一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统，包括离子液体深度除湿再生循环和跨临界二氧化碳热泵循环。所述两个循环通过逆流换热器，将离子液体深度除湿后再生过程的大温升与跨临界二氧化碳热泵循环放热过程的大温度滑移充分耦合，从而使制冷剂温度滑移放热过程中不同温度的热量均能切实高效地转化为离子液体的再生量，进而实现深度除湿。同时系统内设置有蒸发器、表冷器实现对跨临界二氧化碳热泵循环产生冷量的梯级利用；空气预热换热器设置于所述逆流换热器之后，实现对热量的梯级利用。所述系统可根据不同湿负荷切换模式，利用所述表冷器进行预除湿，缓解除湿器的工作负荷，提升系统能效。提升系统能效。提升系统能效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统


[0001]本专利技术涉及除湿系统
，尤其涉及一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统。

技术介绍

[0002]随着社会能耗增长，越来越多的行业开始重视低品位热源利用。在除湿领域，人们用热泵为除湿剂提供再生热量，与各类除湿系统相结合，例如盐溶液除湿、转轮除湿。
[0003]转轮除湿方法，可以实现深度除湿，其再生方式为被动再生，即高温热源用于加热室外空气，吸收吸湿剂的水分以实现吸湿剂再生。且由于空气对流换热系数低，需要很高的热源温度，因此转轮除湿方式通常需要额外加装辅助加热设备。这种方法效率低，只能有效利用热源提供的高温热量，而较低温度的热量无法驱动转轮中的吸湿剂再生，这是因为其吸湿剂是被动再生，高温热源被用于加热再生空气，吸收吸湿剂的水分。然而常规亚临界热泵无法提供如此高温，只能使用跨临界二氧化碳热泵。异于亚临界热泵的相变恒温放热，跨临界二氧化碳热泵的排气温度高，但放热过程中二氧化碳处于超临界状态，没有相变，释放的热量均为显热，因此一边放热一边降温，表现出独特的“大温度滑移”现象。这导致转轮除湿只能有效利用“大温度滑移”过程中二氧化碳处于较高温度时释放的热量，而较低温度时释放的热量无法满足再生空气的高温需求，因此个别方案添加了辅助加热器，其低品位热利用意义变得不明晰。
[0004]盐溶液除湿方法的再生方式为主动再生，热源用于加热稀溶液，使溶液吸收的水分被蒸发出来，由再生空气带走，因此需要的再生温度低，常规亚临界热泵即可满足。现存在个别方案旨在利用跨临界二氧化碳热泵的高温加强溶液再生，进一步实现深度除湿，这不符合实际。因为传统溶液除湿的再生温度与除湿量并非线性关系，受限于盐的溶解度，其除湿极限含湿量约为2g/kg湿空气，当接近该极限时，即使提供更高的再生温度，也难以明显增加除湿量，无法进一步实现深度除湿。因此该方案仅能有效利用“大温度滑移”过程中二氧化碳处于较低温度时释放的热量，而较高温度时释放的热量无法高效转换为深度除湿效果，几乎被浪费。
[0005]上述两种方法表明，传统转轮除湿方法与传统盐溶液除湿方法的再生温度区间窄，均难以与具有“大温度滑移”类特征的高温热源充分耦合，导致大部分热量无法高效转换为除湿效果，造成能源浪费。而生活中常见的热源通常为显热放热，温度滑移是难免的，因此研究设计一种再生温度能够与“大温度滑移”相耦合的除湿系统非常具有现实意义，并要求其能高效地将热源转换为深度除湿效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0008]一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统，其特征在于：包括离子液体深度除湿再生循环与跨临界二氧化碳热泵循环，所述离子液体深度除湿再生循环包括逆流换热器、除湿器、稀溶液泵、再生器、浓溶液泵、除湿器风道、再生器风道、除湿器风机、再生器风机，所述除湿器、除湿器风机设置在所述除湿器风道内，所述再生器、再生器风机设置在所述再生器风道内，所述跨临界二氧化碳热泵循环包括压缩机、空气预热换热器、膨胀阀、蒸发器，所述除湿器、稀溶液泵、逆流换热器、再生器、浓溶液泵、蒸发器、除湿器依次相连形成循环回路，循环介质为离子液体水溶液，所述压缩机、逆流换热器、空气预热换热器、膨胀阀、蒸发器、压缩机依次相连形成循环回路，循环介质为二氧化碳，所述空气预热换热器设置在所述再生器风道内并位于所述再生器的上游，在所述逆流换热器和蒸发器中，离子液体水溶液和二氧化碳分别在各自的循环回路中进行热交换。
[0009]进一步的，所述跨临界二氧化碳热泵循环还包括三通阀、表冷器，所述表冷器设置于所述除湿器风道内且位于所述除湿器的上游，所述三通阀入口连接所述蒸发器的二氧化碳出口，三通阀的两个出口分别连接所述压缩机的入口和表冷器的入口，表冷器的出口连接压缩机的入口。
[0010]进一步的，还包括除湿器自循环泵、除湿器自循环调节阀，所述除湿器上设置有除湿器自循环出液口，所述除湿器自循环出液口、除湿器自循环调节阀、除湿器自循环泵、除湿器进液口依次相连形成除湿器自循环回路。
[0011]进一步的，还包括再生器自循环泵、再生器自循环调节阀，所述再生器上设置有再生器自循环出液口，所述再生器自循环出液口、再生器自循环调节阀、再生器自循环泵、再生器进液口依次相连形成再生器自循环回路。
[0012]进一步的，还包括溶液换热器，所述溶液换热器分别和稀溶液泵的出口、浓溶液泵的出口、蒸发器离子液体水溶液进口、逆流换热器离子液体水溶液进口相连，从稀溶液泵和浓溶液泵流出的循环介质在溶液换热器进行热交换后分别流入逆流换热器和蒸发器。
[0013]进一步的，所述离子液体水溶液中的阳离子为咪唑类离子，所述离子液体水溶液中的阴离子为卤素离子或硝酸根离子或甲酸根离子或乙酸根离子。
[0014]进一步的，所述除湿器和再生器选用适用于离子液体水溶液和空气接触的形式。
[0015]进一步的，所述除湿器和再生器为填充床式或鼓泡式。
[0016]进一步的，所述逆流换热器和蒸发器中均采用逆流换热。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]1.本专利技术中工质采用的离子液体水溶液不受溶解度限制，输入系统的高温热源可切实高效地增强离子液体再生，实现深度除湿。
[0019]2.本专利技术中再生方式为主动再生，在被加热升温的过程中，能够利用热源放热过程中的各温度热量持续蒸发水蒸气，使各温度的热量均被有效利用。同时由于溶液对流换热系数高，达到相同的除湿效果需要的再生温度比转轮除湿方式低，更节能。
[0020]3.本专利技术提出的除湿系统，克服了传统盐溶液除湿方式与转轮除湿方式再生温度区间窄，难以与热源的“大温度滑移”耦合的问题，其再生过程是一个“大温升”的过程，利用系统中的逆流换热器，离子液体再生时的大温升需求与跨临界二氧化碳热泵的大温度滑移能够充分耦合，使二氧化碳在不同温度下释放的热量均能被离子液体溶液高效地用于再生，最终切实地转化为除湿效果，提高能源利用率的同时达到深度除湿效果。
[0021]4.本专利技术提出的系统中跨临界二氧化碳热泵循环提供的冷量通过蒸发器、表冷器实现梯级利用，跨临界二氧化碳热泵循环提供的热量通过逆流换热器、空气预热换热器实现合理的梯级利用。
[0022]5.本专利技术提出的系统可根据湿负荷的大小调节运行模式，在湿负荷高时调节三通阀使表冷器工作，流出蒸发器的二氧化碳可进入表冷器为待除湿空气进行预除湿，减小除湿器的负荷，同时缩小待除湿空气与低温浓溶液的温度差距，提高除湿效率，促进深度除湿。
[0023]6.离子液体深度除湿再生循环的除湿器的进液口与溶液换热器之间连接了跨临界二氧化碳热泵循环中的蒸发器，低温二氧化碳为离子液体浓溶液冷却降温，减小浓溶液的水蒸气分压力，增强浓溶液吸水性，从而实现深度除湿。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统，其特征在于：包括离子液体深度除湿再生循环与跨临界二氧化碳热泵循环，所述离子液体深度除湿再生循环包括逆流换热器(6)、除湿器(7)、稀溶液泵(15)、再生器(8)、浓溶液泵(14)、除湿器风道(9)、再生器风道(10)、除湿器风机(11)、再生器风机(12)，所述除湿器(7)、除湿器风机(11)设置在所述除湿器风道(9)内，所述再生器(8)、再生器风机(12)设置在所述再生器风道(10)内，所述跨临界二氧化碳热泵循环包括压缩机(1)、空气预热换热器(3)、膨胀阀(4)、蒸发器(5)，所述除湿器(7)、稀溶液泵(15)、逆流换热器(6)、再生器(8)、浓溶液泵(14)、蒸发器(5)、除湿器(7)依次相连形成循环回路，循环介质为离子液体水溶液，所述压缩机(1)、逆流换热器(6)、空气预热换热器(3)、膨胀阀(4)、蒸发器(5)、压缩机(1)依次相连形成循环回路，循环介质为二氧化碳，所述空气预热换热器(3)设置在所述再生器风道(10)内并位于所述再生器(8)的上游，在所述逆流换热器(6)和蒸发器(5)中，离子液体水溶液和二氧化碳分别在各自的循环回路中进行热交换。2.根据权利要求1所述一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统，其特征在于：所述跨临界二氧化碳热泵循环还包括三通阀(16)、表冷器(2)，所述表冷器(2)设置于所述除湿器风道(9)内且位于所述除湿器(7)的上游，所述三通阀(16)入口连接所述蒸发器(5)的二氧化碳出口，三通阀(16)的两个出口分别连接所述压缩机(1)的入口和表冷器(2)的入口，表冷器(2)的出口连接压缩机(1)的入口。3.根据权利要求1所述一种基于温度梯级耦合再生的离子液体高效深度除湿系统，其特征在于：还包括除湿器自循环泵(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷勇高，王驿凯，曹嘉恺，赵兴旺，徐国英，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：