CN114963363B - 一种溶液再生系统及再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶液再生系统及再生方法，一种溶液再生系统包括：溶液预热系统，用于预热稀溶液；太阳能储能系统，包括光伏组件、蓄电池、第一太阳能集热器以及相变换热器；在所述相变换热器内设置有相变储能材料；所述蓄电池用于存储所述光伏组件产生的电能；以及热局域再生器，与所述溶液预热系统连接，用于将稀溶液再生为浓溶液；热局域再生器包括光热膜、电加热部以及热水通道。本发明溶液再生方式不仅具有除湿溶液温升低的优点，同时具有太阳能利用率高的优点，可以高效节能的处理空气的湿负荷。

Description

一种溶液再生系统及再生方法

技术领域

本发明属于溶液再生领域，具体来说，涉及一种溶液再生系统及再生方法。

背景技术

气候变化是人类面临的全球性问题。2021年2月2日，《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，意见指出要确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。2019年我国建筑行业的碳排放量约为49.97亿吨，占全国碳排放的比重为49.97%，因此建筑行业的碳减排更为迫切。其中，空调系统能耗约占建筑总能耗的一半，而除湿所需能耗占空调能耗的20%~40%，特别是在高湿地区，除湿负荷突出了空调节能与室内空气品质之间的矛盾，增加了空气处理过程的能耗。因此，探究节能型的空气除湿技术对建筑行业的节能减排具有重要意义。现有的空气除湿技术主要包括了冷冻除湿、固体吸附除湿以及液体吸收除湿。冷冻除湿其耗能高，且需要对空气进行冷却除湿再加热，易造成大量能源损失。固体吸附除湿初投资较大，再生过程复杂，且设备存在不易维护等。液体除湿较好的实现了热湿独立控制，可以有效的降低空气处理过程中的运行能耗，是一种新型的空气处理方式。

液体除湿的主要原理是基于液体除湿剂对空气进行除湿，在该过程中，主要能耗就是液体除湿剂的再生，同时也是维持整个空调系统稳定运行的关键过程。目前常用的再生方式主要有热能再生，电能再生以及膜再生。但是上述再生方式存在一定的缺陷。传统的热能再生效率低下，且再生过程是一个开式循环过程，除湿溶液会出现泄露夹带的现象。同时也存在所需热量与供热系统难以耦合匹配等问题；电能再生需要消耗高品位能源且应用于高浓度除湿溶液效率低；膜再生存在膜组件成本高且易受污染等问题，同时存在溶液温升高的问题。

发明内容

技术问题：为了解决现有的技术对于溶液再生的弊端，本发明提供了一种溶液再生系统，实现溶液无温升或者低温生再生，有利于下一步的除湿过程，同时具有太阳能利用率高的优点，可以高效节能的处理空气的湿负荷。

技术方案：为了解决上述的问题，本发明采用的技术方案是：

一种溶液再生系统，包括：

溶液预热系统，用于预热稀溶液；

太阳能储能系统，包括光伏组件、蓄电池、第二太阳能集热器以及相变换热器；在所述相变换热器内设置有相变储能材料，所述相变换热器包括与相变储能材料进行换热的第一管路和第二管路；所述第二太阳能集热器与相变换热器的第一管路及光伏组件连接形成一个循环回路，通过第二太阳能集热器加热所述相变换热器中的变储能材料，并冷却光伏组件；所述蓄电池用于存储所述光伏组件产生的电能；

以及

热局域再生器，与所述溶液预热系统连接，用于将稀溶液再生为浓溶液；热局域再生器包括光热膜、电加热部以及热水通道；所述光热膜布置于溶液表面，吸收太阳能热量将其转化为热能，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生；所述电加热部布置于溶液表面，与所述太阳能储能系统的蓄电池连接，通过电加热部加热溶液，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生；所述热水通道布置于溶液表面，与所述相变换热器的第二管路连接，通过热水通道加热溶液，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生。

优选的，溶液预热系统包括稀溶液罐、溶液泵、太阳能集热器以及稀溶液保温罐。稀溶液罐的出口与溶液泵的入口相连，溶液泵的出口与流量计的入口相连，流量计的出口与太阳能集热器的入口相连，太阳能集热器的出口与稀溶液保温罐的入口相连。

优选的，所述热局域耦合储能再生系统包括热局域再生器、储能换热器。热局域再生器的出口与储能换热器的入口相连，储能换热器的换热溶液出口与热局域耦合储能再生器的入口相连。

优选的，所述热局域再生器在太阳光充足时，利用光热材料膜，布置于溶液表面，吸收太阳能热量将其转化为热能，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生。在太阳能供能不足时，从储能换热器吸取热量，通过界面加热方式实现溶液再生，同时利用蓄电池加热电加热膜，将电加热膜放置于溶液表面。

优选的，所述的储能换热器为内置储能材料，内置第一第二管路，从而实现储热取热模式。

优选的，所述太阳能储能系统包括PV/T组件，太阳能集热器以及蓄电池。PV/T组件的出口与太阳能集热器的入口相连，PV/T组件产生的电能储存在蓄电池中，太阳能集热器的出口与相变换热器的入口相连，蓄电池与电加热膜/电阻丝连接组成热局域再生器。

优选的，所述电加热膜，不仅仅局域于聚酰亚胺加热膜，也可以包括电阻丝加热等加热方式实现界面加热溶液从而再生。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明系统的热局域再生器，包括光热膜、电加热部以及热水通道，光热膜、电加热部以及热水通道均布置于水面，通过热局域的方式加热界面处的溶液，从而保证在气液界面处溶液发生高效的传质过程。该方式避免了传统的体积加热方式，不仅不利于下一步的除湿过程，同样也会造成能源利用率低的问题。因此，本发明可以实现无温升或者低温生溶液再生，同时具有能源转换效率高的优点。

（2）本发明的系统利用低品位能源，相比于传统溶液再生方式，具有更加节能的优点。充分利用太阳能的低品位热源，同时也考虑到太阳能的间歇性，将太阳能系统与储能系统有效的耦合。当太阳能量充足时，溶液经过热局域再生器实现再生，同时利用PV/T系统以及光热系统及储能系统，通过电能以及相变潜热的方式储存富余太阳能。当太阳能不足时，通过相变换热器以及蓄电池实现溶液的界面再生，从而保证系统的连续运行。

（3）本发明热局域再生器通过一个导热基体，将光热膜、加热膜和热水通道有机的形成一个整体，不仅方便热局域再生器在液面上的布置，更可以提高热局域再生器的再热效率。

（4）本发明的系统可以有效的利用资源，实现节能环保。相比于传统的溶液再生方式，该系统在运行时候几乎不需要额外的能源输入，低碳节能的处理空气的湿负荷。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明热局域再生器的再生原理图，其中a为光热膜/电加热膜界面再生原理图，b为相变换热界面再生原理图，c为相变换热耦合电加膜界面再生原理图。

图中有：稀溶液罐1、第一溶液泵2、第一阀门3、流量计4、第一太阳能集热器5、第二溶液泵6、第二阀门7、第二流量计8、稀溶液保温罐9、第三溶液泵10、第三阀门11、第三流量计12、热局域再生器13、第四阀门14、第四溶液泵15、相变换热器16、第五阀门17、第五溶液泵18、PV/T组件19、第二太阳能集热器20、蓄电池21、第六溶液泵22、第六阀门23、第六流量计24、浓溶液罐25、第六溶液泵26、第六阀门27、第六流量计28、除湿器29、冷水箱30、热水箱31。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明实施例的一种储能式太阳能热局域溶液再生系统，包括溶液预热系统、热局域耦合储能再生系统以及太阳能储能系统，溶液预热系统与热局域耦合储能再生系统连接，热局域耦合储能再生系统与太阳能储能系统连接。

上述实施例中，溶液预热系统包括稀溶液罐1、第一太阳能集热器5、以及稀溶液保温罐9，稀溶液罐1的出口与第一太阳能集热器5的入口通过第一管路相连，第一太阳能集热器5的出口与稀溶液保温罐9的入口通过第二管路相连。

第一管路设有第一溶液泵2、第一阀门3以及第一流量计4；所述的第二管路设有第二溶液泵6、第二阀门7以及第二流量计8。

上述溶液预热系统的工作过程为：稀溶液首先在稀溶液罐1中经过第一溶液泵2引入第一太阳能集热器5中进行预热，经过短暂的预热稀溶液的温度会稍有增加。然后第一太阳能集热器5的预热溶液经过第二溶液泵6的作用引用稀溶液保温罐，实现对稀溶液的预热作用。

太阳能储能系统包括PV/T组件19，第二太阳能集热器20，蓄电池21，及相变换热器16，冷水箱30以及热水箱31。冷水首先由第五溶液泵18从冷水箱30中引出到PV/T组件19，接入在进入第二太阳能集热器20中，接着通过与相变换热器16进行换热。

上述太阳能储能系统的工作过程是：冷水箱中的水首先由第五溶液泵18从冷水箱30中引出到PV/T组件19，接入在进入第二太阳能集热器20中，接着进入第一通路与相变换热器16进行换热。相变换热器中储存相变材料，水的热能将转化为相变材料的潜能。待需要用能时，相变换热器的第二通路接水进行换热，此时相变材料储存的热能将加热水，为热局域再生提供热源。

冷水先经过PV/T组件在接入第二太阳能集热器中，不仅可以提高PV/T组件的光伏效率，也可以提高太阳能的储能量。

相变换热器为内置储能材料，通过直接或翅片与管路接触，管路内通冷热流体，从而实现储热取热模式。内置的相变材料包括石蜡类，烷烃之类以及无机盐等相变材料。

热局域耦合储能再生系统包括热局域再生器13以及相变换热器16，热局域再生器13通过与相变换热器16的取热循环水通过换热模式相连。

上述热局域耦合储能再生系统的工作过程为：当环境太阳辐射充足时，采用太阳能光热膜为溶液再生。太阳能光热膜布置于溶液表面，在吸收太阳能之后转化为热能加热膜处的溶液，实现溶液的再生。同时开启储能模式，冷水首先经过PV/T组件19在接入第二太阳能集热器20中，此时经过加热的冷水在与相变换热器16进行热交换，将热量储存于相变储能换热器中。当环境太阳辐射不足中，冷水经过第四溶液泵15流入相变换热器16中，进行换热。冷水被加热为热水，在溶液表面下方布置热水通道，利用热水的热量实现溶液的表面加热从而实现热局域再生。同时接通蓄电池21，连接电阻丝等加热材料，布置于溶液表面，强化溶液再生的效果。经过再生后的溶液经过第六溶液泵引入浓溶液罐中，待除湿时使用。

热局域再生器13包括光热膜、电阻丝或者聚酰亚胺加热膜等。

热局域再生器包括一基体，光热膜和加热膜设置在基体上，在基体内设置有在呈平面布置的仿生分级换热管路；仿生分级换热管路包括一个进口和一个出口；在进口内通过多层分级分成2ⁿ个支路并按照相同的多层分级汇合成一路至所述出口。

第二管路热水通道的管材为铜或者铝等高导热材料，且布置于溶液表面下方1-5cm处。

本申请的系统中，稀溶液首先经过第一太阳能集热器5进行预热，储存于稀溶液保温罐中。在太阳能富足时，使用光热膜实现溶液的热局域再生，同时通过电能和相变潜能储存富余太阳能。在太阳能不富足时，通过取用相变换热器中的潜热以及电能实现溶液的热局域再生。本发明实施例的系统可以高效的利用太阳能实现溶液的再生，并且具有溶液温升低或者无温升的特点，有利于下一步的除湿过程。且在运行过程中几乎无能耗，具有很好的经济效益。

应理解上述所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种溶液再生系统，其特征在于，包括：

溶液预热系统，用于预热稀溶液；

太阳能储能系统，包括光伏组件、蓄电池、第二太阳能集热器以及相变换热器；在所述相变换热器内设置有相变储能材料，所述相变换热器包括与相变储能材料进行换热的第一管路和第二管路；所述第二太阳能集热器与相变换热器的第一管路及光伏组件连接形成一个循环回路，通过第二太阳能集热器加热所述相变换热器中的相变储能材料，并冷却光伏组件；所述蓄电池用于存储所述光伏组件产生的电能；

以及

热局域再生器，与所述溶液预热系统连接，用于将稀溶液再生为浓溶液；热局域再生器包括光热膜、电加热部以及热水通道；所述光热膜布置于溶液表面，吸收太阳能热量将其转化为热能，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生；所述电加热部布置于溶液表面，与所述太阳能储能系统的蓄电池连接，通过电加热部加热溶液，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生；所述热水通道布置于溶液表面，与所述相变换热器的第二管路连接，通过热水通道加热溶液，从而促进水分的蒸发实现溶液的再生；所述溶液预热系统包括稀溶液罐、溶液泵、流量计、第一太阳能集热器和稀溶液保温罐，稀溶液罐的出口与溶液泵的入口通过管路相连，溶液泵的出口与通过第一阀门接入流量计的入口，流量计的出口与第一太阳能集热器的入口相连，第一太阳能集热器的出口经过溶液泵与流量计之后与稀溶液保温罐的入口相连；所述热局域再生器包括一基体，光热膜和加热膜设置在基体上，在基体内设置有在呈平面布置的仿生分级换热管路；仿生分级换热管路包括一个进口和一个出口；在进口内通过多层分级分成2ⁿ个支路并按照相同的多层分级汇合成一路至所述出口；

太阳能功能充足时利用光热膜，吸收太阳能热量将其转化为热能，实现溶液的再生；在太阳能供能不足时，从储能换热器吸取热量，通过界面加热方式实现溶液再生，同时利用蓄电池加热电加热部，通过电加热部加热溶液；所述电加热部为加热膜或电阻丝。

2.根据权利要求1所述的溶液再生系统，其特征在于，所述加热膜为聚酰亚胺加热膜。

3.根据权利要求1所述的溶液再生系统，其特征在于，在所述相变换热器内设置有相变材料，内置第一第二管路，从而实现储热取热模式。

4.根据权利要求1所述的溶液再生系统，其特征在于，内置的相变储能材料为石蜡类，烷烃或无机盐。

5.一种基于权利要求1-4任一所述溶液再生系统的溶液再生方法，其特征在于，包括：

采用溶液预热系统对稀溶液进行预热；

对预热后的稀溶液，在所述热局域再生器内再生为浓溶液。

6.根据权利要求5所述的溶液再生方法，其特征在于，在所述热局域再生器内再生为浓溶液，包括：

冷水首先从冷水箱中引出到光伏组件，接入在进入第二太阳能集热器中，接着通过第一管路与相变换热器进行换热；

相变换热器中储存的相变材料在第二太阳能集热器流出的热水进行热交换，水的热能将转化为相变材料的潜能；

待需要用能时，相变换热器相变材料释放潜能加热第二管路中冷水，相变换热器的第二管路与热局域再生器的热水管路进行换热，为热局域再生提供热源。