CN109579199A - 一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统 - Google Patents

一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，涉及建筑节能工程技术领域，包括半渗透膜溶液除湿装置、超声波雾化溶液再生装置、热泵循环回路；热泵循环回路由压缩机、冷凝器、储液器、节流阀和蒸发器依次连接组成；超声雾化溶液再生装置的出口与储液罐连接，储液罐经溶液循环泵依次与溶液‑溶液热交换器、辅助冷却器、蒸发器和半渗透膜除湿装置的进口相连接；半渗透膜溶液除湿装置内置有半渗透纤维膜，出气口连接轴流风机；半渗透膜溶液除湿装置的出口经溶液‑溶液热交换器、冷凝器后与超声波雾溶液再生装置的进口相连。该系统改善了湿空气带液问题并且提高除湿效率和能量利用率。

Description

一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统
技术领域
本发明涉及本发明涉及建筑节能工程应用技术领域，尤其涉及一种热泵驱动的溶液除湿空调系统。
背景技术
在生产生活中，空气湿度十分重要。过高的空气湿度会显著降低室内环境的热舒适性，引起金属腐蚀、室内家具霉变和电器绝缘性降低等问题。目前传统的空气除湿方式包括冷凝除湿、固体吸附除湿和溶液吸收除湿。冷凝除湿通过将空气温度降低到露点温度以下使空气中的水蒸气冷凝。由于冷凝除湿后的空气温度很低，还需要再加热除湿后的空气使其达到送风状态。冷凝除湿的降温和再热过程浪费了大量的能量，导致其除湿效率低下。固体吸附除湿是利用具有吸湿能力的固体吸附剂(硅胶、分子筛和氧化等)与被处理空气接触，利用两者之间的水蒸气分压力差进行水分转移。吸湿后的固体吸湿剂再生困难，通常采用电加热和蒸汽加热进行再生，该过程需要消耗大量高品位的能量。
溶液除湿利用具有吸湿能力的盐溶液(LiCl，LiBr和CaCl2等)对空气进行除湿。在溶液除湿器内，由于空气和除湿溶液存在表面水蒸气分压力差，水蒸气从空气转移到溶液中去。除湿后的溶液浓度降低，吸湿能力下降，通过加热稀溶液提高其表面水蒸气分压力，水蒸气由除湿溶液转移到再生空气中完成再生。与传统的除湿方式相比，溶液除湿具有以下优点：(1)可以利用低品位热能和可再生能源作为主要驱动能源。(2)可实现高密度的蓄能。(3)由于除湿溶液的流动性使机组便于安装布置。
中国专利(申请)号为CN106369715A中提到一种热泵驱动的复合式内冷型溶液除湿空调机组，该装置同时利用热泵系统产生的冷量和热量对除湿溶液进行除湿和再生。但是该装置没有解决被处理空气带液问题。中国专利(申请)号为CN101975421A中提到一种热泵驱动的膜式液体除湿蓄能装置，该装置的除湿器和再生器的膜组件具有选择透过性，只允许水蒸气透过。虽然该系统彻底解决了除湿空气带液问题，但是相比于其它直接接触式的除湿方式，溶液膜除湿效率很低。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，以解决除湿空气带液问题并且提高除湿效率和能源利用率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何解决除湿空气带液问题并且提高除湿效率和能源利用率。
为实现上述目的，本发明提供了一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，包括半渗透膜溶液除湿装置、超声波雾化溶液再生装置、热泵循环回路；
所述热泵循环回路由压缩机、冷凝器、储液器、节流阀和蒸发器依次连接组成；
所述超声雾化溶液再生装置的出口与储液罐连接，所述储液罐经溶液循环泵依次与溶液-溶液热交换器、辅助冷却器、所述蒸发器和所述半渗透膜除湿装置的进口相连接；
所述半渗透膜溶液除湿装置内置有半渗透纤维膜，出气口连接轴流风机；所述半渗透膜溶液除湿装置的出口经所述溶液-溶液热交换器、所述冷凝器后与所述超声波雾溶液再生装置的进口相连。
进一步地，所述超声波雾化溶液再生装置内置有丝网除雾器、轴流风机、超声波雾化器、超声波发生器、阻液挡板，所述超声波雾化器、所述阻液挡板和所述超声波发生器由外向内依次设置在所述超声波雾化溶液再生装置的进口，所述丝网除雾器和所述轴流风机由内向外依次设置在所述超声波雾化溶液再生装置的进口之外作为出气口，所述超声波雾化溶液再生装置的出口也设置有所述阻液挡板。
进一步地，所述蒸发器和所述冷凝器为钛套管换热器。
进一步地，所述溶液-溶液热交换器和所述辅助冷却器为钛套管换热器或板式换热器。
进一步地，所述蒸发器和所述冷凝器的壳程走制冷剂，管程走除湿溶液。
进一步地，所述半渗透纤维膜包括亲水层、支撑层和憎水层，所述半渗透纤维膜为多孔膜、致密膜或静电纺丝膜中的任一种。
进一步地，所述亲水层、支撑层和憎水层在除湿器内平行排列，流道形状为矩形、三角形或正弦型中的任一种。
进一步地，流体在所述半渗透膜除湿装置内流动形式包括顺流、逆流和交叉流。
进一步地，所述溶液-溶液热交换器一侧换热端连接于所述半渗透膜除湿装置溶液出口和所述冷凝器进口之间，另一侧连接于所述溶液循环泵和所述辅助冷却器之间。
进一步地，所述辅助冷却器一侧换热端与外接冷却水相连，另一侧换热端连接于所述溶液-溶液热交换器和所述蒸发器之间。。
本发明具有以下技术效果：
(1)利用超声波雾化装置对溶液进行再生，显著提高了气液接触面积，缩小了再生器的尺寸同时降低了再生温度；
(2)利用半渗透膜进行溶液除湿，杜绝了除湿空气带液问题，避免了除湿溶液对风道和室内家具的腐蚀以及对人体健康造成的负面影响；
(3)同时利用热泵系统产生的热量和冷量对除湿溶液进行加热和冷却，显著提高了除湿系统的能量利用效率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一较佳实施案例的结构示意图。
其中，1—轴流风机，2—丝网除雾器，3—超声波雾化器，4—雾化室，5—阻液挡板，6—内膜组件，7—半渗透膜组件，8—储液罐，9—超声波发生器，10—溶液循环泵，11—储液器，12—冷凝器，13—节流阀，14—压缩机，15—钛套管溶液-溶液热交换器，16—蒸发器，17—辅助冷却器。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明包括轴流风机1、丝网除雾器2、超声波雾化器3、阻液挡板5、储液罐8、超声波发生器9、溶液循环泵10、储液器11、冷凝器12、节流阀13、压缩机14、钛套管溶液-溶液热交换器15、蒸发器16、辅助冷却器17和半渗透膜组件7组成。
超声波雾化溶液再生装置的空气进口位于雾化室4底部，超声波雾化器3位于雾化室4上部中央位置。轴流风机1、丝网除雾器2、阻液挡板5、超声波雾化器3和阻液挡板5分别从上到下布置于超声波雾化溶液再生装置内。
对溶液进行再生时，除湿溶液经超声波雾化器3从雾化室4上部喷淋下来，与逆向流动的再生空气进行热质交换，从而完成再生过程。再生后的溶液从超声波雾化溶液再生装置底部流入储液罐8内。超声波雾化器3的频率选用范围为20-200kHz。
溶液循环泵10连接储液罐8和钛套管溶液-溶液热交换器15，再生后的溶液由储液罐8流入钛套管溶液-溶液热交换器15与流出半渗透膜除湿器7的除湿溶液进行热量交换。
流出钛套管溶液-溶液热交换器15的再生溶液进入辅助冷却器17和蒸发器16进行降温，降温后的除湿溶液进入半渗透膜除湿器7进行空气除湿。
流出钛套管溶液-溶液热交换器15的除湿后溶液进入冷凝器12加热后进入超声波雾化器3，雾化后的溶液在雾化室4内再生。
半渗透膜除湿器7的内膜组件6为板式复合膜，其由亲水层、疏水层和支撑层组成，可以是多孔膜、致密膜和静电纺丝膜。膜组件在膜除湿器内平行排列，流道形状为矩形、三角型和正弦型。
上述实施例中工作原理：
经过钛套管冷凝器12加热后的除湿溶液进入超声波雾化器3再生，雾化后的除湿溶液液滴在雾化室4内与从下往上流动的再生空气进行热质交换。再生就的除湿溶液从超声波雾化溶液再生装置底部流出进入储液罐8，与储液罐8相连的溶液循环泵10将除湿溶液送入钛套管溶液-溶液热交换器15，经过热量交换的除湿溶液进入辅助冷却器17内被进一步冷却，然后进入蒸发器16被冷却到除湿所需温度，之后进入半透膜除湿装置对空气除湿。除湿后的溶液流入钛套管溶液-溶液热交换器15与再生后的溶液进行热量交换，经过热量交换后的除湿溶液进入冷凝器12进一步加热后流入超声波雾化溶液再生装置再生，从而完成整个系统循环。
本发明具有以下优点：
本发明同时利用蒸发器16和冷凝器12组成的热泵系统产生的热量和冷量对除湿溶液进行再生和冷却，利用钛套管溶液-溶液热交换器15分别对流出超声波雾化再生装置和半渗透膜除湿装置的溶液进行能量回收。该发明可以显著提高能量的利用效率。超声雾化显著提高了溶液与再生空气的接触面积，降低了溶液再生温度。半渗透膜只允许水蒸气透过而阻止其它和溶液渗透，从而彻底杜绝了溶液除湿过程中除湿空气携带液滴的问题。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，包括半渗透膜溶液除湿装置、超声波雾化溶液再生装置、热泵循环回路；
所述热泵循环回路由压缩机、冷凝器、储液器、节流阀和蒸发器依次连接组成；
所述超声雾化溶液再生装置的出口与储液罐连接，所述储液罐经溶液循环泵依次与溶液-溶液热交换器、辅助冷却器、所述蒸发器和所述半渗透膜除湿装置的进口相连接；
所述半渗透膜溶液除湿装置内置有半渗透纤维膜，出气口连接轴流风机；所述半渗透膜溶液除湿装置的出口经所述溶液-溶液热交换器、所述冷凝器后与所述超声波雾溶液再生装置的进口相连。
2.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述超声波雾化溶液再生装置内置有丝网除雾器、轴流风机、超声波雾化器、超声波发生器、阻液挡板，所述超声波雾化器、所述阻液挡板和所述超声波发生器由外向内依次设置在所述超声波雾化溶液再生装置的进口，所述丝网除雾器和所述轴流风机由内向外依次设置在所述超声波雾化溶液再生装置的进口之外作为出气口，所述超声波雾化溶液再生装置的出口也设置有所述阻液挡板。
3.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述蒸发器和所述冷凝器为钛套管换热器。
4.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述溶液-溶液热交换器和所述辅助冷却器为钛套管换热器或板式换热器。
5.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述蒸发器和所述冷凝器的壳程走制冷剂，管程走除湿溶液。
6.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述半渗透纤维膜包括亲水层、支撑层和憎水层，所述半渗透纤维膜为多孔膜、致密膜或静电纺丝膜中的任一种。
7.如权利要求6所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述亲水层、支撑层和憎水层在除湿器内平行排列，流道形状为矩形、三角形或正弦型中的任一种。
8.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，流体在所述半渗透膜除湿装置内流动形式包括顺流、逆流和交叉流。
9.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述溶液-溶液热交换器一侧换热端连接于所述半渗透膜除湿装置溶液出口和所述冷凝器进口之间，另一侧连接于所述溶液循环泵和所述辅助冷却器之间。
10.如权利要求1所述的一种热泵驱动的半渗透膜除湿超声雾化再生溶液空调系统，其特征在于，所述辅助冷却器一侧换热端与外接冷却水相连，另一侧换热端连接于所述溶液-溶液热交换器和所述蒸发器之间。
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