CN107014001A - 弯曲中空纤维膜除湿器、空气除湿系统和反渗透系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了弯曲中空纤维膜接触器、采用该膜接触器的除湿系统和采用该膜接触器反渗透系统，本发明的膜接触器的膜纤维管为弯曲的管路，提高了水蒸气传热传质性能；将该弯曲的中空纤维膜接触器用做除湿器和再生器，使从除湿器出来的稀溶液经过加压进入再生器进行反渗透的操作，再对稀溶液进行浓缩再生，从而构成一个完整的除湿系统，该除湿系统中的稀除湿溶液浓缩在再生器中不需加热，只需要加压即可浓缩再生，更节能，成本更低，还可以在再生器中反渗透制备纯净水。

Description

弯曲中空纤维膜除湿器、空气除湿系统和反渗透系统

技术领域

本发明涉及空气湿度控制技术领域，特别涉及弯曲中空纤维膜接触器、以及采用该中空纤维膜接触器的空气除湿系统和反渗透系统。

背景技术

空气湿度调节对于人们的日常生活和工业生产等都有着极其重要的影响。空气湿度太大时，夏天时会导致人体的正常散热受到抑制，使人感到非常闷热烦躁；冬天时会使热传导加快，使人感到更加阴冷。在潮湿的空气中，食品容易变质，衣物易霉变，金属木材等易腐蚀氧化，书籍等纸制品也极易受到影响而变形；我国大部分地区夏天高温高湿，尤其是华南地区，除湿能耗占空调总能耗的20%至40%，而空调能耗占建筑能耗的50%左右，即，占我国能源消费总量的15%左右。所以湿度控制对实现空调系统的节能有重大意义。并且，在日益精细的工业生产中，对湿度调节也提出了越来越高的要求。由此可见，拥有一个空气湿度适宜的环境对人们的生活和企业生产来说，其意义是不言而喻的，因此，提供能够有效控制空气湿度的设备是尤为必要。

近年来，随着膜接触器技术的发展，基于膜接触器的空气湿度控制技术得到较快的发展，膜接触器利用了半透膜的选择透过性。在膜组件除湿器中，空气和除湿溶液被半透膜隔离。该膜具有选择透过性，只允许水蒸气的透过，而阻止其他气体和液体的渗透。膜接触器技术使空气和除湿液两种流体分别在膜两侧流动，在蒸汽压差的作用下，驱动水蒸气的跨膜运动，从而实现对空气湿度的控制。膜接触器技术避免了液滴漂移现象，提高了空气的品质。

然而，目前利用膜接触器技术进行除湿面临的一个重要问题就是膜接触器的除湿效率较低，且再生器耗能较大。在一些空间比较大、空气处理量大的场合难以胜任。例如公告号为CN203123788U中国发明专利申请公开说明书公开了采用中空纤维丝膜对空气除湿的装置，可实现温度较高的冷源对空气的处理，但是其效率仍然较低，必须加以改进才能提高效率。如公告号为CN104190262A中国发明专利申请公开说明书公开了中空纤维膜除湿器，有较高的除湿效率，但其要经加热才进入再生器进行再生，耗能较大。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供中空纤维膜接触器，该接触器的膜纤维管的管程不变而膜纤维管的弯曲度增强从而增加接触器的接触面积，提高该膜接触器及采用该膜接触器的空气除湿系统和采用该膜接触器的反渗透系统的水蒸气传递效率。

膜纤维管的管程一定条件下增加膜纤维管弯曲度的中空纤维膜接触器，，以及降低再生器的能耗，从而提高了除湿效率的除湿系统的中空纤维膜接触器和对应的除湿系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

弯曲中空纤维膜接触器，包括壳体和设置于壳体内的膜纤维管，所述壳体与所述膜纤维管之间的空腔供第一流体流动，所述膜纤维管内供第二流体流动，其特征在于：所述膜纤维管是可弯曲的软体管，其受第一流体横掠作用则横向弯曲且受第二流体重力作用则向下弯曲。

其中，设置于壳体内的膜纤维管并列排布。

其中，所述壳体内设置有至少两列膜纤维管列，每列膜纤维列包括至少两个膜纤维管，每列膜纤维管中相邻纤维管之间距离相等，相邻列的膜纤维管在与列垂直方向上错开设置。

其中，所述壳体内设置的膜纤维管呈矩阵分布。

其中，所述膜纤维的弯曲角度为30°~60°，所述膜纤维的弯曲高度为1mm~3mm。

其中，所述膜纤维管的横截面为圆形。

提供空气除湿系统，包括引风机、除湿器、加压泵、节流阀、再生器、冷却器、储液罐和溶液泵，所述溶液泵将储液罐中的除湿溶液泵浦至除湿器，使得除湿溶液流经除湿器、加压泵、再生器、冷却器后回流至储液罐中；所述引风机使待除湿的空气流经除湿器的以进行除湿；所述加压泵使从除湿器出来的稀除湿溶液进入再生器进行反渗透，利用渗透压将稀溶液中的水压到壳程中的水流当中，将稀除湿溶液浓缩再生；其特征在于：所述除湿器和再生器均是权利要求1-6中任一项所述的中空纤维膜接触器。

其中，所述除湿器所属的中空纤维膜接触器的弯曲纤维管的管程走除湿溶液，壳程走待除湿的空气。

其中，所述再生器所属的中空纤维膜接触器的弯曲纤维管的管程走被加压的稀溶液，壳程走蒸馏水，再生器既将稀溶液浓缩再生，同时制取纯净水。

提供反渗透系统，包括水泵、再生器、储液罐，所述水泵将储液罐中的蒸馏水泵浦至所述的再生器中，以使所述蒸馏水经过再生器吸收从再生器壳程出来的纯净水后回流至储液罐，其特征在于：所述再生器是权利要求1-6中任一项所述的中空纤维膜接触器。

本发明提供了弯曲中空纤维膜接触器以及采用该膜接触器的除湿系统和采用该膜接触器的反渗透系统，与现有技术相比，本发明的膜接触器的膜纤维管为可弯曲的软体管，从而增加接触器的接触面积，强化了第一流体和第二流体的扰动，进而提高了水蒸气传热传质性能；将该弯曲的中空纤维膜接触器用做除湿器和再生器，使从除湿器出来的稀溶液经过加压进入再生器进行反渗透的操作，再对稀溶液进行浓缩再生，从而构成一个完整的除湿系统，该除湿系统中的稀除湿溶液浓缩在再生器中不需加热，只需要加压即可浓缩再生，更节能，成本更低，还可以在再生器中反渗透制备纯净水。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的实施例1的除湿系统的线路结构；

图2为本发明的实施例1的中空纤维膜接触器的结构图。

图3为本发明的实施例1的中空纤维膜接触器在的膜纤维管的3种排列方式，其中：（a）是交错排列条件下的截面结构示意图，（b）是矩阵排列条件下的截面结构示意图。（c）是随机排列条件下截面结构示意图。

附图标记：

除湿器——1、膜纤维管——12、壳体——13；引风机——2；加压泵——3；第一节流阀——4；再生器——5；水泵——6；蒸馏水储液槽——7；第二节流阀——8；冷却器——9；储液槽——10；溶液泵——11。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例一

除湿系统，如图1和图2所示，包括：除湿器1、引风机2、加压泵3、第一节流阀4、再生器5、水泵6、蒸馏水储液罐7、第二节流阀8、冷却器9、储液罐10和溶液泵11，所述溶液泵11将储液罐10中的除湿溶液泵浦至除湿器1，使得除湿溶液流经除湿器1、加压泵3、再生器5、冷却器9后回流至储液罐10中；所述引风机2使待除湿的空气流经除湿器1以进行除湿；所述加压泵3使从除湿器1出来的稀除湿溶液进入再生器5进行反渗透，利用渗透压将稀除湿溶液中的水压到壳体13中的水流当中，将稀除湿溶液浓缩再生，除湿器1和再生器5均包括壳体13和设置于壳体13内的膜纤维管12。所述膜纤维管12是弯曲的，且横截面为圆形。所述再生器5、水泵6和蒸馏水储液罐7组成一个反渗透系统，所述水泵6将蒸馏水储液罐7中的蒸馏水泵浦至再生器5，使得蒸馏水流经再生器5后回流至蒸馏水储液罐7中。

在对空气进行除湿时，空气由引风机2送入到除湿器1中；储液罐10中的除湿溶液则由溶液泵11驱动送进除湿器1中。空气在除湿器1的壳侧流动，并横掠过中空的膜纤维管12束；除湿溶液则在膜纤维管12内流动。气液两者在蒸汽压差的作用下，透过膜进行间接的水蒸气热质交换，空气中的水蒸气被溶液吸收，达到对空气的除湿；而此时吸湿后的除湿溶液变成稀除湿溶液。故为了使得除湿溶液可以循环再利用，需要对其进行再生。再生之前使用加压泵3对其进行加压处理，提高其渗透压。加压后的除湿溶液流经节流阀3，使高压除湿溶液的压力得到控制。除湿溶液通过再生器5后，与经水泵6送入的蒸馏水进行水分的交换，以去除除湿溶液在除湿器1内吸收到的水蒸气，提高除湿溶液的浓度。除去水汽后的除湿溶液经再生器5后流经节流阀8，使再生除湿溶液的压力得到控制。除湿溶液流经冷却器9进行降温处理后，进入储液罐10保存，完成整个回路循环。

如图2所示，除湿器1和再生器5均采用弯曲的中空膜纤维管12的膜接触器，膜接触器中的膜纤维管12的排列方式可以是如图3（a）的交错排列，即每一列膜纤维管22中相邻纤维管之间距离相等，相邻的两列膜纤维管22列的膜纤维管22沿横向方向错开设置，也可以是如图3（b）所示的矩阵式，甚至可以是如图3（c）所示的随机排布，不过一哪种方式排布，其均能取得由于以往的效果。通过计算与模拟，三种排布方式的效果各有不同，本领域技术人员可根据实际需要灵活选择。

本实施例采用膜纤维管12为可弯曲的软体管，使膜接触器能够使得在相同的管程的条件下提高膜接触器的换热能力，从而提高水蒸气的传递效率，进而提高了除湿系统的效率。膜纤维管在流体的冲击下自然发生弯曲形变，使管程从原来的正圆柱体流道变成了弯曲圆柱体流道，增大了努塞尔数，使得壳程的传热传质效率得到强化。此外，由于该除湿系统中的稀除湿溶液不需要加热再生，只需要加压，更节能，成本更低，还可以在再生器中反渗透制备纯净水。

所述弯曲的膜纤维管12是由第一流体横掠冲击和管内第二流体重力共同作用而自然形成的，同时用弯曲高度和弯曲角度能度量出这种弯曲形变。所述的弯曲高度是指有弯曲形变时膜纤维管的轴线上曲率半径最大时的点到无形变时膜纤维管的轴线上的距离，所述的弯曲角度为有弯曲形变时膜纤维管所在平面与水平面的夹角，所述膜纤维管12弯曲曲度30°~60°，所述膜纤维管12的弯曲高度为1mm~3mm，这样既能保证膜纤维管的弯曲度，也能防止膜纤维管过度弯曲形变引起不管道不够通畅的问题。

本实施例中，除湿溶液为二甘醇、三甘醇、LiBr溶液、LiCl溶液、CaCl₂溶液中的一种或两种以上的混合液，其一定浓度的溶液平衡水蒸汽压比一定温度下纯水流体表面的水蒸气分压小，这些溶液作为吸湿剂具有强烈的吸水性。

本实施例中，除湿器中采用的是聚偏氟乙烯多孔膜，并采用表面涂覆一薄层液体硅胶、聚二甲基硅氧烷等对其改性，增加膜的疏水性。改性后的膜具有选择透过性，从而只允许水蒸气通过膜进行传递，而其它的气体和液体不能透过膜。

本实施例中，再生器中采用的是醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜等亲水性膜，能够截留氯化钠等物质，允许水分子透过。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.弯曲中空纤维膜接触器，包括壳体和设置于壳体内的膜纤维管，所述壳体与所述膜纤维管之间的空腔供第一流体流动，所述膜纤维管内供第二流体流动，其特征在于：所述膜纤维管是可弯曲的软体管，其受第一流体横掠作用则横向弯曲且受第二流体重力作用则向下弯曲。

2.如权利要求1所述的弯曲中空纤维膜接触器，其特征在于：设置于壳体内的膜纤维管并列排布。

3.如权利要求2所述的弯曲中空纤维膜接触器，其特征在于：所述壳体内设置有至少两列膜纤维管列，每列膜纤维列包括至少两个膜纤维管，每列膜纤维管中相邻纤维管之间距离相等，相邻列的膜纤维管在与列垂直方向上错开设置。

4.如权利要求2所述的弯曲中空纤维膜接触器，其特征在于：所述壳体内设置的膜纤维管呈矩阵分布。

5.如权利要求1所述的弯曲中空纤维膜接触器，其特征在于：所述膜纤维的弯曲角度为30°~60°，所述膜纤维的弯曲高度为1mm~3mm。

6.如权利要求1所述的弯曲中空纤维膜接触器，其特征在于：所述膜纤维管的横截面为圆形。

7.空气除湿系统，包括引风机、除湿器、加压泵、节流阀、再生器、冷却器、储液罐和溶液泵，所述溶液泵将储液罐中的除湿溶液泵浦至除湿器，使得除湿溶液流经除湿器、加压泵、再生器、冷却器后回流至储液罐中；所述引风机使待除湿的空气流经除湿器的以进行除湿；所述加压泵使从除湿器出来的稀除湿溶液进入再生器进行反渗透，利用渗透压将稀溶液中的水压到壳程中的水流当中，将稀除湿溶液浓缩再生；其特征在于：所述除湿器和再生器均是权利要求1-6中任一项所述的中空纤维膜接触器。

8.如权利要求7所述的空气除湿系统，其特征在于：所述除湿器所属的中空纤维膜接触器的弯曲纤维管的管程走除湿溶液，壳程走待除湿的空气。

9.如权利要求7所述的空气除湿系统，其特征在于：所述再生器所属的中空纤维膜接触器的弯曲纤维管的管程走被加压的稀溶液，壳程走蒸馏水，再生器既将稀溶液浓缩再生，同时制取纯净水。

10.反渗透系统，包括水泵、再生器、储液罐，所述水泵将储液罐中的蒸馏水泵浦至所述的再生器中，以使所述蒸馏水经过再生器吸收从再生器壳程出来的纯净水后回流至储液罐，其特征在于：所述再生器是权利要求1-6中任一项所述的中空纤维膜接触器。