專利名稱：熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對載體(載冷劑)溶液濃度控制與調節裝置。
背景技術：
在尋求低碳經濟的今天，對建筑物中使用的冷熱空調和熱水體系，常規的多為水 和地源熱泵技術，采用中國專利ZL200720025071新型能源塔即采用低融點載冷劑溶液吸 取空氣中能量的熱量交換塔提供了一種空氣和載冷劑進行熱交換，提取空氣中低品位熱量 的方法，用于解決地質和周邊水環境的限制，換熱效率高，節能環保，機組荷載低，能耗小， 不受區域限制。但該能源塔系統屬于開式塔，在春夏秋三季使用在運行過程中沒有問題， 但冬季運行時需要使用低融點載冷劑溶液和空氣接觸，當環境濕度大時，容易吸收高濕空 氣中的水分而稀釋，導致溶液濃度(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、工業鹽、氯化鈣或氯化鈉作為載冷劑溶質，一般要求溶液的濃度在14% 以上)減小，冰點上升，如導致結冰則會使系統不能穩定工作。此外，現有的熱量交換塔還 存在當漂淋和雨水侵入，漂淋時也會損失載冷劑溶質，雨水侵入吸收高濕空氣中的水分是 大量的，也會導致溶液變稀和溶液的增加，導致載冷劑濃度降低且量大溢出，導致乙二醇、 氯化鎂、氯化鈣或氯化鈉的流失，導致成本的增高和或復雜的添加系統，如當濃度降低后通 常的做法是定期手動或通過計量泵定時定量添加載冷劑溶質、堿性溶劑和緩釋劑等。另 還造成環境污染。以維持載冷劑濃度(保證冰點)，以達到可靠運行的目的，如中國專利 2008202225189. 4能源塔自動加藥裝置并已經在應用，但這種方案增加了帶來了載冷劑溶 質的消耗，造成了環境污染，大大提高了運營成本，而且能源塔自動加藥裝置本身的投入亦 不低。由于未能有經濟合適的除去載冷劑溶質的水分技術，因此能源塔熱泵技術的發展和 推廣碰到了一個瓶頸。雖然海水淡化可采用多效蒸發，適用高鹽水處理，但多效蒸發需要高 頻熱源和強耐腐蝕設備，投資巨大，運行、能耗極高。另有反滲透膜(RO)技術分為海水淡化 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，產水率低。 且運行期短，膜污染嚴重、更換頻繁。仍難以用于本實用新型的載冷劑溶液。

實用新型內容本實用新型的目的是，提供一種能源塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，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，解決現有的能源塔熱 泵系統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 致載冷劑濃度降低且有相當溢出，導致載冷劑溶液凝固點下降使機組無法運行，也導致氯 化鈣、氯化鎂、氯化鈉、乙二醇或丙三醇等的流失的問題、增加成本及造成環境污染的問題 (冬季使用狀態)。本實用新型是這樣實現的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，利用中空 纖維疏水膜制成管狀，尤其是密排的管狀結構，也可以采用弧形板、平板、中空纖維結構；密 排的管狀膜管的結構如下，密排的膜管的露出管內側面的端面，且露出所有管內側的端面通過密封層與膜管管外的側面分開，即管內的腔均連通成為膜的一側(熱側)，管外的腔亦 是連通的膜的另一側(冷側)；密排的管狀置于外殼內，并設有連通管內側面與管外側面的 進出口。密排的管狀膜管的內進入及流出濃縮后濃溶液，管的外腔則流出稀液(水)。載冷 劑溶液濃度調節裝置側部開孔管道上設有抽吸泵。熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節方法，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 膜的熱側溫度37-85°C，尤其是40-60°C，蒸餾凝結后的水在中空纖維疏水膜的另一側即冷 側排出。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第一換熱器加熱后，溶液進入膜蒸餾器的熱 側，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構的膜蒸餾器的冷側凝結水流出，冷側凝結水經過第 二換熱器，第二換熱器串聯在載冷劑熱交換塔與第一換熱器連接的管道上，經第二換熱器 后排出或再串入膜蒸餾器的冷側循環。溶液側采用適當加壓包括液位提升的方法加壓、或控制流動速度，而水側的采取 降低液位或抽一點真空的方式，密排的管狀膜管的內進入及流出濃縮后濃溶液，管的外腔則流出稀液(水)。本實用新型熱量交換塔的載冷劑容器上設有的溢流孔，設有儲液罐接溢流的載冷 劑工質或濃液，第一換熱器可以是儲液罐且是一個加熱罐，將濃液進行加溫處理，如采用水 浴或電熱的方法進行加熱處理，達到工作溫度時輸入載冷劑溶液進行濃縮(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)，也可以根據熱量交換塔的載冷劑液體密度(濃度)進行添加，而 載冷劑溶液濃度調節裝置抽出的稀液(水)可直接無害排放。本實用新型的有益效果是通過本實用新型能源塔載冷劑溶液濃度控制調節方法 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，解決現有的能源塔熱泵系統能源塔載冷 劑濃度在冬季使用時因吸收高濕空氣中的水分，稀釋鹽份后導致載冷劑濃度降低且溢出、 導致乙二醇、氯化鎂、氯化鈣或氯化鈉的流失的問題。本實用新型裝置簡單，運行成本低。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行控制，包括用 于家用型熱泵載冷劑溶液濃度控制與調節，冬季使用時可以使換熱器不結霜，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；夏天因采用制冷機組，塔蒸發散熱，不 需要用鹽水降低熔點。

圖1是本實用新型方法流程示意圖圖2是本實用新型熱量交換塔的載冷劑容器的結構示意圖
具體實施方式
熱量交換塔載冷劑溶液濃度調節裝置，用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結構， 密排的膜管的端面在露出管內側面與所有管外側面之間設有密封層，將膜管的管內側面與膜管的外側面分開，即管內的腔均連通成為膜的一側即熱側，管外的腔亦是連通的膜的另 一側即冷側；密排的管狀置于外殼內，并設有連通管內側面的進出口，還設有連通管外側面 的進出口。進出口作為溶液和水的循環的進出口。疏水性微孔膜采用的材質也可以采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 細冷凝；平均孔徑0. 12-0. 17 μ m。將滲透流體滲透膜的熱側，其冷側被暴露給滲透流體；本 實用新型采用改性聚偏氟乙烯(PVDF)等材料構成中空纖維疏水膜，尤其是密排的管狀結 構；密排的管狀膜管的結構如下，密排的管狀膜管排成平的端面，露出管內的側面，所有管 外的側面處均由環氧或PET等粘接材料進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流)，因此，使管內的腔均連通成為膜的一側(熱側)。管外側 的所有腔體亦連通的膜的另一側(冷側)；密排的管狀膜管的內進入及流出溶液(包括濃 縮后溶液)，管的外側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，所述端面結構密排的管狀膜管置于一容器內，上下端構成濃溶液通道，從容器的側部 開孔可引出稀液通道。載冷劑溶液濃度調節裝置側部開孔管道上設有抽吸泵。濃溶液通道 的濃液直接接入載冷劑循環系統，而稀液(水)直接排出或供冷卻循環水使用。冷側溫度 在 1-37 "C。本實用新型根據載冷劑的濃度進行控制，當濃度低于某一閾值時，膜的通量膜的 處理通量可以達到6-15L/m2h，在更優條件下高達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行鹽水濃縮處理，試驗結果表明，采用1平方米面積的疏 水性微孔膜，控制熱側的流速為0. 5m/s，冷側的流速為0. 2m/s，用100L的進水含CaCl2濃度 8% (重量比)，當熱側溫度在37-40°C時，運行時間2. 5h，出水20千克，濃度提高到10%， 運行4小時，可以出水31千克，濃度提高到12%。升溫至45°C，連續運行時間3h，出水25 千克，升溫至55°C，連續運行時間3h，出水26千克。升溫至60°C，連續運行時間3h，出水26 千克，升溫80度效果更好。采用NaCl溶液，基本上與CaCl2的結果相同。采用工業鹽溶液 亦與CaCl2的試驗結果相同。控制熱側的流速逐漸減少到0. 25m/s時，冷側的透水通量略 有減少，冷側的流速減少到0. lm/s時冷側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，可以將本將多套實用新型裝置并聯或串聯。本實用新型的結構是列管式膜蒸 餾器，尤其是采用并聯或串聯的結構，使排出無鹽水的通量能夠滿足。當然不進行循環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用，加溫后的濃縮載冷劑液體進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的循環液降低溫度，又提高了進液的溫度，從而 提高整個系統的效率，本實用新型膜蒸餾濃縮方法，可在較溫和的實驗條件下，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，因為增加溫度使能量增加。裝置的實施例所有露出管內側的端面通過密封材料密封，即設有一種穿孔板或 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，所有管內側的腔均是連通的，管外側的 腔亦是連通的；密排的管狀膜管的內進入及流出濃縮后濃溶液，管的外則流出稀液(水)；將所述端面結構密排的管狀膜管置于一外殼或容器內，穿孔板的周邊與外殼的內周完全密 封13，使內側流道與外側流道隔離，并在外殼上設有連通管內側面的進出口 14，外殼上還 設有連通管外側面的進出口。考慮到膜管的強度，本實用新型膜管的長度采用30-80cm，尤 其是采用若干臺裝置并聯和串聯的結構滿足通量要求。上下管內側的流道構成濃溶液通道，從容器的側部上下開口可引出稀液通道。即 管內側面的進出口連通密排的管狀膜管的內，從容器的側部上下開口可引出稀液通道連通 管外側面的上下部位，流出冷側稀液(水)；載冷劑溶液濃度調節裝置側部開孔管道上設有 抽吸泵。載冷劑溶液濃度調節裝置側部開孔管道上設有抽吸泵，抽吸出蒸汽后冷凝排出去 鹽水。控制熱側的流速為0. 5 士 0. 3m/s，冷側的流速為0. 2 士 0. lm/s。本實用新型裝置的實施例如圖2所示，載冷劑熱交換塔A的溶液流入第一換熱 器B，最好經過過濾器，將Imm以上的固體雜質均過濾掉，第一換熱器B為一個從熱水系統 取得熱水的容器，當溫度至膜系統工作溫度時，即開始平衡后，載冷劑溶液1，經第一換熱器 B(可以是水浴或管程式熱交換器或其它熱交換器，也可以是電或燃氣加熱器)進入膜蒸餾 器C的濃溶液(熱側)，即進入流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)流出流3是經過一(管程式)換熱器D，此換熱器D串聯在載冷劑熱交換 塔A與第一換熱器B連接的管道上，串聯后部分排出部分再串入膜蒸餾器C的冷側循環，也 可部分或全部排出4。根據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 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道6見圖示。當然，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)，經不斷濃縮后再回流至載 冷劑熱交換塔。
權利要求熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，其特征是用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結構，密排的膜管的端面在露出管內側面與所有管外側面之間設有密封層，將膜管的管內側面與膜管的外側面分開，即管內的腔均連通成為膜的一側即熱側，管外的腔亦是連通的膜的另一側即冷側；密排的管狀置于外殼內，并在外殼上設有連通管內側面的進出口，還設有連通管外側面的進出口。
2.根據權利要求1所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，其特征是所有露 出管內側的端面通過密封材料密封，即設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，穿孔板的周邊與外殼 的內周完全密封。
3.根據權利要求1或2所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，其特征是采 用滿足通量要求的并聯或與串聯的結構。
4.根據權利要求1或2所述的熱量交換塔載冷劑溶液濃度控制調節裝置，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節裝置，用中空纖維疏水膜制成密排的管狀結構，密排的膜管的端面在露出管內側面與所有管外側面之間設有密封層，將膜管的管內側面與膜管的外側面分開，即管內的腔均連通成為膜的一側即熱側，管外的腔亦是連通的膜的另一側即冷側；密排的管狀置于外殼內，并在外殼上設有連通管內側面的進出口，還設有連通管外側面的進出口。本實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，運行成本低。可以用于一切空氣源熱泵的熱量交換塔。
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 優先權日2010年3月17日
發明者王高元 申請人:王高元