用于从流体和非流体流中去除溶剂的电渗析系统技术方案

一种系统，其包括具有盐室的电渗析装置，盐流流过该盐室。脱盐室通过中央离子选择性膜与盐室隔开。脱盐流流过脱盐室。阳极电解液室和阴极电解液室在盐室和脱盐室的相反的外侧，并且通过第一和第二离子交换膜与其隔开。溶剂交换界面在第一侧与盐流接触，并且在第二侧与介质流接触。溶剂交换界面将溶剂从介质流移动到盐流。到盐流。到盐流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从流体和非流体流中去除溶剂的电渗析系统

技术实现思路

[0001]本公开涉及用于从流体和非流体流中去除水的电渗析系统。在一个实施例中，一种系统包括电渗析装置，该电渗析装置具有盐室（salinate chamber），盐流（salinate stream）流过该盐室。脱盐室通过中央离子选择性膜与盐室隔开。脱盐流流过脱盐室。阳极电解液室和阴极电解液室位于盐室和脱盐室的相反的外侧，并且通过第一和第二离子交换膜与其隔开。阳极电解液室和阴极电解液室之间的离子传输由法拉第反应驱动，该法拉第反应由施加在阳极电解液室和阴极电解液室两端的电压引起。溶剂交换界面在第一侧与盐流接触，并且在第二侧与介质流接触。溶剂交换界面将溶剂从介质流移动到盐流。
[0002]鉴于以下详细讨论和附图，可以理解各种实施例的这些和其他特征和方面。
附图说明
[0003]以下讨论参考附图，其中，相同的参考数字可以用于标识多个图中的相似/相同组件。附图不一定是按比例的。
[0004]图1和图1A是根据示例实施例的液体干燥剂系统的示图；图2是根据示例实施例的空调系统的透视图；图3是根据示例实施例的空调系统的框图；图4是根据示例实施例的液体干燥剂系统的示图；图5A和图5B是根据示例实施例的电渗析堆叠的示图；图6是根据示例实施例的供气
‑
液界面使用的热交换器的示图；图7是根据示例实施例的多级电渗析堆叠的示图；图8是根据示例实施例的方法的流程图；图9和图10是根据附加的示例实施例的电渗析装置的示图；图11是根据示例实施例的用于从各种流体和非流体中去除溶剂的系统的示图；以及图12是根据另一个示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
[0005]本公开涉及液体干燥剂系统。液体干燥剂系统除其他事物之外尤其可以用于加热、通风和空气调节（HVAC）中。空调是美国电力消耗的将近10％的原因，其中除湿占潮湿地区负荷的一半以上。本公开描述了一种用于空气调节的除湿的有效热力学方法。通常，系统包括：与氧化还原辅助的电渗析液体干燥剂浓缩器合作的膜式除湿器。
[0006]本文中描述的系统利用了氧化还原辅助的电渗析过程，该过程使得能够实现基于膜的液体干燥剂空调系统。在该氧化还原辅助的电渗析（ED）过程中，氧化还原活性种类的水溶液在电化学堆叠的阳极和阴极之间循环以浓缩离子溶液，从而消除了由蒸汽压缩（VC）或基于干燥剂的空气调节所需的压力或热所驱动的热力学相变。液体干燥剂（例如，氯化锂LiCl的水溶液）将从空气中跨膜界面吸收水分。稀释的液体干燥剂将被有效地重新浓缩，避
免了蒸发水所需的潜热输入。据估计，到2030年，该新提议循环的提高的效率导致每年3/8倍（1.5 Quads）的能量节省。
[0007]在图1中，示图图示了根据示例实施例的电渗析液体干燥剂空气调节（ELDAC）系统100。系统100包括干燥剂部分102和冷却部分104。在干燥剂部分102中，室外空气106（和/或再循环空气）被迫跨过载液膜式干燥器108，在本文中也被称为气液界面。空气106可以是高温和高相对湿度（RH）的外部空气。来自空气106的水109在膜界面108处被吸收到（例如，LiCl水溶液的）浓缩的液体干燥剂110中，然后通过氧化还原辅助的再生器112以分离稀释流114（例如，排出的水）并重新浓缩干燥剂流110。其他浓缩物可以代替LiCl被用于干燥剂，例如，NaCl、LiBr和CaCl2。
[0008]离开干燥剂部分102的空气115中的湿度降低，其中，空气被冷却部分104冷却。该冷却部分104可以包括蒸发器116和其他未示出的组件（例如，冷凝器、压缩机）。因为与外部/再循环空气106相比，进入冷却部分104的空气115具有较低的相对湿度，所以与蒸发器116也必须冷凝来自传入空气115的水分的情况相比，蒸发器116更有效，并且可以将冷却空气120的温度降低更大的量。测量氧化还原辅助的电渗析用于浓缩离子水溶液的能量的实验结果示出，ELDAC系统100的再生比热输入（RSHI）可以小于0.05 kBTU/lb，这是当前使用的热再生方法的低至三十分之一。
[0009]如在图1A的详细视图122中所见，氧化还原辅助的再生器112具有两个外部离子交换膜124，其将外部氧化还原通道126与内部浓缩物110和稀释流114隔开。在该示例中，外部离子交换膜124被配置为阴离子交换膜（AEM）。浓缩物110和稀释流114被中央离子交换膜130隔开，该中央离子交换膜130在该示例中是阳离子交换膜（CEM）。在其他配置中，中央离子交换膜130可以是AEM，并且外部膜124可以是CEM。
[0010]外部电压132引起氧化还原活性的穿梭分子的氧化或还原，从而驱动离子跨膜124、130移动，而不会分解水或产生其他气态副产物（例如，氯），并且产生两股流：重新浓缩的干燥剂110和排出的水114。这个目标可以通过多个级实现。所提出的一种氧化还原梭是带正电的二茂铁衍生物，诸如（双（三甲基氨丙基）二茂铁/双（三甲基氨丙基）二茂铁盐[BTMAP
‑
Fc]2+
/[BTMAP
‑
Fc]3+
）134，它是无毒的、高度稳定的，具有非常快的电化学动力学和可忽略不计的膜渗透性。其他氧化还原梭溶液可以包括亚铁氰化物/铁氰化物（[Fe(CN)6]4‑
/[Fe(CN)6]3‑
）或带负电的二茂铁衍生物。系统的移动部分可以包括用于液体循环的低压泵和用于空气循环的风扇。可以在共同拥有的美国专利申请16/200,289（代理人案卷号20171214US03/PARC.225U1）中找到带有氧化还原梭辅助的这种类型的四通道电渗析堆叠的附加详细信息，该美国专利申请由此通过引用整体地并入本文中。
[0011]在图2中，透视图示出了根据示例实施例的ELDAC系统200的细节。在图3中，框图示出了图2中所示的组件中的一些之间的功能关系，以及示出了根据附加实施例的其他组件。系统200包括：容纳各种功能组件并且提供空气管道路径的外壳202。经由鼓风机212将加湿的空气214（例如，外部和/或返回空气）引导通过第一管道220。该空气214被迫跨过气
‑
液界面除湿器206。在该示例中，除湿器206被配置为填充第一管道220的矩形膜元件。
[0012]在除湿器206的框架206a内的是一个或多个平面膜206b，液体干燥剂通过该平面膜206b循环。在其他实施例中，代替平面膜206b或除了平面膜206b之外，中空管、液体与空气表面、液体喷雾可以用在除湿器206中。可以使用液体的毛细管作用、重力自流进料、直接
泵送等的任何组合来实现流体干燥剂通过膜206b的移动。可以提供格栅206c来机械支撑膜206b，以减少由来自气流214的气压引起的挠曲。液泵207用于将液体干燥剂从可选的储罐210移动到膜式除湿器206，在那里它从空气214吸收水，并且被馈送回到氧化还原辅助的再生器208。氧化还原辅助的再生器208从液体干燥剂中分离水，其中分离出的水经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：电渗析设备，其包括：盐室，盐流流过所述盐室；脱盐室，其通过中央离子选择性膜与盐室隔开，脱盐流流过所述脱盐室；以及阳极电解液室和阴极电解液室，所述阳极电解液室和所述阴极电解液室在盐室和脱盐室的相反的外侧，并且通过第一和第二离子交换膜与其隔开，在阳极电解液室和阴极电解液室之间的离子传输由法拉第反应驱动，所述法拉第反应由跨阳极电解液室和阴极电解液室施加的电压引起；以及溶剂交换界面，其在第一侧与盐流接触，并且在第二侧与介质流接触，所述溶剂交换界面将溶剂从介质流移动到盐流。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述介质流包括流体。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述介质流包括固体、半固体或流体与固体或半固体的混合物。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述法拉第反应利用流过阳极电解液室和阴极电解液室的氧化还原载流。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述氧化还原载流从阳极电解液室循环至阴极电解液室并且往回再次循环。6.根据权利要求1所述的系统，其中，盐流和脱盐流中的溶剂包括水。7.根据权利要求1所述的系统，其中，盐流和脱盐流包括盐溶液。8.根据权利要求7所述的系统，其中，盐溶液包括NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2、LiCl或LiBr中的至少一种。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述溶剂交换界面包括正向渗透膜。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脱盐流被重新浓缩并且返回到所述电渗析装置。11.一种方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：