一种海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
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空气聚湿取水系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一种海岛区域聚湿取水系统及方法。
背景技术:2.海水淡化是解决海岛区域淡水资源缺乏的主要途径,但以离子交换、反渗透膜过滤及多级蒸馏为核心的海水淡化技术存在能耗高,离子交换树脂的再生和反渗透膜污染控制的成本较高等不足。除直接对海水进行淡化外,海岛区域潮湿的海洋空气为从空气中获取淡水提供了丰富的资源,也可实现海岛区域淡水资源的供给。
3.但常规的通过电制冷技术的空气冷凝取水技术仍存在能源消耗量大、取水成本高、水质盐分较高、不适合直接饮用等不足。因此,开发一种适用于海岛区域空气取水的节能绿色型空气取水技术具有重要的应用价值。
技术实现要素:4.本发明为了解决现有海岛区域空气取水技术存在产水效率低、无法直接饮用的问题,提出一种海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
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空气聚湿取水系统及方法。
5.本发明采用绿色节能型吸附式制冷机为冷源和热源,通过冷凝热和吸附热的回收利用,分别为以氯化锂或氯化钙等溶液吸湿剂构建的溶液聚湿器提供聚湿需要的冷量、向空气聚湿器提供溶液再生及强化空气聚湿的热量来自于吸附制冷系统的冷凝热。通过溶液聚湿+ 空气聚湿的两级聚湿过程,形成高湿空气;然后通过连续运行的固体吸附材料为吸附床的空气吸附式取水器进行水分的第三级吸附富集后,再经过加热解吸过程释放水蒸气至取水蒸发器冷量由吸附制冷系统提供进行冷凝取水。
6.本发明同时耦合了水质深度净化装置,实现饮用水的净化处理。本发明同时复合了多种类型的热回收装置,可同步实现吸附热、冷凝热的回收利用,以及空气冷/热能的交互换热过程。
7.本发明海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
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空气聚湿取水系统由吸附式制冷机系统a、吸附式制冷机驱动的溶液型空气聚湿系统b、空气取水及净水系统c、热回收及换热系统d和太阳能集热系统f构成;
8.吸附式制冷机系统a包括1#吸附式制冷机a
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1、2#吸附式制冷机a
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2、空气聚湿系统蒸发器a
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3、空气聚湿系统冷凝器a
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4、制冷剂储液器a
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5、节流装置a
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6、1#制冷剂分配泵a
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7和2#制冷剂分配泵a
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8;吸附式制冷机驱动的溶液型空气聚湿系统b包括溶液聚湿器b
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1、空气聚湿器b
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2,1#溶液循环泵b
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3、2#溶液循环泵b
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4和太阳能加热海水蒸发器 b
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9;空气取水及净水系统c由1#吸附式取水器c
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1、2#吸附式取水器c
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2、取水系统蒸发器c
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3、水质净化装置c
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4和储水器c
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5构成;热回收及换热系统d包括1#吸附热回收器 d
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1、2#吸附热回收器d
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2、空气间壁式换热器d
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3、空气冷却器d
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4和溶液换热器d
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5;太阳能集热系统f由太阳能集热装置f
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1、热媒循环泵f
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2、1#热媒循环管线r1、2#热媒循环管线r2、3#热媒循环管线r3、
4#热媒循环管线r4、5#热媒循环管线r5、6#热媒循环管线r6、7#热媒循环管线r7、8#热媒循环管线r8、9#热媒循环管线r9、10#热媒循环管线r10、11#热媒循环管线r11、12#热媒循环管线r12、5#电控阀门组v5和6#电控阀门组 v6构成;
9.1#吸附式制冷机a
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1内部设置有吸附剂组成的吸附制冷床、多组制冷剂传质多孔管和热媒盘管;1#吸附式制冷机a
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1的顶部设置有热媒盘管的出水口,1#吸附式制冷机a
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1的底部设置有热媒盘管的进水口,1#吸附式制冷机a
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1的外侧设置有1#吸附热回收器d
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1, 1#吸附热回收器d
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1内部设置有强化换热的翅片组;所述翅片组为薄铝片结构,翅片组与不锈钢罐式容器的罐体连接在一起,1#吸附热回收器d
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1的底部设置有供空气流通的进口, 1#吸附热回收器d
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1的顶部设置有供空气流通的出口;
10.2#吸附式制冷机a
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2内部设置有吸附剂组成的吸附制冷床、多组制冷剂传质多孔管和热媒盘管;2#吸附式制冷机a
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2的顶部设置有热媒盘管的出水口,2#吸附式制冷机a
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2的底部设置有热媒盘管的进水口,2#吸附式制冷机a
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2的外侧设置有2#吸附热回收器d
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2, 2#吸附热回收器d
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2内部设置有强化换热的翅片组;2#吸附热回收器d
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2的底部设置有供空气流通的进口,2#吸附热回收器d
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2的顶部设置有供空气流通的出口;
11.1#吸附式制冷机a
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1顶部的制冷剂出口与13#制冷剂循环管路l10
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1相连接,2#吸附式制冷机a
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2顶部的制冷剂出口与14#制冷剂循环管路l10
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2相连接,13#制冷剂循环管路 l10
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1和14#制冷剂循环管路l10
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2与12#制冷剂循环管路l9通过3#电控阀门组v3相接通;12#制冷剂循环管路l9的另一端与空气聚湿系统冷凝器a
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4的制冷剂盘管进口相连接;空气聚湿系统冷凝器a
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4的制冷剂盘管出口通过11#制冷剂循环管路l8与节流装置a
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6相连接;节流装置a
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6的出口通过管线与制冷剂储液器a
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5相连接;制冷剂储液器a
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5上设置有6#制冷剂循环管路l3和9#制冷剂循环管路l6;
12.9#制冷剂循环管路l6上设置有1#制冷剂分配泵a
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7,并通过4#电控阀门组v4与10# 制冷剂循环管路l7相接通;9#制冷剂循环管路l6的另一侧连接至空气聚湿系统蒸发器a
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3 的盘管进口;空气聚湿系统蒸发器a
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3的盘管出口与8#制冷剂循环管路l5相接通;10#制冷剂循环管路l7的另一侧与空气冷却器d
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4的制冷剂盘管进口相连接,空气冷却器d
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4 中的制冷剂盘管出口与7#制冷剂循环管路l4相连接;而7#制冷剂循环管路l4的另一端和8#制冷剂循环管路l5的另一端分别与5#制冷剂循环管路l2
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2相连接,5#制冷剂循环管路l2
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2的另一侧通过2#电控阀门组v2与3#制冷剂循环管路l2和4#制冷剂循环管路l2
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1 相连接;3#制冷剂循环管路l2的另一侧通过1#电控阀门组v1与1#制冷剂循环管路l1
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1 和2#制冷剂循环管路l1
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2相连接;1#制冷剂循环管路l1
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1的另一侧与1#吸附式制冷机 a
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1的底部制冷剂进口相连接,2#制冷剂循环管路l1
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2的另一侧与2#吸附式制冷机a
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2的底部制冷剂进口相连接;
13.6#制冷剂循环管路l3上设置有2#制冷剂分配泵a
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8,6#制冷剂循环管路l3的另一侧与取水系统蒸发器c
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3的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1的进口相连接;取水系统蒸发器c
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3的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1的出口与4#制冷剂循环管路l2
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1相连接;
14.溶液聚湿器b
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1内设置有1#溶液喷淋装置b
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5和1#湿膜填料层b
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7,1#溶液喷淋装置 b
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5设置在溶液聚湿器b
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1的顶部,1#溶液喷淋装置b
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5由多组喷淋管路及设置在喷淋管路上的雾化喷嘴构成;1#湿膜填料层b
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7设置在溶液聚湿器b
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1的中部,溶液聚湿器b
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1 的底部为吸湿剂溶液的储液区;吸湿剂溶液的储液区内填充有吸湿剂溶液;
15.空气聚湿器b
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2内设置有2#溶液喷淋装置b
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6和2#湿膜填料层b
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8,2#溶液喷淋装置 b
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6设置在空气聚湿器b
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2的顶部,2#溶液喷淋装置b
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6由多组喷淋管路及设置在喷淋管路上的雾化喷嘴构成;2#湿膜填料层b
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8设置在空气聚湿器b
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2的中部,空气聚湿器b
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2 的底部为吸湿剂溶液的储液区;吸湿剂溶液的储液区内填充有吸湿剂溶液;吸湿剂溶液为氯化锂溶液或氯化钙溶液;空气聚湿器b
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2的进风侧风口连接有1#风管s1,1#风管s1的进口与太阳能加热海水蒸发器b
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9的湿空气出口连接,1#风管s1上设置有1#风机e
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1;空气聚湿器b
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2的进风侧风口上设置有过滤装置及风量调节阀;
16.溶液聚湿器b
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1的储液区通过2#溶液循环管线q2与溶液换热器d
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5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管相连接,溶液聚湿器b
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1的储液区通过3#溶液循环管线q3与溶液换热器d
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5 内的吸湿剂的稀溶液流通盘管相连接;溶液换热器d
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5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管和溶液换热器d
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5内的吸湿剂的稀溶液流通盘管通过间壁换热;
17.空气聚湿器b
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2的储液区通过1#溶液循环管线q1与溶液换热器d
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5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管相连接,空气聚湿器b
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2的储液区通过4#溶液循环管线q4与溶液换热器d
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5 内的吸湿剂的稀溶液流通盘管相连接;1#溶液循环管线q1、2#溶液循环管线q2、3#溶液循环管线q3和4#溶液循环管线q4构成吸湿剂溶液的循环管线;
18.溶液聚湿器b
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1的进风口上设置有5#风管s5,5#风管s5与13#风管s14连接,13#风管s14的进口与太阳能加热海水蒸发器b
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9的湿空气出口连接,13#风管s14上设置有14# 风管s15,14#风管s15与大气连通,5#风管s5上设置有3#风机e
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3,溶液聚湿器b
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1的进风侧风口上设置有过滤装置及风量调节阀;溶液聚湿器b
‑
1的出风口与6#风管s6的进风口连接;
19.溶液聚湿器b
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1的储液区通过7#溶液循环管线q7与空气聚湿系统蒸发器a
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3内部的溶液侧进口相连接;空气聚湿系统蒸发器a
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3内部的溶液侧出口连接5#溶液循环管线 q5,5#溶液循环管线q5上设置有1#溶液循环泵b
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3,5#溶液循环管线q5末端连接1# 溶液喷淋装置b
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5;
20.空气聚湿器b
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2底部的吸湿剂溶液储液区通过8#溶液循环管线q8与空气聚湿系统冷凝器a
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4的溶液侧进口相连接;空气聚湿系统冷凝器a
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4的溶液侧出口连接6#溶液循环管线q6,6#溶液循环管线q6上设置有2#溶液循环泵b
‑
4;6#溶液循环管线q6的末端连接至2#溶液喷淋装置b
‑
6;
21.1#吸附式取水器c
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1内上部设置有排气通道,1#吸附式取水器c
‑
1内下部设置有进气通道;1#吸附式取水器c
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1内部排气通道和进气通道之间设置吸附床,1#吸附式取水器 c
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1内部设置有热媒盘管;
22.2#吸附式取水器c
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2内上部设置有排气通道,2#吸附式取水器c
‑
2内下部设置有进气通道;2#吸附式取水器c
‑
2内部排气通道和进气通道之间设置吸附床,2#吸附式取水器 c
‑
2内部设置有热媒盘管;
23.取水系统蒸发器c
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3内上部设置有排气通道,取水系统蒸发器c
‑
3内下部设置有进气通道,排气通道和进气通道之间设置有制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1,取水系统蒸发器c
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3内进气通道下方设置有底部储液区,取水系统蒸发器c
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3侧部设置有11#风管s11;11#风管 s11的一端与排气通道连通,11#风管s11的另一端与取水系统蒸发器c
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3下部设置的进气通道连通;取水系统蒸发器c
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3的顶部设置有12#风管s12,12#风管s12的进口与排气通道连通,12#风管s12的出口分别与13#风管s9
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1和14#风管s10
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1连接;11#风管 s11用于连通取水系
统蒸发器c
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3内的排气通道和进气通道;
24.水质净化装置c
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4内部设置有依次设置有级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
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活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4、臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5,臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5靠近出水口侧,级配石英砂过滤层c
‑4‑
1靠近进水口侧,水质净化装置c
‑
4的出水口与储水器c
‑
5的进水口通过水管w2相连接,水管w2的进水端设置有加压水泵c
‑4‑
6;级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4和臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5之间均设置有竖向隔板,级配石英砂过滤层c
‑4‑
1和臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2之间顶部连通,臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2和活性炭过滤层c
‑4‑
3底部连通,活性炭过滤层c
‑4‑
3和精细石英砂过滤层c
‑4‑
4之间顶部连通,精细石英砂过滤层c
‑4‑
4和臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5底部连通;
25.1#吸附式取水器c
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1与2#吸附式取水器c
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2中的高含湿量的近饱和空气通过1#空气传输管线s4
‑
1、2#空气传输管线s4
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2、4#风管s4连接至取水系统蒸发器c
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3内;湿空气在取水系统蒸发器c
‑
3内的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1及翅片表面进行冷凝;取水系统蒸发器 c
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3中形成的冷凝水通过冷凝水管路w1与水质净化装置c
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4相连接;冷凝水管路w1上设置有加压水泵;1#支管s3
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1、2#支管s3
‑
2、1#空气传输管线s4
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12#空气传输管线s4
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2 上分别设置有风量调节阀,多个风量调节阀分别联动控制;
26.1#吸附热回收器d
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1设置在1#吸附式制冷机a
‑
1的外表面,1#吸附热回收器d
‑
1中设置的传热翅片组固接在1#吸附式制冷机a
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1的外表面上,1#吸附热回收器d
‑
1底部设置有空气进口,空气进口上设置有13#风管s9
‑
1,13#风管s9
‑
1上设置有4#风机e
‑4‑
1, 4#风机e
‑4‑
1的进口与大气连通;1#吸附热回收器d
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1的顶部设置有空气出口,空气出口与15#风管s9
‑
2相连接;15#风管s9
‑
2与12#风管s13连接;
27.2#吸附热回收器d
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2设置在2#吸附式制冷机a
‑
2的外表面,2#吸附热回收器d
‑
2中设置的传热翅片组固接在2#吸附式制冷机a
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2的外表面上,2#吸附热回收器d
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2底部设置有空气进口,空气进口与14#风管s10
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1相连接,14#风管s10
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1上设置有5#风机e
‑4‑
2, 5#风机e
‑4‑
2的进口与大气连通;2#吸附热回收器d
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2顶部设置有空气出口,空气出口与 16#风管s10
‑
2相连接;16#风管s10
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2与12#风管s13连接;
28.空气间壁式换热器d
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3内部设置有两路空气通道;其中一路空气通道的进口和出口分别与2#风管s2的出口和3#风管s3的进口连接;另一路空气通道的进口和出口分别与 7#风管s7的出口和8#风管s8的进口连接,8#风管s8的出口与大气连通;空气间壁式换热器d
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3内部的两路空气通道通过间壁换热;每一路空气通道内均设置有多层空气流通的路径;3#风管s3的出口与2#风机e
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2的进口连接,2#风机e
‑
2的出口分别连接1#支管 s3
‑
1的进口和2#支管s3
‑
2的进口;1#支管s3
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1的出口连接1#吸附式取水器c
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1的进风口,2#支管s3
‑
2的出口连接2#吸附式取水器c
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2的进气通道的进风口,1#吸附式取水器 c
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1的进风口和2#吸附式取水器c
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2的进风口上设置有过滤装置及风量调节阀;1#吸附式取水器c
‑
1的出风口与1#空气传输管线s4
‑
1的进风口连接,2#吸附式取水器c
‑
2的出风口与2#空气传输管线s4
‑
2的进风口连接;1#空气传输管线s4
‑
1的出风口和2#空气传输管线s4
‑
2的出风口分别与4#风管s4的进风口连接,4#风管s4的出风口与取水系统蒸发器c
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3的进气通道的进风口连接;
29.空气冷却器d
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4内部设置有制冷剂盘管,制冷剂盘管的外表面设置有翅片,制冷剂盘管的进口连接10#制冷剂循环管路l7,制冷剂盘管的出口连接7#制冷剂循环管路l4,空气
冷却器d
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4上设置有进风口和出风口,空气冷却器d
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4出风口连接7#风管s7,空气冷却器d
‑
4进风口连接6#风管s6的出风口;空气在空气冷却器d
‑
4内部制冷剂盘管表面及翅片区流通,溶液与空气通过翅片及制冷剂盘管表面换热;
30.溶液换热器d
‑
5为板式换热器,溶液换热器d
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5内设置有吸湿剂的浓溶液流通盘管和吸湿剂的稀溶液流通盘管,吸湿剂的浓溶液流通盘管的进口与1#溶液循环管线q1相连接,吸湿剂的浓溶液流通盘管的出口与2#溶液循环管线q2相连接,吸湿剂的稀溶液流通盘管的进口与3#溶液循环管线q3相连接,吸湿剂的稀溶液流通盘管的出口与4#溶液循环管线q4相连接;
31.太阳能集热装置f
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1的出水口与1#热媒循环管线r1连接,太阳能集热装置f
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1的回水口与12#热媒循环管线r12连接,1#热媒循环管线r1通过6#电控阀门组v6分别与2# 热媒循环管线r2、3#热媒循环管线r3和6#热媒循环管线r6连接,2#热媒循环管线r2 的另一端与1#吸附式制冷机a
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1的热媒盘管的进水口相连接,3#热媒循环管线r3的另一端与2#吸附式制冷机a
‑
2的热媒盘管的进水口相连接,1#吸附式制冷机a
‑
1的热媒盘管的出水口与4#热媒循环管线r4连接,2#吸附式制冷机a
‑
2的出水口与5#热媒循环管线 r5连接;7#热媒循环管线r7的进口和8#热媒循环管线r8的进口分别与6#热媒循环管线r6的出口连接,1#吸附式取水器c
‑
1中热媒盘管的进口与8#热媒循环管线r8的出口连接,2#吸附式取水器c
‑
2中热媒盘管的进口与7#热媒循环管线r7的出口连接,1#吸附式取水器c
‑
1中热媒盘管的出口与10#热媒循环管线r10的进口连接,2#吸附式取水器 c
‑
2中热媒盘管的出口与9#热媒循环管线r9的进口连接,9#热媒循环管线r9的出口和 10#热媒循环管线r10的出口分别与11#热媒循环管线r11的进口连接,11#热媒循环管线 r11的出口分别与4#热媒循环管线r4、5#热媒循环管线r5和12#热媒循环管线r12通过5#电控阀门组v5连接。
32.进一步的,所述1#吸附式制冷机a
‑
1主体为不锈钢罐式容器。
33.进一步的,所述吸附剂为活性炭、活性炭纤维、cacl2中的一种或几种的混合物。
34.进一步的,所述2#吸附式制冷机a
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2主体为不锈钢罐式容器。
35.进一步的,吸湿剂溶液为氯化锂溶液或氯化钙溶液。
36.进一步的,吸附床由炭纤维、硅胶或活性炭材料构成。
37.进一步的,所述1#吸附热回收器d
‑
1、2#吸附热回收器d
‑
2为翅片式换热器。
38.进一步的,所述太阳能集热装置f
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1为热水型。
39.进一步的,所述翅片组为薄铝片结构。
40.利用上述海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
‑
空气聚湿取水系统进行聚湿取水的方法按照以下步骤进行:
41.1#吸附式制冷机a
‑
1处于吸附,2#吸附式制冷机a
‑
2处于脱附工况的调整:向制冷剂储液器a
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5中灌装制冷剂后,吸附式制冷机系统a进行抽真空;调整1#电控阀门组v1连通3#制冷剂循环管路l2和1#制冷剂循环管路l1
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1,关闭2#制冷剂循环管路l1
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2;同时调整3#电控阀门组v3连通14#制冷剂循环管路l10
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2和12#制冷剂循环管路l9,关闭13# 制冷剂循环管路l10
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1;系统中的2#电控阀门组v2和4#电控阀门组v4处于开启状态;来自于制冷剂储液器a
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5的制冷剂液体经过1#制冷剂分配泵a
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7和2#制冷剂分配泵a
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8分别分配至9#制冷剂循环管路l6、10#制冷剂循环管路l7和6#制冷剂循环管路l3内;
42.进入9#制冷剂循环管路l6的制冷剂液体在流经空气聚湿系统蒸发器a
‑
3内部盘管
6#电控阀门组v6的1#热媒循环管线r1至3#热媒循环管线r3通路,连通5#电控阀门组 v5的5#热媒循环管线r5至12#热媒循环管线r12通路;通过1#热媒循环管线r1至3# 热媒循环管线r3向2#吸附式制冷机a
‑
2内的热媒盘管通入来自太阳能集热装置f
‑
1中的热水,对2#吸附式制冷机a
‑
2内的吸附床进行升温脱附;连通3#电控阀门组v3的14#制冷剂循环管路l10
‑
2至12#制冷剂循环管路l9通路;随着温度的升高,2#吸附式制冷机 a
‑
2内脱附的制冷剂气体沿着14#制冷剂循环管路l10
‑
2至12#制冷剂循环管路l9依次进入空气聚湿系统冷凝器a
‑
4和11#制冷剂循环管路l8上的节流装置a
‑
6进行冷凝和节流后,形成制冷剂液体并进入到制冷剂储液器a
‑
5内;制冷剂储液器a
‑
5内的液态制冷剂又在2# 制冷剂分配泵a
‑
8和1#制冷剂分配泵a
‑
7的驱动下分别进入取水系统蒸发器c
‑
3、空气聚湿系统蒸发器a
‑
3和空气冷却器d
‑
4的蒸发器盘管内;
51.当2#吸附式制冷机a
‑
2完成脱附后,2#吸附式制冷机a
‑
2通过以下操作切换至吸附工况:关闭14#制冷剂循环管路l10
‑
2;连通3#制冷剂循环管路l2和#制冷剂循环管路l1
‑
2;开启14#风管s10
‑
1上的阀门;同时关闭6#电控阀门组v6中的3#热媒循环管线r3对应的阀门,关闭5#电控阀门组v5的5#热媒循环管线r5对应的阀门,2#吸附式制冷机a
‑
2的吸附工况中,吸收吸附热后的增温增焓空气通过16#风管s10
‑
2、12#风管s13、1#风管s1 进入到空气聚湿器b
‑
2中,从而可以提供一部分热空气,促进b
‑
2内的空气聚湿和吸湿剂溶液的浓缩;
52.在吸附式制冷机系统a连续运行的同时,空气聚湿器b
‑
2底部的吸湿剂溶液,在2# 溶液循环泵b
‑
4的驱动下,进入空气聚湿系统冷凝器a
‑
4中与高温制冷剂蒸气进行换热,吸收冷凝热后的吸湿剂溶液的温度升高;通过6#溶液循环管线q6进入2#溶液喷淋装置 b
‑
6中进行循环喷淋;与此同时,15#风管s9
‑
2和16#风管s10
‑
2排出的吸收吸附热后的增温增焓空气、以及太阳能加热海水蒸发器b
‑
9中海水蒸发形成的湿空气在1#风机e
‑
1 的驱动下通过1#风管s1进入到空气聚湿器b
‑
2的2#湿膜填料层b
‑
8,与喷淋的吸湿剂溶液进行热湿交换;在此过程中,空气的温度及含湿量升高,吸湿剂溶液逐渐从稀溶液变成浓溶液;进一步聚集水分并升温的空气经过2#风管s2进入到空气间壁式换热器d
‑
3内进行进一步热湿交换;
53.空气聚湿器b
‑
2底部的吸湿剂浓溶液温度高通过1#溶液循环管线q1进入到溶液换热器d
‑
5内,与来自溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂稀溶液温度低进行板式换热后,通过2# 溶液循环管线q2进入到溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂溶液储液区;
54.同时,溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂溶液在1#溶液循环泵b
‑
3的驱动下,进入空气聚湿系统蒸发器a
‑
3内,与制冷剂盘管进行间壁换热;制冷剂蒸发过程中吸收部分吸湿剂溶液的热量,使得吸湿剂溶液的温度降低;降温后的吸湿剂溶液通过5#溶液循环管线 q5进入到1#溶液喷淋装置b
‑
5中进行循环喷淋;与此同时,室外空气和太阳能加热海水蒸发器b
‑
9中海水蒸发形成的湿空气在3#风机e
‑
3的驱动下,通过5#风管s5进入到溶液聚湿器b
‑
1的1#湿膜填料层b
‑
7内,与降温后的吸湿剂溶液进行热湿交换;在此过程中,吸湿剂溶液吸收部分空气中的水蒸气,从浓溶液逐渐转化成稀溶液;空气的温度则进一步降低,空气中的水分转移至吸湿剂溶液中;吸湿剂稀溶液则进一步通过3#溶液循环管线q3进入到溶液换热器d
‑
5中,与来自空气聚湿器b
‑
2的高温吸湿剂浓溶液进行换热后,通过4#溶液循环管线q4进入空气聚湿器b
‑
2中;从而形成了吸湿剂溶液的循环及浓溶液与稀溶液的状态转化;
55.当1#吸附式取水器c
‑
1处于水分吸附阶段时,2#吸附式取水器c
‑
2则处于吸附饱和后的水分解吸阶段;对应的,当2#吸附式取水器c
‑
2处于水分吸附阶段时,1#吸附式取水器
c
‑
1则处于吸附饱和后的水分解吸阶段;之前经过水分解吸的1#吸附式取水器c
‑
1 水分吸附工况的调整:关闭2#支管s3
‑
2和1#空气传输管线s4
‑
1上的风量调节阀,开启 1#支管s3
‑
1上的进风侧风量调节阀,在2#风机e
‑
2的驱动下,来自于空气间壁式换热器 d
‑
3中经过预冷的高含湿空气进入到1#吸附式取水器c
‑
1底部的空气扩散通道中,并持续不断的通过设置在吸附床内部的中心气流扩散通道扩散至吸附床内;空气中的水蒸气在吸附床内被吸附;通过吸附后的空气通过1#吸附式取水器c
‑
1顶部的排风口c
‑
6排出;与此同时,之前达到吸附饱和的2#吸附式取水器c
‑
2水分解吸工况的调整:关闭风管2# 支管s3
‑
2上的风量调节阀;来自太阳能集热装置f
‑
1的热媒依次通过1#热媒循环管线r1、 6#热媒循环管线r6和7#热媒循环管线r7、进入2#吸附式取水器c
‑
2外部设置的热媒层内,对2#吸附式取水器c
‑
2进行升温加热;换热后的热媒依次经过9#热媒循环管线r9、 11#热媒循环管线r11、热媒循环泵f
‑
2和12#热媒循环管线r12回到太阳能集热装置f
‑
1 内;当2#吸附式取水器c
‑
2内的温度上升,水蒸气开始大量解吸后,开启4#风管s4和 2#空气传输管线s4
‑
2上的风量调节阀;解吸出来的水蒸气通过2#空气传输管线s4
‑
2和 4#风管s4进入到取水系统蒸发器c
‑
3底部的进气通道内;水蒸气自下而上的通过取水系统蒸发器c
‑
3内设置的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1及翅片表面(冷表面),水蒸气在与制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1表面翅片进行换热后,在低温的作用下持续凝结为液态水;冷凝形成的液态水在重力作用下进入到取水系统蒸发器c
‑
3底部的储液区内,通过加压水泵泵入水质净化装置c
‑
4内,进行水质净化;
56.为增强水分的冷凝效果,经过制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1表面后的未被凝结的水蒸气一部分通过12#风管s12排出并进入至1#吸附热回收器d
‑
1和2#吸附热回收器d
‑
2内分别对 1#吸附制冷机组a
‑
1和2#吸附制冷机组a
‑
2进行降温,更加有利于吸附过程的产生的吸附热的排放,从而促进吸附制冷系统能效的提升;一部分通过回流11#风管s11重新回到取水系统蒸发器c
‑
3底部的进气通道内;
57.制冷剂液体通过6#制冷剂循环管路l3进入制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1内,经过换热蒸发后形成制冷剂蒸气,制冷剂蒸气通过4#制冷剂循环管路l2
‑
1进入正处于吸附阶段的1# 吸附式制冷机a
‑
1的吸附床内或进入正处于吸附阶段的2#吸附式制冷机a
‑
2的吸附床内; 1#吸附式取水器c
‑
1和2#吸附式取水器c
‑
2在不同工况下的切换,保证了空气取水系统的连续运行;
58.取水系统蒸发器c
‑
3底部储液区内冷凝水在加压泵加压后,通过冷凝水管路w1进入水质净化装置c
‑
4的底部进水口后,依次上下折返流经级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
‑ꢀ
活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4、臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5,完成冷凝水的深度处理;然后通过加压水泵c
‑4‑
6泵入储水器c
‑
5中供用水终端使用。
59.本发明有益效果:
60.1、与传统直接采用室外空气进行冷凝取水系统相比,本发明在提出了通过增加设置溶液聚湿器将空气中的水蒸气吸收至吸湿剂溶液中;并在空气聚湿器内通过预热空气与吸湿剂稀溶液的热湿交换,形成高含湿空气;通过溶液聚湿器和空气聚湿器的双效聚湿作用,获得了高含湿空气,为后续的空气取水系统提供了更为高效的取水能效。
61.2、本发明提出以绿色环保、经济性能优良的1#吸附式制冷机和2#吸附式制冷机提供的冷量,可同时为空气聚湿系统蒸发器、取水系统蒸发器及空气冷却器提供不同等级的
冷量;因此,可同时促进溶液聚湿器的聚湿效能、取水系统蒸发器的空气冷凝取水量和能效、增强空气冷却器内空气的冷却效果。与此同时,吸附式制冷机产生的冷凝热为空气聚湿器内的吸湿剂溶液的再生提供了热量。
62.3、本发明从能量多级循环利用和碳中和的角度,提出了一系列节能措施,其中:
63.①
通过增设1#吸附热回收器和2#吸附热回收器,在对1#吸附式制冷机和2#吸附式制冷机内的吸附床进行降温吸附的同时,采用吸附热对空气进行预热,预热后的空气再提供给空气聚湿器进行空气聚湿和吸湿剂溶液的再生浓缩过程;
②
增设空气冷却器,对溶液聚湿器出口的预冷空气进行进一步冷却,并通过空气间壁式换热器将冷量传递给空气聚湿器流出的高含湿量空气,通过控制空气间壁式换热器和空气冷却器内的热交换效率和冷量供给,进一步提升空气相对湿度,促进后续1#吸附式取水器或2#吸附式取水器空气吸附式取水器内的吸附量和换热效率。
64.4、本发明提出了新型的1#吸附式取水器和2#吸附式取水器与取水系统蒸发器的结构形式及组合结构;通过将取水系统蒸发器顶部排出的冷气流回流的形式,可进一步增强空气取水效能,与此同时,取水系统蒸发器顶部排出的冷气流还可接入1#吸附式取水器或 2#吸附式取水器的进风通道内,为1#吸附式取水器和2#吸附式取水器提供冷能,可进一步促进吸附热的扩散和水分的吸附容量。
65.5、本发明将空气取水系统与饮用水深度净化工艺的水质净化装置相结合,提出了包括级配石英砂过滤、臭氧
‑
活性炭过滤、活性炭过滤、精细石英砂过滤和紫外消杀相结合的深度净水工艺,可实现出水的水质符合饮用水水质。
66.6、本发明除可利用海岛区域的空气进行空气取水外,还增设了太阳能海水蒸发装置 b
‑
9,该装置可利用太阳能加热海水形成的高温高含湿量的海水蒸气;高含湿量的海水蒸气有利于提高后续溶液聚湿器b
‑
1内的溶液聚湿量;高温海水蒸气还可有效提升空气聚湿器b
‑
2内的氯化锂溶液的再生浓缩过程;通过上述两个方面的有益效果,可进一步提升本发明的空气取水能效。
附图说明
67.图1为实施例1中海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
‑
空气聚湿取水系统的结构示意图。
实施例1:
68.本实施例海岛区域基于吸附制冷系统驱动的溶液
‑
空气聚湿取水系统由吸附式制冷机系统a、吸附式制冷机驱动的溶液型空气聚湿系统b、空气取水及净水系统c、热回收及换热系统d和太阳能集热系统f构成;
69.吸附式制冷机系统a包括1#吸附式制冷机a
‑
1、2#吸附式制冷机a
‑
2、空气聚湿系统蒸发器a
‑
3、空气聚湿系统冷凝器a
‑
4、制冷剂储液器a
‑
5、节流装置a
‑
6、1#制冷剂分配泵a
‑
7和2#制冷剂分配泵a
‑
8;吸附式制冷机驱动的溶液型空气聚湿系统b包括溶液聚湿器b
‑
1、空气聚湿器b
‑
2,1#溶液循环泵b
‑
3、2#溶液循环泵b
‑
4和太阳能加热海水蒸发器 b
‑
9;空气取水及净水系统c由1#吸附式取水器c
‑
1、2#吸附式取水器c
‑
2、取水系统蒸发器c
‑
3、水质净化装置c
‑
4和储水器c
‑
5构成;热回收及换热系统d包括1#吸附热回收器 d
‑
1、2#吸附热回收器
d
‑
2、空气间壁式换热器d
‑
3、空气冷却器d
‑
4和溶液换热器d
‑
5;太阳能集热系统f由太阳能集热装置f
‑
1、热媒循环泵f
‑
2、1#热媒循环管线r1、2#热媒循环管线r2、3#热媒循环管线r3、4#热媒循环管线r4、5#热媒循环管线r5、6#热媒循环管线r6、7#热媒循环管线r7、8#热媒循环管线r8、9#热媒循环管线r9、10#热媒循环管线r10、11#热媒循环管线r11、12#热媒循环管线r12、5#电控阀门组v5和6#电控阀门组 v6构成;
70.所述1#吸附式制冷机a
‑
1主体为不锈钢罐式容器,1#吸附式制冷机a
‑
1内部设置有吸附剂组成的吸附制冷床、多组制冷剂传质多孔管和热媒盘管;其中,所述吸附剂为活性炭;制冷剂传质多孔管为吸附床内部制冷剂的扩散通道,不与外部管线相连接;1#吸附式制冷机a
‑
1的顶部设置有热媒盘管的出水口,1#吸附式制冷机a
‑
1的底部设置有热媒盘管的进水口,1#吸附式制冷机a
‑
1的外侧设置有1#吸附热回收器d
‑
1,1#吸附热回收器d
‑
1内部设置有强化换热的翅片组;所述翅片组为薄铝片结构,翅片组与不锈钢罐式容器的罐体连接在一起,1#吸附热回收器d
‑
1的底部设置有供空气流通的进口,1#吸附热回收器d
‑
1的顶部设置有供空气流通的出口;
71.所述2#吸附式制冷机a
‑
2主体为不锈钢罐式容器,2#吸附式制冷机a
‑
2内部设置有吸附剂组成的吸附制冷床、多组制冷剂传质多孔管和热媒盘管;制冷剂传质多孔管为吸附床内部制冷剂的扩散通道,不与外部管线相连接;2#吸附式制冷机a
‑
2的顶部设置有热媒盘管的出水口,2#吸附式制冷机a
‑
2的底部设置有热媒盘管的进水口,2#吸附式制冷机a
‑
2 的外侧设置有2#吸附热回收器d
‑
2,2#吸附热回收器d
‑
2内部设置有强化换热的翅片组;所述翅片组为薄铝片结构,翅片组与不锈钢罐式容器的罐体连接在一起,2#吸附热回收器 d
‑
2的底部设置有供空气流通的进口,2#吸附热回收器d
‑
2的顶部设置有供空气流通的出口;
72.1#吸附式制冷机a
‑
1顶部的制冷剂出口与13#制冷剂循环管路l10
‑
1相连接,2#吸附式制冷机a
‑
2顶部的制冷剂出口与14#制冷剂循环管路l10
‑
2相连接,13#制冷剂循环管路 l10
‑
1和14#制冷剂循环管路l10
‑
2与12#制冷剂循环管路l9通过3#电控阀门组v3相接通;12#制冷剂循环管路l9的另一端与空气聚湿系统冷凝器a
‑
4的制冷剂盘管进口相连接;空气聚湿系统冷凝器a
‑
4的制冷剂盘管出口通过11#制冷剂循环管路l8与节流装置a
‑
6相连接;节流装置a
‑
6的出口通过管线与制冷剂储液器a
‑
5相连接;制冷剂储液器a
‑
5上设置有6#制冷剂循环管路l3和9#制冷剂循环管路l6;
73.9#制冷剂循环管路l6上设置有1#制冷剂分配泵a
‑
7,并通过4#电控阀门组v4与10# 制冷剂循环管路l7相接通;9#制冷剂循环管路l6的另一侧连接至空气聚湿系统蒸发器a
‑
3 的盘管进口;空气聚湿系统蒸发器a
‑
3的盘管出口与8#制冷剂循环管路l5相接通;10#制冷剂循环管路l7的另一侧与空气冷却器d
‑
4的制冷剂盘管进口相连接,空气冷却器d
‑
4 中的制冷剂盘管出口与7#制冷剂循环管路l4相连接;而7#制冷剂循环管路l4的另一端和8#制冷剂循环管路l5的另一端分别与5#制冷剂循环管路l2
‑
2相连接,5#制冷剂循环管路l2
‑
2的另一侧通过2#电控阀门组v2与3#制冷剂循环管路l2和4#制冷剂循环管路l2
‑
1 相连接;3#制冷剂循环管路l2的另一侧通过1#电控阀门组v1与1#制冷剂循环管路l1
‑
1 和2#制冷剂循环管路l1
‑
2相连接;1#制冷剂循环管路l1
‑
1的另一侧与1#吸附式制冷机 a
‑
1的底部制冷剂进口相连接,2#制冷剂循环管路l1
‑
2的另一侧与2#吸附式制冷机a
‑
2的底部制冷剂进口相连接;
74.6#制冷剂循环管路l3上设置有2#制冷剂分配泵a
‑
8,6#制冷剂循环管路l3的另一
侧与取水系统蒸发器c
‑
3的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1的进口相连接;取水系统蒸发器c
‑
3的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1的出口与4#制冷剂循环管路l2
‑
1相连接;
75.溶液聚湿器b
‑
1内设置有1#溶液喷淋装置b
‑
5和1#湿膜填料层b
‑
7,1#溶液喷淋装置 b
‑
5设置在溶液聚湿器b
‑
1的顶部,1#溶液喷淋装置b
‑
5由多组喷淋管路及设置在喷淋管路上的雾化喷嘴构成;1#湿膜填料层b
‑
7设置在溶液聚湿器b
‑
1的中部,溶液聚湿器b
‑
1 的底部为吸湿剂溶液的储液区;吸湿剂溶液的储液区内填充有吸湿剂溶液;吸湿剂溶液为氯化锂溶液;
76.空气聚湿器b
‑
2内设置有2#溶液喷淋装置b
‑
6和2#湿膜填料层b
‑
8,2#溶液喷淋装置 b
‑
6设置在空气聚湿器b
‑
2的顶部,2#溶液喷淋装置b
‑
6由多组喷淋管路及设置在喷淋管路上的雾化喷嘴构成;2#湿膜填料层b
‑
8设置在空气聚湿器b
‑
2的中部,空气聚湿器b
‑
2 的底部为吸湿剂溶液的储液区;吸湿剂溶液的储液区内填充有吸湿剂溶液;吸湿剂溶液为氯化锂溶液;空气聚湿器b
‑
2的进风侧风口连接有1#风管s1,1#风管s1的进口与太阳能加热海水蒸发器b
‑
9的湿空气出口连接,1#风管s1上设置有1#风机e
‑
1;空气聚湿器b
‑
2 的进风侧风口上设置有过滤装置及风量调节阀;
77.溶液聚湿器b
‑
1的储液区通过2#溶液循环管线q2与溶液换热器d
‑
5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管相连接,溶液聚湿器b
‑
1的储液区通过3#溶液循环管线q3与溶液换热器d
‑
5 内的吸湿剂的稀溶液流通盘管相连接;溶液换热器d
‑
5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管和溶液换热器d
‑
5内的吸湿剂的稀溶液流通盘管通过间壁换热;
78.空气聚湿器b
‑
2的储液区通过1#溶液循环管线q1与溶液换热器d
‑
5内的吸湿剂的浓溶液流通盘管相连接,空气聚湿器b
‑
2的储液区通过4#溶液循环管线q4与溶液换热器d
‑
5 内的吸湿剂的稀溶液流通盘管相连接;1#溶液循环管线q1、2#溶液循环管线q2、3#溶液循环管线q3和4#溶液循环管线q4构成吸湿剂溶液的循环管线;
79.溶液聚湿器b
‑
1的进风口上设置有5#风管s5,5#风管s5与13#风管s14连接,13#风管s14的进口与太阳能加热海水蒸发器b
‑
9的湿空气出口连接,13#风管s14上设置有14# 风管s15,14#风管s15与大气连通,5#风管s5上设置有3#风机e
‑
3,溶液聚湿器b
‑
1的进风侧风口上设置有过滤装置及风量调节阀;溶液聚湿器b
‑
1的出风口与6#风管s6的进风口连接;
80.溶液聚湿器b
‑
1的储液区通过7#溶液循环管线q7与空气聚湿系统蒸发器a
‑
3内部的溶液侧进口相连接;空气聚湿系统蒸发器a
‑
3内部的溶液侧出口连接5#溶液循环管线q5,5#溶液循环管线q5上设置有1#溶液循环泵b
‑
3,5#溶液循环管线q5末端连接1# 溶液喷淋装置b
‑
5;
81.空气聚湿器b
‑
2底部的吸湿剂溶液储液区通过8#溶液循环管线q8与空气聚湿系统冷凝器a
‑
4的溶液侧进口相连接;空气聚湿系统冷凝器a
‑
4的溶液侧出口连接6#溶液循环管线q6,6#溶液循环管线q6上设置有2#溶液循环泵b
‑
4;6#溶液循环管线q6的末端连接至2#溶液喷淋装置b
‑
6;
82.1#吸附式取水器c
‑
1内上部设置有排气通道,1#吸附式取水器c
‑
1内下部设置有进气通道;1#吸附式取水器c
‑
1内部排气通道和进气通道之间设置吸附床,吸附床由活性炭材料构成;1#吸附式取水器c
‑
1内部设置有热媒盘管;
83.2#吸附式取水器c
‑
2内上部设置有排气通道,2#吸附式取水器c
‑
2内下部设置有进气通道;2#吸附式取水器c
‑
2内部排气通道和进气通道之间设置吸附床,吸附床由活性炭材
料构成;2#吸附式取水器c
‑
2内部设置有热媒盘管;
84.取水系统蒸发器c
‑
3内上部设置有排气通道,取水系统蒸发器c
‑
3内下部设置有进气通道,排气通道和进气通道之间设置有制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1,取水系统蒸发器c
‑
3内进气通道下方设置有底部储液区,取水系统蒸发器c
‑
3侧部设置有11#风管s11;11#风管 s11的一端与排气通道连通,11#风管s11的另一端与取水系统蒸发器c
‑
3下部设置的进气通道连通;取水系统蒸发器c
‑
3的顶部设置有12#风管s12,12#风管s12的进口与排气通道连通,12#风管s12的出口分别与13#风管s9
‑
1和14#风管s10
‑
1连接;11#风管 s11用于连通取水系统蒸发器c
‑
3内的排气通道和进气通道;
85.水质净化装置c
‑
4内部设置有依次设置有级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4、臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5,臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5靠近出水口侧,级配石英砂过滤层c
‑4‑
1靠近进水口侧,水质净化装置c
‑
4的出水口与储水器c
‑
5的进水口通过水管w2相连接,水管w2的进水端设置有加压水泵c
‑4‑
6;级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4和臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5之间均设置有竖向隔板,级配石英砂过滤层c
‑4‑
1和臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2之间顶部连通,臭氧
‑
活性炭过滤层c
‑4‑
2和活性炭过滤层c
‑4‑
3底部连通,活性炭过滤层c
‑4‑
3和精细石英砂过滤层c
‑4‑
4之间顶部连通,精细石英砂过滤层c
‑4‑
4和臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5底部连通;
86.1#吸附式取水器c
‑
1与2#吸附式取水器c
‑
2中的高含湿量的近饱和空气通过1#空气传输管线s4
‑
1、2#空气传输管线s4
‑
2、4#风管s4连接至取水系统蒸发器c
‑
3内;湿空气在取水系统蒸发器c
‑
3内的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1及翅片表面进行冷凝;取水系统蒸发器 c
‑
3中形成的冷凝水通过冷凝水管路w1与水质净化装置c
‑
4相连接;冷凝水管路w1上设置有加压水泵;1#支管s3
‑
1、2#支管s3
‑
2、1#空气传输管线s4
‑
12#空气传输管线s4
‑
2 上分别设置有风量调节阀,多个风量调节阀分别联动控制;
87.1#吸附热回收器d
‑
1设置在1#吸附式制冷机a
‑
1的外表面,1#吸附热回收器d
‑
1中设置的传热翅片组固接在1#吸附式制冷机a
‑
1的外表面上,1#吸附热回收器d
‑
1底部设置有空气进口,空气进口上设置有13#风管s9
‑
1,13#风管s9
‑
1上设置有4#风机e
‑4‑
1, 4#风机e
‑4‑
1的进口与大气连通;1#吸附热回收器d
‑
1的顶部设置有空气出口,空气出口与15#风管s9
‑
2相连接;15#风管s9
‑
2与12#风管s13连接;
88.2#吸附热回收器d
‑
2设置在2#吸附式制冷机a
‑
2的外表面,2#吸附热回收器d
‑
2中设置的传热翅片组固接在2#吸附式制冷机a
‑
2的外表面上,2#吸附热回收器d
‑
2底部设置有空气进口,空气进口与14#风管s10
‑
1相连接,14#风管s10
‑
1上设置有5#风机e
‑4‑
2, 5#风机e
‑4‑
2的进口与大气连通;2#吸附热回收器d
‑
2顶部设置有空气出口,空气出口与 16#风管s10
‑
2相连接;16#风管s10
‑
2与12#风管s13连接;所述1#吸附热回收器d
‑
1、 2#吸附热回收器d
‑
2为翅片式换热器;
89.空气间壁式换热器d
‑
3内部设置有两路空气通道;其中一路空气通道的进口和出口分别与2#风管s2的出口和3#风管s3的进口连接;另一路空气通道的进口和出口分别与 7#风管s7的出口和8#风管s8的进口连接,8#风管s8的出口与大气连通;空气间壁式换热器d
‑
3内部的两路空气通道通过间壁换热;每一路空气通道内均设置有多层空气流通的路径;3#风管s3的出口与2#风机e
‑
2的进口连接,2#风机e
‑
2的出口分别连接1#支管 s3
‑
1的进口
和2#支管s3
‑
2的进口;1#支管s3
‑
1的出口连接1#吸附式取水器c
‑
1的进风口,2#支管s3
‑
2的出口连接2#吸附式取水器c
‑
2的进气通道的进风口,1#吸附式取水器 c
‑
1的进风口和2#吸附式取水器c
‑
2的进风口上设置有过滤装置及风量调节阀;1#吸附式取水器c
‑
1的出风口与1#空气传输管线s4
‑
1的进风口连接,2#吸附式取水器c
‑
2的出风口与2#空气传输管线s4
‑
2的进风口连接;1#空气传输管线s4
‑
1的出风口和2#空气传输管线s4
‑
2的出风口分别与4#风管s4的进风口连接,4#风管s4的出风口与取水系统蒸发器c
‑
3的进气通道的进风口连接;
90.空气冷却器d
‑
4内部设置有制冷剂盘管,制冷剂盘管的外表面设置有翅片,制冷剂盘管的进口连接10#制冷剂循环管路l7,制冷剂盘管的出口连接7#制冷剂循环管路l4,空气冷却器d
‑
4上设置有进风口和出风口,空气冷却器d
‑
4出风口连接7#风管s7,空气冷却器d
‑
4进风口连接6#风管s6的出风口;空气在空气冷却器d
‑
4内部制冷剂盘管表面及翅片区流通,溶液与空气通过翅片及制冷剂盘管表面换热;
91.溶液换热器d
‑
5为板式换热器,溶液换热器d
‑
5内设置有吸湿剂的浓溶液流通盘管和吸湿剂的稀溶液流通盘管,吸湿剂的浓溶液流通盘管的进口与1#溶液循环管线q1相连接,吸湿剂的浓溶液流通盘管的出口与2#溶液循环管线q2相连接,吸湿剂的稀溶液流通盘管的进口与3#溶液循环管线q3相连接,吸湿剂的稀溶液流通盘管的出口与4#溶液循环管线q4相连接;
92.太阳能集热装置f
‑
1的出水口与1#热媒循环管线r1连接,太阳能集热装置f
‑
1的回水口与12#热媒循环管线r12连接,1#热媒循环管线r1通过6#电控阀门组v6分别与2# 热媒循环管线r2、3#热媒循环管线r3和6#热媒循环管线r6连接,2#热媒循环管线r2 的另一端与1#吸附式制冷机a
‑
1的热媒盘管的进水口相连接,3#热媒循环管线r3的另一端与2#吸附式制冷机a
‑
2的热媒盘管的进水口相连接,1#吸附式制冷机a
‑
1的热媒盘管的出水口与4#热媒循环管线r4连接,2#吸附式制冷机a
‑
2的出水口与5#热媒循环管线 r5连接;7#热媒循环管线r7的进口和8#热媒循环管线r8的进口分别与6#热媒循环管线r6的出口连接,1#吸附式取水器c
‑
1中热媒盘管的进口与8#热媒循环管线r8的出口连接,2#吸附式取水器c
‑
2中热媒盘管的进口与7#热媒循环管线r7的出口连接,1#吸附式取水器c
‑
1中热媒盘管的出口与10#热媒循环管线r10的进口连接,2#吸附式取水器 c
‑
2中热媒盘管的出口与9#热媒循环管线r9的进口连接,9#热媒循环管线r9的出口和 10#热媒循环管线r10的出口分别与11#热媒循环管线r11的进口连接,11#热媒循环管线 r11的出口分别与4#热媒循环管线r4、5#热媒循环管线r5和12#热媒循环管线r12通过5#电控阀门组v5连接;所述太阳能集热装置f
‑
1为热水型。
93.利用上述装置进行聚湿取水的方法按照以下步骤进行:
94.系统中的1#吸附式制冷机a
‑
1和2#吸附式制冷机a
‑
2构成交替工况的吸附制冷系统,例如1#吸附式制冷机a
‑
1进行吸附
‑
脱附循环工况时,2#吸附式制冷机a
‑
2则进行脱附
‑
吸附循环工况;吸附式制冷机系统a为空气聚湿系统蒸发器a
‑
3、空气冷却器d
‑
4和取水系统蒸发器c
‑
3提供冷量。采用的制冷剂为甲醇。1#吸附式制冷机a
‑
1、2#吸附式制冷机a
‑
2、空气聚湿系统蒸发器a
‑
3、空气聚湿系统冷凝器a
‑
4、制冷剂储液器a
‑
5、节流装置a
‑
6组成完整的吸附制冷系统;1#吸附式制冷机a
‑
1和2#吸附式制冷机a
‑
2的不同工况运行保障了系统的连续制冷过程。
95.吸附式制冷机系统a运行稳定后的工作工况为1#吸附式制冷机a
‑
1处于吸附
‑
脱附
内;
104.当1#吸附式制冷机a
‑
1达到吸附饱和时(根据吸附式制冷机的运行数据统计,1#吸附式制冷机a
‑
1的吸附时间在20至40分钟后达到饱和),1#吸附式制冷机a
‑
1按照下述操作切换至脱附工况:关闭1#电控阀门组v1中1#制冷剂循环管路l1
‑
1侧的阀门,连通1#热媒循环管线r1和2#热媒循环管线r2,连通4#热媒循环管线r4和12#热媒循环管线r12,关闭1#吸附热回收器d
‑
1的进风通道13#风管s9
‑
1上的阀门,连通13#制冷剂循环管路 l10
‑
1和12#制冷剂循环管路l9;
105.当1#吸附式制冷机a
‑
1处于吸附工况的同时,2#吸附式制冷机a
‑
2中进行脱附过程:关闭2#吸附热回收器d
‑
2的进风通道14#风管s10
‑
1上的阀门,开启热媒循环泵f
‑
2,连通 6#电控阀门组v6的1#热媒循环管线r1至3#热媒循环管线r3通路,连通5#电控阀门组 v5的5#热媒循环管线r5至12#热媒循环管线r12通路;通过1#热媒循环管线r1至3# 热媒循环管线r3向2#吸附式制冷机a
‑
2内的热媒盘管通入来自太阳能集热装置f
‑
1中的热水,对2#吸附式制冷机a
‑
2内的吸附床进行升温脱附;连通3#电控阀门组v3的14#制冷剂循环管路l10
‑
2至12#制冷剂循环管路l9通路;随着温度的升高,2#吸附式制冷机 a
‑
2内脱附的制冷剂气体沿着14#制冷剂循环管路l10
‑
2至12#制冷剂循环管路l9依次进入空气聚湿系统冷凝器a
‑
4和11#制冷剂循环管路l8上的节流装置a
‑
6进行冷凝和节流后,形成制冷剂液体并进入到制冷剂储液器a
‑
5内;制冷剂储液器a
‑
5内的液态制冷剂又在2# 制冷剂分配泵a
‑
8和1#制冷剂分配泵a
‑
7的驱动下分别进入取水系统蒸发器c
‑
3、空气聚湿系统蒸发器a
‑
3和空气冷却器d
‑
4的蒸发器盘管内;
106.当2#吸附式制冷机a
‑
2完成脱附后(根据吸附式制冷机的运行数据统计,2#吸附式制冷机a
‑
2达到达到吸附饱和时所需要的吸附时间通常设定为20至40分钟),2#吸附式制冷机a
‑
2通过以下操作切换至吸附工况:关闭14#制冷剂循环管路l10
‑
2;连通3#制冷剂循环管路l2和#制冷剂循环管路l1
‑
2;开启14#风管s10
‑
1上的阀门;同时关闭6#电控阀门组v6中的3#热媒循环管线r3对应的阀门,关闭5#电控阀门组v5的5#热媒循环管线r5 对应的阀门,2#吸附式制冷机a
‑
2的吸附工况中,吸收吸附热后的增温增焓空气通过16# 风管s10
‑
2、12#风管s13、1#风管s1进入到空气聚湿器b
‑
2中,从而可以提供一部分热空气,促进b
‑
2内的空气聚湿和吸湿剂溶液的浓缩;
107.上述1#吸附式制冷机a
‑
1和2#吸附式制冷机a
‑
2的不同运行工况之间的切换,保证了吸附制冷系统的连续制冷过程;
108.①
溶液聚湿器b
‑
1:进行第一级聚湿,从室外空气中聚集水分。方法是通过来自空气聚湿器b
‑
2、1#溶液循环管线q1、溶液换热器d
‑
5、2#溶液循环管线q2的吸湿剂的浓溶液的喷淋,将空气中的水分聚集到溶液中,吸湿剂的浓溶液不断被转化成稀溶液。
109.②
空气聚湿器b
‑
2:进行第二级聚湿,将吸湿剂稀溶液中聚集的来自空气的水分转移至空气中,以提高取水系统蒸发器c
‑
3中的产水量。方法是通过吸湿剂喷淋,实现与高温空气的热湿交换,高温空气主要通过室外空气吸收空气聚湿系统冷凝器a
‑
4的冷凝热、 1#吸附热回收器d
‑
1或2#吸附热回收器d
‑
2的吸附热、或吸收空气间壁式换热器d
‑
3的空气热;在实现吸湿剂从稀溶液变成浓溶液的这一再生过程的同时,将水分扩散至空气中,从而提升空气中的含湿量。
110.③
1#溶液循环泵b
‑
3:通过1#溶液循环泵b
‑
3的驱动,形成吸湿剂溶液的循环喷淋
通路,同时实现空气聚湿系统蒸发器a
‑
3中吸湿剂溶液与制冷剂的热湿交换,在此过程中,制冷剂从液态蒸发为气态过程中,吸收部分吸湿剂溶液的显热量,从而有利于后续吸湿剂喷淋过程中提取空气中的水分。
111.④
2#溶液循环泵b
‑
4:通过2#溶液循环泵b
‑
4的驱动,形成吸湿剂溶液的循环喷淋通路,同时实现空气聚湿系统冷凝器a
‑
4中吸湿剂溶液与冷凝器中高温气态制冷剂的热湿交换,在此过程中,吸湿剂溶液吸收了来自冷凝器的冷凝热,提高了吸湿剂溶液的温度,从而有利于后续吸湿剂喷淋过程中对于空气含湿量的提升。
112.在吸附式制冷机系统a连续运行的同时,空气聚湿器b
‑
2底部的吸湿剂溶液,在2# 溶液循环泵b
‑
4的驱动下,进入空气聚湿系统冷凝器a
‑
4中与高温制冷剂蒸气进行换热,吸收冷凝热后的吸湿剂溶液的温度升高;通过6#溶液循环管线q6进入2#溶液喷淋装置 b
‑
6中进行循环喷淋;与此同时,15#风管s9
‑
2和16#风管s10
‑
2排出的吸收吸附热后的增温增焓空气、以及太阳能加热海水蒸发器b
‑
9中海水蒸发形成的湿空气在1#风机e
‑
1 的驱动下,通过1#风管s1进入到空气聚湿器b
‑
2的2#湿膜填料层b
‑
8,与喷淋的吸湿剂溶液进行热湿交换;在此过程中,空气的温度及含湿量升高,吸湿剂溶液逐渐从稀溶液变成浓溶液;进一步聚集水分并升温的空气经过2#风管s2进入到空气间壁式换热器d
‑
3内进行进一步热湿交换;
113.空气聚湿器b
‑
2底部的吸湿剂浓溶液温度高通过1#溶液循环管线q1进入到溶液换热器d
‑
5内,与来自溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂稀溶液温度低进行板式换热后,通过2# 溶液循环管线q2进入到溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂溶液储液区;
114.同时,溶液聚湿器b
‑
1底部的吸湿剂溶液在1#溶液循环泵b
‑
3的驱动下,进入空气聚湿系统蒸发器a
‑
3内,与制冷剂盘管进行间壁换热;制冷剂蒸发过程中吸收部分吸湿剂溶液的热量,使得吸湿剂溶液的温度降低;降温后的吸湿剂溶液通过5#溶液循环管线 q5进入到1#溶液喷淋装置b
‑
5中进行循环喷淋;与此同时,室外空气和太阳能加热海水蒸发器b
‑
9中海水蒸发形成的湿空气在3#风机e
‑
3的驱动下,通过5#风管s5进入到溶液聚湿器b
‑
1的1#湿膜填料层b
‑
7内,与降温后的吸湿剂溶液进行热湿交换;在此过程中,吸湿剂溶液吸收部分空气中的水蒸气,从浓溶液逐渐转化成稀溶液;空气的温度则进一步降低,空气中的水分转移至吸湿剂溶液中;吸湿剂稀溶液则进一步通过3#溶液循环管线 q3进入到溶液换热器d
‑
5中,与来自空气聚湿器b
‑
2的高温吸湿剂浓溶液进行换热后,通过4#溶液循环管线q4进入空气聚湿器b
‑
2中;从而形成了吸湿剂溶液的循环及浓溶液与稀溶液的状态转化;
115.空气取水及净水系统c是整个系统的核心部分,空气取水及净水系统c的主要作用就是将已经经过含湿量富集水分富集的空气进行取水。而整个取水过程又分为两个过程:即首先采用1#吸附式取水器c
‑
1和2#吸附式取水器c
‑
2吸附来自空气聚湿器b
‑
2的高含湿量空气中的水蒸气,将水分进一步转移富集至活性炭等吸附材料中;当吸附达到饱和时,通过低品位热源加热再生的方式对吸附材料富集的水分进行脱附,脱附后的水蒸气进入到取水系统蒸发器c
‑
3内进行冷凝,从而将水蒸气冷凝从液态水。同时也可以对空气中含有的有机污染物质及无机盐类进行净化,尤其是针对海水蒸气的取水过程。
116.当空气取水及净水系统c处于稳定运行阶段时,系统中的1#吸附式取水器c
‑
1和2# 吸附式取水器c
‑
2分别处于不同的运行工况,并按设定好的时间进行工况的相互转换过程;当1#吸附式取水器c
‑
1处于水分吸附阶段时,2#吸附式取水器c
‑
2则处于吸附饱和后的水分解吸阶段;对应的,当2#吸附式取水器c
‑
2处于水分吸附阶段时,1#吸附式取水器c
‑
1则处于
吸附饱和后的水分解吸阶段;其具体典型工况的工作过程详述如下:
117.当1#吸附式取水器c
‑
1处于水分吸附阶段时,2#吸附式取水器c
‑
2则处于吸附饱和后的水分解吸阶段;对应的,当2#吸附式取水器c
‑
2处于水分吸附阶段时,1#吸附式取水器c
‑
1则处于吸附饱和后的水分解吸阶段;之前经过水分解吸的1#吸附式取水器c
‑
1 水分吸附工况的调整:关闭2#支管s3
‑
2和1#空气传输管线s4
‑
1上的风量调节阀,开启 1#支管s3
‑
1上的进风侧风量调节阀,在2#风机e
‑
2的驱动下,来自于空气间壁式换热器 d
‑
3中经过预冷的高含湿空气进入到1#吸附式取水器c
‑
1底部的空气扩散通道中,并持续不断的通过设置在吸附床内部的中心气流扩散通道扩散至吸附床内;空气中的水蒸气在吸附床内被吸附;通过吸附后的空气通过1#吸附式取水器c
‑
1顶部的排风口c
‑
6排出;与此同时,之前达到吸附饱和的2#吸附式取水器c
‑
2水分解吸工况的调整:关闭风管2# 支管s3
‑
2上的风量调节阀;来自太阳能集热装置f
‑
1的热媒依次通过1#热媒循环管线r1、 6#热媒循环管线r6和7#热媒循环管线r7、进入2#吸附式取水器c
‑
2外部设置的热媒层内,对2#吸附式取水器c
‑
2进行升温加热;换热后的热媒依次经过9#热媒循环管线r9、 11#热媒循环管线r11、热媒循环泵f
‑
2和12#热媒循环管线r12回到太阳能集热装置f
‑
1 内;当2#吸附式取水器c
‑
2内的温度上升,水蒸气开始大量解吸后,开启4#风管s4和 2#空气传输管线s4
‑
2上的风量调节阀;解吸出来的水蒸气通过2#空气传输管线s4
‑
2和 4#风管s4进入到取水系统蒸发器c
‑
3底部的进气通道内;水蒸气自下而上的通过取水系统蒸发器c
‑
3内设置的制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1及翅片表面(冷表面),水蒸气在与制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1表面翅片进行换热后,在低温的作用下持续凝结为液态水;冷凝形成的液态水在重力作用下进入到取水系统蒸发器c
‑
3底部的储液区内,通过加压水泵泵入水质净化装置c
‑
4内,进行水质净化;
118.为增强水分的冷凝效果,经过制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1表面后的未被凝结的水蒸气一部分通过12#风管s12排出并进入至1#吸附热回收器d
‑
1和2#吸附热回收器d
‑
2内分别对 1#吸附制冷机组a
‑
1和2#吸附制冷机组a
‑
2进行降温,更加有利于吸附过程的产生的吸附热的排放,从而促进吸附制冷系统能效的提升;一部分通过回流11#风管s11重新回到取水系统蒸发器c
‑
3底部的进气通道内;
119.制冷剂液体通过6#制冷剂循环管路l3进入制冷剂蒸发盘管c
‑3‑
1内,经过换热蒸发后形成制冷剂蒸气,制冷剂蒸气通过4#制冷剂循环管路l2
‑
1进入正处于吸附阶段的1# 吸附式制冷机a
‑
1的吸附床内或进入正处于吸附阶段的2#吸附式制冷机a
‑
2的吸附床内; 1#吸附式取水器c
‑
1和2#吸附式取水器c
‑
2在不同工况下的切换,保证了空气取水系统的连续运行;
120.取水系统蒸发器c
‑
3底部储液区内冷凝水在加压泵加压后,通过冷凝水管路w1进入水质净化装置c
‑
4的底部进水口后,依次上下折返流经级配石英砂过滤层c
‑4‑
1、臭氧
‑ꢀ
活性炭过滤层c
‑4‑
2、活性炭过滤层c
‑4‑
3、精细石英砂过滤层c
‑4‑
4、臭氧
‑
紫外高级氧化消杀区c
‑4‑
5,完成冷凝水的深度处理;然后通过加压水泵c
‑4‑
6泵入储水器c
‑
5中供用水终端使用;
121.①
在1#吸附制冷机组a
‑
1或2#吸附制冷机组a
‑
2处于内部吸附材料吸附制冷剂蒸气的吸附工况时,会产生吸附热,吸附热的累积会影响吸附容量,因此需要对1#吸附制冷机组a
‑
1或2#吸附制冷机组a
‑
2内的吸附床进行适当的冷却,一般的冷却过程主要包括水冷和风冷。本发明中采用了风冷冷却的形式,其实现方式是通过在1#吸附制冷机组 a
‑
1和2#吸
附制冷机组a
‑
2外部设置套管式的空气换热器,并通过在1#吸附制冷机组a
‑
1 或2#吸附制冷机组a
‑
2筒体上加设翅片组的形式强化换热;室外空气在风机的驱动下,持续进入1#吸附热回收器d
‑
1或2#吸附热回收器d
‑
2内部吸收吸附床产生的吸附热。
122.②
空气间壁式换热器d
‑
3:从空气聚湿器b
‑
2流出的空气属于高温高含湿量的湿空气,其下一环节是进入1#取水吸附器c
‑
1或2#取水吸附器c
‑
2中,利用吸附床吸收空气中的水分。适当的对高温高含湿量的湿空气进行预冷,有利于后续1#取水吸附器c
‑
1或 2#取水吸附器c
‑
2内吸附作用的进行。因此,本发明提出利用空气冷却器d
‑
4出口侧的冷空气对空气聚湿器b
‑
2出口侧的高温高含湿量湿空气进行预冷。
123.③
空气冷却器d
‑
4:由于空气聚湿器b
‑
2出口侧的空气已经经过了冷却过程,其温度和含湿量均显著降低,属于一股冷气流,如果不加利用,则会造成冷能的流失。因此,本发明中采用空气冷却器d
‑
4对空气聚湿器b
‑
2出口侧的冷空气进一步进行了降温,并利用降温后的空气通入空气间壁式换热器d
‑
3内去冷却空气聚湿器b
‑
2出口的高温高含湿量湿空气。
124.④
溶液换热器d
‑
5:主要作用是对来自1#溶液循环管线q1的温度较高的吸湿剂溶液和来自3#溶液循环管线q3的温度相对较低的吸湿剂溶液进行交叉换热,以分别促进后续空气聚湿器b
‑
2内吸湿剂溶液的吸湿和溶液聚湿器b
‑
1内浓度浓缩。
125.本实施例有益效果:
126.1、与传统直接采用室外空气进行冷凝取水系统相比,本实施例在提出了通过增加设置溶液聚湿器将空气中的水蒸气吸收至吸湿剂溶液中;并在空气聚湿器内通过预热空气与吸湿剂稀溶液的热湿交换,形成高含湿空气;通过溶液聚湿器和空气聚湿器的双效聚湿作用,获得了高含湿空气,为后续的空气取水系统提供了更为高效的取水能效。
127.2、本实施例提出以绿色环保、经济性能优良的1#吸附式制冷机和2#吸附式制冷机提供的冷量,可同时为空气聚湿系统蒸发器、取水系统蒸发器及空气冷却器提供不同等级的冷量;因此,可同时促进溶液聚湿器的聚湿效能、取水系统蒸发器的空气冷凝取水量和能效、增强空气冷却器内空气的冷却效果。与此同时,吸附式制冷机产生的冷凝热为空气聚湿器内的吸湿剂溶液的再生提供了热量。
128.3、本实施例从能量多级循环利用和碳中和的角度,提出了一系列节能措施,其中:
129.①
通过增设1#吸附热回收器和2#吸附热回收器,在对1#吸附式制冷机和2#吸附式制冷机内的吸附床进行降温吸附的同时,采用吸附热对空气进行预热,预热后的空气再提供给空气聚湿器进行空气聚湿和吸湿剂溶液的再生浓缩过程;
②
增设空气冷却器,对溶液聚湿器出口的预冷空气进行进一步冷却,并通过空气间壁式换热器将冷量传递给空气聚湿器流出的高含湿量空气,通过控制空气间壁式换热器和空气冷却器内的热交换效率和冷量供给,进一步提升空气相对湿度,促进后续1#吸附式取水器或2#吸附式取水器空气吸附式取水器内的吸附量和换热效率。
130.4、本实施例提出了新型的1#吸附式取水器和2#吸附式取水器与取水系统蒸发器的结构形式及组合结构;通过将取水系统蒸发器顶部排出的冷气流回流的形式,可进一步增强空气取水效能,与此同时,取水系统蒸发器顶部排出的冷气流还可接入1#吸附式取水器或2#吸附式取水器的进风通道内,为1#吸附式取水器和2#吸附式取水器提供冷能,可进一步促进吸附热的扩散和水分的吸附容量。
131.5、本实施例将空气取水系统与饮用水深度净化工艺的水质净化装置相结合,提出
s代表太阳能加热海水蒸发器b
‑
9出口湿空气的状态标,t1代表空气聚湿器b
‑
2出口2# 风管s2内的空气状态;
150.t1→
t2过程中,t1代表通过2#风管s2进入到空气间壁换热器d
‑
3的空气初始状态, t2表示经过空气间壁换热器d
‑
3换热后的出口3#风管s3空气状态;
151.t2→
t3过程中,t2表示通过3#风管s3进入到1#取水吸附器c
‑
1或2#取水吸附器c
‑
2 的进口空气状态;t3代表经过1#取水吸附器c
‑
1或2#取水吸附器c
‑
2进行水蒸气吸附阶段过程后,排出空气的状态参数;
152.t4过程中,t4经过1#取水吸附器c
‑
1或2#取水吸附器c
‑
2进行水蒸气解吸过程后,从吸附床中解吸出的湿空气状态参数;通过4#风管s4进入到取水系统蒸发器c
‑
3中进行冷凝取水;
153.t4→
t5过程中,t5代表经过取水系统蒸发器c
‑
3冷凝取水后的排出空气状态;
154.通过表1可知,本实施例1#吸附制冷机组a
‑
1和2#吸附制冷机组a
‑
2供冷量为30kw,日取水量5373kg,取水能效为7.46kg/(kw
·
h)。