[發明專利]一種沙漠、干旱區吸附制冷系統驅動的溶液-空氣聚濕取水系統及方法

有效

• 申請號: 202110814302.2
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113684890B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 公緒金;董玉奇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱商業大學
• 主分類號: E03B3/28
• 分類號: E03B3/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

1.一種沙漠、干旱區吸附制冷系統驅動的溶液-空氣聚濕取水系統，其特征在于：該系統由吸附式制冷機系統(A)、吸附式制冷機驅動的溶液型空氣聚濕系統(B)、空氣取水及凈水系統(C)、熱回收及換熱系統(D)和太陽能集熱系統(F)構成；

吸附式制冷機系統(A)包括1#吸附式制冷機(A-1)、2#吸附式制冷機(A-2)、空氣聚濕系統蒸發器(A-3)、空氣聚濕系統冷凝器(A-4)、制冷劑儲液器(A-5)、節流裝置(A-6)、1#制冷劑分配泵(A-7)和2#制冷劑分配泵(A-8)；吸附式制冷機驅動的溶液型空氣聚濕系統(B)包括溶液聚濕器(B-1)、空氣聚濕器(B-2)，1#溶液循環泵(B-3)和2#溶液循環泵(B-4)；空氣取水及凈水系統(C)由1#吸附式取水器(C-1)、2#吸附式取水器(C-2)、取水系統蒸發器(C-3)、水質凈化裝置(C-4)和儲水器(C-5)構成；熱回收及換熱系統(D)包括1#吸附熱回收器(D-1)、2#吸附熱回收器(D-2)、空氣間壁式換熱器(D-3)、空氣冷卻器(D-4)和溶液換熱器(D-5)；太陽能集熱系統(F)由太陽能集熱裝置(F-1)、熱媒循環泵(F-2)、1#熱媒循環管線(R1)、2#熱媒循環管線(R2)、3#熱媒循環管線(R3)、4#熱媒循環管線(R4)、5#熱媒循環管線(R5)、6#熱媒循環管線(R6)、7#熱媒循環管線(R7)、8#熱媒循環管線(R8)、9#熱媒循環管線(R9)、10#熱媒循環管線(R10)、11#熱媒循環管線(R11)、12#熱媒循環管線(R12)、5#電控閥門組(V5)和6#電控閥門組(V6)構成；

1#吸附式制冷機(A-1)內部設置有吸附劑組成的吸附制冷床、多組制冷劑傳質多孔管和熱媒盤管；1#吸附式制冷機(A-1)的頂部設置有熱媒盤管的出水口，1#吸附式制冷機(A-1)的底部設置有熱媒盤管的進水口，1#吸附式制冷機(A-1)的外側設置有1#吸附熱回收器(D-1)，1#吸附熱回收器(D-1)內部設置有強化換熱的翅片組；所述翅片組為薄鋁片結構，翅片組與不銹鋼罐式容器的罐體連接在一起，1#吸附熱回收器(D-1)的底部設置有供空氣流通的進口，1#吸附熱回收器(D-1)的頂部設置有供空氣流通的出口；

2#吸附式制冷機(A-2)內部設置有吸附劑組成的吸附制冷床、多組制冷劑傳質多孔管和熱媒盤管；2#吸附式制冷機(A-2)的頂部設置有熱媒盤管的出水口，2#吸附式制冷機(A-2)的底部設置有熱媒盤管的進水口，2#吸附式制冷機(A-2)的外側設置有2#吸附熱回收器(D-2)，2#吸附熱回收器(D-2)內部設置有強化換熱的翅片組；2#吸附熱回收器(D-2)的底部設置有供空氣流通的進口，2#吸附熱回收器(D-2)的頂部設置有供空氣流通的出口；

1#吸附式制冷機(A-1)頂部的制冷劑出口與13#制冷劑循環管路(L10-1)相連接，2#吸附式制冷機(A-2)頂部的制冷劑出口與14#制冷劑循環管路(L10-2)相連接，13#制冷劑循環管路(L10-1)和14#制冷劑循環管路(L10-2)與12#制冷劑循環管路(L9)通過3#電控閥門組(V3)相接通；12#制冷劑循環管路(L9)的另一端與空氣聚濕系統冷凝器(A-4)的制冷劑盤管進口相連接；空氣聚濕系統冷凝器(A-4)的制冷劑盤管出口通過11#制冷劑循環管路(L8)與節流裝置(A-6)相連接；節流裝置(A-6)的出口通過管線與制冷劑儲液器(A-5)相連接；制冷劑儲液器(A-5)上設置有6#制冷劑循環管路(L3)和9#制冷劑循環管路(L6)；

9#制冷劑循環管路(L6)上設置有1#制冷劑分配泵(A-7)，并通過4#電控閥門組(V4)與10#制冷劑循環管路(L7)相接通；9#制冷劑循環管路(L6)的另一側連接至空氣聚濕系統蒸發器(A-3)的盤管進口；空氣聚濕系統蒸發器(A-3)的盤管出口與8#制冷劑循環管路(L5)相接通；10#制冷劑循環管路(L7)的另一側與空氣冷卻器(D-4)的制冷劑盤管進口相連接，空氣冷卻器(D-4)中的制冷劑盤管出口與7#制冷劑循環管路(L4)相連接；而7#制冷劑循環管路(L4)的另一端和8#制冷劑循環管路(L5)的另一端分別與5#制冷劑循環管路(L2-2)相連接，5#制冷劑循環管路(L2-2)的另一側通過2#電控閥門組(V2)與3#制冷劑循環管路(L2)和4#制冷劑循環管路(L2-1)相連接；3#制冷劑循環管路(L2)的另一側通過1#電控閥門組(V1)與1#制冷劑循環管路(L1-1)和2#制冷劑循環管路(L1-2)相連接；1#制冷劑循環管路(L1-1)的另一側與1#吸附式制冷機(A-1)的底部制冷劑進口相連接，2#制冷劑循環管路(L1-2)的另一側與2#吸附式制冷機(A-2)的底部制冷劑進口相連接；

6#制冷劑循環管路(L3)上設置有2#制冷劑分配泵(A-8)，6#制冷劑循環管路(L3)的另一側與取水系統蒸發器(C-3)的制冷劑蒸發盤管(C-3-1)的進口相連接；取水系統蒸發器(C-3)的制冷劑蒸發盤管(C-3-1)的出口與4#制冷劑循環管路(L2-1)相連接；

溶液聚濕器(B-1)內設置有1#溶液噴淋裝置(B-5)和1#濕膜填料層(B-7)，1#溶液噴淋裝置(B-5)設置在溶液聚濕器(B-1)的頂部，1#溶液噴淋裝置(B-5)由多組噴淋管路及設置在噴淋管路上的霧化噴嘴構成；1#濕膜填料層(B-7)設置在溶液聚濕器(B-1)的中部，溶液聚濕器(B-1)的底部為吸濕劑溶液的儲液區；吸濕劑溶液的儲液區內填充有吸濕劑溶液；

空氣聚濕器(B-2)內設置有2#溶液噴淋裝置(B-6)和2#濕膜填料層(B-8)，2#溶液噴淋裝置(B-6)設置在空氣聚濕器(B-2)的頂部，2#溶液噴淋裝置(B-6)由多組噴淋管路及設置在噴淋管路上的霧化噴嘴構成；2#濕膜填料層(B-8)設置在空氣聚濕器(B-2)的中部，空氣聚濕器(B-2)的底部為吸濕劑溶液的儲液區；吸濕劑溶液的儲液區內填充有吸濕劑溶液；吸濕劑溶液為氯化鋰溶液或氯化鈣溶液；空氣聚濕器(B-2)的進風側風口連接有1#風管(S1)，1#風管(S1)與大氣連通，1#風管(S1)上設置有1#風機(E-1)；空氣聚濕器(B-2)的進風側風口上設置有過濾裝置及風量調節閥；

溶液聚濕器(B-1)的儲液區通過2#溶液循環管線(Q2)與溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的濃溶液流通盤管相連接，溶液聚濕器(B-1)的儲液區通過3#溶液循環管線(Q3)與溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的稀溶液流通盤管相連接；溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的濃溶液流通盤管和溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的稀溶液流通盤管通過間壁換熱；

空氣聚濕器(B-2)的儲液區通過1#溶液循環管線(Q1)與溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的濃溶液流通盤管相連接，空氣聚濕器(B-2)的儲液區通過4#溶液循環管線(Q4)與溶液換熱器(D-5)內的吸濕劑的稀溶液流通盤管相連接；1#溶液循環管線(Q1)、2#溶液循環管線(Q2)、3#溶液循環管線(Q3)和4#溶液循環管線(Q4)構成吸濕劑溶液的循環管線；

溶液聚濕器(B-1)的進風口上設置有5#風管(S5)，5#風管(S5)與大氣連通，5#風管(S5)上設置有3#風機(E-3)，溶液聚濕器(B-1)的進風側風口上設置有過濾裝置及風量調節閥；溶液聚濕器(B-1)的出風口與6#風管(S6)的進風口連接；

溶液聚濕器(B-1)的儲液區通過7#溶液循環管線(Q7)與空氣聚濕系統蒸發器(A-3)內部的溶液側進口相連接；空氣聚濕系統蒸發器(A-3)內部的溶液側出口連接5#溶液循環管線(Q5)，5#溶液循環管線(Q5)上設置有1#溶液循環泵(B-3)，5#溶液循環管線(Q5)末端連接1#溶液噴淋裝置(B-5)；

空氣聚濕器(B-2)底部的吸濕劑溶液儲液區通過8#溶液循環管線(Q8)與空氣聚濕系統冷凝器(A-4)的溶液側進口相連接；空氣聚濕系統冷凝器(A-4)的溶液側出口連接6#溶液循環管線(Q6)，6#溶液循環管線(Q6)上設置有2#溶液循環泵(B-4)；6#溶液循環管線(Q6)的末端連接至2#溶液噴淋裝置(B-6)；

1#吸附式取水器(C-1)內上部設置有排氣通道，1#吸附式取水器(C-1)內下部設置有進氣通道；1#吸附式取水器(C-1)內部排氣通道和進氣通道之間設置吸附床，1#吸附式取水器(C-1)內部設置有熱媒盤管；

2#吸附式取水器(C-2)內上部設置有排氣通道，2#吸附式取水器(C-2)內下部設置有進氣通道；2#吸附式取水器(C-2)內部排氣通道和進氣通道之間設置吸附床，2#吸附式取水器(C-2)內部設置有熱媒盤管；

取水系統蒸發器(C-3)內上部設置有排氣通道，取水系統蒸發器(C-3)內下部設置有進氣通道，排氣通道和進氣通道之間設置有制冷劑蒸發盤管(C-3-1)，取水系統蒸發器(C-3)內進氣通道下方設置有底部儲液區，取水系統蒸發器(C-3)側部設置有11#風管(S11)；11#風管(S11)的一端與排氣通道連通，11#風管(S11)的另一端與取水系統蒸發器(C-3)下部設置的進氣通道連通；取水系統蒸發器(C-3)的頂部設置有12#風管(S12)，12#風管(S12)的進口與排氣通道連通，12#風管(S12)的出口與大氣連通；11#風管(S11)用于連通取水系統蒸發器(C-3)內的排氣通道和進氣通道；

水質凈化裝置(C-4)內部設置有依次設置有級配石英砂過濾層(C-4-1)、臭氧-活性炭過濾層(C-4-2)、活性炭過濾層(C-4-3)、精細石英砂過濾層(C-4-4)、臭氧-紫外高級氧化消殺區(C-4-5)，臭氧-紫外高級氧化消殺區(C-4-5)靠近出水口側，級配石英砂過濾層(C-4-1)靠近進水口側，水質凈化裝置(C-4)的出水口與儲水器(C-5)的進水口通過水管(W2)相連接，水管(W2)的進水端設置有加壓水泵(C-4-6)；級配石英砂過濾層(C-4-1)、臭氧-活性炭過濾層(C-4-2)、活性炭過濾層(C-4-3)、精細石英砂過濾層(C-4-4)和臭氧-紫外高級氧化消殺區(C-4-5)之間均設置有豎向隔板，級配石英砂過濾層(C-4-1)和臭氧-活性炭過濾層(C-4-2)之間頂部連通，臭氧-活性炭過濾層(C-4-2)和活性炭過濾層(C-4-3)底部連通，活性炭過濾層(C-4-3)和精細石英砂過濾層(C-4-4)之間頂部連通，精細石英砂過濾層(C-4-4)和臭氧-紫外高級氧化消殺區(C-4-5)底部連通；

1#吸附式取水器(C-1)與2#吸附式取水器(C-2)中的高含濕量的近飽和空氣通過1#空氣傳輸管線(S4-1)、2#空氣傳輸管線(S4-2)、4#風管(S4)連接至取水系統蒸發器(C-3)內；濕空氣在取水系統蒸發器(C-3)內的制冷劑蒸發盤管(C-3-1)及翅片表面進行冷凝；取水系統蒸發器(C-3)中形成的冷凝水通過冷凝水管路(W1)與水質凈化裝置(C-4)相連接；冷凝水管路(W1)上設置有加壓水泵；1#支管(S3-1)、2#支管(S3-2)、1#空氣傳輸管線(S4-1)2#空氣傳輸管線(S4-2)上分別設置有風量調節閥，多個風量調節閥分別聯動控制；

1#吸附熱回收器(D-1)設置在1#吸附式制冷機(A-1)的外表面，1#吸附熱回收器(D-1)中設置的傳熱翅片組固接在1#吸附式制冷機(A-1)的外表面上，1#吸附熱回收器(D-1)底部設置有空氣進口，空氣進口上設置有13#風管(S9-1)，13#風管(S9-1)上設置有4#風機(E-4-1)，4#風機(E-4-1)的進口與大氣連通；1#吸附熱回收器(D-1)的頂部設置有空氣出口，空氣出口與15#風管(S9-2)相連接；

2#吸附熱回收器(D-2)設置在2#吸附式制冷機(A-2)的外表面，2#吸附熱回收器(D-2)中設置的傳熱翅片組固接在2#吸附式制冷機(A-2)的外表面上，2#吸附熱回收器(D-2)底部設置有空氣進口，空氣進口與14#風管(S10-1)相連接，14#風管(S10-1)上設置有5#風機(E-4-2)，5#風機(E-4-2)的進口與大氣連通；2#吸附熱回收器(D-2)頂部設置有空氣出口，空氣出口與16#風管(S10-2)相連接；

空氣間壁式換熱器(D-3)內部設置有兩路空氣通道；其中一路空氣通道的進口和出口分別與2#風管(S2)的出口和3#風管(S3)的進口連接；另一路空氣通道的進口和出口分別與7#風管(S7)的出口和8#風管(S8)的進口連接，8#風管(S8)的出口與大氣連通；空氣間壁式換熱器(D-3)內部的兩路空氣通道通過間壁換熱；每一路空氣通道內均設置有多層空氣流通的路徑；3#風管(S3)的出口與2#風機(E-2)的進口連接，2#風機(E-2)的出口分別連接1#支管(S3-1)的進口和2#支管(S3-2)的進口；1#支管(S3-1)的出口連接1#吸附式取水器(C-1)的進風口，2#支管(S3-2)的出口連接2#吸附式取水器(C-2)的進氣通道的進風口，1#吸附式取水器(C-1)的進風口和2#吸附式取水器(C-2)的進風口上設置有過濾裝置及風量調節閥；1#吸附式取水器(C-1)的出風口與1#空氣傳輸管線(S4-1)的進風口連接，2#吸附式取水器(C-2)的出風口與2#空氣傳輸管線(S4-2)的進風口連接；1#空氣傳輸管線(S4-1)的出風口和2#空氣傳輸管線(S4-2)的出風口分別與4#風管(S4)的進風口連接，4#風管(S4)的出風口與取水系統蒸發器(C-3)的進氣通道的進風口連接；

空氣冷卻器(D-4)內部設置有制冷劑盤管，制冷劑盤管的外表面設置有翅片，制冷劑盤管的進口連接10#制冷劑循環管路(L7)，制冷劑盤管的出口連接7#制冷劑循環管路(L4)，空氣冷卻器(D-4)上設置有進風口和出風口，空氣冷卻器(D-4)出風口連接7#風管(S7)，空氣冷卻器(D-4)進風口連接6#風管(S6)的出風口；空氣在空氣冷卻器(D-4)內部制冷劑盤管表面及翅片區流通，溶液與空氣通過翅片及制冷劑盤管表面換熱；

溶液換熱器(D-5)為板式換熱器，溶液換熱器(D-5)內設置有吸濕劑的濃溶液流通盤管和吸濕劑的稀溶液流通盤管，吸濕劑的濃溶液流通盤管的進口與1#溶液循環管線(Q1)相連接，吸濕劑的濃溶液流通盤管的出口與2#溶液循環管線(Q2)相連接，吸濕劑的稀溶液流通盤管的進口與3#溶液循環管線(Q3)相連接，吸濕劑的稀溶液流通盤管的出口與4#溶液循環管線(Q4)相連接；

太陽能集熱裝置(F-1)的出水口與1#熱媒循環管線(R1)連接，太陽能集熱裝置(F-1)的回水口與12#熱媒循環管線(R12)連接，1#熱媒循環管線(R1)通過6#電控閥門組(V6)分別與2#熱媒循環管線(R2)、3#熱媒循環管線(R3)和6#熱媒循環管線(R6)連接，2#熱媒循環管線(R2)的另一端與1#吸附式制冷機(A-1)的熱媒盤管的進水口相連接，3#熱媒循環管線(R3)的另一端與2#吸附式制冷機(A-2)的熱媒盤管的進水口相連接，1#吸附式制冷機(A-1)的熱媒盤管的出水口與4#熱媒循環管線(R4)連接，2#吸附式制冷機(A-2)的出水口與5#熱媒循環管線(R5)連接；7#熱媒循環管線(R7)的進口和8#熱媒循環管線(R8)的進口分別與6#熱媒循環管線(R6)的出口連接，1#吸附式取水器(C-1)中熱媒盤管的進口與8#熱媒循環管線(R8)的出口連接，2#吸附式取水器(C-2)中熱媒盤管的進口與7#熱媒循環管線(R7)的出口連接，1#吸附式取水器(C-1)中熱媒盤管的出口與10#熱媒循環管線(R10)的進口連接，2#吸附式取水器(C-2)中熱媒盤管的出口與9#熱媒循環管線(R9)的進口連接，9#熱媒循環管線(R9)的出口和10#熱媒循環管線(R10)的出口分別與11#熱媒循環管線(R11)的進口連接，11#熱媒循環管線(R11)的出口分別與4#熱媒循環管線(R4)、5#熱媒循環管線(R5)和12#熱媒循環管線(R12)通過5#電控閥門組(V5)連接。