CN102721133B - 自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，包括相互连接的冷却除湿系统及加热再生系统，所述冷却除湿系统及加热再生系统均采用将固体除湿材料附着到传统单独进行显热交换的翅片管式换热器表面构成的除湿换热器。本发明用除湿换热器代替除湿转轮；除湿过程中将再生式蒸发冷却产生的冷冻水引入除湿换热器构成自冷形式的低温内热源，冷却干燥剂除湿过程；再生过程将低品位热能产生的热水作为加热内热源引入干燥剂解吸过程；通过对除湿和再生过程的切换，实现连续制冷的热力循环。与除湿转轮系统相比，本发明不仅具有体积小、成本低的优势，同时可实现自冷式的降温除湿过程，极大提高整体系统效率。

Description

自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统

技术领域

本发明涉及一种制冷空调技术领域的系统，具体是一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高和极端环境在全球各地的频繁出现，广泛使用的传统蒸气压缩式热泵空调系统已经成为整个社会电力消耗的主要来源。导致传统压缩式空调系统能耗较高的一个主要原因是系统采用冷凝除湿的空气处理方法集中处理显热和潜热负荷。固体除湿空调技术采用自然工质-水作为制冷剂，基于固体干燥剂对水蒸气的吸附作用处理空气中的潜热负荷实现除湿，然后通过蒸发冷却方式处理空气中的显热负荷实现降温，系统实现了显热负荷和潜热负荷的分开处理和独立控制，克服了压缩式空调技术集中处理负荷的局限。同时由于干燥剂的热再生特性，系统可采用太阳能甚至压缩式系统的冷凝排热等低品位热能驱动。因此，固体除湿空调技术具有环保和节能两大优势。

目前固体除湿空调系统中广泛采用附着干燥剂的除湿转轮作为潜热负荷处理部件，显热负荷则主要是通过直接或间接蒸发冷却处理。由于除湿转轮构造的局限，系统在动态除湿过程中，由于吸附热的释放导致干燥剂与处理空气间的平衡吸附温度提高，干燥剂吸湿性能下降的同时增大了除湿与再生之间的热湿传递势差，循环需求的再生温度提高，整体循环性能难以提高。另一方面，直接蒸发冷却器的加湿冷却过程对循环除湿能力提出了更高的要求，导致再生温度上升，整体系统性能不高；而冷却塔间接蒸发冷却的极限最低温度只能到达室外空气的湿球温度，难以达到较高的显热负荷处理能力。

经对现有技术的公开文献检索发现，为解决上述问题，中国专利申请号为200710045901.2的“可利用低品位热源的两级转轮除湿空调装置”专利，即是通过级间冷却的两级除湿流程设计，实现中间冷却的固体除湿过程，虽然与传统系统相比，两级除湿性能有所提高，然而系统无法实现内冷式除湿同时显热负荷处理能力仍然不足；中国专利申请号为201110356517.0的“一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统”和中国专利申请号为200810052297.0的“高温热泵和除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统”专利，都是通过一个压缩式热泵循环处理显热负荷并提供部分转轮再生热，虽然系统的显热负荷处理能力获得提高，然而由于系统中仍然采用了传统的压缩式空调，系统无法克服对环境存在影响的制冷剂使用，同时系统本身存在体积较大、构造复杂、成本较高的不足。

发明内容

本发明的目的在于针对传统固体除湿空调系统的不足，提供一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统。本发明系统中，采用除湿换热器代替除湿转轮；除湿过程中将再生式蒸发冷却产生的冷却水引入除湿换热器构成自冷形式的低温内热源，冷却干燥剂除湿过程；再生过程将低品位热能产生的热水作为加热内热源引入干燥剂解吸过程；通过对除湿和再生过程的切换，实现连续制冷的热力循环。与除湿转轮系统相比，本发明不仅具有体积小、成本低的优势，同时可实现自冷式的降温除湿过程，极大提高整体系统效率。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，包括相互连接的冷却除湿系统及加热再生系统。

所述冷却除湿系统包括：处理空气侧风机、板翅式换热器、第一除湿换热器、混风阀、分风阀、蒸发冷却器、蒸发冷却器侧风机、处理空气侧风道、空气风道及回风侧风道，其中，所述处理空气侧风道的一端处理空气侧风机相连接，并依次穿过处理空气侧风机、板翅式换热器、第一除湿换热器及混风阀，并在其终端设有入风口；所述混风阀还连接有回风侧风道，所述回风侧风道的自由端设有回风口，所述处理空气侧风道上混风阀与入风口之间设有分风阀；所述空气风道的一端与分风阀相连接，并依次穿过蒸发冷却器及板翅式换热器，最终与蒸发冷却器侧风机相连接；所述第一除湿换热器与蒸发冷却器之间通过蒸发冷却器侧水路相连接。

所述回风侧风道上设有调风阀。

所述处理空气侧风道上入风口与分风阀之间设有调风阀。

所述空气风道上分风阀与蒸发冷却器之间设有调风阀。

所述蒸发冷却器侧水路上出水口一侧上设有水泵。

所述加热再生系统包括：再生空气侧风机、第二除湿换热器及再生空气侧管路，所述再生空气侧管路依次穿过再生空气侧风机及第二除湿换热器，所述第二除湿换热器上设有再生水加热热源，所述再生水加热热源通过再生热水回路与第二除湿换热器相连接。

所述再生热水回路上出水口一侧设有水泵。

所述第一除湿换热器及第二除湿换热器均为：将固体除湿材料附着到传统单独进行显热交换的翅片管式换热器表面构成。

本发明工作主要包括两个过程，这两个过程在系统运行时分别在两个除湿换热器侧同时交替进行：

第一过程为处理空气在除湿换热中的自冷除湿过程，包括以下步骤：

第一步，除湿换热器管内流动的冷却水温度升高；

第二步，除湿换热器表面附着的固体除湿材料被冷却吸湿，实现潜热负荷处理；

第三步，被处理空气流经除湿换热器空气表面温湿度降低，热负荷通过除湿换热器内部冷却水处理，湿负荷通过固体除湿材料对水蒸气的吸附作用处理；

第二过程为再生空气在除湿换热器中的加热解吸过程，包括以下步骤：

第一步，除湿换热器管内流动的热水温度降低；

第二步，除湿换热器表面附着的固体除湿材料在再生热的加热作用下进行再生；

第三步，再生空气流经除湿换热器空气表面温湿度升高。

与此同时，本发明中可通过调风阀的切换，实现两个除湿换热器的平稳切换过渡，保证系统可产生连续的制冷效果。

本发明相比现有技术具有以下优势：

第一，除湿换热器管内冷却水在除湿过程可带走从吸附热和显热负荷，实现降温除湿热力过程，降低平衡吸附温度并维持干燥剂表面较低的水蒸汽分压力，提高系统除湿效率的同时降低循环驱动热源温度。

第二，与除湿转轮相比，除湿换热器装置结构紧凑、制作工艺简单、投资费用低、易于安装，和再生式蒸发冷却装置匹配具有可行性。因此系统可以继承再生式蒸发冷却的优势，实现较高的显热负荷处理能力。

第三，与固体转轮除湿空调热空气强制对流再生相比，除湿换热器管内水侧对流换热系数远高于气体对流换热系数，同时通过采用传热性能好的金属基干燥剂涂层，强化循环再生过程的传热，一方面可进一步降低系统所需驱动热源的温度，另一方面强化传热可提高干燥剂的解吸量，改善传质。

第四，除湿换热器除湿过程中同时存在吸附热源和冷却内热源，再生过程中同时存在解吸热源和加热内热源，因此其耦合传热传质过程是一个区别于除湿转轮的双重内热源耦合传热传质过程。

第五，循环通过再生温度以及再生蒸发冷却流量分配的调节，可达到不同潜热和显热负荷处理能力的配比，实现温湿度独立控制。此外循环除湿换热器出口空气状态是决定获取冷却水状态的主要参数，冷却水状态又反馈影响除湿换热器热湿负荷处理能力，因此干燥剂冷却除湿空调是区别于传统固体除湿空调的内反馈循环。

附图说明

图1为本发明冷却除湿结构示意图；

图2为本发明加热再生结构示意图；

图中，1为处理空气侧风机，2为处理空气侧风道，3为板翅式换热器，4为第一除湿换热器，5为回风口，6为调风阀，7为回风侧风道，8为混风阀，9为分风阀，10为调风阀，11为入风口，12为空气风道，13为调风阀，14为蒸发冷却器，15为蒸发冷却器侧风机，16为水泵，17为蒸发冷却器侧水路，18为再生空气侧风机，19为再生空气侧管路，20为第二除湿换热器，21为再生水加热热源，22为水泵，23为再生热水回路；

图中，粗实线上箭头方向表示空气的流动方向，细实线上箭头方向表示水路的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图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。

本实施例包括：相互连接的相互连接的冷却除湿系统及加热再生系统。

如图1所示，冷却除湿系统包括：处理空气侧风机1、板翅式换热器3、第一除湿换热器4、混风阀8、分风阀9、蒸发冷却器14、蒸发冷却器侧风机15、处理空气侧风道2、空气风道12及回风侧风道7，其中，处理空气侧风道2的一端与处理空气侧风机1相连接，并依次穿过处理空气侧风机1、板翅式换热器3、第一除湿换热器4及混风阀8，并在其终端设有入风口11；混风阀8还连接有回风侧风道7，回风侧风道7的自由端设有回风口5，处理空气侧风道2上混风阀8与入风口11之间设有分风阀9；空气风道12的一端与分风阀9相连接，并依次穿过蒸发冷却器14及板翅式换热器3，最终与蒸发冷却器侧风机15相连接；第一除湿换热器4与蒸发冷却器14之间通过蒸发冷却器侧水路17相连接。

回风侧风道7上设有调风阀6；处理空气侧风道2上入风口11与分风阀之间设有调风阀10；空气风道12上分风阀9与蒸发冷却器14之间设有调风阀13；蒸发冷却器侧水路17上出水口一侧设有水泵16。

第一除湿换热器4为：将固体除湿材料附着到传统单独进行显热交换的翅片管式换热器表面构成。

具体为，在冷却除湿模式下：处理空气依次流经处理空气侧风机1、板翅式换热器3、第一除湿换热器4、混风阀8、分风阀9、调风阀10和送风口11；其中在混风阀8中处理空气与依次流经回风口5、风阀6的室内回风7混合，在分风阀9中处理空气被划分为送风和依次流经风阀13、蒸发冷却器14、板翅式换热器3、风机15的风路12。冷却水依次流经第一除湿换热器4、水泵16、蒸发冷却器14。冷却水经第一除湿换热器4后温度升高，在水泵16的作用下被泵回蒸发冷却器14中被来自空气管路12的干燥空气冷却，再次返回第一除湿换热器4中。被处理空气在风机1的作用下，进入处理空气管路2中，在板翅式换热器3中与蒸发冷却器出口空气管路12中的空气换热被预冷，管路12的空气在风机15的作用下被排出，管路2中的处理空气然后流经第一除湿换热器4中被冷却除湿，出口的处理空气与室内回风管路7中的回风在混风阀8中混合，经过分风阀9分离为一股送风经送风口11送入室内，一股用作蒸发冷却器中的空气。

如图2所示，加热再生系统包括：再生空气侧风机18、第二除湿换热器20及再生空气侧管路19，再生空气侧管路19依次穿过再生空气侧风机18及第二除湿换热器20，第二除湿换热器20上设有再生水加热热源21，再生水加热热源21通过再生热水回路23与第二除湿换热器20相连接。

再生热水回路上出水口一侧设有水泵。

第二除湿换热器20为：将固体除湿材料附着到传统单独进行显热交换的翅片管式换热器表面构成。

具体为，在加热再生模式下：再生空气依次流经再生空气侧风机18、第二除湿换热器20；再生热水依次流经第二除湿换热器20、水泵22、加热器21。经加热器21加热的热水经管路23被送入第二除湿换热器20中，第二除湿换热器20出口处温度降低的再生热水在水泵22的作用下再次返回加热器21进行加热；再生空气经风机18的作用被送入再生空气管路19中，然后流经第二除湿换热器20被加热同时带走解吸出的水蒸气，高温高湿的再生空气被排出。

本实施例包括4股同时运行的工质，包括2股水流程：冷却水和再生热水，以及2股空气流程：1股被处理空气和1股再生空气。冷却水流程侧连接方式为：蒸发冷却器水侧出口与第一除湿换热器水侧进口相连，第一除湿换热器水侧出口与蒸发冷却器水侧进口相连，构成一个循环。再生热水流程侧连接方式为：加热器水侧出口与第二除湿换热器水侧进口相连，第二除湿换热器水侧出口与加热器器水侧进口相连，构成一个循环。被处理空气侧连接方式为：被处理空气在处理空气侧风机作用下与板翅式换热器一侧进口通过风道相连，板翅式换热器一侧空气出口与第一除湿换热器空气表面进口通过风道相连，第一除湿换热器空气表面出口与混风阀一个进口通过风道相连，回风口的回风与混风阀另一个进口通过风道相连，混风阀出口与分风阀进口相连接，分风阀一个出口与送风口相连接，分风阀另一个出口与蒸发冷却器空气进口相连接，蒸发冷却器空气出口与板翅式换热器另一侧空气入口相连接，板翅式换热器出口空气排入大气环境。再生空气侧连接方式为：再生空气与第二除湿换热器空气表面通过风道相连，经过第二除湿换热器空气表面的再生空气被排入外部空间。

本实施例工作主要包括两个过程，这两个过程在系统运行时分别在两个除湿换热器侧同时交替进行：

第一过程为处理空气在除湿换热中的自冷除湿过程，包括以下步骤：

第一步，除湿换热器管内流动的冷却水温度升高；

第二步，除湿换热器表面附着的固体除湿材料被冷却吸湿，实现潜热负荷处理；

第三步，被处理空气流经除湿换热器空气表面温湿度降低，热负荷通过除湿换热器内部冷却水处理，湿负荷通过固体除湿材料对水蒸气的吸附作用处理；

第二过程为再生空气在除湿换热器中的加热解吸过程，包括以下步骤：

第一步，除湿换热器管内流动的热水温度降低；

第二步，除湿换热器表面附着的固体除湿材料在再生热的加热作用下进行再生；

第三步，再生空气流经除湿换热器空气表面温湿度升高。

本实施例通过冷却除湿和加热再生两种模式相互切换可以实现连续降温除湿和升温加湿过程。

在冬季，可将再生风引入室内，实现向室内供暖，并增湿。处理风排出室外。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，包括相互连接的冷却除湿系统及加热再生系统；

所述冷却除湿系统包括：处理空气侧风机、板翅式换热器、第一除湿换热器、混风阀、分风阀、蒸发冷却器、蒸发冷却器侧风机、处理空气侧风道、空气风道及回风侧风道，其中，所述处理空气侧风道的一端处理空气侧风机相连接，并依次穿过处理空气侧风机、板翅式换热器、第一除湿换热器及混风阀，并在其终端设有入风口；所述混风阀还连接有回风侧风道，所述回风侧风道的自由端设有回风口，所述处理空气侧风道上混风阀与入风口之间设有分风阀；所述空气风道的一端与分风阀相连接，并依次穿过蒸发冷却器及板翅式换热器，最终与蒸发冷却器侧风机相连接；所述第一除湿换热器与蒸发冷却器之间通过蒸发冷却器侧水路相连接；

第一除湿换热器出口的空气与室内回风混合后进入蒸发冷却器，产生的冷却水通入第一除湿换热器管内，形成自冷式内反馈循环系统；

所述加热再生系统包括：再生空气侧风机、第二除湿换热器及再生空气侧管路，所述再生空气侧管路依次穿过再生空气侧风机及第二除湿换热器，所述第二除湿换热器上设有再生水加热热源，所述再生水加热热源通过再生热水回路与第二除湿换热器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述回风侧风道上设有调风阀。

3.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述处理空气侧风道上入风口与分风阀之间设有调风阀。

4.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述空气风道上分风阀与蒸发冷却器之间设有调风阀。

5.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却器侧水路上出水口一侧上设有水泵。

6.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述再生热水回路上出水口一侧设有水泵。

7.根据权利要求1所述的一种自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统，其特征在于，所述第一除湿换热器及第二除湿换热器均为：将固体除湿材料附着到传统单独进行显热交换的翅片管式换热器表面构成。