CN102003759A - 再生式蒸发冷却空调 - Google Patents
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Abstract
一种制冷工程技术领域的再生式蒸发冷却空调，包括：相互串联连接的多级转轮除湿子系统和蒸发冷却子系统，转轮除湿子系统包括：除湿转轮、电动机、传动机构、回热器、加热器和再生风机，蒸发冷却子系统包括：预冷器、蒸发冷却器、室内换热器、冷水泵、蒸发冷却风机和室内换热器风机。本发明通过利用废余热或太阳能等可再生能源驱动，结合转轮除湿等焓除湿和再生式蒸发冷却等湿降温的优点，实现对潜热和显热负荷的高效处理，提高空气调节的能量效率。本发明结构简单，控制精确，无环境污染，完全由低品位热源驱动，利于营造健康舒适的人居环境，是一种绿色节能型制冷机组。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种制冷工程技术领域的装置，具体是一种再生式蒸发冷却空调。
背景技术
转轮除湿空调技术以空气和水为工质，采用太阳能等低品位热源驱动，利用干燥剂的亲水性实现热湿处理。该技术不仅有效避免了电耗和CFC制冷剂问题，利于节能环保，而且克服了常规空调露点除湿的不足，可以实现温湿度的独立控制，进而营造健康舒适的人居环境。因此，开发新型高效的转轮除湿空调技术对改善居所热环境、缓解能源压力、促进可持续发展具有重要意义。
吸附除湿过程近似等焓，处理空气在湿度降低的同时温度升高，因此，传统除湿空调通常受吸附热效应影响和蒸发冷却能力限制，存在显热处理能力有限的问题，独立的除湿器往往难以实现热湿分级处理。混合式除湿空调通过引入常规蒸汽压缩式空调对显热负荷进行处理，一定程度上克服了该问题，实现了热湿分级处理，但却需要消耗一定量电力，而且传统制冷剂的使用也会加剧环境恶化；热驱动的吸收式/吸附式制冷机可以避免这些问题，但却使系统结构变得复杂起来，而且热源要求也往往更高。目前，完全由低品位热源驱动并具有热湿分级处理功能的除湿空调尚没有见到。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：CN1570495，专利名称为：“混合式除湿空调”，该文献公开了利用干燥除湿系统和蒸汽压缩制冷系统相结合实现热湿分级分级处理，其显热处理由蒸汽压缩制冷系统完成，仍需使用传统制冷剂，而且需要消耗一定量电力，无法完全由低品位热源驱动。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种再生式蒸发冷却空调，通过利用废余热或太阳能等可再生能源驱动，结合转轮除湿等焓除湿和再生式蒸发冷却等湿降温的优点，实现对潜热和显热负荷的高效处理，提高空气调节的能量效率。本发明结构简单，控制精确，无环境污染，完全由低品位热源驱动，利于营造健康舒适的人居环境，是一种绿色节能型制冷机组。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：相互串联连接的多级转轮除湿子系统和蒸发冷却子系统，其中：
所述的转轮除湿子系统包括：除湿转轮、电动机、传动机构、回热器、加热器和再生风机，其中：传动机构分别与电动机和除湿转轮连接并带动除湿转轮转动，除湿转轮分别与加热器和再生风机及再生排风口连接，除湿转轮一侧与处理风阀及处理进风管连接，另一侧与回热器连接，回热器的再生风侧分别与加热器和再生进风管及再生风阀连接，回热器的处理风侧分别与除湿转轮和蒸发冷却子系统连接。
所述的回热器为逆流换热器或者叉流换热器。
所述的加热器为电加热器或太阳能加热器。
所述的转轮除湿子系统使用的太阳能热水或太阳能热空气再生的除湿剂，该除湿剂为硅胶、氯化锂、复合除湿剂。
所述的蒸发冷却子系统包括：预冷器、蒸发冷却器、室内换热器、冷水泵、蒸发冷却风机和室内换热器风机，其中：预冷器的新风侧分别与蒸发冷却风阀和蒸发冷却器连接，回风侧分别与蒸发冷却器和蒸发冷却风机及蒸发冷却排风口连接，蒸发冷却器在冷水侧分别与室内换热器和冷水泵连接，室内换热器的处理风侧分别与空调风阀和室内换热器风机及室内换热器出风口连接，室内换热器的冷水侧分别与冷水泵和蒸发冷却器连接。
所述的预冷器为逆流换热器或者叉流换热器。
所述的室内换热器为辐射形式的毛细管网换热器。
所述的再生式蒸发冷却空调与常规再生式蒸发冷却器的区别在于：常规的再生式蒸发冷却器的特征是包括一个干通道和一个湿通道，空气在干通道中流过后，一部分被抽回湿通道中并与喷淋水进行热湿交换，由此所产生的蒸发冷却效应对干通道的中的空气进行等湿冷却，其不足在于一方面蒸发冷却风的含湿量较高，相应蒸发冷却所产生的冷量有限，另一方面空调用风的含湿量得不到控制，而且温度控制也受蒸发冷却效应限制，无法实现显热的独立控制；本发明中，蒸发冷却风是经转轮除湿子系统除湿后的干风，该干风在蒸发冷却子系统中经过预冷后具有更佳的蒸发冷却效果，可以产出低温冷水，改善了除湿空调的显热处理能力，加上转轮除湿子系统对空调用风的潜热处理，利于实现热湿负荷的分级处理。所述的再生式蒸发冷却空调将蒸发冷却后的湿冷空气用于预冷蒸发冷却风，保证了蒸发冷却的效果和系统的能量利用效率。
本发明的作用原理是：(1)利用低品位热源驱动转轮除湿，去除空气中的潜热负荷，再利用一部分除湿后的空气通过蒸发冷却产出低温冷水以降低空气的温度，去除空气中的显热负荷，进而实现温湿度的独立控制，大幅提高系统能效和居所舒适度(2)无新风需求的场所，将全部空气用于冷水制取，通过辐射换热等方式处理室内显热负荷，可以减少空气输配电耗。
相对现有技术本发明具有如下的优点及效果：(1)热湿分级处理，可以实现温湿度的独立控制，利于营建舒适健康的空调环境；(2)可以完全由低品位热源驱动，能量利用效率高，利于节能环保；(3)属于开放式系统，要求低；(4)适用范围广，在ARI summer(温和)、ARIhumid(湿润)和上海夏季(高湿)等工况下，均可以应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括相互串联连接的转轮除湿子系统和蒸发冷却子系统，其中：
所述的转轮除湿子系统包括：除湿转轮31、电动机5、传动机构32、回热器27、加热器29和再生风机1，其中：传动机构32分别与电动机5和除湿转轮31连接并带动除湿转轮31转动，除湿转轮31分别与加热器29和再生风机1及再生排风口2连接，除湿转轮31一侧与处理风阀3及处理进风管4连接，另一侧与回热器27连接，回热器27的再生风侧分别与加热器29和再生进风管7及再生风阀8连接，回热器27的处理风侧分别与除湿转轮31和蒸发冷却子系统连接。
所述的转轮除湿子系统的空气流动分为两个路径，即，处理风路径和再生风路径，连接方式分别为：
处理风路径——处理进风管4与处理风阀3连接；除湿转轮31一侧与处理风阀3连接，另一侧通过转轮与回热器连接风管6与回热器27连接；回热器27通过回热器与蒸发冷却子系统连接风管26与蒸发冷却子系统中的蒸发冷却风阀25和空调风阀9连接。
再生风路径——再生风阀8与再生进风管7连接；回热器27一侧与再生进风管7连接，另一侧通过回热器与加热器连接风管28与加热器29连接；加热器29通过加热器与转轮连接风管30与除湿转轮31连接；除湿转轮31与再生风机1及再生排风口2按顺序连接。
所述的蒸发冷却子系统包括：预冷器23、蒸发冷却器21、室内换热器15、冷水泵14、蒸发冷却风机12和室内换热器风机16，其中：预冷器23的新风侧分别与蒸发冷却风阀25和蒸发冷却器21连接，回风侧分别与蒸发冷却器21和蒸发冷却风机12及蒸发冷却排风口11连接，蒸发冷却器21在冷水侧分别与室内换热器15和冷水泵14连接，室内换热器15的处理风侧分别与空调风阀9和室内换热器风机16及室内换热器出风口17连接，室内换热器15的冷水侧分别与冷水泵14和蒸发冷却器21连接。
所述的蒸发冷却子系统的流动路径包括：蒸发冷却风路径、空调风路径和冷水路径，其连接方式风别为：
蒸发冷却风路径——蒸发冷却风阀25一侧与回热器与蒸发冷却子系统连接风管26和空调风阀9连接，另一侧通过蒸发冷却进风管24与预冷器23连接；预冷器23通过预冷器与蒸发冷却器连接风管22与蒸发冷却器21连接；蒸发冷却器与预冷器连接风管18一侧与蒸发冷却器21连接，另一侧与预冷器23；预冷器23与蒸发冷却风机12和蒸发冷却排风口11按顺序连接。
空调风路径——空调风阀9一侧与回热器与蒸发冷却子系统连接风管26和蒸发冷却风阀25连接，另一侧通过空调进风管10与室内换热器15连接；室内换热器15与室内换热器风机16和室内换热器出风口17按顺序连接。
冷水路径——蒸发冷却器与冷水泵连接水管20一侧与冷水泵14连接，另一侧与蒸发冷却器21连接；冷水泵14通过冷水泵与室内换热器连接水管19与室内换热器15连接；室内换热器与蒸发冷却器连接水管13一侧与室内换热器15连接，另一侧与蒸发冷却器21连接。
本实施例特点如下：属于开放式系统，要求低；热湿分开处理，温湿度独立控制，利于营建舒适健康的空调环境；可以完全由低品位热源驱动，能量利用效率高，利于节能环保。
本实施例可根据空调对象需求不同以三种模式运行：干燥除湿模式、辐射制冷模式、热湿分级模式。
干燥除湿模式：
处理风阀3、再生风阀8和空调风阀9开启，蒸发冷却风阀25关闭，再生风机1和室内换热器风机16开启，蒸发冷却风机12和冷水泵13关闭。处理风由处理进风管4被吸进，其中水分被除湿转轮31去除，在经过回热器27适度降温后送入室内。再生风由再生进风管7吸进，经回热器27预热、加热器29加热后对除湿转轮31进行再生，吸湿后由再生风机1经再生排风口2排至室外。
辐射制冷模式：
处理风阀3、再生风阀8和蒸发冷却风阀25开启，空调风阀9关闭，再生风机1、蒸发冷却风机12和冷水泵13开启，室内换热器风机16关闭。处理风由处理进风管4被吸进，其中水分被除湿转轮31去除，由回热器27适度降温后经回热器与蒸发冷却子系统连接风管26、蒸发冷却风阀25、蒸发冷却进风管24进入预冷器23，在蒸发冷却器21中加湿降温后流回预冷器23进行冷量回收，升温后由蒸发冷却风机12经蒸发冷却排风口11排至室外。再生风由再生进风管7吸进，经回热器27预热、加热器29加热后对除湿转轮31进行再生，吸湿后由再生风机1经再生排风口2排至室外。冷水在蒸发冷却器21中降温后由冷水泵14经冷水泵与室内换热器连接水管19送至室内换热器15，通过辐射换热完成室内负荷处理后经室内换热器与蒸发冷却器连接水管13返回蒸发冷却器21。
热湿分级模式：
处理风阀3和再生风阀8开启，空调风阀9和蒸发冷却风阀25的开度依空调房间潜热显热比调节，再生风机1、蒸发冷却风机12、室内换热器风机16和冷水泵13开启。处理风由处理进风管4被吸进，其中水分被除湿转轮31去除，在回热器27适度降温后经回热器与蒸发冷却子系统连接风管26进入蒸发冷却子系统。之后，除湿后的空气分作两股，一股经蒸发冷却风阀25和蒸发冷却进风管24进入预冷器23，在蒸发冷却器21中加湿降温后流回预冷器23进行冷量回收，升温后由蒸发冷却风机12经蒸发冷却排风口11排至室外；另一股经空调风阀9和空调进风管10进入室内换热器15，降温后的干冷空气由室内换热器风机16经室内换热器出风口17送入室内进行空气调节。再生风由再生进风管7吸进，经回热器27预热、加热器29加热后对除湿转轮31进行再生，吸湿后由再生风机1经再生排风口2排至室外。冷水在蒸发冷却器21中降温后由冷水泵14经冷水泵与室内换热器连接水管19送至室内换热器15，通过辐射换热完成室内负荷处理后经室内换热器与蒸发冷却器连接水管13返回蒸发冷却器21。
本实施例以上三种运行模式主要通过对潜热、显热、全热的处理实现空气调节。转轮除湿子系统一般处于工作状态，蒸发冷却子系统根据空调对象的负荷随时间、季节等因素变化而调整运行状态。干燥除湿模式是以处理潜热负荷为主，主要用于湿负荷较大且对温度要求不高的情况下，其运行方式与传统转轮除湿空调一致。辐射制冷模式主要用没有通风要求的情况，由低温冷水实现显热处理，该模式下的功效相当于独立的冷水机组；其开放式的冷水制取方法与传统闭式冷水机组相比具有无制冷剂污染、电力消耗少、加工要求低等优点，与毛细管网换热器结合后更可以实现室内温度场均匀一致。热湿分级模式中显热由转轮除湿子系统处理，潜热由蒸发冷却子系统处理，实现了温湿度的独立控制，不仅提高了能量利用效率，而且利于改善室内热环境的舒适度；与传统的混合式除湿空调(分别采用转轮除湿系统和蒸汽压缩制冷系统处理潜热和显热负荷)相比，本实施例有效避免了电空调的使用，节能和环保效益更佳。
Claims (7)
1.一种再生式蒸发冷却空调，包括：相互串联连接的多级转轮除湿子系统和蒸发冷却子系统，其特征在于：
所述的转轮除湿子系统包括：除湿转轮、电动机、传动机构、回热器、加热器和再生风机，其中：传动机构分别与电动机和除湿转轮连接并带动除湿转轮转动，除湿转轮分别与加热器和再生风机及再生排风口连接，除湿转轮一侧与处理风阀及处理进风管连接，另一侧与预冷器连接，回热器的再生风侧分别与加热器和再生进风管及再生风阀连接，回热器的处理风侧分别与除湿转轮和蒸发冷却子系统连接；
所述的蒸发冷却子系统包括：预冷器、蒸发冷却器、室内换热器、冷水泵、蒸发冷却风机和室内换热器风机，其中：预冷器的新风侧分别与蒸发冷却风阀和蒸发冷却器连接，回风侧分别与蒸发冷却器和蒸发冷却风机及蒸发冷却排风口连接，蒸发冷却器在冷水侧分别与室内换热器和冷水泵连接，室内换热器的处理风侧分别与空调风阀和室内换热器风机及室内换热器出风口连接，室内换热器的冷水侧分别与冷水泵和蒸发冷却器连接。
2.根据权利要求1所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的回热器为逆流换热器或者叉流换热器。
3.根据权利要求1所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的加热器为电加热器或太阳能加热器。
4.根据权利要求1所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的转轮除湿子系统使用的太阳能热水或太阳能热空气再生的除湿剂。
5.根据权利要求4所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的除湿剂为硅胶、氯化锂或复合除湿剂。
6.根据权利要求1所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的预冷器为逆流换热器或者叉流换热器。
7.根据权利要求1所述的再生式蒸发冷却空调，其特征是，所述的室内换热器为辐射形式的毛细管网换热器。
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