CN102287882B - 船用两级转轮除湿空调系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种船用两级转轮除湿空调系统及其操作方法，它包括串接在一起的除湿转轮、第一级中冷器、第二级中冷器、压缩式空调机组、加湿器、处理风机、再生风机。所采用的除湿转轮包括除湿区、再生区和预处理区，预处理区位于除湿转轮从再生区转向除湿区之间。除湿转轮的再生过程利用船舶废热作为热源，采用废热加热器或废气换热转轮对再生空气进行加热；除湿后的处理空气利用温度较低的海水进行初步冷却。由于本发明在除湿转轮中增设预处理区，预处理区可将干燥剂再生过程残留的高温高湿的空气吹出转轮空气通道，有利于除湿区除湿过程的进行。

Description

船用两级转轮除湿空调系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种船用设备，特别是涉及一种利用船舶废热作为再生热源的、采用两个除湿转轮的船用两级转轮除湿空调系统及其操作方法。

背景技术

船舶柴油机的热效率只有50%左右，其余的热量通过冷却介质、排气和散热排入海水或大气中。船舶上大量的废热被排放到室外，造成了能源的大量浪费，也对海洋环境造成了非常大的污染。而且，夏季船舶空调的除湿量非常大；目前，船舶的空调系统基本上是采用压缩式空调制冷，采用冷凝除湿，冷凝除湿需要将冷却器表面温度降低至露点温度以下，空气中水蒸气遇冷凝结而析出，从而达到除湿的目的。该除湿过程需要消耗很大一部分能量用于降低冷冻介质的温度，增加了除湿的能耗。

船用转轮除湿空调系统由除湿转轮、海水冷却设备和传统压缩式空调机组组成，空气中的湿负荷由除湿转轮中的干燥剂处理，干燥剂利用船舶废热加热实现再生，不需要消耗额外的能源对空气进行除湿。干燥后的空气采用海水冷却和压缩式空调机组辅助冷却相结合，共同对处理空气进行冷却，节省了空调的能耗，保护了海洋环境。

经对现有技术文献的检索发现，申请号为200710045901.2的中国发明专利，名称为“可利用低品位热源的两级转轮除湿空调装置”；该专利公开了相关技术特征为：在处理风路径中，蒸发冷却器与处理风机连接，第一级除湿转轮再生区与第一级加热器连接，第二级除湿转轮再生区与第二级加热器连接。此专利技术的缺陷和不足为：装置中的除湿转轮中的干燥剂再生后直接进入除湿区，除湿转轮的空气通道中残留了大量高温高湿的气体，不利于处理海洋环境下温湿度较高的空气；装置中的蒸发冷却器只适合陆地上较为稳定环境下使用，不适合于在船舶摇晃情况下的使用；装置中的再生热源为太阳能等低品位热源，不适合于对高品位的船舶废热进行回收利用。

发明内容

本发明的目的是针对船舶丰富的废热、船舶空调除湿量大而提供的一种利用船舶废热驱动的船用两级除湿空调系统，它可以充分利用船舶废热，降低船舶空调能耗，减少温室气体排放，保护海洋环境。

本发明的另一个目的在于提供一种实现上述目的的船用两级转轮除湿空调系统的操作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明是一种船用两级转轮除湿空调系统：它包括除湿转轮、第一级中冷器、第二级中冷器、压缩式空调机组、处理风机、再生风机；所采用的除湿转轮包括除湿区、再生区和预处理区，预处理区位于除湿转轮从再生区转向除湿区之间；所采用的除湿转轮有两个，分别为第一级除湿转轮和第二级除湿转轮；所述的第一级除湿转轮的除湿区、第一级中冷器、第二级除湿转轮的除湿区、第二级中冷器、压缩式空调机组、处理风机通过风管依次串接在一起，作为处理风流通通道；所述的第一级除湿转轮预处理区的再生风进口和第二级除湿转轮预处理区的再生风进口并联，第一级除湿转轮预处理区的再生风出口和第二级除湿转轮预处理区的再生风出口并联后通过风管与废热加热器的进口或废气换热转轮的进口串接，废热加热器的出口或废气换热转轮的出口通过风管与第一级除湿转轮再生区、再生风机依次串接，以及通过风管与第二级除湿转轮再生区、再生风机依次串接。

本发明还包括一个加湿器，该加湿器的进风口经由风阀与废热加热器的出口或废气换热转轮的出口串接，加湿器的出风口则与处理风机的进口串接，用于系统的供暖过程。

一种船用两级转轮除湿空调系统的操作方法，所述的除湿转轮中干燥剂的再生采用船舶高温废热作为再生热源且再生风通过废热加热器或废气换热转轮加热达到干燥剂再生所需的温度。

所述的第二级中冷器中处理空气的冷却采用海水冷却和传统压缩式空调机组辅助冷却相结合。

进入第一级除湿转轮的室外新风与舱室回风在第一级除湿前按一定比例进行混合，混合后的风一部分作为处理风，一部分作为预处理风。

本发明工作过程包括除湿制冷过程、供暖过程、空气的预处理过程和干燥剂的再生过程。

除湿制冷过程：室外空气与室内回风按需要的比例混合（新风比≥50%），然后分为两部分。一部分混合空气进入第一级除湿转轮的除湿区作为处理风，依次经过第一级除湿转轮除湿区、第一级中冷器、第二级除湿转轮除湿区、第二级中冷器、传统压缩式空调机组的蒸发器，最后被处理风机送入舱室。另外一部分混合空气作为预处理风，分为两路，一路进入第一级除湿转轮预处理区，另一路进入第二级除湿转轮的预处理区，从各自的预处理区出来后混合进入再生风过程。

供暖过程：风阀一和风阀二和风阀三关闭，室内回风经过废热加热器或废气换热转轮加热，然后送入加湿器，达到温湿度要求后由处理风机送入舱室。

空气的预处理过程：预处理空气分成两路分别进入第一级除湿转轮和第二级除湿转轮的预处理区，将再生过程残留的高温高湿的空气吹出转轮空气通道，空气通道中的空气温湿度下降。经过预处理区的空气出来后与室内回风混合形成再生风。

干燥剂的再生过程：再生风由舱室内的回风和预处理区出来的风混合而成。再生风通过废热加热器或废气换热转轮加热达到干燥剂再生所需温度后，分成两路，分别进入第一级除湿转轮和第二级除湿转轮的再生区，对吸湿饱和的干燥剂进行加热再生，从再生区出来后，两路的再生风混合，经再生风机排到室外。

采用上述方案后，与申请号为200710045901.2的中国发明专利相比，本发明在结构上做了如下改进：①在除湿转轮的再生区转向除湿区之间，增设了预处理区；②取消上述专利中的蒸发冷却器，采用传统压缩式空调机组与除湿转轮相结合；③再生过程采用船舶废热作为热源，除湿后的处理空气采用温度较低的海水进行初步冷却。通过废热加热器或废气换热转轮对再生空气进行加热。与申请号为200710045901.2的中国发明专利相比，本发明具有以下优点：①预处理区将干燥剂再生过程残留的高温高湿的空气吹出转轮空气通道，空气通道中的空气温湿度下降，有利于除湿区除湿过程的进行；②处理空气的除湿过程由转轮中的干燥剂完成，克服了冷却除湿方式需要消耗大量能量将冷却温度降低到露点以下的缺点，并将除湿转轮与压缩式空调机组结合起来使用有利于整个系统的送风温度稳定性，避免了海洋环境下，传统的蒸发冷却器受外界影响较大的缺点。③该系统采用船舶废热作为干燥剂的再生热源，而且采用海水作为冷源对处理后的空气进行初步冷却，节省了大量用于再生和冷却的能量，减少了碳排放，符合当前国际海洋环境保护的趋势。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明除湿转轮的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种船用两级转轮除湿空调系统，它包括第一级除湿转轮1、第一级中冷器2、第二级除湿转轮3、第二级中冷器4、压缩式空调机组5、处理风机6、再生风机7、加湿器8、电动机10、齿轮11、链条12、废热加热器30、废气换热转轮40。

参考图2所示，所述的第一级除湿转轮1包括除湿区1-1、再生区1-2和预处理区1-3。预处理区1-3位于第一级除湿转轮1从再生区1-2转向除湿区1-1之间，用于清除再生过程残留的高温高湿空气。所述的第一级除湿转轮1的再生区1-2占第一级除湿转轮1截面面积的1/4，预处理区1-3占第一级除湿转轮1截面面积的1/12－1/8，其余为除湿区1-1。

所述的齿轮11安装在电动机10的输出轴上，齿轮11与安装在第一级除湿转轮1上的链条12啮合，带动第一级除湿转轮1转动。

所述的第一级除湿转轮1和第二级除湿转轮3结构完全相同，与电动机10的连接方式也相同。

所述的第一级除湿转轮1的除湿区1-1、第一级中冷器2、第二级除湿转轮3的除湿区、第二级中冷器4、压缩式空调机组5、处理风机6通过风管依次串接在一起，作为处理风流通通道。

所述的第一级除湿转轮1预处理区1-3的再生风进口和第二级除湿转轮3预处理区的再生风进口并联，第一级除湿转轮1预处理区1-3的再生风出口和第二级除湿转轮3预处理区的再生风出口并联后通过风管与废热加热器30的进口或废气换热转轮40的进口串接，废热加热器30的出口或废气换热转轮40的出口通过风管与第一级除湿转轮1再生区1-2、再生风机7依次串接，以及通过风管与第二级除湿转轮3再生区、再生风机7依次串接。

所述的加湿器8的进风口经由风阀与废热加热器30的出口或废气换热转轮40的出口串接，其出风口则与处理风机6的进口串接。

本发明的工作原理：

当向舱室内进行除湿制冷调节时，室外新风A与舱室内回风B混合。混合后的空气分为处理空气C和预处理空气D。处理空气C进入第一级除湿转轮1的除湿区1-1，在除湿转轮的空气通道壁上，覆盖了一层干燥剂，空气的中水蒸气被干燥剂吸收，空气被干燥。由于吸附热的释放，空气的温度上升。干燥后的空气从除湿区出来后送入第一级中冷器2，由海水来冷却处理空气。由于海洋环境下空气湿度较高，处理空气的湿负荷较大，需要进一步除湿。从第一级中冷器2冷却出来后，处理空气进入第二级除湿转轮3的除湿区进一步除湿，除湿后的处理空气出来后由第二级中冷器4用海水冷却。为保证送风温度的稳定性，经第二级中冷器4冷却后的处理空气最后由压缩式空调机组5的蒸发器5-1进一步冷却，达到设定的送风温度后由处理风机6送入舱室内。预处理空气D分为两路，一路进入第一级除湿转轮1的预处理区，另一路进入第二级除湿转轮3的预处理区。

预处理过程为：预处理空气D分成两路分别进入第一级除湿转轮1和第二级除湿转轮3的预处理区，将残留的高温高湿的空气吹出转轮空气通道，空气通道中的空气温湿度下降。经过预处理区的空气出来后与室内回风F混合形成再生风。

第一级除湿转轮1的转动方向为由再生区1-2经预处理区1-3向除湿区1-1转动。压缩式空调机组5的冷凝器5-2由海水冷却。所述的第二级除湿转轮3的的转动方向与第一级除湿转轮1相同。

在本实施例中，干燥剂的再生过程为：室内回风F与经第一级除湿转轮1预处理区1-3后的预处理空气混合形成再生风，送入废热加热器30加热或废气换热转轮40加热，在废热加热器30中，再生空气被高温蒸汽加热，若在废气换热转轮40中，高温废气E进入转轮与再生空气换热后，经输出风管50排出。加热后的空气G分为两路各自进入第二级除湿转轮3和第一级除湿转轮1的再生区1-2，将饱和的干燥剂加热，使吸附的水分蒸发，实现干燥剂的再生。再生后的空气H经风管混合后，由再生风机7排出室外。

在本实施例中，当向舱室内供暖时，风阀一9-1、风阀二9-2和风阀三9-3关闭，通向加湿器8的风阀开启。回风经风管F送入废热加热器30或废气换热转轮40加热，加热后进入加湿器8，进行空气的加湿处理，达到送风预定温湿度后，由处理风机6送入舱室内。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种船用两级转轮除湿空调系统，其特征在于：它包括除湿转轮、第一级中冷器、第二级中冷器、压缩式空调机组、处理风机、再生风机；所采用的除湿转轮包括除湿区、再生区和预处理区，预处理区位于除湿转轮从再生区转向除湿区之间；所采用的除湿转轮有两个，分别为第一级除湿转轮和第二级除湿转轮；所述的第一级除湿转轮的除湿区、第一级中冷器、第二级除湿转轮的除湿区、第二级中冷器、压缩式空调机组、处理风机通过风管依次串接在一起，作为处理风流通通道；所述的第一级除湿转轮预处理区的再生风进口和第二级除湿转轮预处理区的再生风进口并联，第一级除湿转轮预处理区的再生风出口和第二级除湿转轮预处理区的再生风出口并联后通过风管与废热加热器的进口或废气换热转轮的进口串接，废热加热器的出口或废气换热转轮的出口通过风管与第一级除湿转轮再生区、再生风机依次串接，以及通过风管与第二级除湿转轮再生区、再生风机依次串接。

2.根据权利要求1所述的船用两级转轮除湿空调系统，其特征在于：它还包括一个加湿器，该加湿器的进风口经由风阀与废热加热器的出口或废气换热转轮的出口串接，加湿器的出风口则与处理风机的进口串接，用于系统的供暖过程。

3.一种根据权利要求1所述的船用两级转轮除湿空调系统的操作方法，其特征在于：所述的除湿转轮中干燥剂的再生采用船舶高温废热作为再生热源且再生风通过废热加热器或废气换热转轮加热达到干燥剂再生所需的温度。

4.根据权利要求3所述的船用两级转轮除湿空调系统的操作方法，其特征在于：所述的第二级中冷器中处理空气的冷却采用海水冷却和传统压缩式空调机组辅助冷却相结合。

5.根据权利要求3所述的船用两级转轮除湿空调系统的操作方法，其特征在于：进入第一级除湿转轮的室外新风与舱室回风在第一级除湿前按一定比例进行混合，混合后的风一部分作为处理风，一部分作为预处理风。

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