CN107261848A - 一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，包括溶液循环、热水循环和冷却水循环。溶液循环包括稀溶液槽、浓溶液槽、电渗析器、稀溶液泵、浓溶液泵、膜蒸馏器、极水泵、蓄电池；热水循环包括太阳能集热器、热水泵、热水热交换器；冷却水循环包括冷却水泵、冷却水热交换器、冷源。本发明利用太阳能光电为电渗析过程提供直流电，然后用电渗析器对除湿后的稀溶液浓缩，用于溶液除湿，同时利用太阳能光热为膜蒸馏过程提供热源，然后用膜蒸馏器将电渗析后的稀溶液浓缩，实现溶液再生。膜蒸馏与电渗析过程综合利用了太阳能的光电和光热，且系统采用膜再生方式，不存在气体带液问题，并且系统在高温高湿的环境下仍能实现较高的再生效率。

Description

一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统
技术领域
本发明涉及一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，属于空调设备技术领域。
背景技术
空调能源需求的逐渐增加以及环境气候的日益变化是目前建筑领域面临的重大挑战之一。为减少全球能源消耗及温室气体排放，高效、节能、环保的技术在建筑中的应用显得至关重要。
温湿度独立控制空调系统作为一种较为节能的空调系统，目前已被广泛的研究。该空调系统中的除湿过程常采用溶液除湿方式，其中溶液再生过程是溶液除湿过程一个重要环节。传统的溶液再生方式常依赖于周围环境，在高温高湿环境下再生效率较低，且再生过程涉及相变，能耗较高。另外传统的溶液再生过程存在气体带液问题，将会对环境产生不利的影响。
膜分离技术被认为是21世纪最有前途和最有发展前景的重大高新技术之一，近几十年来已经得到了快速的发展，并广泛的应用于各种领域。膜蒸馏过程无需将溶液加热至沸点，操作温度低，可以利用太阳能等低品位热源；电渗析过程利用离子交换膜的选择透过性，实现溶液的稀释和浓缩，且过程能耗低，可充分利用太阳能产生的电量。膜分离过程效率高，不涉及相变，能耗较低，且不会对环境产生不利的影响。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，该系统能充分利用太阳能从而减少不可再生能源的消耗，并在高温高湿环境下仍能实现除湿溶液的稳定再生，且不对环境产生不利的影响。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，包括溶液循环回路、热交换循环回路和冷交换循环回路；
其中，所述溶液循环回路包括用于盛放除湿后稀溶液的稀溶液槽、电渗析器、用于盛放待除湿浓溶液的浓溶液槽、热水热交换器以及膜蒸馏器；稀溶液槽的出口与电渗析器的浓溶液室入口连接，电渗析器的浓溶液室出口通过溶液泵I与浓溶液槽的入口连接；膜蒸馏器暖侧出口a与电渗析器的稀溶液室入口连接，电渗析器的稀溶液室出口与通过溶液泵II与热水热交换器的溶液入口a连接，热水热交换器的溶液出口b与膜蒸馏器暖侧入口b连接；
所述热交换循环回路包括太阳能集热器和热水热交换器；太阳能集热器的出口与热水热交换器的热水入口c连接，热水热交换器的热水出口d通过热水泵与太阳能集热器的入口连接；
所述冷交换循环回路包括冷却水热交换器和膜蒸馏器；所述冷却水热交换器中含有冷源；冷却水热交换器的出口与膜蒸馏器冷侧入口c连接；膜蒸馏器冷侧出口d通过冷却水泵与冷却水热交换器的入口连接。
其中，将膜蒸馏器和电渗析器耦合成溶液再生装置。
其中，所述溶液循环回路中还包括为电渗析器提供电能的蓄电池，蓄电池一端连接太阳能集热器，另一端分别连接电渗析器的阴极和阳极。
其中，所述溶液循环回路中还包括极水泵，电渗析器通过极水泵进行极水循环，极水循环为闭路循环，用于冷却(电渗析器)电极并起着导电作用。
其中，所述膜蒸馏器为直接接触式平板膜组件。
其中，所述除湿溶液为LiCl溶液或CaCl2溶液。
其中，所述电渗析器中采用低浓差扩散率和低水渗透率的离子交换膜，用于高浓度下溶液浓缩。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：
首先，本发明除湿溶液再生系统将膜蒸馏与电渗析技术结合，不仅实现了太阳能光电和光热的综合利用，提高了系统的经济性；同时，在溶液再生过程中采用膜分离技术，不会出现气体带液的问题，能够提高系统的环保性；最后，本发明除湿溶液再生系统在高温高湿的环境下，仍能实现稳定高效的再生率。
附图说明
图1为本发明基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1所示，本发明基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，包括溶液循环回路、热交换循环回路和冷交换循环回路；其中，溶液循环回路包括用于盛放除湿后稀溶液的稀溶液槽1、电渗析器2、用于盛放待除湿浓溶液的浓溶液槽4、热水热交换器7以及膜蒸馏器5；稀溶液槽1的出口与电渗析器2的浓溶液室入口连接，电渗析器2的浓溶液室出口通过溶液泵I3与浓溶液槽4的入口连接；膜蒸馏器5暖侧出口a与电渗析器2的稀溶液室入口连接，电渗析器2的稀溶液室出口与通过溶液泵II6与热水热交换器7的溶液入口a连接，热水热交换器7的溶液出口b与膜蒸馏器5暖侧入口b连接；热交换循环回路包括太阳能集热器9和热水热交换器7，热水热交换器7同时是热交换循环回路的组成部分；太阳能集热器9的出口与热水热交换器7的热水入口c连接，热水热交换器7的热水出口d通过热水泵8与太阳能集热器9的入口连接；冷交换循环回路包括冷却水热交换器11和膜蒸馏器5，膜蒸馏器5同时是冷交换循环回路的组成部分；冷却水热交换器11中含有冷源12；冷却水热交换器11的出口与膜蒸馏器5冷侧入口c连接；膜蒸馏器5冷侧出口d通过冷却水泵10与冷却水热交换器11的入口连接。
本发明系统溶液循环回路中还包括为电渗析器2提供电能的蓄电池14，蓄电池14一端连接太阳能集热器9，另一端分别连接电渗析器2的阴极和阳极；另外，溶液循环回路中还包括极水泵13，电渗析器2通过极水泵13进行极水循环，极水循环为闭路循环，用于冷却电渗析器2的电极并起着导电作用。本发明系统的膜蒸馏器5采用直接接触式平板膜组件。
本发明基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统的工作过程为：
除湿后得到的稀溶液从稀溶液槽1流出，进入电渗析器2中，稀溶液在电渗析器2中被浓缩至所需的浓度，然后经溶液泵I3送入浓溶液槽4，用于后续的溶液除湿；经电渗析器2稀释后的稀溶液，经溶液泵II6被送入热水热交换器7，稀溶液在热水热交换器7中与来自太阳能集热器9侧的热水进行热交换，升温后的稀溶液进入膜蒸馏器5，在膜蒸馏器5中稀溶液中的水蒸汽透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，从而得到除去溶液中水分的浓溶液实现再生，当浓溶液达到初始浓度后再送入电渗析器2完成循环。膜蒸馏过程利用太阳能的光热除去了溶液中的水分，相当于溶液的再生过程，同时利用冷却水将渗透侧(暖侧)的水蒸气冷凝，扩大膜两侧水蒸气分压力差，从而保持较高的再生效率；电渗析过程利用太阳能的光电提高了溶液的浓度，相当于溶液的浓缩过程。
热水经过太阳能集热器9加热后，进入热水热交换器7中与溶液侧的溶液进行换热后，温度下降，再经热水泵8送入太阳能集热器9中完成循环。
冷却水经过膜蒸馏器5将渗透侧(暖侧)的水蒸气冷凝后，温度升高，经冷却水泵10送入冷却水热交换器11，与冷源12进行热交换后温度降低，降温后的冷冻水再被送入膜蒸馏器5完成冷却水循环。
本发明利用太阳能光电为电渗析过程提供直流电，然后用电渗析器对除湿后的稀溶液浓缩，用于后续溶液除湿，同时利用太阳能光热为膜蒸馏过程提供热源，然后用膜蒸馏器将电渗析后的稀溶液浓缩，实现溶液再生。膜蒸馏与电渗析过程综合利用了太阳能的光电和光热，且系统采用膜分离技术，不存在气体带液问题，并且系统在高温高湿环境下仍能实现较高的再生效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：包括溶液循环回路、热交换循环回路和冷交换循环回路；
其中，所述溶液循环回路包括用于盛放除湿后稀溶液的稀溶液槽、电渗析器、用于盛放待除湿浓溶液的浓溶液槽、热水热交换器以及膜蒸馏器；稀溶液槽的出口与电渗析器的浓溶液室入口连接，电渗析器的浓溶液室出口通过溶液泵I与浓溶液槽的入口连接；膜蒸馏器暖侧出口a与电渗析器的稀溶液室入口连接，电渗析器的稀溶液室出口与通过溶液泵II与热水热交换器的溶液入口a连接，热水热交换器的溶液出口b与膜蒸馏器暖侧入口b连接；
所述热交换循环回路包括太阳能集热器和热水热交换器；太阳能集热器的出口与热水热交换器的热水入口c连接，热水热交换器的热水出口d通过热水泵与太阳能集热器的入口连接；
所述冷交换循环回路包括冷却水热交换器和膜蒸馏器；所述冷却水热交换器中含有冷源；冷却水热交换器的出口与膜蒸馏器冷侧入口c连接；膜蒸馏器冷侧出口d通过冷却水泵与冷却水热交换器的入口连接。
2.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：将膜蒸馏器和电渗析器耦合成溶液再生装置。
3.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：所述溶液循环回路中还包括为电渗析器提供电能的蓄电池，蓄电池一端连接太阳能集热器，另一端分别连接电渗析器的阴极和阳极。
4.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：所述溶液循环回路中还包括极水泵，电渗析器通过极水泵进行极水循环。
5.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：所述膜蒸馏器为直接接触式平板膜组件。
6.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：所述除湿溶液为LiCl溶液或CaCl2溶液。
7.根据权利要求1所述的基于膜蒸馏和电渗析的空调除湿溶液再生系统，其特征在于：所述电渗析器中采用低浓差扩散率和低水渗透率的离子交换膜。
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