CN108488901B - 太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,属于溶液除湿系统技术领域,包括相互连接的太阳能集热模块、溶液减压膜蒸馏再生模块、溶液除湿模块、潜热回收模块。本发明还公开了其除湿方法。本发明以太阳辐射能为驱动源,实现溶液的储能,盐溶液的高密度蓄能性能克服太阳能的不连续性,在需要空气除湿时,浓溶液被送入到除湿器中,对被处理空气进行除湿,实现空气的湿度调节。除湿后的稀溶液被稀溶液泵送入稀溶液储液罐中,当太阳能集热器工作时,稀溶液储液罐中的稀溶液被送入热交换器中预热,预热后的稀溶液进入冷凝器中继续吸收蒸汽中的潜热,最后流入太阳能集热器中加热。
Description
技术领域
本发明属于溶液除湿系统技术领域,具体涉及太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统及方法。
背景技术
溶液除湿系统是利用空气和盐溶液接触,空气中的水蒸气吸附于盐溶液中,并被盐溶液带走达到空气除湿的目的。与常规空调相比,溶液除湿系统具有更高的空气除湿性,可以有效净化处理空气,对环境无污染,耗电量低等特点。
太阳能作为一种利用自由、环保洁净的可再生能源,太阳能与溶液除湿相结合是缓解空调能耗和环境问题的重要解决方案,必将对社会发展和再生能源的有效利用有重要的实际意义与应用价值。并且,传统的溶液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,再生效果不能满足除湿的需求。
因此,为了保证太阳能溶液再生系统在高温高湿天气下运行的稳定性,有必要寻找一种新的再生流程。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术存在的问题,本发明提供太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,适合于高温高湿天气地区;本发明的另一目的是提供其除湿方法。
技术方案:为了实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,包括太阳能集热器,所述的太阳能集热器的出口与循环溶液泵的入口连接,太阳能集热器的入口与冷凝器的管程出口相连接;所述的循环溶液泵的出口与中空纤维膜组件管程入口相连接,中空纤维膜组件的管程出口与热交换器壳程入口相连,中空纤维膜组件的壳程出口与冷凝器的壳程入口相连;所述的热交换器壳程出口与浓溶液储液罐的入口相连,浓溶液储液罐的出口连接除湿器上方的喷淋装置,所述的除湿器的出口与稀溶液泵的入口连接,稀溶液泵的出口连接稀溶液储液罐的入口,稀溶液储液罐的出口与热交换器的管程入口相连,热交换器的管程出口连接冷凝器的管程入口。
所述的冷凝器的壳程出口连接气液分离器的入口。
所述的气液分离器的出口分别与真空泵和储水箱相连。
利用所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统进行除湿的方法,包括下述步骤:
1)在白天时,太阳能辐射充足,启动循环溶液泵,太阳能集热模块开启,稀溶液流入太阳能集热器中;
2)启动真空泵,溶液减压膜蒸馏再生模块开启,太阳能集热器加热后的温度较高的稀溶液流入中空纤维膜组件管程中,真空泵在中空纤维膜组件壳程中营造负压环境,增加了膜组件两侧水蒸气分压力差,稀溶液中的水分在膜的内侧汽化,产生的水蒸气通过膜孔扩散到真空侧,溶液经过中空纤维膜组件后浓缩溶液浓度升高,高浓度溶液经过热交换器降温后流入浓溶液储液罐储存;
3)启动浓溶液泵,溶液除湿模块开启,浓溶液从浓溶液储液罐中流入除湿器中,浓溶液和被处理空气在除湿器中进行热质交换,达到空气除湿的目的,浓溶液吸收水分后变成稀溶液被稀溶液泵送入到稀溶液储液罐中储存;
4)循环溶液泵和真空泵开启时,潜热回收模块也开启,稀溶液从稀溶液储液罐中流出,经过热交换器进行预热,预热后的稀溶液流入冷凝器的管程中,真空泵使中空纤维膜组件中产生的水蒸气流入到冷凝器的壳程中,水蒸气在冷凝器壳程中冷凝,冷凝水和空气均流入气液分离器中分离,空气被真空泵排出,冷凝水流入储水箱中收集,冷凝释放的潜能加热稀溶液,温度升高后的稀溶液流入太阳能集热器中进一步加热升温,形成溶液循环的过程。
当白天不需要除湿时,浓溶液泵和稀溶液泵均关闭,溶液除湿模块不工作,循环溶液泵和真空泵开启,太阳能集热器模块、溶液减压膜蒸馏再生模块和潜热回收模块工作,稀溶液从稀溶液储液罐中流出,分别经过预热加热、潜热回收加热、太阳能集热器加热后流入中空纤维膜组件中再生,再生后的浓溶液经过热交换器冷却后流入浓溶液储液罐中储存。
当夜间需要除湿时,循环溶液泵和真空泵关闭,太阳能集热器模块、溶液减压膜蒸馏再生模块和潜热回收模块不工作,浓溶液泵和稀溶液泵开启,溶液除湿模块工作,浓溶液泵将浓溶液储液罐中已经储存好的浓溶液送入到除湿器中对被处理空气进行除湿,除湿后的稀溶液被稀溶液泵送入到稀溶液储液罐中储存。
发明原理:本发明装置包括相互连接的太阳能集热模块、溶液膜蒸馏再生模块、潜热回收模块、溶液除湿模块;太阳能集热模块包括与冷凝器相连的太阳能集热器和与其相连的溶液循环泵;溶液减压膜蒸馏再生模块包括与溶液循环泵相连的中空纤维膜组件和与其相连的热交换器,以及与热交换器相连的浓溶液储液罐;溶液除湿模块包括与浓溶液储液罐相连的浓溶液泵,与浓溶液泵相连的除湿器和与其相连的稀溶液泵,以及与稀溶液泵相连的稀溶液储液罐、热交换器;潜热回收模块包括与热交换器相连的冷凝器和与其相连的气液分离器,以及与气液分离器连接的真空泵、储水箱。本发明以太阳辐射能为驱动源,利用太阳能集热器将太阳辐射能转换为热能,加热待再生的稀溶液,采用中空纤维膜组件对稀溶液进行浓缩再生,再生后的浓溶液与稀溶液换热降温后流入浓溶液储液罐中储存,实现溶液的储能,盐溶液的高密度蓄能性能克服太阳能的不连续性,在需要空气除湿时,浓溶液被送入到除湿器中,对被处理空气进行除湿,实现空气的湿度调节。除湿后的稀溶液被稀溶液泵送入稀溶液储液罐中,当太阳能集热器工作时,稀溶液储液罐中的稀溶液被送入热交换器中预热,预热后的稀溶液进入冷凝器中继续吸收蒸汽中的潜热,最后流入太阳能集热器中加热。
有益效果:与现有技术相比,本发明利用太阳能集热器对需要再生的稀溶液进行加热,提高溶液水蒸气分压力,有效地利用了可再生能源作为系统驱动力,为缓解空调系统的能耗问题和环境问题做出贡献;膜再生技术的引入有效地避免了溶液再生过程中带液的风险,减少了盐溶液对周围环境的污染;利用真空泵营造负压环境,加大了膜组件两侧的水蒸气分压力差,增大了水蒸气的膜通量,增强了膜组件的再生效果;减压膜蒸馏再生技术不再受周围空气环境的影响,有效地克服了在高温高湿的气候状态下对再生过程效果不佳的问题,在热湿气候下,溶液再生效果明显;本发明的除湿方法,合理的利用潜热回收技术,将减压膜蒸馏出的水蒸气潜热回收用于预热稀溶液,增强了稀溶液的再生效果,提高了能源利用的效率;再生后的浓溶液在浓溶液储液罐中储存起来,盐溶液的巨大储能特性可以弥补太阳能能量密度低、间歇性、不稳定等问题。
附图说明
图1是太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。
如图1所示,附图标记为:太阳能集热模块Ⅰ、溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ、溶液除湿模块Ⅲ、潜热回收模块Ⅳ、太阳能集热器1、循环溶液泵2、中空纤维膜组件3、热交换器4、浓溶液储液罐5、浓溶液泵6、除湿器7、稀溶液泵8、稀溶液储液罐9、冷凝器10、气液分离器11、储水箱12、真空泵13。
太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统包括相互连接的太阳能集热模块Ⅰ、溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ、溶液除湿模块Ⅲ、潜热回收模块Ⅳ;具体连接方式如下:太阳能集热模块Ⅰ包括太阳能集热器1和与其相连的循环溶液泵2,太阳能集热器1的出口与循环溶液泵2的入口连接,太阳能集热器1的入口与冷凝器10的管程出口(溶液出口)相连接,循环溶液泵2的出口与中空纤维膜组件3管程入口(溶液入口)相连接。
溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ包括与循环溶液泵2相连的中空纤维膜组件3,和与中空纤维膜组件3相连的热交换器4,以及与热交换器4相连的浓溶液储液罐5。中空纤维膜组件3的管程出口(溶液出口)与热交换器4壳程入口相连,中空纤维膜组件3的壳程出口(空气出口)与冷凝器10的壳程入口(空气入口)相连,热交换器4壳程出口与浓溶液储液罐5的入口相连。
溶液除湿模块Ⅲ包括与浓溶液储液罐5相连的浓溶液泵6,和与浓溶液泵6相连的除湿器7,以及与除湿器7相连的稀溶液泵8。浓溶液储液罐5的出口连接除湿器7上方的喷淋装置,除湿器7的出口与稀溶液泵8的入口连接,稀溶液泵8的出口连接稀溶液储液罐9的入口,稀溶液储液罐9的出口与热交换器4的管程入口相连。
潜热回收模块Ⅳ包括与热交换器4相连的冷凝器10,与冷凝器10相连的气液分离器11,以及与气液分离器11相连的真空泵13、储水箱12。热交换器4的管程出口连接冷凝器10的管程入口(溶液入口),冷凝器10的管程出口(溶液出口)与太阳能集热器1的入口连接,冷凝器10的壳程出口连接气液分离器11的入口,气液分离器11的出口分别与真空泵13和储水箱12相连。
利用太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统进行除湿的方法,包括下述步骤:
1)在白天时,太阳能辐射充足,启动循环溶液泵2,太阳能集热模块Ⅰ开启,稀溶液流入太阳能集热器1中;
2)启动真空泵13,溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ开启,太阳能集热器1加热后的温度较高的稀溶液流入中空纤维膜组件3管程中,真空泵13在中空纤维膜组件3壳程中营造负压环境,增加了膜组件两侧水蒸气分压力差,稀溶液中的水分在膜的内侧汽化,产生的水蒸气通过膜孔扩散到真空侧,溶液经过中空纤维膜组件3后浓缩溶液浓度升高,高浓度溶液经过热交换器4降温后流入浓溶液储液罐5储存。
3)启动浓溶液泵6,溶液除湿模块Ⅲ开启,浓溶液从浓溶液储液罐5中流入除湿器7中,浓溶液和被处理空气在除湿器7中进行热质交换,达到空气除湿的目的,浓溶液吸收水分后变成稀溶液被稀溶液泵8送入到稀溶液储液罐9中储存。
4)循环溶液泵2和真空泵13开启时,潜热回收模块Ⅳ也开启,稀溶液从稀溶液储液罐9中流出,经过热交换器4进行预热,预热后的稀溶液流入冷凝器10的管程中,真空泵13使中空纤维膜组件3中产生的水蒸气流入到冷凝器10的壳程中,水蒸气在冷凝器10壳程中冷凝,冷凝水和空气均流入气液分离器11中分离,空气被真空泵13排出,冷凝水流入储水箱12中收集,冷凝释放的潜能加热稀溶液,温度升高后的稀溶液流入太阳能集热器1中进一步加热升温,形成溶液循环的过程。
5)当白天不需要除湿时,浓溶液泵6和稀溶液泵8均关闭,溶液除湿模块Ⅲ不工作,循环溶液泵2和真空泵13开启,太阳能集热器模块Ⅰ、溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ和潜热回收模块Ⅳ工作,稀溶液从稀溶液储液罐9中流出,分别经过预热加热、潜热回收加热、太阳能集热器1加热后流入中空纤维膜组件3中再生,再生后的浓溶液经过热交换器4冷却后流入浓溶液储液罐5中储存。
6)当夜间需要除湿时,循环溶液泵2和真空泵13关闭,太阳能集热器模块Ⅰ、溶液减压膜蒸馏再生模块Ⅱ和潜热回收模块Ⅳ不工作,浓溶液泵6和稀溶液泵8开启,溶液除湿模块Ⅲ工作,浓溶液泵6将浓溶液储液罐5中已经储存好的浓溶液送入到除湿器7中对被处理空气进行除湿,除湿后的稀溶液被稀溶液泵8送入到稀溶液储液罐9中储存。
Claims (6)
1.太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,其特征在于:包括太阳能集热器(1),所述的太阳能集热器(1)的出口与循环溶液泵(2)的入口连接,太阳能集热器(1)的入口与冷凝器(10)的管程出口相连接;所述的循环溶液泵(2)的出口与中空纤维膜组件(3)管程入口相连接,中空纤维膜组件(3)的管程出口与热交换器(4)壳程入口相连,中空纤维膜组件(3)的壳程出口与冷凝器(10)的壳程入口相连,形成含有水蒸气的空气通路;所述的热交换器(4)壳程出口与浓溶液储液罐(5)的入口相连,浓溶液储液罐(5)的出口连接除湿器(7)上方的喷淋装置,所述的除湿器(7)的出口与稀溶液泵(8)的入口连接,稀溶液泵(8)的出口连接稀溶液储液罐(9)的入口,稀溶液储液罐(9)的出口与热交换器(4)的管程入口相连,热交换器(4)的管程出口连接冷凝器(10)的管程入口。
2.根据权利要求1所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,其特征在于:所述的冷凝器(10)的壳程出口连接气液分离器(11)的入口。
3.根据权利要求2所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统,其特征在于:所述的气液分离器(11)的出口分别与真空泵(13)和储水箱(12)相连。
4.利用权利要求3所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统进行除湿的方法,其特征在于:包括下述步骤:
1)在白天时,太阳能辐射充足,启动循环溶液泵(2),太阳能集热模块开启,稀溶液流入太阳能集热器(1)中;
2)启动真空泵(13),溶液减压膜蒸馏再生模块开启,太阳能集热器(1)加热后的温度较高的稀溶液流入中空纤维膜组件(3)管程中,真空泵(13)在中空纤维膜组件(3)壳程中营造负压环境,增加了膜组件两侧水蒸气分压力差,稀溶液中的水分在膜的内侧汽化,产生的水蒸气通过膜孔扩散到真空侧,溶液经过中空纤维膜组件(3)后浓缩溶液浓度升高,高浓度溶液经过热交换器(4)降温后流入浓溶液储液罐(5)储存;
3)启动浓溶液泵(6),溶液除湿模块开启,浓溶液从浓溶液储液罐(5)中流入除湿器(7)中,浓溶液和被处理空气在除湿器(7)中进行热质交换,达到空气除湿的目的,浓溶液吸收水分后变成稀溶液被稀溶液泵(8)送入到稀溶液储液罐(9)中储存;
4)循环溶液泵(2)和真空泵(13)开启时,潜热回收模块也开启,稀溶液从稀溶液储液罐(9)中流出,经过热交换器(4)进行预热,预热后的稀溶液流入冷凝器(10)的管程中,真空泵(13)使中空纤维膜组件(3)中产生的水蒸气流入到冷凝器(10)的壳程中,水蒸气在冷凝器(10)壳程中冷凝,冷凝水和空气均流入气液分离器(11)中分离,空气被真空泵(13)排出,冷凝水流入储水箱(12)中收集,冷凝释放的潜能加热稀溶液,温度升高后的稀溶液流入太阳能集热器(1)中进一步加热升温,形成溶液循环的过程。
5.利用权利要求4所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统进行除湿的方法,其特征在于:当白天不需要除湿时,浓溶液泵(6)和稀溶液泵(8)均关闭,溶液除湿模块不工作,循环溶液泵(2)和真空泵(13)开启,太阳能集热器模块、溶液减压膜蒸馏再生模块和潜热回收模块工作,稀溶液从稀溶液储液罐(9)中流出,分别经过预热加热、潜热回收加热、太阳能集热器(1)加热后流入中空纤维膜组件(3)中再生,再生后的浓溶液经过热交换器(4)冷却后流入浓溶液储液罐(5)中储存。
6.利用权利要求4所述的太阳能潜热回收式减压膜蒸馏再生的溶液除湿系统进行除湿的方法,其特征在于:当夜间需要除湿时,循环溶液泵(2)和真空泵(13)关闭,太阳能集热器模块、溶液减压膜蒸馏再生模块和潜热回收模块不工作,浓溶液泵(6)和稀溶液泵(8)开启,溶液除湿模块工作,浓溶液泵(6)将浓溶液储液罐(5)中已经储存好的浓溶液送入到除湿器(7)中对被处理空气进行除湿,除湿后的稀溶液被稀溶液泵(8)送入到稀溶液储液罐(9)中储存。
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