專利名稱：熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對載體(載冷劑)溶液濃度控制與調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
在尋求低碳經(jīng)濟(jì)的今天，對建筑物中使用的冷熱空調(diào)和熱水體系，常規(guī)的多為水 和地源熱泵技術(shù)，采用中國專利ZL200720025071新型能源塔即采用低融點(diǎn)載冷劑溶液吸 取空氣中能量的熱量交換塔提供了一種空氣和載冷劑進(jìn)行熱交換，提取空氣中低品位熱量 的方法，用于解決地質(zhì)和周邊水環(huán)境的限制，換熱效率高，節(jié)能環(huán)保，機(jī)組荷載低，能耗小， 不受區(qū)域限制。但該能源塔系統(tǒng)屬于開式塔，在春夏秋三季使用在運(yùn)行過程中沒有問題， 但冬季運(yùn)行時需要使用低融點(diǎn)載冷劑溶液和空氣接觸，當(dāng)環(huán)境濕度大時，容易吸收高濕空 氣中的水分而稀釋，導(dǎo)致溶液濃度(在冬季工作時溶液濃度需要有一定的鹽份含量、如采 用乙二醇、氯化鎂、工業(yè)鹽、氯化鈣或氯化鈉作為載冷劑溶質(zhì)，一般要求溶液的濃度在14% 以上)減小，冰點(diǎn)上升，如導(dǎo)致結(jié)冰則會使系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。此外，現(xiàn)有的熱量交換塔還 存在當(dāng)漂淋和雨水侵入，漂淋時也會損失載冷劑溶質(zhì)，雨水侵入吸收高濕空氣中的水分是 大量的，也會導(dǎo)致溶液變稀和溶液的增加，導(dǎo)致載冷劑濃度降低且量大溢出，導(dǎo)致乙二醇、 氯化鎂、氯化鈣或氯化鈉的流失，導(dǎo)致成本的增高和或復(fù)雜的添加系統(tǒng)，如當(dāng)濃度降低后通 常的做法是定期手動或通過計(jì)量泵定時定量添加載冷劑溶質(zhì)、堿性溶劑和緩釋劑等。另 還造成環(huán)境污染。以維持載冷劑濃度(保證冰點(diǎn))，以達(dá)到可靠運(yùn)行的目的，如中國專利 2008202225189. 4能源塔自動加藥裝置并已經(jīng)在應(yīng)用，但這種方案增加了帶來了載冷劑溶 質(zhì)的消耗，造成了環(huán)境污染，大大提高了運(yùn)營成本，而且能源塔自動加藥裝置本身的投入亦 不低。由于未能有經(jīng)濟(jì)合適的除去載冷劑溶質(zhì)的水分技術(shù)，因此能源塔熱泵技術(shù)的發(fā)展和 推廣碰到了一個瓶頸。雖然海水淡化可采用多效蒸發(fā)，適用高鹽水處理，但多效蒸發(fā)需要高 頻熱源和強(qiáng)耐腐蝕設(shè)備，投資巨大，運(yùn)行、能耗極高。另有反滲透膜(RO)技術(shù)分為海水淡化 膜C60mpa)、苦咸水膜及純水膜ClOmpa))，投資的成本低，但只適用低含鹽度，產(chǎn)水率低。 且運(yùn)行期短，膜污染嚴(yán)重、更換頻繁。仍難以用于本實(shí)用新型的載冷劑溶液。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，提供一種能源塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，去除載冷 劑中水分，濃縮載冷劑溶液，保證能源塔載冷劑在冬季的正常使用，解決現(xiàn)有的能源塔熱 泵系統(tǒng)能源塔載冷劑濃度在冬季使用時因吸收高濕空氣中的水分，尤其是雨雪天稀釋后導(dǎo) 致載冷劑濃度降低且有相當(dāng)溢出，導(dǎo)致載冷劑溶液凝固點(diǎn)下降使機(jī)組無法運(yùn)行，也導(dǎo)致氯 化鈣、氯化鎂、氯化鈉、乙二醇或丙三醇等的流失的問題、增加成本及造成環(huán)境污染的問題 (冬季使用狀態(tài))。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，利用中空 纖維疏水膜制成管狀，尤其是密排的管狀結(jié)構(gòu)，也可以采用弧形板、平板、中空纖維結(jié)構(gòu)；密 排的管狀膜管的結(jié)構(gòu)如下，密排的膜管的露出管內(nèi)側(cè)面的端面，且露出所有管內(nèi)側(cè)的端面通過密封層與膜管管外的側(cè)面分開，即管內(nèi)的腔均連通成為膜的一側(cè)(熱側(cè))，管外的腔亦 是連通的膜的另一側(cè)(冷側(cè))；密排的管狀置于外殼內(nèi)，并設(shè)有連通管內(nèi)側(cè)面與管外側(cè)面的 進(jìn)出口。密排的管狀膜管的內(nèi)進(jìn)入及流出濃縮后濃溶液，管的外腔則流出稀液(水)。載冷 劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置側(cè)部開孔管道上設(shè)有抽吸泵。熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)方法，吸濕后的熱量交換塔載冷劑溶液采用 中空纖維疏水膜構(gòu)成的膜蒸餾器低溫蒸餾處理，通過膜蒸餾濃縮濃溶液在中空纖維疏水 膜的熱側(cè)溫度37-85°C，尤其是40-60°C，蒸餾凝結(jié)后的水在中空纖維疏水膜的另一側(cè)即冷 側(cè)排出。溶液和水均采用泵作為輸送動力，也可以采用液位壓力差送液。載冷劑熱交換塔載冷劑溶液尤其是經(jīng)第一換熱器加熱后，溶液進(jìn)入膜蒸餾器的熱 側(cè)，溶液出口直接回流至載冷劑熱交換塔、或回流至第一換熱器，經(jīng)不斷濃縮后再回流至載 冷劑熱交換塔；采用平面或列管式結(jié)構(gòu)的膜蒸餾器的冷側(cè)凝結(jié)水流出，冷側(cè)凝結(jié)水經(jīng)過第 二換熱器，第二換熱器串聯(lián)在載冷劑熱交換塔與第一換熱器連接的管道上，經(jīng)第二換熱器 后排出或再串入膜蒸餾器的冷側(cè)循環(huán)。溶液側(cè)采用適當(dāng)加壓包括液位提升的方法加壓、或控制流動速度，而水側(cè)的采取 降低液位或抽一點(diǎn)真空的方式，密排的管狀膜管的內(nèi)進(jìn)入及流出濃縮后濃溶液，管的外腔則流出稀液(水)。本實(shí)用新型熱量交換塔的載冷劑容器上設(shè)有的溢流孔，設(shè)有儲液罐接溢流的載冷 劑工質(zhì)或濃液，第一換熱器可以是儲液罐且是一個加熱罐，將濃液進(jìn)行加溫處理，如采用水 浴或電熱的方法進(jìn)行加熱處理，達(dá)到工作溫度時輸入載冷劑溶液進(jìn)行濃縮(采用疏水膜蒸 餾方法，采用上述裝置)，去除水分后的濃液再作為載冷劑溶液或再次濃縮(也可立即加入 熱量交換塔的載冷劑中)，也可以根據(jù)熱量交換塔的載冷劑液體密度(濃度)進(jìn)行添加，而 載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置抽出的稀液(水)可直接無害排放。本實(shí)用新型的有益效果是通過本實(shí)用新型能源塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)方法 與裝置，去除載冷劑中水分，濃縮載冷劑溶液，而且溶液加熱和稀液(水)的換熱平衡合理， 效果良好，保證能源塔載冷劑在冬季的正常使用，解決現(xiàn)有的能源塔熱泵系統(tǒng)能源塔載冷 劑濃度在冬季使用時因吸收高濕空氣中的水分，稀釋鹽份后導(dǎo)致載冷劑濃度降低且溢出、 導(dǎo)致乙二醇、氯化鎂、氯化鈣或氯化鈉的流失的問題。本實(shí)用新型裝置簡單，運(yùn)行成本低。用 途極為廣泛可以用于一切空氣源熱泵的熱量交換塔配套對載冷劑濃度進(jìn)行控制，包括用 于家用型熱泵載冷劑溶液濃度控制與調(diào)節(jié)，冬季使用時可以使換熱器不結(jié)霜，提高熱泵的 制熱效率一這是目前冬季使用時一直存在的問題；夏天因采用制冷機(jī)組，塔蒸發(fā)散熱，不 需要用鹽水降低熔點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型方法流程示意圖圖2是本實(shí)用新型熱量交換塔的載冷劑容器的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
熱量交換塔載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置，用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結(jié)構(gòu)， 密排的膜管的端面在露出管內(nèi)側(cè)面與所有管外側(cè)面之間設(shè)有密封層，將膜管的管內(nèi)側(cè)面與膜管的外側(cè)面分開，即管內(nèi)的腔均連通成為膜的一側(cè)即熱側(cè)，管外的腔亦是連通的膜的另 一側(cè)即冷側(cè)；密排的管狀置于外殼內(nèi)，并設(shè)有連通管內(nèi)側(cè)面的進(jìn)出口，還設(shè)有連通管外側(cè)面 的進(jìn)出口。進(jìn)出口作為溶液和水的循環(huán)的進(jìn)出口。疏水性微孔膜采用的材質(zhì)也可以采PTFE、PVDF, PP ；壁厚0. 1-0. 3mm，提供具有滲 透膜的半透性壁，該滲透膜具有多個小孔、這些小孔中的至少一部分依尺寸制造成允許毛 細(xì)冷凝；平均孔徑0. 12-0. 17 μ m。將滲透流體滲透膜的熱側(cè)，其冷側(cè)被暴露給滲透流體；本 實(shí)用新型采用改性聚偏氟乙烯(PVDF)等材料構(gòu)成中空纖維疏水膜，尤其是密排的管狀結(jié) 構(gòu)；密排的管狀膜管的結(jié)構(gòu)如下，密排的管狀膜管排成平的端面，露出管內(nèi)的側(cè)面，所有管 外的側(cè)面處均由環(huán)氧或PET等粘接材料進(jìn)行粘接或其它方式固定(膜管固定在陣列的漏斗 上，每個漏斗均通一根膜管導(dǎo)流)，因此，使管內(nèi)的腔均連通成為膜的一側(cè)(熱側(cè))。管外側(cè) 的所有腔體亦連通的膜的另一側(cè)(冷側(cè))；密排的管狀膜管的內(nèi)進(jìn)入及流出溶液(包括濃 縮后溶液)，管的外側(cè)的所有腔體則流出稀液(水)；密排的管狀可以是直線形，也可以是弧 線形，所述端面結(jié)構(gòu)密排的管狀膜管置于一容器內(nèi)，上下端構(gòu)成濃溶液通道，從容器的側(cè)部 開孔可引出稀液通道。載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置側(cè)部開孔管道上設(shè)有抽吸泵。濃溶液通道 的濃液直接接入載冷劑循環(huán)系統(tǒng)，而稀液(水)直接排出或供冷卻循環(huán)水使用。冷側(cè)溫度 在 1-37 "C。本實(shí)用新型根據(jù)載冷劑的濃度進(jìn)行控制，當(dāng)濃度低于某一閾值時，膜的通量膜的 處理通量可以達(dá)到6-15L/m2h，在更優(yōu)條件下高達(dá)15-21L/m2h。采用10平方米面積的疏水性 微孔膜可以每小時排出80千克以上的淡水，隨著膜技術(shù)的提高，此量還可以增加。利用此 膜制成管狀，低溫疏水膜蒸餾法進(jìn)行鹽水濃縮處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用1平方米面積的疏 水性微孔膜，控制熱側(cè)的流速為0. 5m/s，冷側(cè)的流速為0. 2m/s，用100L的進(jìn)水含CaCl2濃度 8% (重量比)，當(dāng)熱側(cè)溫度在37-40°C時，運(yùn)行時間2. 5h，出水20千克，濃度提高到10%， 運(yùn)行4小時，可以出水31千克，濃度提高到12%。升溫至45°C，連續(xù)運(yùn)行時間3h，出水25 千克，升溫至55°C，連續(xù)運(yùn)行時間3h，出水26千克。升溫至60°C，連續(xù)運(yùn)行時間3h，出水26 千克，升溫80度效果更好。采用NaCl溶液，基本上與CaCl2的結(jié)果相同。采用工業(yè)鹽溶液 亦與CaCl2的試驗(yàn)結(jié)果相同?？刂茻醾?cè)的流速逐漸減少到0. 25m/s時，冷側(cè)的透水通量略 有減少，冷側(cè)的流速減少到0. lm/s時冷側(cè)的透水通量亦有減少，流速增加時不會對透水通 量有所影響。維持熱冷兩側(cè)的溫度差(尤其是15-30度)對保持通量是有良好影響的。為 了保證通量，可以將本將多套實(shí)用新型裝置并聯(lián)或串聯(lián)。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是列管式膜蒸 餾器，尤其是采用并聯(lián)或串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使排出無鹽水的通量能夠滿足。當(dāng)然不進(jìn)行循環(huán)時每次控制流量亦可以排出適量的水，通過第一和第二熱交換器 可使處理后的載冷劑熱量充分應(yīng)用，加溫后的濃縮載冷劑液體進(jìn)入熱交換塔后均是有助于 提高換熱效率的。第二熱交換器可以使冷側(cè)的循環(huán)液降低溫度，又提高了進(jìn)液的溫度，從而 提高整個系統(tǒng)的效率，本實(shí)用新型膜蒸餾濃縮方法，可在較溫和的實(shí)驗(yàn)條件下，尤其是40°C 至60°C時將低濃度的鹽溶液濃縮成高濃鹽溶液的效率較高，因?yàn)樵黾訙囟仁鼓芰吭黾?。裝置的實(shí)施例所有露出管內(nèi)側(cè)的端面通過密封材料密封，即設(shè)有一種穿孔板或 按孔板成型固化的材料11將所有膜管12的上下頸部均露出(膜管的中間部位可設(shè)有支撐 骨架)，將穿孔板將所有膜管的上下頸部密封。因此，所有管內(nèi)側(cè)的腔均是連通的，管外側(cè)的 腔亦是連通的；密排的管狀膜管的內(nèi)進(jìn)入及流出濃縮后濃溶液，管的外則流出稀液(水)；將所述端面結(jié)構(gòu)密排的管狀膜管置于一外殼或容器內(nèi)，穿孔板的周邊與外殼的內(nèi)周完全密 封13，使內(nèi)側(cè)流道與外側(cè)流道隔離，并在外殼上設(shè)有連通管內(nèi)側(cè)面的進(jìn)出口 14，外殼上還 設(shè)有連通管外側(cè)面的進(jìn)出口?？紤]到膜管的強(qiáng)度，本實(shí)用新型膜管的長度采用30-80cm，尤 其是采用若干臺裝置并聯(lián)和串聯(lián)的結(jié)構(gòu)滿足通量要求。上下管內(nèi)側(cè)的流道構(gòu)成濃溶液通道，從容器的側(cè)部上下開口可引出稀液通道。即 管內(nèi)側(cè)面的進(jìn)出口連通密排的管狀膜管的內(nèi)，從容器的側(cè)部上下開口可引出稀液通道連通 管外側(cè)面的上下部位，流出冷側(cè)稀液(水)；載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置側(cè)部開孔管道上設(shè)有 抽吸泵。載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置側(cè)部開孔管道上設(shè)有抽吸泵，抽吸出蒸汽后冷凝排出去 鹽水?？刂茻醾?cè)的流速為0. 5 士 0. 3m/s，冷側(cè)的流速為0. 2 士 0. lm/s。本實(shí)用新型裝置的實(shí)施例如圖2所示，載冷劑熱交換塔A的溶液流入第一換熱 器B，最好經(jīng)過過濾器，將Imm以上的固體雜質(zhì)均過濾掉，第一換熱器B為一個從熱水系統(tǒng) 取得熱水的容器，當(dāng)溫度至膜系統(tǒng)工作溫度時，即開始平衡后，載冷劑溶液1，經(jīng)第一換熱器 B(可以是水浴或管程式熱交換器或其它熱交換器，也可以是電或燃?xì)饧訜崞?進(jìn)入膜蒸餾 器C的濃溶液(熱側(cè))，即進(jìn)入流2，濃溶液出口流5直接回流至載冷劑熱交換塔A ；膜蒸餾 器C的水(冷側(cè))流出流3是經(jīng)過一(管程式)換熱器D，此換熱器D串聯(lián)在載冷劑熱交換 塔A與第一換熱器B連接的管道上，串聯(lián)后部分排出部分再串入膜蒸餾器C的冷側(cè)循環(huán)，也 可部分或全部排出4。根據(jù)溢流和載冷劑和濃度控制載冷劑熱交換塔的溶液以不同流量進(jìn) 入第一換熱器，也可以是溢流直接流入第一換熱器。載冷劑熱交換塔的風(fēng)道6見圖示。當(dāng)然，濃溶液出口流5可以直接回流至載冷劑 熱交換塔。也可以回流至第一換熱器B (也是一只加熱型容器)，經(jīng)不斷濃縮后再回流至載 冷劑熱交換塔。
權(quán)利要求熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，其特征是用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結(jié)構(gòu)，密排的膜管的端面在露出管內(nèi)側(cè)面與所有管外側(cè)面之間設(shè)有密封層，將膜管的管內(nèi)側(cè)面與膜管的外側(cè)面分開，即管內(nèi)的腔均連通成為膜的一側(cè)即熱側(cè)，管外的腔亦是連通的膜的另一側(cè)即冷側(cè)；密排的管狀置于外殼內(nèi)，并在外殼上設(shè)有連通管內(nèi)側(cè)面的進(jìn)出口，還設(shè)有連通管外側(cè)面的進(jìn)出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，其特征是所有露 出管內(nèi)側(cè)的端面通過密封材料密封，即設(shè)有一種穿孔板將所有膜管的上下頸部均露出，將 穿孔板將所有膜管的上下頸部密封；管狀膜管置于一外殼或容器內(nèi)，穿孔板的周邊與外殼 的內(nèi)周完全密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，其特征是采 用滿足通量要求的并聯(lián)或與串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調(diào)節(jié)裝置，其特征是膜 管的長度為30-80cm。
專利摘要熱量交換塔載冷劑溶液濃度調(diào)節(jié)裝置，用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結(jié)構(gòu)，密排的膜管的端面在露出管內(nèi)側(cè)面與所有管外側(cè)面之間設(shè)有密封層，將膜管的管內(nèi)側(cè)面與膜管的外側(cè)面分開，即管內(nèi)的腔均連通成為膜的一側(cè)即熱側(cè)，管外的腔亦是連通的膜的另一側(cè)即冷側(cè)；密排的管狀置于外殼內(nèi)，并在外殼上設(shè)有連通管內(nèi)側(cè)面的進(jìn)出口，還設(shè)有連通管外側(cè)面的進(jìn)出口。本實(shí)用新型解決致載冷劑濃度降低鹽份流失的問題。且裝置簡單，運(yùn)行成本低?？梢杂糜谝磺锌諝庠礋岜玫臒崃拷粨Q塔。
文檔編號B01D61/36GK201711096SQ20102013337
公開日2011年1月19日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者王高元 申請人:王高元