CN103697544A - 一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法，将相变材料封装于纳米胶囊内并分散到除湿溶液中，可在等温条件下吸收水蒸汽凝结热，抑制除湿过程溶液温升，除湿器中无需外部冷媒即可实现“自内冷”除湿。本发明还公开了该除湿再生循环方法的专用装置。本发明保持了较强的除湿能力，采用纳米胶囊封装以及膜渗透再生手段可保证除湿工质的正常循环，提高了除湿过程和系统整体性能，简化了系统结构。

Description

一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法及其专用装置

技术领域

本发明涉及一种除湿性能和系统整体性能得到提升的溶液除湿再生循环方法及装置，属于溶液除湿技术范畴，空气调节、空气热湿独立处理领域。

背景技术

采用溶液除湿技术可利用低品位热源实现空气热湿独立处理，其在节能方面的优势已经得到公认。加之其良好的环境可接受性、有助改善室内空气品质等优点，溶液除湿系统以及基于溶液除湿技术的空调系统近年来得到了广泛的关注。

在溶液除湿过程中，被处理空气中的水蒸汽分压力与除湿溶液表面的水蒸汽分压力之差是除湿过程的推动力，伴随空气中水分被溶液吸收所放出的凝结热会导致溶液温度升高，溶液表面水蒸汽分压力也相应升高，除湿推动力将会逐渐减弱。现有技术中虽然采用内冷型除湿结构，可起到抑制除湿过程溶液温升的作用，但是现有的内冷型除湿器均采用将外部冷媒送入除湿器对溶液进行冷却，存在以下不足：1）制造要求高，结构复杂，冷却盘管的设置使单位体积填料的热质交换面积减小，总除湿量受到限制；2）冷媒和溶液之间以显热交换方式发生热量交换，一方面：要增强冷却效果，必须采取增大冷媒流量、降低冷媒温度或者对换热器表面做传热强化处理等措施；另一方面：这些措施又会增大系统能耗，而且，冷媒温度过低又可能导致溶液结晶，限制了内冷的效果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法及装置。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法，在除湿液中加入相变纳米胶囊形成悬浮液，将其与空气接触进行“自内冷”除湿，除湿过程中胶囊内相变材料吸收水蒸汽凝结热变为液相，悬浮液浓度降低，采用膜渗透方式对悬浮液进行再生，使其浓度重新升高，并采用冷却方式使纳米胶囊内的相变材料重新变为固相，最后得到再生和冷却的悬浮液再回到除湿器中。

进一步地，所述相变纳米胶囊的相变温度为20～30^oC。

一种“自内冷”溶液除湿再生装置，包括除湿器、与除湿器通过管道相连的溶液循环泵、与溶液循环泵通过管道相连的膜蒸发式溶液再生器、与膜蒸发式溶液再生器通过管道相连的溶液冷却器，所述溶液冷却器与除湿器通过管道相连，所述除湿器内部设有一填料层，所述膜蒸发式溶液再生器内设有一流通管，所述流通管由半透性膜材料制成。

进一步地，所述溶液冷却器出口端的管道与除湿器内部的一组喷嘴相连。

进一步地，所述溶液循环泵进口端和出口端分别设有一阀门。

进一步地，所述膜蒸发式溶液再生器内部的溶液通道为半透膜材料，只有水组分可透过膜壁，相变纳米胶囊和盐组分不可透过，为了提高水分蒸发速度，膜蒸发式溶液再生器上分别设有一空气进口和空气出口，所述空气出口处设有一引风机。

进一步地，为了提高冷却效率，所述冷却器上分别设有一冷却水入口和冷却水出口。

进一步地，所述除湿器上分别设有一除湿器空气风机进口和除湿器空气出口。

在除湿溶液中添加相变材料纳米胶囊，并使其在溶液中均匀分散，将分散好的悬浮液喷淋在除湿器填料表面对空气进行除湿，除湿过程水蒸汽的凝结热可被封装于胶囊内的相变材料吸收，由于相变时的等温吸热特性，除湿过程溶液的温升得到抑制，可在除湿器中实现对空气的“自内冷”除湿，除湿后溶液浓度降低，纳米胶囊中的相变材料吸收水蒸气凝结热而变为液相，稀溶液经溶液循环泵输送至膜蒸发式溶液再生器的半透膜通道，稀溶液中部分水分经半透膜渗出，溶液浓度重新升高，同时，由于溶液再生器中的空气流动促使膜外壁的水分蒸发产生冷却作用，溶液和相变材料被初步冷却，之后再进入溶液冷却器中进一步冷却，使纳米胶囊中的相变材料重新凝固，含有相变纳米胶囊的浓溶液由除湿器进口重新进入除湿器，由此构成除湿循环。

本发明中的填料层的作用是为气、液两相提供充分的接触面，并为提高其湍动程度创造条件，以利于传热传质。它们应能使气、液接触面大、传质系数高，同时通量大而阻力小，所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好。

将相变温度为20～30^oC的相变材料封装于高分子材料囊壁中，形成相变纳米胶囊，并将其均匀分散到除湿溶液中形成悬浮液，在除湿、再生和冷却的过程中，相变材料发生固液两相的转化，但纳米胶囊的宏观形态和分散性不发生变化，可保证相变材料随溶液流动被循环使用。

在除湿溶液中添加相变材料纳米胶囊，由于相变材料的等温相变特性，可吸收除湿过程中水蒸气凝结放出的热量，降低和抑制除湿溶液温升，可不改变现有的绝热型除湿器的结构，不需在除湿器中通入外部冷媒，即可实现溶液“自内冷”除湿过程，使溶液在整个除湿过程保持较强的除湿能力，从而有效提高除湿效率。此外，在除湿溶液中添加相变纳米胶囊还可能改变溶液的部分物性参数，例如粘度、表面张力、导热系数等，这些参数对溶液降膜流动和热质交换会产生影响，进而促进“自内冷”效应，提高除湿效率。

添加相变纳米胶囊的溶液膜蒸发式再生不采用加热再生方式，而是采用半透膜为分离介质，溶液中只有水组分可透过膜壁，相变纳米胶囊和盐组分不可透过，可达到将除湿溶液浓缩再生的目的，避免了加热再生方法可能造成相变纳米胶囊发生破裂的问题，从而可循环使用添加相变纳米胶囊的除湿溶液。此外，空气由再生装置底部引入自下而上流动，促使半透膜外壁上渗透出的水分蒸发，还可同时实现溶液和相变材料的冷却，吸收半透膜通道内部溶液和相变材料的热量，使除湿后处于液相的相变材料放热重新凝固，减少了在相变材料冷却环节的能耗，对系统整体性能起到促进作用。

有益效果：本发明相对于现有技术而言具有以下优点：

1. 将相变材料封装于纳米胶囊中并均匀分散到除湿溶液中，相变材料可在等温条件下吸收水蒸汽凝结热，抑制和降低除湿过程的溶液温升，无需在除湿器中通入外部冷媒，即可实现“自内冷”溶液除湿过程，使溶液保持较强的除湿能力，提高除湿过程和系统整体性能，简化了系统结构，节省了大量能耗。

2. 纳米尺度的相变胶囊还会改变溶液的部分物性参数，进而影响液膜的流动和热质传递，促进“自内冷”效应，强化除湿过程和系统整体性能。

3. 将相变材料纳米胶囊均匀分散到除湿溶液中形成悬浮液，胶囊的宏观形态和分散性在循环过程不发生变化；本发明提供的装置通过膜蒸发式再生技术利用半透膜分离溶液中的水分，避免了加热再生方法可能造成相变纳米胶囊发生破裂的问题，这都可保证相变材料在溶液中均匀分散并随溶液流动被循环使用，使“自内冷”溶液除湿循环正常进行；并且膜蒸发再生技术取代常用的溶液加热再生方式，不消耗热能，不会因加热对纳米胶囊造成破坏，同时还可对溶液和相变材料产生蒸发冷却作用，进一步降低能耗，除湿系统整体性得以提升。

4. 溶液再生过程不采用加热方式，溶液温度不会升高，除湿过程的溶液温升由于“自内冷”效应也得到抑制，因而，无需在除湿和再生之后的两股溶液间进行相互热量交换，可将传统溶液除湿系统中的溶液热交换器省去，系统结构得到简化。

本发明提供的“自内冷”溶液除湿再生循环方法及装置，相对于传统的内冷型除湿再生循环方法装置，本发明无需在除湿过程使用外部冷媒即可抑制溶液温升，强化除湿过程和系统整体性能，可大幅降低能耗，且添加相变纳米胶囊的除湿溶液采用非加热再生方式得到循环使用，系统结构也较为简化，具有较好的市场前景和价值。

附图说明

图1是本发明提出的“自内冷”溶液除湿再生装置系统示意图。

图中有：除湿器1，阀门2，溶液循环泵3，阀门4，膜蒸发式溶液再生器5，溶液冷却器6；除湿器浓溶液输入端1a，除湿器稀溶液输出端1b，除湿器空气风机进口1c，除湿器空气出口1d，除湿器溶液喷嘴1e，除湿器填料1f，溶液循环泵溶液进口端3a，溶液循环泵溶液出口端3b，膜蒸发式溶液再生器稀溶液输入端5a，膜蒸发式溶液再生器半透膜流通管5b，膜蒸发式溶液再生器浓溶液输出端5c，膜蒸发式溶液再生器空气进口5d，膜蒸发式溶液再生器空气引风机出口5e，溶液冷却器溶液进口6a，溶液冷却器溶液出口6b，溶液冷却器冷却水入口6c，溶液冷却器冷却水出口6d。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法，在除湿液中添加相变温度为20～30^oC的相变纳米胶囊并形成悬浮液，将其与空气接触进行“自内冷”除湿，除湿过程中胶囊内相变材料吸收水蒸汽凝结热变为液相，悬浮液浓度降低，采用膜渗透方式对悬浮液进行再生，使其浓度重新升高，并采用冷却方式使纳米胶囊内的相变材料重新变为固相，最后得到再生和冷却的悬浮液再回到除湿器中。

一种“自内冷”溶液除湿再生装置，包括除湿器1、与除湿器1通过管道相连的溶液循环泵3、与溶液循环泵3通过管道相连的膜蒸发式溶液再生器5、与膜蒸发式溶液再生器5通过管道相连的溶液冷却器6，所述溶液冷却器6与除湿器1通过管道相连，所述除湿器1内部设有一除湿器填料层1f，所述膜蒸发式溶液再生器5内设有一流通管5b，所述流通管5b由半透性膜材料制成；所述溶液冷却器6出口端6b的管道与除湿器1内部的一组喷嘴1e相连，所述溶液循环泵3进口端3a和出口端3b分别设有一阀门2和阀门4，所述膜蒸发式溶液再生器5上分别设有一空气进口5d和空气出口5e，所述空气出口处5e设有一引风机，所述冷却器6上分别设有一冷却水入口6c和冷却水出口6d，所述除湿器1上分别设有一除湿器空气风机进口1c和除湿器空气出口1d。

如图1所示，将相变温度为20～30^oC的相变材料封装于高分子材料囊壁中，形成相变纳米胶囊，将其均匀分散到除湿溶液中形成悬浮液。除湿器1中被除湿空气由除湿器1的风机进口1c进入，由除湿器1的空气出口1d排出；除湿悬浮液经除湿器1的喷嘴1e均匀喷淋在填料1f表面，呈膜状向下流动，纳米胶囊中的相变材料吸收水蒸气凝结热而变为液相，除湿后的稀溶液从除湿器输出端1b经溶液循环泵的溶液进口端3a进入溶液循环泵3，经溶液循环泵溶液出口端3b输送至膜蒸发式溶液再生器5的半透膜流通管5b，稀溶液中部分水分经半透膜渗出，溶液浓度重新升高，同时，由于溶液再生器5中的空气流动促使膜外壁的水分蒸发产生冷却作用，溶液和相变材料被初步冷却，之后再进入溶液冷却器6中通过冷却水的输入进一步冷却，使纳米胶囊中的相变材料重新凝固，含有相变纳米胶囊的浓溶液由除湿器进口1a重新进入除湿器喷嘴1e，由此构成除湿循环；再生空气由膜蒸发式溶液再生器5的空气进口5d引入，由膜蒸发式溶液再生器5的空气引风机出口5e排出；冷却水由溶液冷却器6冷却水入口6c引入，由溶液冷却器6冷却水出口6d引出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种“自内冷”溶液除湿再生循环方法，其特征在于：在除湿液中加入相变纳米胶囊形成悬浮液，将其与空气接触进行“自内冷”除湿，除湿过程中胶囊内相变材料吸收水蒸汽凝结热变为液相，悬浮液浓度降低，采用膜渗透方式对悬浮液进行再生，使其浓度重新升高，并采用冷却方式使纳米胶囊内的相变材料重新变为固相，最后得到再生和冷却的悬浮液再回到除湿器中。

2.根据权利要求1中的循环方法，其特征在于：所述相变纳米胶囊的相变温度为20～30^oC。

3.一种“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：包括除湿器（1）、与除湿器（1）通过管道相连的溶液循环泵（3）、与溶液循环泵（3）通过管道相连的膜蒸发式溶液再生器（5）、与膜蒸发式溶液再生器（5）通过管道相连的溶液冷却器（6），所述溶液冷却器（6）与除湿器（1）通过管道相连，所述除湿器（1）内部设有一填料层（1f），所述膜蒸发式溶液再生器（5）内设有一流通管（5b），所述流通管（5b）由半透性膜材料制成。

4.根据权利要求3所述的“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：所述溶液冷却器（6）出口端（6b）的管道与除湿器（1）内部的一组喷嘴（1e）相连。

5.根据权利要求3所述的“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：所述溶液循环泵（3）进口端（3a）和出口端（3b）分别设有一阀门（2,4）。

6.根据权利要求3所述的“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：所述膜蒸发式溶液再生器（5）上分别设有一空气进口（5d）和空气出口（5e），所述空气出口（5e）处设有一引风机。

7.根据权利要求3所述的“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：所述冷却器（6）上分别设有一冷却水入口（6c）和冷却水出口（6d）。

8.根据权利要求3所述的“自内冷”溶液除湿再生装置，其特征在于：所述除湿器（1）上分别设有一除湿器空气风机进口（1c）和除湿器空气出口（1d）。

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