CN102179143B - 一种新风除湿方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新风除湿方法及系统，室外新风先经过冷凝除湿过程，然后再经过溶液除湿过程，冷凝除湿所需的冷量由第一热泵提供，溶液除湿所需的冷量由第二热泵提供，第二热泵的冷凝热用来加热浓溶液，浓溶液再与空气接触使溶液得浓缩再生，与浓溶液接触后的空气与再与稀溶液接触，稀溶液中的水分在空气中蒸发，稀溶液被冷却，冷的稀溶液再用来作为热泵的冷源；本发明将冷凝除湿与溶液除湿有机结合，充分利用二种除湿方法的优点，同时又尽量避免其缺点，因而具有能耗少、效率高、除湿能力强、湿度精确控制、系统简单、维护操作方便、经济性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种新风除湿方法及系统。
背景技术
常用的除湿方法及其系统大致可以分为三类，即冷凝除湿、液体除湿和固体除湿，冷凝除湿是最为广泛应用的一种方式，固体除湿则主要应用于对除湿要求较高的特种工业和科研场合。
液体除湿由于其具有能耗较低，除湿能力较冷凝除湿强等优点，近年来得到广泛重视并得到推广应用。
新风除湿在建筑和工业领域应用广泛，现有的冷凝除湿和液体除湿均还存在种种不足，冷凝除湿的最大缺点是除湿能力差，需要再热；而液体除湿的主要缺点是需要再生热源；当液体除湿与热泵系统进行复合时，导致热泵的冷凝温度高，影响可靠性并增大能耗。
将冷凝除湿和液体除湿相结合，尤其是在新风处理方面是一个兼顾二者优点的选择，即利用冷凝除湿对新风进行预除湿，再利用液体除湿对预除湿的新风进行进一步除湿。
尽管目前已出现过一些将二者进行结合的例子，但如何充分利用二者的优点，克服其各自的缺点，仍值得进行探索。这包括如何降低溶液再生所需要温度的同时增大除湿能力，如何利用冷凝水降低热泵的冷凝温度的同时不影响溶液的再生效果，如何通过溶液浓度的调节来有效控制湿度等。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新风除湿方法及系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新风除湿方法，该方法为：室外新风先经过冷凝除湿过程，然后再经过溶液除湿过程，冷凝除湿所需的冷量由第一热泵提供，溶液除湿所需的冷量由第二热泵提供，第二热泵的冷凝热用来加热浓溶液，浓溶液再与空气接触使溶液得浓缩再生，与浓溶液接触后的空气与再与稀溶液接触，稀溶液中的水分在空气中蒸发，稀溶液被冷却，冷的稀溶液再用来作为热泵的冷源，冷凝除湿过程产生的冷凝水通过管路被送至与稀溶液混合，以补充中蒸发的水分，当浓溶液浓度过高时，可通过管路补充部分冷凝水以调节溶液浓度，也可通过与稀溶液的交换来实现。
进一步地，与浓溶液和与稀溶液接触的空气为两股空气，两股空气可以不同，也可以相同。
进一步地，室外新风经过冷凝除湿过程后，先经过冷凝除湿过程，然后再经过溶液除湿过程。
进一步地，所述冷凝除湿过程所需冷量由第二热泵或第三热泵提供。
一种新风除湿系统，它包括第一热泵、第二热泵、除湿芯、氟/气翅片管换热器、再生芯、冷却芯、第一风机、第二风机、除湿溶液泵、再生溶液泵、溶液冷却泵、除湿溶液槽、再生溶液槽、冷却溶液槽、溶液连通管、冷凝水管、除湿溶管路、再生溶液管、冷却溶液管。其中，第一热泵主要由第一压缩机、第一膨胀装置、第一氟/液换热器和氟/气翅片管换热器组成，第一压缩机、第一氟/液换热器的氟通道、第一膨胀装置和氟/气翅片管换热器的氟通道组成一闭合环路，第二热泵主要由第二压缩机，第二膨胀装置、第二氟/液换热器和第三氟/液换热器组成，第二压缩机、第二氟/液换热器的氟通道、第二膨胀装置和第三氟/液换热器的氟通道组成一闭合环路。第一风机、除湿芯、氟/气翅片管换热器依次布置，除湿溶液槽位于除湿芯下方，冷凝水槽位于氟/气翅片管换热器下方，除湿溶液槽依次通过第三氟/液换热器的液通道和除湿溶液泵与除湿芯相连，再生芯、冷却芯和第二风机依次布置或第二风机位于再生芯和冷却芯之间，再生溶液槽位于再生芯下方，冷却溶液槽位于冷却芯下方，再生溶液槽依次通过再生溶液泵和第二氟/液换热器的液通道与再生芯相连，冷却溶液槽依次通过第一氟/液换热器的液通道和溶液冷却泵与冷却芯相连，除湿溶液槽与再生溶液槽通过溶液连通管相连，冷凝水槽与冷却液槽通过冷凝水管将相连。
进一步地，还包括第二氟/气翅片管换热器，第二氟/气翅片管换热器与第三氟/液换热器并联设置，并置于氟/气翅片管换热器与除湿芯之间，与氟/气翅片管换热器共用冷凝水槽。
进一步地，还包括第三热泵，第三热泵主要由第三压缩机、第四氟/液换热器、第三膨胀装置和第三氟/气翅片管换热器组成，第三压缩机、第四氟/液换热器的氟通道、第三膨胀装置和第三氟/气翅片管换热器的氟通道组成一闭合环路，第三氟/气翅片管换热器位于氟/气翅片管换热器与除湿器之间，并与氟/气翅片管换热器共用冷凝水槽，第四氟/液换热器与第二氟/液换热器相并联。
进一步地，在除湿溶液槽与再生溶液槽之间设置液/液换热器。
本发明的有益效果是，本发明将冷凝除湿与溶液除湿有机结合，充分利用二种除湿方法的优点，同时又尽量避免其缺点，因而具有能耗少、效率高、除湿能力强、湿度精确控制、系统简单、维护操作方便、经济性好等特点。
附图说明
图1为本发明的新风除湿方法第一原理图；
图2为本发明的新风除湿方法第二原理图；
图3为对应图1的空气处理焓湿图；
图4为与图1对应的常规冷凝除湿的空气处理焓湿图；
图5为与图1对应的常规溶液除湿的空气处理焓湿图；
图6为对应图2的空气处理焓湿图；
图7为与图2对应的常规冷凝除湿的空气处理焓湿图；
图8为与图2对应的常规溶液除湿的空气处理焓湿图；
图9为本发明的新风除湿方法第三原理图；
图10为本发明的新风除湿方法第四原理图；
图11为本发明实施例1的新风除湿系统图；
图12为本发明实施例2的新风除湿系统图；
图13为本发明实施例3的新风除湿系统图；
图14为本发明实施例4的新风除湿系统图；
图15为本发明实施例5的新风除湿系统图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，室外新风1先经过冷凝除湿过程110，然后再经过溶液除湿过程120，冷凝除湿所需的冷量由第一热泵150提供，溶液220除湿所需的冷量由第二热泵160提供，第二热泵160的冷凝热用来加热浓溶液230，浓溶液230再与空气4接触使溶液得浓缩再生，与浓溶液230接触后的空气与再与稀溶液240接触，稀溶液240中的水分在空气中蒸发，稀溶液240被冷却，冷的稀溶液240再用来作为室外新风1的冷源，冷凝除湿过程110产生的冷凝水210通过管路260被送至与稀溶液240混合，以补充中蒸发的水分，当浓溶液230浓度过高时，可通过管路250补充部分冷凝水210以调节溶液浓度，也可通过与稀溶液240的交换来实现。
图1中的溶液除湿、溶液再生及溶液冷却过程可以通过气液直接接触、气液间接接触等多种方式实现，间接式液体除湿芯体原理见专利“200610049187.X，一种气液传质方法”，其传质传热通过气体通道与液体通道中的膜来实现。
冷凝除湿过程可通过管翅片表冷器或喷水室等多种方式实现。
图1中的第一热泵150和第二热泵160可以为压缩式热泵或其它形式的热泵，如吸收式热泵等。
图2与图1 不同之处在于，与浓溶液230和与稀溶液240接触的空气为两股空气，即空气4和空气6，两股空气可以不同，也可以相同。
图3为对应图1过程的空气处理焓湿图，并假设空气1与空气4的状态相同，均为室外新风，空气1经过冷凝除湿过程110后变为2，然后再经过溶液除湿过程120变为3，空气4经过溶液再生过程130后变为5，然后再经过溶液冷却过程140变为6，
当然空气4与空气1的状态可以不同，如空气1可以采用室内排风。
图4假定图1中的冷凝除湿过程110、120均为冷凝除湿过程，过程130，140为常规热泵的风冷过程，与图3进行对比。
图5假定图1中的过程110、120均为溶液除湿过程，过程130，140为溶液再生过程，与图3进行对比。
比较图3、图4和图5可以发现，冷凝除湿要求热泵具有比本发明过程较低的蒸发温度和较高的冷凝温度，而溶液除湿要求热泵具有比本发明过程较高的冷凝温度。
从图3可以看出，本发明只要求第二热泵160具有较高的温度就能实现溶液的再生，同时采用补充冷凝水尽量降低第一热泵150的冷凝温度。
事实上，在有水源的情况下，可以同时向稀溶液240中补充冷凝水和外界水，图3中6点的温度可进一步降低。
图6为对应图2的空气处理焓湿图，并假设空气1与空气4的状态相同，均为室外新风，空气1经过冷凝除湿过程110后变为2，然后再经过溶液除湿过程120变为3，空气4经过溶液再生过程130后变为5，空气6经过溶液冷却过程140变为7。
图6与对应图1的空气处理焓湿图图3相比，溶液再生过程130排出的空气5比图3中空气5的温度低，溶液冷却过程140排出的空气6比图3中空气6的温度低，这意味着图2中的第一热泵150比图1中的第一热泵150有较低的冷凝温度。
图7假定图6中的过程110、120均为冷凝除湿过程，过程130，140为常规热泵的风冷过程，与图3进行对比。
图8假定图1中的过程110、120均为溶液除湿过程，过程130，140为溶液再生过程，与图3进行对比。
比较图6、图7和图8可以发现，冷凝除湿要求热泵具有比本发明过程较低的蒸发温度和较高的冷凝温度，而溶液除湿要求热泵具有比本发明过程较高的冷凝温度。
图9在图1的基础上增加了冷凝除湿过程180，冷凝除湿过程180所需冷量由第二热泵160提供。图1与图9相比，在第二热泵160功率不变的前提下，提供给溶液除湿的制冷量变小，也就意味着所需的溶液再生量变小，但第二热泵160总的冷量基本不变，冷凝热量也基本不变，因而可以得到更高浓度的溶液，从而使得新风最终的相对湿度低。
图10与图1相比，同样是在过程110与120之间增加了冷凝除湿过程180，这一点与图9相同，与图9不同的是，冷凝除湿过程180所需的冷量是由新增的第三热泵170提供，新增第三热泵170产生的冷凝热与第二热泵160产生的冷凝热一样，均用来加热溶液230，使溶液浓缩再生。
图10与图9相比，系统复杂程度增加，但是具有更高的灵活调节性，如通过开启不同的热泵，实现不同的除湿效果，适用不同的新风条件。
实施例1
图11是依据本发明方法建立的一种新风除湿系统。
该系统包括第一热泵、第二热泵、除湿芯46、氟/气翅片管换热器33、再生芯47、冷却芯36、第一风机7、第二风机8、除湿溶液泵48、再生溶液泵49、溶液冷却泵37、除湿溶液槽11、再生溶液槽13、冷却溶液槽15、溶液连通管19、冷凝水管18、除湿溶管路12、再生溶液管14、冷却溶液管16。其中，第一热泵由第一压缩机31、第一膨胀装置34、第一氟/液换热器32和氟/气翅片管换热器33组成，第一压缩机31、第一氟/液换热器32的氟通道、第一膨胀装置34和氟/气翅片管换热器33的氟通道组成一闭合环路，第二热泵由第二压缩机41，第二膨胀装置44、第二氟/液换热器42、第三氟/液换热器43和制冷剂管道及附件45组成，第二压缩机41、第二氟/液换热器42的氟通道、第二膨胀装置44和第三氟/液换热器43的氟通道组成一闭合环路。第一风机7、除湿芯46、氟/气翅片管换热器33依次布置，除湿溶液槽11位于除湿芯46下方，冷凝水槽17位于氟/气翅片管换热器33下方，除湿溶液槽11依次通过第三氟/液换热器43的液通道和除湿溶液泵48与除湿芯46相连，再生芯47、冷却芯36和第二风机8依次布置，再生溶液槽13位于再生芯47下方，冷却溶液槽15位于冷却芯36下方，再生溶液槽13依次通过再生溶液泵49和第二氟/液换热器42的液通道与再生芯47相连，冷却溶液槽15依次通过第一氟/液换热器32的液通道和溶液冷却泵37与冷却芯36相连，除湿溶液槽11与再生溶液槽13通过溶液连通管19相连，冷凝水槽17与冷却液槽15通过冷凝水管18将相连。
新风1在第一风机7驱动下依次经过氟/气翅片管换热器33和除湿芯46，再生空气4在第二风机8驱动下依次经过再生芯47，冷却芯36，除湿液在除湿溶液泵48驱动下经过氟/液换热器43，通过管路12进入除湿芯46，再进入除湿溶液槽11，再生液在再生溶液泵49驱动下经过氟/液换热器42进入再生芯47，再进入再生溶液槽13，冷却液在溶液冷却泵37驱动下通过第一氟/液换热器32进入冷却芯36，再进入冷却液槽15，溶液连通管19将除湿溶液槽11与再生溶液槽13相连，冷凝水管18将冷凝水槽17与冷却液槽15相连。
实施例2
图12是依据本发明方法建立的另一种新风除湿系统。
与实施例1的区别在于，第二风机8位于再生芯47和冷却芯36之间，再生空气4在风机8驱动下经过再生芯47，冷却空气6在风机8驱动下经过冷却芯36。
实施例3
图13是依据本发明方法建立的另一种新风除湿系统。
图13与图11不同之处在于，第三氟/液换热器43并联设置第二氟/气翅片管换热器73，并置于氟/气翅片管换热器33与除湿芯46之间，与氟/气翅片管换热器33共用冷凝水槽17。
实施例4
图14是依据本发明方法建立的另一种新风除湿系统。
图14与图11不同之处在于，增设第三热泵，第三热泵主要由第三压缩机51、第四氟/液换热器52、第三膨胀装置54和第三氟/气翅片管换热器53组成，第三压缩机51、第四氟/液换热器52的氟通道、第三膨胀装置54和第三氟/气翅片管换热器53的氟通道组成一闭合环路，第三氟/气翅片管换热器53位于氟/气翅片管换热器33与除湿器46之间，并与氟/气翅片管换热器33共用冷凝水槽17，第四氟/液换热器52与第二氟/液换热器42相并联。
实施例5
图15是依据本发明方法建立的另一种新风除湿系统。
图15与图11不同之处在于，在除湿溶液槽11与再生溶液槽13之间设置液/液换热器20，并设置管路19和69，使的除湿溶液槽11与再生溶液槽13的溶液双向流动通过液/液换热器20实现换热。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种新风除湿方法，其特征在于，该方法为：室外新风（1）先经过冷凝除湿过程（110），然后再经过溶液除湿过程（120），冷凝除湿所需的冷量由第一热泵（150）提供，溶液（220）除湿所需的冷量由第二热泵（160）提供，第二热泵（160）的冷凝热用来加热浓溶液（230），浓溶液（230）再与空气（4）接触使溶液得浓缩再生，与浓溶液（230）接触后的空气再与稀溶液（240）接触，稀溶液（240）中的水分在空气中蒸发，稀溶液（240）被冷却，冷的稀溶液（240）再用来作为热泵的冷源，冷凝除湿过程（110）产生的冷凝水（210）通过管路（260）被送至与稀溶液（240）混合，以补充蒸发的水分，当浓溶液（230）浓度过高时，通过管路（250）补充部分冷凝水（210）以调节溶液浓度，或者通过与稀溶液（240）的交换来实现。
2.根据权利要求1所述新风除湿方法，其特征在于，与浓溶液（230）和与稀溶液（240）接触的空气为两股空气，两股空气可以不同，也可以相同。
3.根据权利要求1所述新风除湿方法，其特征在于，室外新风（1）经过冷凝除湿过程（110）后，先经过冷凝除湿过程（180），然后再经过溶液除湿过程（120）。
4.根据权利要求3所述新风除湿方法，其特征在于，所述冷凝除湿过程（180）所需冷量由第二热泵（160）提供。
5.一种新风除湿装置，其特征在于，它包括第一热泵、第二热泵、除湿芯（46）、氟/气翅片管换热器（33）、再生芯（47）、冷却芯（36）、第一风机（7）、第二风机（8）、除湿溶液泵（48）、再生溶液泵（49）、溶液冷却泵（37）、除湿溶液槽（11）、再生溶液槽（13）、冷却溶液槽（15）、溶液连通管（19）、冷凝水管（18）、除湿溶液管路（12）、再生溶液管（14）和冷却溶液管（16）；其中，第一热泵主要由第一压缩机（31）、第一膨胀装置（34）、第一氟/液换热器（32）和氟/气翅片管换热器（33）组成，第一压缩机（31）、第一氟/液换热器（32）的氟通道、第一膨胀装置（34）和氟/气翅片管换热器（33）的氟通道组成一闭合环路，第二热泵主要由第二压缩机（41），第二膨胀装置（44）、第二氟/液换热器（42）和第三氟/液换热器（43）组成，第二压缩机（41）、第二氟/液换热器（42）的氟通道、第二膨胀装置（44）和第三氟/液换热器（43）的氟通道组成一闭合环路；第一风机（7）、除湿芯（46）、氟/气翅片管换热器（33）依次布置，除湿溶液槽（11）位于除湿芯（46）下方，冷凝水槽（17）位于氟/气翅片管换热器（33）下方，除湿溶液槽（11）依次通过第三氟/液换热器（43）的液通道和除湿溶液泵（48）与除湿芯（46）相连，再生芯（47）、冷却芯（36）和第二风机（8）依次布置或第二风机（8）位于再生芯（47）和冷却芯（36）之间，再生溶液槽（13）位于再生芯（47）下方，冷却溶液槽（15）位于冷却芯（36）下方，再生溶液槽（13）依次通过再生溶液泵（49）和第二氟/液换热器（42）的液通道与再生芯（47）相连，冷却溶液槽（15）依次通过第一氟/液换热器（32）的液通道和溶液冷却泵（37）与冷却芯（36）相连，除湿溶液槽（11）与再生溶液槽（13）通过溶液连通管（19）相连，冷凝水槽（17）与冷却液槽（15）通过冷凝水管（18）相连。
6.根据权利要求5所述新风除湿装置，其特征在于，还包括第二氟/气翅片管换热器（73），第二氟/气翅片管换热器（73）与第三氟/液换热器（43）并联设置，并置于氟/气翅片管换热器（33）与除湿芯（46）之间，与氟/气翅片管换热器（33）共用冷凝水槽（17）。
7.根据权利要求5所述新风除湿装置，其特征在于，还包括第三热泵，第三热泵主要由第三压缩机（51）、第四氟/液换热器（52）、第三膨胀装置（54）和第三氟/气翅片管换热器（53）组成，第三压缩机（51）、第四氟/液换热器（52）的氟通道、第三膨胀装置（54）和第三氟/气翅片管换热器（53）的氟通道组成一闭合环路，第三氟/气翅片管换热器（53）位于氟/气翅片管换热器（33）与除湿器（46）之间，并与氟/气翅片管换热器（33）共用冷凝水槽（17），第四氟/液换热器（52）与第二氟/液换热器（42）并联。
8.根据权利要求5所述新风除湿装置，其特征在于，在除湿溶液槽（11）与再生溶液槽（13）之间设置液/液换热器（20）。
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