理器4的空气进行接触（传热传质，即初步再生），初步再生后的溶液在第一防腐溶液泵9的加压作用下通过调节阀11分配流量后分成两路分别进入膜再生器5的淡化室51和再生室52，再生室52中再生后的溶液流入第二溶液槽6用以提供溶液深度除湿系统使用，而淡化室51中的溶液与来自第一溶液槽1的溶液混合后进入溶液盘管21，从而形成一个闭式循环。

溶液流程Ⅱ具体连接方式为：第三溶液槽7中的溶液在第二防腐溶液泵10的加压作用下流入膜再生器5的阴极室53，之后阴极室53中的溶液流入膜再生器5的阳极室54，最终阳极室54中的溶液流入第三溶液槽7，形成一个闭式循环。

Claims

1.一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，其特征在于，该装置包括第一溶液槽（1）、热交换器（2）、太阳能光伏电池（3）、溶液预处理器（4）、膜再生器（5）、第二溶液槽（6）、第三溶液槽（7）、蓄电池（8）、第一防腐溶液泵（9）、第二防腐溶液泵（10）和调节阀（11），所述热交换器（2）中设置有溶液盘管（21），所述太阳能光伏电池（3）上设置有冷却盘管（31），所述溶液预处理器（4）中设置有喷头（41）、填料（42）和风机（43），所述膜再生器（5）中设置有淡化室（51）、再生室（52）、阴极室（53）、阳极室（54）、负电极（55）、正电极（56）、阳离子交换膜（12）和阴离子交换膜（13）；

所述第一溶液槽（1）的输出接口与淡化室（51）的输出接口汇合后与溶液盘管（21）的输入接口连接，溶液盘管（21）的输出接口与所述溶液预处理器（4）的输入接口连接，溶液预处理器（4）的输出接口通过第一防腐溶液泵（9）同时与淡化室（51）和再生室（52）的输入接口连接，再生室（52）的输出接口与所述第二溶液槽（6）的输入接口连接，所述第三溶液槽（7）的输出接口通过第二防腐溶液泵（10）与阴极室（53）的输入接口连接，阴极室（53）的输出接口与阳极室（54）的输入接口连接，阳极室（54）的输出接口与第三溶液槽（7）的输入接口连接，热交换器（2）的输出接口与冷却盘管（21）的输入接口连接，冷却盘管（21）的输出接口与热交换器（2）的输入接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，其特征在于：所述溶液预处理器（4）的输出接口与淡化室（51）的输入接口之间通过调节阀（11）连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，其特征在于：所述太阳能光伏电池（3）的电流输出端与所述蓄电池（8）的电流输入端连接，蓄电池（8）的电流输出端与所述膜再生器（5）的正负极连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，其特征在于：所述溶液预处理器（4）的喷头（41）位于溶液预处理器（4）的顶部；所述填料（42）设置在溶液预处理器（4）内部；所述风机（43）位于溶液预处理器（4）的侧壁上。

5.根据权利要求1所述的一种用于溶液深度除湿系统的溶液再生装置，其特征在于：在膜再生器（5）中，在正电极（56）和负电极（55）之间设置有n+1个阳离子交换膜（12）和n个阴离子交换膜（13），其中n为自然数，阳离子交换膜（12）和阴离子交换膜（13）交替排列并与正电极（56）和负电极（55）平行设置，将膜再生器（5）分割为依次间隔的淡化室（51）、再生室（52），以及位于负电极（55）旁边的阴极室（53）和位于正电极（56）旁边的阳极室（54）。