一種基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)及除濕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于暖通空調(diào)和建筑熱工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)節(jié)能和膜蒸餾領(lǐng)域，特別涉及一種基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)及除濕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度和濕度是空氣調(diào)節(jié)過程中的兩個最重要的參數(shù)，人們往往以為空氣調(diào)節(jié)只是調(diào)節(jié)溫度參數(shù)，而實(shí)際的系統(tǒng)和裝置也大部分以控制溫度為主。然而，在實(shí)際生活中，濕度參數(shù)對人、建筑、家具、衣物等等都有很大的影響，過高或過低的濕度都會使人產(chǎn)生不舒適感。由于空氣中的水蒸氣含量很低，每千克空氣中只含有幾十克水蒸氣，但由于水蒸氣的汽化潛熱很高，除濕能耗往往占到空調(diào)總能耗的20-40%。
[0003]傳統(tǒng)空調(diào)裝置通過冷凝除濕來完成濕度調(diào)節(jié)，蒸發(fā)器的溫度必須達(dá)到空氣的冷凝溫度之下，這樣空氣的溫度也降低很多，而室內(nèi)送風(fēng)的時候，需要加熱除濕后的空氣溫度以達(dá)到室內(nèi)送風(fēng)溫度。這樣的濕度處理方法被認(rèn)為是不節(jié)能的過程。近年來出現(xiàn)的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，將濕空氣的溫度和濕度分開處理，先調(diào)節(jié)空氣的濕度，然后再調(diào)節(jié)處理后的空氣溫度，這樣的處理方式大大提高了制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器溫度，大大提高了制冷系統(tǒng)的C0P，系統(tǒng)節(jié)能特性得到大大提高。
[0004]濕度調(diào)節(jié)和控制方法除了上述的冷凝除濕方法，常用的還有溶液吸收除濕和吸附除濕方法。其中溶液吸收式除濕方法是將鹽溶液與濕空氣以逆流或叉流的方法在填料上實(shí)現(xiàn)熱量傳遞和水蒸氣的傳質(zhì)過程，這種方法容易出現(xiàn)溶液液滴的液膜夾帶或飛沫夾帶。解決液膜夾帶或飛沫夾帶的根本方法是將溶液與濕空氣隔離開來，使得水蒸氣能夠從濕空氣中擴(kuò)散傳遞到溶液中去，而溶液不能進(jìn)入到濕空氣中。膜分離技術(shù)中的膜蒸餾技術(shù)恰好符合這樣的要求。
[0005]膜蒸餾技術(shù)是傳統(tǒng)蒸餾工藝與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種高效分離技術(shù)，膜蒸餾利用高分子膜的疏水性和某些結(jié)構(gòu)上的功能達(dá)到溶液蒸餾濃縮的目的。高分子膜將流體隔開，利用膜兩側(cè)水蒸氣的分壓差實(shí)現(xiàn)水蒸氣的跨膜傳遞，而液體不能通過膜。不同于傳統(tǒng)的蒸餾工藝，膜蒸餾過程不需要將溶液加熱至沸騰狀態(tài)，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭罹涂蓪?shí)現(xiàn)蒸餾，因此操作溫度比傳統(tǒng)的蒸餾操作低得多，可有效利用地?zé)崮?、太陽能以及工業(yè)廢水余熱等廉價能源。膜蒸餾過程幾乎是在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡單、操作方便。在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過程中，只有水蒸氣能透過膜孔。
[0006]膜蒸餾大致分為四類，即減壓膜蒸餾或真空膜蒸餾，直接接觸式膜蒸餾，間隙式膜蒸餾和氣掃式膜蒸餾，其中氣掃式膜蒸餾將溶液布置在膜的內(nèi)側(cè)，外側(cè)有空氣吹掃，將膜外側(cè)擴(kuò)散出來的水蒸氣吹除，從而保證膜兩側(cè)的水蒸氣分壓差，實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮功能；另一種氣掃式膜蒸餾的水蒸氣擴(kuò)散方向則相反，水蒸氣從溫度較高的濕空氣中通過膜孔擴(kuò)散傳遞到溶液中被溶液吸收。
[0007]因此，以膜材料為界面，利用濕空氣與溶液的水蒸氣分壓差，實(shí)現(xiàn)濕空氣中水蒸氣的吸收和溶液的濃縮膜材料的重要應(yīng)用之一。
[0008]此外，在直接接觸式膜蒸餾中，膜兩側(cè)布置的都是溶液，利用膜兩側(cè)水蒸氣的分壓差實(shí)現(xiàn)水蒸氣的跨膜傳遞，同時，利用膜壁面的導(dǎo)熱作用實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。
[0009]專利《一種基于蒸氣壓縮與溶液吸收的膜法除濕的裝置及方法》(專利申請?zhí)?201310053755.3)公開了一種提高空氣壓力后的膜法除濕方法，這屬于壓力驅(qū)動膜除濕方法。專利《基于膜的復(fù)合除濕設(shè)備》(專利申請?zhí)?200420095112.1)公開了一種采用膜交換器回收排風(fēng)中的余熱余濕的方法，其中的膜交換器兩側(cè)都是氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)及除濕方法，本發(fā)明基于在常壓下依靠膜兩側(cè)水蒸氣分壓差實(shí)現(xiàn)溶液濃縮的分離方法，利用除濕機(jī)構(gòu)和再生機(jī)構(gòu)進(jìn)行空氣的除濕過程，達(dá)到了濕空氣的除濕和高溫高濕氣體的潛熱回收。
[0011]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0012]一種基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括除濕機(jī)構(gòu)和再生機(jī)構(gòu)；
[0013]所述除濕機(jī)構(gòu)包括膜吸收器，及與膜吸收器相連的膜式潛熱回收器，所述膜式潛熱回收器連通稀溶液儲液器、中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器，并通過冷源換熱器再連通至膜吸收器構(gòu)成回路；
[0014]所述再生機(jī)構(gòu)包括膜再生器，膜再生器與中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器通過熱源換熱器連接，膜再生器連接濃溶液儲液器，并與中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器構(gòu)成回路。
[0015]進(jìn)一步地，所述膜吸收器的側(cè)面設(shè)置有用于將新風(fēng)或回風(fēng)或者二者的混合風(fēng)送到膜吸收器的中空纖維膜表面的1#送風(fēng)機(jī)。
[0016]進(jìn)一步地，所述膜再生器的側(cè)面設(shè)置有用于將新風(fēng)或新風(fēng)與回風(fēng)的混合風(fēng)送到膜再生器的中空纖維膜表面2#送風(fēng)機(jī)。
[0017]進(jìn)一步地，所述稀溶液儲罐和濃溶液儲罐設(shè)置有保溫層。
[0018]進(jìn)一步地，所述除濕機(jī)構(gòu)和再生機(jī)構(gòu)中分別設(shè)有1#溶液循環(huán)栗和2#溶液循環(huán)栗。
[0019]相應(yīng)地，本發(fā)明給出了一種利用基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)的除濕方法，包括下述步驟:
[0020]1) 1#溶液循環(huán)栗和2#溶液循環(huán)栗開啟，1#送風(fēng)機(jī)、2#送風(fēng)機(jī)開啟，同時冷源交換冷源換熱器和熱源交換器開啟，系統(tǒng)處于啟動狀態(tài)；
[0021]2)熱源交換器加熱鹽溶液，溶液流入膜再生器中，與2#送風(fēng)機(jī)送過來的空氣在膜表面進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，溶液得到濃縮再生；吹除后的高溫高濕空氣流入膜式潛熱回收器(2)的殼側(cè)進(jìn)口，再次進(jìn)行換熱后，冷凝后的水和余氣從膜式潛熱回收器(2)的殼側(cè)出口排放；
[0022]3)再生后的溶液流入到濃溶液儲液器中，再經(jīng)過1#溶液循環(huán)栗流入到中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器中，進(jìn)入冷源換熱器中，得到冷卻后溶液流入膜吸收器，與1#送風(fēng)機(jī)送過來的空氣在膜表面進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣得到除濕，溶液吸收水蒸氣后變成稀溶液；
[0023]4)稀溶液經(jīng)膜式潛熱回收器進(jìn)入稀溶液儲液器中，再經(jīng)過溶液循環(huán)栗流入到中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器，從中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器流出后進(jìn)入熱源換熱器中，得到加熱后溶液流入膜再生器中，進(jìn)行溶液的循環(huán)。
[0024]進(jìn)一步地，所述膜式潛熱回收器使用的膜材料是致密疏水性無孔膜。
[0025]進(jìn)一步地，所述稀溶液儲罐和濃溶液儲罐中存儲有足量的濃鹽溶液，所述鹽溶液為溴化鋰溶液、氯化鋰溶液或氯化I丐溶液中的一種或兩種以上混合溶液。
[0026]進(jìn)一步地，所述膜吸收器、膜再生器和中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器使用的膜材料是致密疏水性微孔膜，包括聚乙烯PE膜材料、聚丙烯PP膜材料、聚四氟乙烯PTFE膜材料或聚偏氟乙烯PVDF膜材料。
[0027]因此，本發(fā)明利用膜分離技術(shù)中的膜蒸餾機(jī)理，基于氣掃式膜蒸餾的鹽溶液濃縮過程，為膜吸收器提供高濃度的鹽溶液，利用氣掃式膜蒸餾的濕空氣吸收過程，實(shí)現(xiàn)濕空氣的除濕目的，吸收后的溶液變?yōu)橄∪芤?，在膜再生器中再利用氣掃式膜蒸餾的濃縮過程進(jìn)行溶液的濃縮再生；為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能，在通過膜再生器后的高溫溶液與通過膜吸收器后的低溫溶液之間設(shè)置有基于直接接觸式膜蒸餾的中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器，實(shí)現(xiàn)熱量的回收，同時，能夠進(jìn)一步濃縮鹽溶液，稀釋稀鹽溶液；同時，再生器中氣掃式膜蒸餾的氣體變?yōu)楦邷馗邼駳怏w，將這股氣體引入到膜吸收器出口的低溫溶液，實(shí)現(xiàn)高溫高濕氣體的潛熱回收。本發(fā)明利用膜蒸餾機(jī)理和膜材料，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)濕度的調(diào)節(jié)和整個系統(tǒng)的節(jié)能功能。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0029]圖中:1:膜吸收器；2:膜式潛熱回收器；3:稀溶液儲液器；4:中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器；5:冷源換熱器；6:熱源換熱器；7:膜再生器；8:濃溶液儲液器；9:1#溶液循環(huán)栗；10 -.2#溶液循環(huán)栗；11:1#送風(fēng)機(jī)；12 -.2#送風(fēng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]參照圖1，本發(fā)明一種基于膜蒸餾的回?zé)峄刭|(zhì)型溶液膜除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括除濕機(jī)構(gòu)和再生機(jī)構(gòu)；
[0032]所述除濕機(jī)構(gòu)包括膜吸收器1，及與膜吸收器1相連的膜式潛熱回收器2，所述膜式潛熱回收器2連通稀溶液儲液器3、中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器4，并通過冷源換熱器5再連通至膜吸收器1構(gòu)成回路；所述再生機(jī)構(gòu)包括膜再生器7，膜再生器7與中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器4通過熱源換熱器6連接，膜再生器7連接濃溶液儲液器8，并與中空纖維膜溶液熱質(zhì)交換器4構(gòu)成回路。
[0033]系統(tǒng)具體的連接方式為:
[0034]膜吸收器1的出口與膜式潛熱回收器2的管側(cè)溶液進(jìn)口連接；膜式潛熱回收器2的管側(cè)溶液出口與稀溶液儲液器3的進(jìn)口連接；稀溶液儲液器3的出口與2#溶液循環(huán)栗10的進(jìn)口連接;2#溶液循環(huán)栗