CN111964168B - 制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，包括离子液体除湿器、换热器、再生冷凝器和回热器；其特征在于：所述离子液体除湿器设置有空气进口、液体出口、空气出口，空气进口与第一风机连接，空气出口通过第二风机和吸附装置与冷却器连接，液体出口通过稀溶液储液罐与回热器的第一进液端连接；所述吸附装置用于空气进行净化；所述冷却器用于对净化后的空气进行降温处理，达到设定要求后送入室内；所述离子液体除湿器内部设置有喷淋装置和冷却器；本发明可广泛应用在家庭、机关、企事业单位等领域。

Description

制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统
技术领域
本发明涉及空调系统领域，具体涉及一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统。
背景技术
空调的普遍使用可以改善室内的温度和湿度，增强室内热舒适，防止霉菌生长，提高建筑耐久性，但同时造成了大量的能源消耗，据估算，我国建筑物用能约占社会总能耗的30％，而空调系统的能耗约占建筑物用能的20％。大型公共建筑物中，这部分能耗比例已达50-60％。目前，超过90％的空调系统使用蒸汽压缩制冷循环，通过冷凝去除潮湿空气中的水分，这种空调系统需要低效的过冷和再热，这反过来大大降低了系统效率，增加了能源消耗和相关成本。
液体除湿空调系统(LDAC)是采用除湿和蒸发冷却原理对空气进行调节处理的空调方式，通过分别处理空气的温度与湿度，独立满足室内热舒适要求，得到了国内外学者的广泛关注。液体除湿空调系统(LDAC)的工作原理是：液体除湿剂吸收被处理湿空气当中的水蒸气，从而使空气湿度下降，被处理后的空气进入直接冷却器等焓降温加湿作为送风进入空调房间，除湿后的稀溶液被热源加热进行再生。
目前常见的除湿方式主要包括冷却除湿、固体吸附除湿和液体除湿。冷却除湿为了满足室内舒适性需求的空气湿度,实现除湿的目的,必须将空气经过蒸发器冷却除湿，由再热器加热升温来降低相对湿度，通常由于凝结水在盘管表面冻结，使冷却效率降低导致除湿效果也降低；因此，无法获得稳定湿度且耗电量较大。固体吸附除湿通常减湿性能不太稳定，随着时间的积累其性能逐渐下降，且再生性较差。液体除湿对于前者所具有的优点是除湿效果好，能连续工作，且有清洁空气的功能。
目前采LiBr溶液、CaCl2溶液、LiCl溶液等作为除湿剂，存在较强的腐蚀性,除湿溶液对设备的腐蚀一直制约着液体除湿空调技术的大规模应用。随着建筑对通风和更好的湿度控制需求的增加，研究人员不断寻求有前景的干燥剂液体，以降低成本和减少对设备的腐蚀，同时提高系统的整体性能。离子液体是由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子组成的盐，在室温和大气压下处于液相，离子液体具有较高的热稳定性,可以忽略其蒸汽压，且水溶性强，对于金属腐蚀性较小,这些特点使其能够作为潜在的替代传统的干燥剂液体。
此外，在目前的液体除湿空调系统中，再生器将除湿剂从空气中捕集的水分释放出来，并没有加以利用，然而，其水蒸气量较大，非常有必要对其进行收集加以利用，尤其是水资源匮乏地区以及空气湿度较大的地区。
通常空气中获取淡水的空气集水装置是利用水蒸气低于露点温度，使其凝结为液滴进而对水资源进行收集，适合于太阳能丰富的海边、沙漠地区的淡水收集。提取的水经过多级过滤、紫外线消毒和添加一些微量元素，水质完全可以达到国家饮用水的标准。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种用于控制空气温度、湿度及质量，并将空气中的水分有效收集并用于生活的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统。
本发明的技术方案是一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，包括离子液体除湿器、换热器、再生冷凝器和回热器；其特征在于：
所述离子液体除湿器设置有空气进口、液体出口、空气出口，空气进口与第一风机连接，空气出口通过第二风机和吸附装置与第二冷却器连接，液体出口通过稀溶液储液罐与回热器的第一进液端连接；吸附装置用于空气进行净化，第二冷却器用于对净化后的空气进行降温处理，达到设定要求后送入室内；离子液体除湿器内部设置有喷淋装置和冷却器；喷淋装置与浓溶液储液罐的出口连接，喷淋装置用于将浓溶液储液罐流出的离子液体浓溶液喷洒到离子液体除湿器内,离子液体浓溶液吸收空气中的水蒸气后变成离子液体稀溶液；冷却器用于利用冷却水对离子液体稀溶液进行冷却；离子液体稀溶液通过液体出口排出到稀溶液储液罐；冷却器通过进液端接收外部冷却水,冷却水与离子液体换热后通过冷却器的出液端排出到外部；回热器的第二进液端连接再生冷凝器的出液端，回热器的第一出液端连接再生冷凝器的进液端，回热器的第二出液端连接浓溶液储液罐的进口；回热器用于将从稀溶液储液罐内出来的离子液体稀溶液与从再生冷凝器内出来的离子液体浓溶液进行热交换，换热后离子液体稀溶液排出到再生冷凝器，换热后离子液体浓溶液排出到浓溶液储液罐；
所述再生冷凝器用于加热从回热器输入的离子液体稀溶液，使离子液体稀溶液中的水分蒸发，变成离子液体浓溶液排出到回热器；再生冷凝器的上方设置有冷却装置，冷却装置使再生冷凝器产生的水蒸气冷凝，冷凝后的液滴排入集水装置。
根据本发明所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统的优选方案，所述再生冷凝器内设置有热工质流道通道；太阳能集热器使换热器中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器内的热工质流道通道，以使离子液体稀溶液中的水分蒸发。
根据本发明所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统的优选方案，所述再生冷凝器内设置有热工质流道通道；太阳能蓄电池给电加热器提供电能，电加热器使换热器中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器，以使离子液体稀溶液中的水分蒸发。
本发明采用太阳能作为热源为再生器和蓄热材料提供能量；在太阳能欠缺的情况下采用蓄能材料释放储能为再生冷凝器提供热源，能够较大的减少其他能源的消耗。
根据本发明所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统的优选方案，冷却装置内设置有冷却工质通道，冷却工质通道内的冷却工质与再生冷凝器解析出来的水蒸气换热后,变成热工质,热工质输出到蓄热装置,所述蓄热装置吸收冷却装置排出的热工质的热量。
根据本发明所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统的优选方案，所述蓄热装置将吸收的热量与换热管内的工质换热。
根据本发明所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统的优选方案，集水装置收集的水通过净水装置净化后，送入室内供使用。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明是集除湿、制冷、净化、集水于一体化的空调系统，可以间接从空气中有效提取水资源，极大地解决了部分地区用水困难的问题。
2)本发明通过采用将再生器与冷凝器耦合于一体的再生冷凝器，将其两部分性能有效结合；在此基础上，不仅能够节省空间，而且能够将水蒸气有效地收集。
3)本发明可使用低温热源驱动该系统，为低品位热源的利用提供了有效的途径，使整个系统具有更高的系统性能系数，具有清洁、节能、易操作和所需能源品位低、环保性能好等优点。
4)本发明工质采用新型离子液体，其具有较高的热稳定性、可以忽略其蒸汽压、水溶性强、对于金属腐蚀性较小等优点；在除湿方面能够解决原有工质蒸汽压相对较高、对设备腐蚀性严重等问题。
本发明可广泛应用在家庭、机关、企事业单位等领域。
附图说明
图1为一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统结构示意图
图2为再生冷凝器结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图标：1-离子液体除湿器；2-太阳能集热器；3-太阳能光电板；4-太阳能蓄电池；5-电加热器；6-换热器；7-冷却器；8-再生冷凝器；9-回热器；10-浓溶液储液罐；11-稀溶液储液罐；12-蓄热装置；13-集水装置；14-净水装置；15-吸附装置；16-1-第一风机；16-2-第二风机；17-冷却器；18-喷淋装置；19-冷却装置；20-引流板；21-冷却工质通道；22-集水管；23-换热管；24-室内。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图3，一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，包括离子液体除湿器1、换热器6、再生冷凝器8和回热器9；
所述离子液体除湿器1设置有空气进口、液体出口、空气出口，空气进口与第一风机16-1连接，空气出口通过第二风机16-2和吸附装置15与第二冷却器7连接，液体出口通过稀溶液储液罐11与回热器9的第一进液端连接；吸附装置15用于空气进行净化，第二冷却器7用于对净化后的空气进行降温处理，达到设定要求后送入室内；离子液体除湿器1内部设置有喷淋装置18和冷却器17；喷淋装置18与浓溶液储液罐10的出口连接，喷淋装置18用于将浓溶液储液罐10流出的离子液体浓溶液喷洒到离子液体除湿器1内；冷却器17用于利用冷却水对离子液体浓溶液吸收空气中的水蒸气后的稀溶液进行冷却离子液体稀溶液通过液体出口排出到稀溶液储液罐11；冷却器17通过进液端接收外部冷却水,冷却水与离子液体换热后通过冷却器17的出液端排出到外部；回热器9的第二进液端连接再生冷凝器8的出液端，回热器9的第一出液端连接再生冷凝器8的进液端，回热器9的第二出液端连接浓溶液储液罐10的进口；回热器9用于将从稀溶液储液罐11内出来的离子液体稀溶液与从再生冷凝器8内出来的离子液体浓溶液进行热交换，换热后离子液体稀溶液排出到再生冷凝器8，换热后离子液体浓溶液排出到浓溶液储液罐10；所述再生冷凝器8用于加热从回热器9输入的离子液体稀溶液，使离子液体稀溶液中的水分蒸发，变成离子液体浓溶液排出到回热器9；再生冷凝器8的上方设置有冷却装置19，冷却装置19使再生冷凝器8产生的水蒸气冷凝，冷凝后的液滴顺延引流板20流入集水管中，并通过集水管排入集水装置13，集水装置13收集的水通过净水装置14净化后，送入室内供使用。
离子液体采用1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，在溶解度、减少对金属材料的腐蚀作用等方面具有较大改善。解决现有技术中除湿液体对于设备的腐蚀等问题，改进除湿溶液的物性和经济性。
在具体实施例中，所述再生冷凝器8内设置有热工质流道通道；太阳能集热器2使换热器6中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器8内的热工质流道通道，以加热从回热器9输入的离子液体。
所述再生冷凝器8内设置有热工质流道通道；太阳能蓄电池4给电加热器5提供电能，电加热器5使换热器6中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器8，以加热从回热器9输入的离子液体。
冷却装置19内设置有冷却工质通道，冷却工质通道的出口连接蓄热装置12，冷却工质通道的入口连接外部冷却水；从外部冷却水循环系统进入冷却工质通道内的冷却工质与再生冷凝器8解析出来的水蒸气换热后,变成热工质,热工质输出到蓄热装置12,所述蓄热装置12吸收冷却装置19排出的热工质的热量，热工质被换热后从蓄热装置12排出到外部。蓄热装置12壳采用盘管缠绕式换热形式，盘管所缠绕的管壳内灌注固-液相变蓄热材料，当蓄热装置12内的温度高于蓄热材料的相变温度时，吸收热量，相变蓄热材料由固态转变为液态；当温度下降至低于相变温度时，放出热量，相变蓄热材料由液态转变为固态。蓄热装置12所收集的热量可与换热管23内的工质换热，通过换热管23送入室内利用。换热管23内的工质可为水，也可以是空气。
冷却装置19包括冷却工质通道21、引流板20和集水管22，冷却工质通道21设置在冷却装置19的外周，引流板20设置为倒喇叭型，设置在冷却装置19内部，引流板20的低端与集水管连接，引流板20与冷却工质通道21的内壁面构成液滴流动通道，再生冷凝器8产生的水蒸气向上运动，被冷却工质通道21冷凝，冷凝后的液滴顺延引流板20流入集水管22中。
本发明的工作流程及原理为：
室内的空气通过第一风机16-1进入离子液体除湿器1，在离子液体除湿器1中逆流而上的空气与离子液体除湿器1内设置的喷淋装置18所喷洒的离子液体接触。由于空气中的水蒸气分压力大于离子液体表面的水蒸气分压力，所以水分会从空气向离子液体进行转移，空气被干燥，离子液体被稀释变成离子液体稀溶液，同时离子液体被稀释过程中会伴随着放出大量的潜热，由于这部分潜热的释放会使得离子液体温度有所上升，影响除湿的效果，所以由离子液体除湿器1内设置的冷却器17对离子液体进行冷却，在最大程度上达到较高的除湿效率。将处理后的空气通过第二风机16-2送入吸附装置15对其进行净化，并送入第二冷却器7对净化后的空气进行降温处理，达到舒适性要求后送入室内。离子液体稀溶液送入稀溶液储液罐11，再将离子液体稀溶液通过溶液泵通入回热器9，与再生冷凝器8处理后的离子液体浓溶液进行换热，在一定程度上减少热损失。
离子液体稀溶液从回热器9送入再生冷凝器8中，再生冷凝器8中的热源来自于太阳能集热器2所收集的热量；若受外界条件影响下不能有效收集热能则使用太阳能光电板3所收集的电能，给电加热器5提供电能，使换热器6中的水加热，加热后的水送入再生冷凝器8加热离子液体稀溶液，使离子液体稀溶液中的水分蒸发；再生冷凝器8的上方设置有冷却装置19，冷却装置19使水蒸气冷凝，被冷却后的液滴顺延引流板20流入集水管中；冷却水换热后通过集水管中的水排入集水装置13，再通过净水装置14净化后达到饮用标准送入室内供其使用。
本发明设计中，离子液体除湿器1设有用于引入室内空气的风机16-1，离子液体除湿器1通过管道将离子液体稀溶液送入稀溶液储液罐11，再将离子液体稀溶液通过溶液泵通入换热器6与再生冷凝器8处理后的浓溶液进行换热，在一定程度上减少热损失。
本发明设计中，离子液体稀溶液送入再生冷凝器8中，再生冷凝器8中的热源来自于太阳能集热器2所收集的热量；若受外界条件影响下不能有效收集热能则使用太阳能光电板3所收集的电能，给电加热器5提供电能将换热器6中的水进行换热，将其换热后的水送入再生冷凝器8加热稀溶液，使其溶液中的水分蒸发；再生冷凝器8上方由冷却装置，其冷源来自于外界引入冷却水，四周采用冷却水通入后将介质水冷却，制造低温内壁面使其水蒸气进行冷凝，被冷却后的液滴顺延引流板流入集水管中；之后，将集水管中的水排入集水装置13，通过净水装置14净化后达到饮用标准送入室内供其使用。
本发明将再生-集水耦合在一起，在此基础上构建再生冷凝器，其中再生冷凝器上部采用套筒形式，中间部分通过外界冷却水来冷却其夹层中的水，之后低温水将内表面预冷，其内表面将水蒸气降温后收集并流入集水装置中；从再生冷凝器预冷装置出来的冷却水携带部分能量，将其与蓄热材料进行换热，将热能保留以减少能源的浪费；将集水装置中的水通过净水装置对其杀菌、消毒并达到饮用标准后送入室内以供人使用，极大地缓解了当地用水困难的问题。本发明提供了一种通过离子液体除湿，且能够集水的系统。
以上所述实施例仅为本发明的一部分实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不脱离本发明上述技术思想的情况下作出的任何无创造性的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，包括离子液体除湿器（1）、换热器（6）、再生冷凝器（8）和回热器（9）；其特征在于：
所述离子液体除湿器（1）设置有空气进口、液体出口、空气出口，空气进口与第一风机（16-1）连接，空气出口通过第二风机（16-2）和吸附装置（15）与第二冷却器（7）连接，液体出口通过稀溶液储液罐（11）与回热器（9）的第一进液端连接；
所述吸附装置（15）用于空气进行净化；
所述第二冷却器（7）用于对净化后的空气进行降温处理，达到设定要求后送入室内；
所述离子液体除湿器（1）内部设置有喷淋装置（18）和冷却器（17）；所述喷淋装置（18）与浓溶液储液罐（10）的出口连接，喷淋装置（18）用于将浓溶液储液罐（10）流出的离子液体浓溶液喷洒到离子液体除湿器（1）内,离子液体浓溶液吸收空气中水蒸气后变成离子液体稀溶液；冷却器（17）用于对离子液体稀溶液进行冷却；离子液体稀溶液通过液体出口排出到稀溶液储液罐（11）；
所述回热器（9）的第二进液端连接再生冷凝器（8）的出液端，回热器（9）的第一出液端连接再生冷凝器（8）的进液端，回热器（9）的第二出液端连接浓溶液储液罐（10）的进口；回热器（9）用于将从稀溶液储液罐（11）内出来的离子液体稀溶液与从再生冷凝器（8）内出来的离子液体浓溶液进行热交换，换热后离子液体稀溶液排出到再生冷凝器（8），换热后离子液体浓溶液排出到浓溶液储液罐（10）；
所述再生冷凝器（8）用于加热从回热器（9）输入的离子液体稀溶液，使离子液体稀溶液中的水分蒸发，变成离子液体浓溶液排出到回热器（9）；再生冷凝器（8）的上方设置有冷却装置（19），冷却装置19使再生冷凝器（8）产生的水蒸气冷凝，冷凝后的液滴排入集水装置（13）；
冷却装置（19）内设置有冷却工质通道，冷却工质通道内的冷却工质与再生冷凝器（8）解吸出来的水蒸气换热后,变成热工质, 热工质输出到蓄热装置（12）,所述蓄热装置（12）吸收冷却装置（19）排出的热工质的热量。
2.根据权利要求1所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，其特征在于：
所述再生冷凝器（8）内设置有热工质流动通道；太阳能集热器（2）使换热器（6）中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器（8）内的热工质流动通道，以使离子液体稀溶液中的水分蒸发。
3.根据权利要求1所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，其特征在于：
所述再生冷凝器（8）内设置有热工质流道通道；太阳能蓄电池（4）给电加热器（5）提供电能，电加热器（5）使换热器（6）中的水加热，加热后的水通过管路送入再生冷凝器（8），以使离子液体稀溶液中的水分蒸发。
4.根据权利要求1所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，其特征在于：所述蓄热装置（12）将吸收的热量与换热管（23）内的工质换热。
5.根据权利要求1所述的制冷控湿净化集水一体的离子液体除湿空调系统，其特征在于：集水装置（13）收集的水通过净水装置（14）净化后，送入室内供使用。
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