CN105571020B - 一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，包括用于向室内输送空气的进气系统、用于向室外排气的排气系统、热泵系统、除湿溶液循环系统，所述的进气系统包括进气通道、沿空气进入方向依次设置在所述进气通道上的新风风机和若干中空纤维膜除湿组件；所述的排气系统包括排气通道、沿空气排出方向依次设置在所述排气通道上的排风风机和若干中空纤维膜再生组件；所述的热泵系统包括压缩机、膨胀阀、制冷剂储罐、若干蒸发器、若干冷凝器，本发明避免了气液夹带现象，具有良好的传质效率，解决了现有方法中除湿盐溶液对金属换热器的腐蚀问题；减少滋生细菌，降低溶液再生温度，提高系统的能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及空气除湿系统，尤其涉及一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置。
背景技术
随着我国居民生活水平的提高，人们越来越关注室内空气环境。空气的湿度与温度一样，也对人体的舒适感起着重要影响。夏季湿度过高，阻碍人体的散热排汗，让人感到闷热；冬季湿度过高，会加快热传导，降低人体的体感温度，使人感到阴冷。所以控制室内空气湿度是提高室内空气环境的重要环节。
由于技术成熟，目前广泛采用的湿度控制方式是冷冻除湿，即采用冷媒将湿空气降到露点温度以下，使得空气中的水分凝结实现空气除湿。但是这种方法需要较低的冷媒温度，造成系统的蒸发温度降低，影响了制冷系统的性能；而除湿后的空气温度低，需要再热送入室内会导致能量浪费。同时湿润的冷媒盘管容易滋生细菌，危害室内空气品质。
溶液除湿技术利用具有吸湿性能的盐溶液吸收空气中多余的水分实现对空气湿度的控制。盐溶液的流动性好，传热、传质系数高，除湿能力强，同时具有不需要再热，并可以利用多种低品位与可再生能源进行再生等优点，已经得到了越来越广泛的应用。公告号为CN1185447C的中国发明专利公布了一种多级液体除湿方法以提高空气的除湿效率。公告号为CN104654479A的中国发明专利提出了一种热泵驱动式溶液除湿流程，利用热泵系统中蒸发器的冷量降低溶液温度，增强溶液的吸湿性能；利用冷凝器的热量提高溶液温度，用于溶液的再生循环利用。通过热泵系统的设置可以提高系统的能量利用效率，但是除湿与再生组件为填料塔，容易造成空气带液、飞沫污染的问题。公告号为CN104061634A的中国发明专利公布了通过热泵系统控制两级溶液的温度和浓度实现系统的节能，但是由于除湿溶液对金属换热器有一定的腐蚀，限制了它的工程应用。公告号为CN103292392A的中国发明专利提出了采用空气作为溶液与制冷剂之间的传热介质，用来减少除湿溶液直接接触对金属换热器的腐蚀，但是当新风空气比较潮湿时，水蒸气容易在一级除湿过程前的冷却阶段凝结，严重影响整个系统的除湿效率。公告号为CN101574612A的中国发明专利公布了一种非接触式液体除湿方法及除湿器，组件通过高分子膜将空气与溶液隔开，此膜具有水蒸气的选择透过性，可以拒绝其他物质通过。这种间接的方式进行水分的热质交换，可以避免液滴漂移现象，是一种新型的液除湿方式。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有多级液体除湿技术与设备的不足，提供一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，采用中空纤维膜组件通过多级除湿再生过程解决现有技术中存在的室内空气品质下降、腐蚀金属换热器、除湿效率低的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，包括用于向室内输送空气的进气系统、用于向室外排气的排气系统、热泵系统、除湿溶液循环系统，
所述的进气系统包括进气通道、沿空气进入方向依次设置在所述进气通道上的新风风机和若干中空纤维膜除湿组件；
所述的排气系统包括排气通道、沿空气排出方向依次设置在所述排气通道上的排风风机和若干中空纤维膜再生组件；
所述的除湿溶液循环回路通过溶液泵将除湿溶液从溶液储罐沿进气通道的空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜除湿组件，再沿排气通道空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜再生组件后返回溶液储罐，除湿溶液循环回路的除湿溶液依次在各中空纤维膜除湿组件中吸收空气的水蒸气，吸收溶液回热器中来自储液罐的除湿溶液的热量，然后除湿溶液在各中空纤维膜再生组件中再生，进入溶液储罐，在溶液回热器中释放热量给来自进气系统首端的中空纤维膜除湿组件的除湿溶液，经过冷却水降温后，进入进气系统尾端的中空纤维膜除湿组件进行新一轮的溶液循环。
所述的热泵系统包括压缩机、膨胀阀、制冷剂储罐、依次设置在进气通道上且位于各中空纤维膜除湿组件之间的若干蒸发器、依次设置在排气通道上且位于各中空纤维膜再生组件之间和排风风机与相邻中空纤维膜再生组件之间的若干冷凝器，所述压缩机将制冷剂沿排气通道空气流动的反方向依次送入各冷凝器、膨胀阀、制冷剂储罐后同时输送至各蒸发器入口，最后从各蒸发器出口汇集至压缩机进气口，热泵系统的制冷剂循环回路中的制冷剂经过压缩机加压，依次在各冷凝器释放热量到再生风中，通过膨胀阀和制冷剂储罐后，在各蒸发器内吸收新风的热量，然后回到压缩机。
进一步地，所述新风风机与相邻蒸发器之间的进气通道上还设置有一个中空纤维膜除湿组件。在湿度特别大的地方，除湿器中第一个与风机相连的是为了对湿热地区的潮湿空气进行初步除湿，防止其在后面蒸发器中降温时冷凝，可提高蒸发温度和系统性能。
进一步地，还包括溶液回热装置，所述溶液回热装置用于在除湿溶液流出中空纤维膜除湿组件之后且流入中空纤维膜再生组件之前与所述溶液泵出口的除湿溶液进行换热，以达到一个较低的除湿温度。
进一步地，还包括溶液辅助冷却器，所述溶液辅助冷却器设置于溶液回热装置与除湿溶液流入的第一个中空纤维膜除湿组件间的管路上，用于对流入第一个中空纤维膜除湿组件之前的除湿溶液进行冷却，进一步达到一个较低的除湿温度。
进一步地，所述的除湿溶液为LiCl溶液。
进一步地，所述的LiCl溶液质量浓度为35%~40%。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）无气液夹带现象：空气与液体除湿剂间接接触，避免了气液直接接触方式空气夹带除湿剂液滴对室内环境的污染；
（2）无金属换热器腐蚀：利用空气实现制冷剂与液体除湿剂间接换热，解决了除湿盐溶液对金属换热器的腐蚀问题；
（3）减少凝结水产生，避免滋生细菌：针对热湿地区空气湿度大的特点，通过初级溶液除湿过程对室外湿空气进行初步冷却，避免空气中水分在冷却盘管冷凝造成换热下降，滋生细菌；
（4）液体除湿能力得到充分利用，能量综合利用率高：通过多级除湿再生过程降低了换热器的传热温差和除湿器出口浓度，减少热质传递的不可逆损失，降低溶液再生温度，提高系统的能量利用率。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）无气液夹带现象：空气与液体除湿剂间接接触，避免了气液直接接触方式空气夹带除湿剂液滴对室内环境的污染；
（2）无金属换热器腐蚀：利用空气实现制冷剂与液体除湿剂间接换热，解决了除湿盐溶液对金属换热器的腐蚀问题；
（3）减少凝结水产生，避免滋生细菌：针对热湿地区空气湿度大的特点，通过初级溶液除湿过程对室外湿空气进行初步冷却，避免空气中水分在冷却盘管冷凝造成换热下降，滋生细菌；
（4）液体除湿能力得到充分利用，能量综合利用率高：通过多级除湿再生过程降低了换热器的传热温差和除湿器出口浓度，减少热质传递的不可逆损失，降低溶液再生温度，提高系统的能量利用率。
附图说明
图1为本发明实施例一的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置结构示意图。
图2为本发明实施例二的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置结构示意图。
图中：1-新风风机；2-初级中空纤维膜除湿组件；3-一级蒸发器；4-一级中空纤维膜除湿组件；5-二级蒸发器；6-二级中空纤维膜除湿组件；7-膨胀阀；8-制冷剂储罐；9-压缩机；10-溶液回热装置；11-溶液辅助冷却器；12-溶液泵；13-排风风机；14-溶液储液罐；15-一级冷凝器 16-一级中空纤维膜再生组件；17-二级冷凝器；18-二级中空纤维膜再生组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例一
如图1所示，一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，包括用于向室内输送空气的进气系统、用于向室外排气的排气系统、热泵系统、除湿溶液循环系统，
所述的进气系统包括进气通道、沿空气进入方向依次设置在所述进气通道上的新风风机1和初级中空纤维膜除湿组件2、一级中空纤维膜除湿组件4、二级中空纤维膜除湿组件6；
所述的排气系统包括排气通道、沿空气排出方向依次设置在所述排气通道上的排风风机13和一级中空纤维膜再生组件16、二级中空纤维膜再生组件18；
所述的热泵系统包括压缩机9、膨胀阀7、制冷剂储罐8、依次设置在进气通道上且位于各中空纤维膜除湿组件之间的一级蒸发器3和二级蒸发器5、依次设置在排气通道上且位于各中空纤维膜再生组件之间和排风风机13与相邻中空纤维膜再生组件之间的一级冷凝器15、二级冷凝器17，所述压缩机9将制冷剂沿排气通道空气流动的反方向依次送入一级冷凝器15、二级冷凝器17、膨胀阀7、制冷剂储罐8后同时输送至一级蒸发器3和二级蒸发器5入口，最后从一级蒸发器3和二级蒸发器5出口汇集至压缩机9进气口。
由上所述，所述的进气系统包括进气通道、沿空气进入方向依次设置在所述进气通道上的新风风机1、初级中空纤维膜除湿组件2、一级蒸发器3、一级中空纤维膜除湿组件4、二级蒸发器5、二级中空纤维膜除湿组件6；所述的排气系统包括排气通道、沿空气排出方向依次设置在所述排气通道上的排风风机13、一级冷凝器15、一级中空纤维膜再生组件16、二级冷凝器17、二级中空纤维膜再生组件18
所述的除湿溶液循环回路通过溶液泵12将除湿溶液从溶液储罐14沿进气通道的空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜除湿组件，再沿排气通道空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜再生组件后返回溶液储罐14，所述的除湿溶液为质量浓度为35%~40%的LiCl溶液。
还包括溶液回热装置10，所述溶液回热装置10用于在除湿溶液流出中空纤维膜除湿组件之后且流入中空纤维膜再生组件之前与所述溶液泵12出口的除湿溶液进行换热，以达到一个较低的除湿温度。
还包括溶液辅助冷却器11，所述溶液辅助冷却器11设置于溶液回热装置10与除湿溶液流入的第一个中空纤维膜除湿组件间的管路上，用于对流入第一个中空纤维膜除湿组件之前的除湿溶液进行冷却，进一步达到一个较低的除湿温度。
溶液储罐14经过溶液泵12、溶液回热装置10、溶液辅助冷却器11与二级中空纤维膜除湿组件6相连，溶液除湿循环中的二级中空纤维膜除湿组件6，一级中空纤维膜除湿组件4、初级中空纤维膜除湿组件2依次相连，初级中空纤维膜除湿组件2通过溶液回热装置10与二级中空纤维膜再生组件18相连，溶液再生循环中的二级中空纤维膜再生组件18通过一级中空纤维膜再生组件16与溶液储罐14相连。
上述装置对空气进行除湿的原理及过程如下：
室外空气通过风机1输入到初级中空纤维膜除湿组件2去除空气中部分水蒸气，通过在一级除湿阶段前设置空气初级除湿过程可以去除来自室外湿热环境空气中的部分水蒸气，防止潮湿空气在一级蒸发器中冷凝造成蒸发温度降低；然后空气在一级蒸发器3内被冷却降温，冷却后的空气在一级中空纤维膜除湿组件4中被LiCl溶液进一步吸收多余的水蒸气，低温空气吸收了水蒸气进入LiCl溶液释放的汽化潜热后，温度升高；空气流经二级蒸发器5与二级中空纤维膜除湿组件6进一步冷却与除湿，通过二级除湿过程处理后的干燥空气送入室内。室外空气与室内空气以一定比例混合为再生风后通过风机13输入到一级冷凝器15，在一级冷凝器15内被加热后，再生风在一级中空纤维膜再生组件16内对LiCl溶液进行初步再生，一级中空纤维膜再生组件16出口的再生风温度下降，含湿量上升；再生风流经二级冷凝器17与二级中空纤维膜再生组件18进一步加热与溶液再生，通过二级再生过程处理后的潮湿空气排至室外。LiCl溶液由溶液泵12经过溶液回热装置10和溶液辅助冷却器11冷却达到一个较低的除湿温度，依次在二级中空纤维膜除湿组件6、一级中空纤维膜除湿组件4和初级中空纤维膜除湿组件2内对空气进行除湿，LiCl溶液的浓度降低。LiCl溶液在溶液回热装置10中与再生后的高温LiCl溶液进行换热，然后进入二级中空纤维膜再生组件18和一级中空纤维膜再生组件16，LiCl溶液的浓度升高，实现溶液的再生，最后LiCl溶液流入溶液储罐14，完成LiCl溶液循环。
本实施例中，LiCl溶液、制冷剂与新风和再生风的流动方向的设置，是为了保证LiCl溶液在逐级除湿和再生过程中，上下级之间不会产生影响和干扰，即初级中空纤维膜除湿组件2在除湿过程中，不影响一级中空纤维膜除湿组件4除湿、一级中空纤维膜除湿组件4除湿时，不影响二级中空纤维膜除湿组件6除湿；同样一级中空纤维膜再生组件16在再生时，不影响二级中空纤维膜再生组件18；制冷剂的流动方向设置也是基于类似的原因，以提高装置的整体运行效率。
本实施例通过透湿膜使空气与液体除湿剂间接接触，避免气液夹带现象；利用热泵提供冷量和热量分别对一级和二级除湿过程与再生过程前的空气进行冷却，保证膜组件两侧的水蒸气分压力差，具有良好的传质效率；利用空气实现制冷剂与液体除湿剂间接换热，解决了现有方法中除湿盐溶液对金属换热器的腐蚀问题；通过初级溶液除湿过程对湿热地区的高湿度空气进行初步除湿，避免空气中水分在冷却盘管冷凝造成换热下降，滋生细菌；通过多级除湿再生过程减少了热质传递过程的不可逆损失，降低溶液再生温度，提高系统的能量利用率。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述的新风风机1与一级蒸发器3之间取消了初级中空纤维膜除湿组件2，即室外空气由新风风机1直接送入一级蒸发器3进行冷却，本实施例主要针对湿度不是特别大的地区使用，对于在湿度不是特别大的地区，则不需要初级中空纤维膜除湿组件2，多级先冷却后液体除湿方式的效果更好，结构更简单，成本更低，且能满足在湿度不是特别大的地区的除湿需要。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：包括用于向室内输送空气的进气系统、用于向室外排气的排气系统、热泵系统、除湿溶液循环系统，
所述的进气系统包括进气通道、沿空气进入方向依次设置在所述进气通道上的新风风机(1)和若干中空纤维膜除湿组件；
所述的排气系统包括排气通道、沿空气排出方向依次设置在所述排气通道上的排风风机(13)和若干中空纤维膜再生组件；
所述的除湿溶液循环回路通过溶液泵(12)将除湿溶液从溶液储罐(14)沿进气通道的空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜除湿组件，再沿排气通道空气流动的反方向依次送入各中空纤维膜再生组件后返回溶液储罐(14)；
所述的热泵系统包括压缩机(9)、膨胀阀(7)、制冷剂储罐(8)、依次设置在进气通道上且位于各中空纤维膜除湿组件之间和新风风机(1)与相邻中空纤维膜除湿组件之间的若干蒸发器、依次设置在排气通道上且位于各中空纤维膜再生组件之间和排风风机(13)与相邻中空纤维膜再生组件之间的若干冷凝器，所述压缩机(9)将制冷剂沿排气通道空气流动的反方向依次送入各冷凝器、膨胀阀(7)、制冷剂储罐(8)后同时输送至各蒸发器入口，最后从各蒸发器出口汇集至压缩机(9)进气口。
2.根据权利要求1所述的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：所述新风风机(1)与相邻蒸发器之间的进气通道上还设置有一个中空纤维膜除湿组件。
3.根据权利要求1或2所述的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：还包括溶液回热装置(10)，所述溶液回热装置(10)用于在除湿溶液流出中空纤维膜除湿组件之后且流入中空纤维膜再生组件之前与所述溶液泵(12)出口的除湿溶液进行换热。
4.根据权利要求3所述的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：还包括溶液辅助冷却器(11)，所述溶液辅助冷却器(11)设置于溶液回热装置(10)与除湿溶液流入的第一个中空纤维膜除湿组件间的管路上，用于对流入第一个中空纤维膜除湿组件之前的除湿溶液进行冷却。
5.根据权利要求1或2所述的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：所述的除湿溶液为LiCl溶液。
6.根据权利要求5所述的适用湿热地区的多级中空纤维膜液体除湿装置，其特征在于：所述的LiCl溶液质量浓度为35%~40%。
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