电渗析液体干燥剂除湿系统技术方案

空气流过气液界面，使得流过该界面的液体干燥剂从空气中吸收水，并且由此被稀释以形成输出流。输出流循环通过具有中央离子交换膜以及第一和第二外部离子交换膜的电渗析堆叠。氧化还原梭回路在第一和第二外部离子交换膜周围循环。在电渗析堆叠两端施加电压，其使液体干燥剂再生。干燥剂再生。干燥剂再生。

【技术实现步骤摘要】
电渗析液体干燥剂除湿系统
[0001]本公开涉及一种电渗析液体干燥剂除湿系统。在一个实施例中，液体干燥剂系统包括具有液体干燥剂回路的电渗析堆叠，所述液体干燥剂回路具有由中央离子交换膜隔开的液体干燥剂的稀释流和浓缩流。具有第一和第二氧化还原流的氧化还原梭回路通过与中央离子交换膜不同类型的相应的第一和第二外部离子交换膜与液体干燥剂回路的稀释流和浓缩流隔开。
[0002]液体干燥剂系统包括第一和第二电极，所述第一和第二电极可操作以在电渗析堆叠两端施加电压。该系统具有与液体干燥剂的浓缩流流体连通的气
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液界面。气
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液界面使液体干燥剂的浓缩流暴露于流过气
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液界面的空气，该浓缩流经由从空气中吸收水而被稀释以形成输出流。
[0003]液体干燥剂系统可以包括第一泵，所述第一泵使液体干燥剂循环通过电渗析堆叠和气
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液界面。来自气
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液界面的输出流在进入电渗析堆叠中时可以被拆分成稀释流和浓缩流。可以使用第二泵来使第一和第二氧化还原流跨第一和第二外部离子交换膜循环。
[0004]在另一个实施例中，一种方法涉及使液体干燥剂循环通过气
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液界面。空气流过气
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液界面，使得使液体干燥剂从空气中吸收水。液体干燥剂经由吸收水被稀释以形成输出流。输出流在电渗析堆叠的输入处被拆分成稀释流和浓缩流。电渗析堆叠具有中央离子交换膜以及与中央离子交换膜不同类型的第一和第二外部离子交换膜。稀释流在中央离子交换膜和第一外部离子交换膜之间流动，并且浓缩流在中央离子交换膜和第二外部离子交换膜之间流动。氧化还原梭回路在第一和第二外部离子交换膜周围循环。在电渗析堆叠两端施加电压，例如以引起跨中央离子交换膜和第一外部离子交换膜的离子移动，从而导致干燥剂浓缩物从稀释流移动到氧化还原梭回路并且移动到浓缩流。
[0005]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
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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；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。
[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
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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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体干燥剂系统，包括：电渗析堆叠，包括：液体干燥剂回路，其具有通过中央离子交换膜隔开的液体干燥剂的稀释流和浓缩流；氧化还原梭回路，其具有通过与中央离子交换膜不同类型的相应的第一和第二外部离子交换膜与液体干燥剂回路的稀释流和浓缩流隔开的第一和第二氧化还原流；和第一和第二电极，其可操作以在电渗析堆叠两端施加电压；和与液体干燥剂的浓缩流流体连通的气
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液界面，所述气
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液界面使液体干燥剂的浓缩流暴露于流过所述气
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液界面的空气，所述浓缩流经由从空气中吸收水而被稀释以形成输出流，所述输出流循环回到电渗析堆叠的液体干燥剂回路中。2.根据权利要求1所述的液体干燥剂系统，还包括：第一泵，其使液体干燥剂循环通过电渗析堆叠和气
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液界面，来自气
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液界面的输出流在进入电渗析堆叠时被拆分成稀释流和浓缩流；和第二泵，其使第一和第二氧化还原流跨第一和第二外部离子交换膜循环。3.根据权利要求1所述的液体干燥剂系统，其中所述电压引起：跨中央离子交换膜和第一外部离子交换膜的第一离子运动，从而导致干燥剂浓缩物从稀释流移动到第一氧化还原流并且移动到浓缩流；和跨第二外部交换膜的第二离子运动，其引起干燥剂浓缩物从第二氧化还原流向浓缩流的移动。4.根据权利要求1所述的液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：