CN101140089A

CN101140089A - 一种温湿度独立控制空调系统

Info

Publication number: CN101140089A
Application number: CNA2007100928918A
Authority: CN
Inventors: 郑洁; 李百战; 崔文盈; 李楠; 曹晓庆
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101140089B

Abstract

一种温湿度独立控制空调系统，涉及空调系统，尤其涉及温湿度独立控制空调系统。该系统包括蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机、“气－液”换热器、冷凝换热器、溶液再生装置、阀门一至阀门五、换热器和连接管道。该系统将空气源热泵机组冷凝器散热量进行回收，用作溶液再生的热量，实现除湿溶液的再生，减少溶液再生对其它废热量的需求。实现溶液除湿再生过程的节能，提高空调系统的能效比，结构简单，减少对环境的热污染。

Description

一种温湿度独立控制空调系统

技术领域

本发明涉及空调系统，尤其涉及温湿度独立控制空调系统。

背景技术

温湿度独立控制空调系统是一种新型、高效、节能的空调系统，它可以实现温湿度独立控制，湿度控制采用溶液除湿系统，同时溶液除湿具有良好的杀菌作用，利于改善室内环境品质。该系统的溶液除湿系统部分一般采用低品位的热能作为溶液再生的热能。夏季，如果空调系统附近有充足的低品位热量，则采用该热量作为溶液再生所需的热量，可以实现空调系统整体耗电量的显著降低。目前，该热量一般取自于热电厂等工厂废热，或取自于太阳能光/热转化装置获得的热能等。而工厂废热受到地理位置、管道输送等条件限制，太阳能光/热转化装置受到投资成本的限制。所以，溶液除湿空调的推广受到了严重的制约。

针对溶液除湿系统再生所需的热量问题，目前开发了热泵型除湿溶液再生系统。清华大学江亿、刘晓华等发明了“二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统”(申请号：200610011504.9，公开号：CN1818486A)。在该空调系统中，由于采用溶液系统控制室内湿度、采用二氧化碳超临界循环热泵控制室内温度，从而实现了温湿度的独立调节与控制。二氧化碳超临界循环热泵中蒸发器的制冷量和冷却器的排热量均得到了有效的利用，而且热泵的蒸发温度提高了约10℃，两方面的原因使得整个系统的COP很高。利用热泵装置制造除湿溶液再生所需热能的方式，相对于传统的空调系统，附加了热泵装置和溶液除湿装置。但该发明中，结构过于复杂，初投资过大，实际工程应用中很难得到业主的响应。

另一方面，在温湿度独立控制空调系统中，空气源热泵机组运行时，要通过冷凝器向大气环境排放大量的冷凝热，通常冷凝热可达空调房间冷负荷的1.3倍左右。大量的冷凝热直接排入大气，造成了巨大的能源浪费，并造成严重的环境热污染。

因此，开发节能的温湿度独立控制空调系统，有效回收利用空气源热泵机组的冷凝热，减少溶液除湿系统对其它热量的需求，有利于溶液除湿空调系统的推广，对节能与环境保护有重要的意义。

该系统主要组成部分有：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、除湿溶液再生装置等。本发明中所涉及的管道、阀门、“气-液”换热器、冷凝换热器、换热器等都在现有技术条件下可以提供。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种温湿度独立控制空调系统。该系统将空气源热泵机组冷凝器排出的热量进行回收，用作溶液再生所需的热量，减少稀溶液再生对其它废热量的需求，实现溶液除湿再生过程的节能。提高空调系统整体的制冷效率，减少对环境的热污染、结构简单。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明包括蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机、管路、溶液再生装置、“气-液”换热器、冷凝换热器、阀门一至阀门五、换热器。在冷凝器热空气出口端通过管道与“气-液”换热器的一个入口端密封固定连通，阀门二的出、入口端分别与“气-液”换热器的另一个入口端和稀溶液管道出口端密封固定连通。“气-液”换热器的两个出口端分别通过管道与溶液再生装置的一个入口端和阀门四与阀门五的入口端密封固定连通。在“气-液”换热器的一个出口端与溶液再生装置的入口端之间的管道上有排风口。阀门三的入口端通过管道分别与阀门一的入口端和压缩机的出口端密封固定连通，阀门三的出口端与冷凝换热器的的另一入口端密封固定连通。冷凝换热器的一个出口端通过管道与阀门一的出口端和冷凝器的入口端之间的管道密封固定连通，冷凝换热器的另一个出口端通过管道与溶液再生装置的入口端和换热器一个出水管密封固定连通。换热器的一个入口端与阀门五的出口端密封固定连通，换热器的另一个入口端通入65～95℃的热水，换热器另一个出口端与热水回水管密封固定连通。

当该空调系统工作时，开阀门二，关阀门一，开阀门三，调节阀门四和阀门五，使冷凝换热器和换热器中除湿稀溶液流量的比例控制在1∶3～3∶1，或关闭阀门四，开阀门五，或关阀门五，开阀门四。除湿稀溶液经过“气-液”换热器进行第一次加热，再经过冷凝换热器和换热器同时进行第二次加热后，进入溶液再生装置。室外空气经过冷凝换热器变成高温热空气，该高温热空气在“气-液”换热器内与除湿稀溶液进行热交换后，10～30％的空气进入溶液再生装置，吸收稀除湿溶液中的水份变成湿空气，其余空气通过排风口排入大气。本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、利用空气源热泵机组的冷凝热作为溶液除湿空调的溶液再生热量，通过简单的流程和少量的装置实现溶液再生，相对于传统的空调系统，本发明的空调系统可以减少初投资10～20％，降低空调运行费用10～30％。

2、本发明中的冷凝热回收技术为两级冷凝技术热回收。由于从压缩机出来的制冷剂温度可达到90℃左右，具有较高的过热温度，可通过冷凝换热器，实现除湿溶液的再加热，减少稀溶液再生对其它废热量的需求。通过两级冷凝热回收技术可以使除湿溶液获得较高的温度，更利于溶液的再生效率。

3、稀溶液的第二级加热方式为：冷凝热量对一部分稀溶液加热，65～95℃以上的热水对另外一部分稀溶液加热，尽量把高温度的冷凝散热量转移到稀除湿溶液中进行溶液再生，使溶液再生效率提高30～60％。

4、本发明使夏季空调能耗降低10～30％，减少了空调热污染。

5、系统结构简单，安装方便。

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图说明

图1——本发明的组成框图

图2——传统空气源热泵工作流程图

图3——溶液除湿装置中溶液再生工作流程图

其中：

1、蒸发器；2、膨胀阀；3、冷凝器；4、压缩机；5、阀门一；6、“气-液”换热器；7、冷凝换热器；8、溶液再生器；9、阀门二；10、阀门三；11、阀门四；12、阀门五；13、换热器。

具体实施方式

在图1中，在现有的空调系统基础上，进行空气源热泵冷凝热回收，把回收的热量应用于溶液除湿系统，减少溶液再生对其它废热量的需求，是一种冷凝热回收与溶液除湿相结合的温湿度独立控制空调系统。本发明包括：蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机、“气-液”换热器、冷凝换热器、溶液再生装置、换热器、阀门一至阀门五。

该系统中，制冷剂为氟利昂、二氧化碳、水、氨中的任一种制冷剂。

除湿溶液为氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锌溶液、三甘醇溶液、溴化锂溶液，以及上述溶液的混合溶液中的任一种。

“气-液”换热器为螺旋板式换热器、板片式换热器、容积式换热器、套管式换热器、翅片盘管式换热器、热管式换热器、铝箔式换热器中任一种换热器。

冷凝换热器为管壳式换热器、板式换热器、板片式换热器、容积式换热器、套管式换热器、热管式换热器中任一种换热器。

换热器为管壳式换热器、板式换热器、板片式换热器、容积式换热器、套管式换热器、热管式换热器中任一种换热器。

溶液再生装置为绝热型装置、叉流再生装置、内冷(热)型装置、逆流式绝热填料塔再生器、太阳能与再生器结合一体的太阳能溶液再生器中的任一种溶液再生装置。

溶液再生所需的热水为发电厂废热水或太阳能热水装置中的热水。

实施实例1

针对别墅式小型机组，其制冷量为10～55kW。选取制冷量为22kW的美意牌MAC070HC小型风冷热泵机组，该热泵机组冷凝器类型为铜管铝箔式换热器，制冷剂为氟利昂，充注量为6.2kg。溶液再生装置为逆流式绝热填料塔再生器，溶液再生装置尺寸为：0.4m×0.4m×1.0m，填充材料为350Y型金属孔板波纹板，稀除湿溶液为氯化锂稀溶液，进入逆流式绝热填料塔再生器的流量为0.8kg/s。

系统选取的“气-液”换热器与MAC070HC小型风冷热泵机组内冷凝器型号相同。在铜管铝箔式换热器热空气出口端通过管道与铝箔式换热器的一个入口端密封固定连通，阀门二的出、入口端分别与铝箔式换热器的另一个入口端和氯化锂稀溶液管道出口端密封固定连通。铝箔式换热器的两个出口端分别通过管道与逆流式绝热填料塔再生器的一个入口端和阀门四与阀门五的入口端密封固定连通。在铝箔式换热器的一个出口端与逆流式绝热填料塔再生器的入口端之间的管道上有排风口。阀门三的入口端通过管道分别与阀门一的入口端和压缩机的出口端密封固定连通，阀门三的出口端与泰怡牌SCE35套管式换热器的另一入口端密封固定连通。泰怡牌SCE35套管式换热器的一个出口端通过管道与阀门一的出口端和泰怡牌SCE35套管式换热器的入口端之间的管道密封固定连通，泰怡牌SCE35套管式换热器的另一个出口端通过管道与逆流式绝热填料塔再生器的入口端和泰怡牌SCE35套管式换热器一个出水管密封固定连通。泰怡牌SCE35套管式换热器的一个入口端与阀门五的出口端密封固定连通，泰怡牌SCE35套管式换热器的另一个入口端通入75℃的热水，泰怡牌SCE35套管式换热器另一个出口端与热水回水管密封固定连通。

当该空调系统工作时，开阀门二，关阀门一，开阀门三，调节阀门四和阀门五，使泰怡牌SCE35套管式换热器和泰怡牌SCE35套管式换热器中除湿稀溶液流量的比例控制在1∶1。氯化锂稀溶液经过铜管铝箔式换热器进行第一次加热，再经过泰怡牌SCE35套管式换热器和泰怡牌SCE35套管式换热器同时进行第二次加热后，进入逆流式绝热填料塔再生器。室外空气经过铜管铝箔式换热器变成高温热空气，该高温热空气在铜管铝箔式换热器内与氯化锂稀溶液进行热交换后，12％的空气进入逆流式绝热填料塔再生器，吸收氯化锂稀溶液中的水份变成湿空气，其余空气通过排风口排入大气。

实施实例2

针对中型机组，其制冷量为55～200kW。以40STC～170ASE宏星风冷热泵机组为例，其制冷量为171.3kW。该中型热泵机组风冷冷凝器为铜管串套铝翅片式换热器；制冷剂为氟利昂，充注量为57kg，冷媒的控制通过外平衡式热力膨胀阀；空气流量为59500m³/h。溶液再生装置为逆流式绝热填料塔再生器，溶液再生装置尺寸为：1.0m×1.0m×1.0m，填充材料为350Y型金属孔板波纹板，稀除湿溶液为氯化锂稀溶液，进入再生器的流量为6.0kg/s。

系统选取的“气-液”换热器与40STC～170ASE宏星风冷热泵机组内冷凝器型号相同。在铜管串套铝翅片式换热器热空气出口端通过管道与铜管串套铝翅片式换热器的一个入口端密封固定连通，阀门二的出、入口端分别与铜管串套铝翅片式换热器的另一个入口端和氯化锂稀溶液管道出口端密封固定连通。铜管串套铝翅片式换热器的两个出口端分别通过管道与逆流式绝热填料塔再生器的一个入口端和阀门四与阀门五的入口端密封固定连通。在铜管串套铝翅片式换热器的一个出口端与逆流式绝热填料塔再生器的入口端之间的管道上有排风口。阀门三的入口端通过管道分别与阀门一的入口端和压缩机的出口端密封固定连通，阀门三的出口端与SCE125型螺旋套管式换热器的的另一入口端密封固定连通。SCE125型螺旋套管式换热器的一个出口端通过管道与阀门一的出口端和SCE125型螺旋套管式换热器的入口端之间的管道密封固定连通，SCE125型螺旋套管式换热器的另一个出口端通过管道与逆流式绝热填料塔再生器的入口端和SCE125型螺旋套管式换热器一个出水管密封固定连通。SCE125型螺旋套管式换热器的一个入口端与阀门五的出口端密封固定连通，SCE125型螺旋套管式换热器的另一个入口端通入75℃的热水，SCE125型螺旋套管式换热器另一个出口端与热水回水管密封固定连通。

当该空调系统工作时，开阀门二，关阀门一，开阀门三，调节阀门四和阀门五，SCE125型螺旋套管式换热器和SCE125型螺旋套管式换热器中除湿稀溶液流量的比例控制在1∶1。氯化锂稀溶液经过铜管铝箔式换热器进行第一次加热，再经过SCE125型螺旋套管式换热器和SCE125型螺旋套管式换热器同时进行第二次加热后，进入逆流式绝热填料塔再生器。室外空气经过铜管串套铝翅片式换热器变成高温热空气，该高温热空气在铜管串套铝翅片式换热器内与氯化锂稀溶液进行热交换后，10％的空气进入逆流式绝热填料塔再生器，吸收氯化锂稀溶液中的水份变成湿空气，其余空气通过排风口排入大气。

实施实例3

针对大型机组，其制冷量为200～1500kW。以美的牌LSQWRF(520)M/D型风冷热泵模块机组为例，其制冷量为520kW。该大型热泵机组制冷剂为氟利昂，充注量为144kg；空气侧换热器为翅片盘管式换热器，空气流量为192000m³/h，水流量是89.6m³/h。4台溶液再生装置并联，溶液再生装置为逆流式绝热填料塔再生器，溶液再生装置尺寸为：1.0m×1.0m×1.0m，填充材料为350Y型金属孔板波纹板，稀除湿溶液为氯化锂稀溶液，进入再生器的溶液总流量为25kg/s。

系统选取的“气-液”换热器与美的牌LSQWRF(520)M/D型风冷热泵模块机组内冷凝器型号相同。冷凝换热器与换热器均选用3排SCE125型螺旋套管式换热器进行并联进行分流。在翅片盘管式换热器热空气出口端通过管道与翅片盘管式换热器的一个入口端密封固定连通，阀门二的出、入口端分别与翅片盘管式换热器的另一个入口端和氯化锂稀溶液管道出口端密封固定连通。翅片盘管式换热器的两个出口端分别通过管道与4台并联的逆流式绝热填料塔再生器的一个入口端和阀门四与阀门五的入口端密封固定连通。在翅片盘管式换热器的一个出口端与4台并联的逆流式绝热填料塔再生器的入口端之间的管道上有排风口。阀门三的入口端通过管道分别与阀门一的入口端和压缩机的出口端密封固定连通，阀门三的出口端与3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的的另一入口端密封固定连通。3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的一个出口端通过管道与阀门一的出口端和3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的入口端之间的管道密封固定连通，3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的另一个出口端通过管道与4台并联的逆流式绝热填料塔再生器的入口端和3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器一个出水管密封固定连通。3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的一个入口端与阀门五的出口端密封固定连通，3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器的另一个入口端通入75℃的热水，3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器另一个出口端与热水回水管密封固定连通。

当该空调系统工作时，开阀门二，关阀门一，开阀门三，调节阀门四和阀门五，3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器和3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器中除湿稀溶液流量的比例控制在1∶1。氯化锂稀溶液经过翅片盘管式换热器进行第一次加热，再经过3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器和3排并联的SCE125型螺旋套管式换热器同时进行第二次加热后，进入4台并联的逆流式绝热填料塔再生器。室外空气经过翅片盘管式换热器变成高温热空气，该高温热空气在翅片盘管式换热器内与氯化锂稀溶液进行热交换后，10％的空气进入4台并联的逆流式绝热填料塔再生器，吸收氯化锂稀溶液中的水份变成湿空气，其余空气通过排风口排入大气。

Claims

1.一种温湿度独立控制空调系统，包括蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机、管路、溶液再生装置、“气-液”换热器、冷凝换热器、阀门一至阀门五、换热器，其特征在于：在冷凝器热空气出口端通过管道与“气-液”换热器的一个入口端密封固定连通，阀门二的出、入口端分别与“气-液”换热器的另一个入口端和稀溶液管道出口端密封固定连通，“气-液”换热器的两个出口端分别通过管道与溶液再生装置的一个入口端和阀门四与阀门五的入口端密封固定连通，在“气-液”换热器的一个出口端与溶液再生装置的入口端之间的管道上有排风口，阀门三的入口端通过管道分别与阀门一的入口端和压缩机的出口端密封固定连通，阀门三的出口端与冷凝换热器的的另一入口端密封固定连通，冷凝换热器的一个出口端通过管道与阀门一的出口端和冷凝器的入口端之间的管道密封固定连通，冷凝换热器的另一个出口端通过管道与溶液再生装置的入口端和换热器一个出水管密封固定连通，换热器的一个入口端与阀门五的出口端密封固定连通，换热器的另一个入口端通入65～95℃的热水，换热器另一个出口端与热水回水管密封固定连通；当该空调系统工作时，开阀门二，关阀门一，开阀门三，调节阀门四和阀门五，使冷凝换热器和换热器中除湿稀溶液流量的比例控制在1∶3～3∶1，或关闭阀门四，开阀门五，或关阀门五，开阀门四，除湿稀溶液经过“气-液”换热器进行第一次加热，再经过冷凝换热器和换热器同时进行第二次加热后，进入溶液再生装置。室外空气经过冷凝换热器变成高温热空气，该高温热空气在“气-液”换热器内与除湿稀溶液进行热交换后，10～30％的空气进入溶液再生装置，吸收稀除湿溶液中的水份变成湿空气，其余空气通过排风口排入大气。