CN103196187B - 基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置及调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置，包括蒸气压缩制冷循环回路、溶液循环回路和空气处理回路；蒸气压缩制冷循环回路包括压缩机、冷凝器、第一膨胀压缩机、高温蒸发器；溶液循环回路包括冷凝器、第二膨胀压缩机、除湿器、溶液节流阀、稀储液槽、稀溶液泵、液液热交换器、再生器、浓储液槽、溶液冷却器和溶液加压泵；空气处理回路包括第一膨胀压缩机、除湿器、第二膨胀压缩机、高温蒸发器、再生器和风机。该装置能够解决低浓度除湿、冷凝余热用于溶液再生和热湿独立处理的问题。同时还公开了该装置的调控方法，包括同步进行的蒸气压缩制冷循环、溶液循环和空气处理循环。该调控方法操作简单。
Description
技术领域
本发明属于溶液除湿、蒸气压缩制冷和热湿独立处理的技术领域，具体来说，涉及一种基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置及调控方法。
背景技术
空调系统目前普遍采用冷凝除湿方式（采用7℃的冷冻水）实现对空气的降温与除湿处理，同时去除建筑的显热负荷与潜热负荷（湿负荷），造成了能量利用品位上的浪费，同时冷凝除湿方式产生的潮湿表面成为霉菌等生物污染物繁殖的良好场所，严重影响室内空气品质；近几十年来，以溶液除湿技术为代表的空调方式受到国内外学者的普遍重视，溶液除湿技术有其独特的优点，与冷冻除湿相比，无潮湿表面，可利用低品位热源驱动，可实现热湿独立控制。
目前，在溶液除湿热湿独立处理技术中，普遍采用常压空气与浓溶液进行热质交换，为保证除湿过程的顺利进行，要求浓溶液具有较高的浓度，这对设备腐蚀性较大且对再生过程中的驱动热源提出了较高的要求；同时，深度除湿过程常采用高压除湿技术，但该技术采用电驱动压缩机，能耗较大。因此，研究新型、高效、低能耗的溶液除湿热湿独立处理技术具有很重要的意义。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置，该装置能够解决低浓度除湿、冷凝余热用于溶液再生和热湿独立处理的问题；同时，本发明还提供该空调装置的调控方法，操作简单，易于实现低浓度除湿、冷凝余热的有效利用和热湿独立处理的目的。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置，该装置包括蒸气压缩制冷循环回路、溶液循环回路和空气处理回路；
所述的蒸气压缩制冷循环回路包括压缩机、冷凝器、第一膨胀压缩机、高温蒸发器；压缩机的输出端与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口与第一膨胀压缩机的膨胀机进口连接，第一膨胀压缩机的膨胀机出口与高温蒸发器的第一输入端连接，高温蒸发器的第一输出端与压缩机的输入端连接；
溶液循环回路包括冷凝器、第二膨胀压缩机、除湿器、溶液节流阀、稀储液槽、稀溶液泵、液液热交换器、再生器、浓储液槽、溶液冷却器和溶液加压泵；除湿器的底部输出端通过溶液节流阀与稀储液槽的输入端连接，稀储液槽的输出端通过稀溶液泵与液液热交换器的第一输入端连接，液液热交换器的第一输出端与冷凝器的底部输入端连接，冷凝器的底部输出端与再生器的喷淋装置连接，再生器的底部输出端与浓储液槽的输入端连接，浓储液槽的输出端与液液热交换器的第二输入端连接，液液热交换器的第二输出端与溶液冷却器的输入端连接，溶液冷却器的输出端与第二膨胀压缩机的压缩机进口连接，第二膨胀压缩机的压缩机出口通过溶液加压泵与除湿器的第一侧部输入端连接；
空气处理回路包括第一膨胀压缩机、除湿器、第二膨胀压缩机、高温蒸发器、再生器和风机；第一膨胀压缩机的压缩机出口与除湿器的第二侧部输入端连接，除湿器的侧部输出端与第二膨胀压缩机的膨胀机进口连接，第二膨胀压缩机的膨胀机出口与高温蒸发器的第二输入端连接，风机出口与再生器的侧部输入端连接；
蒸气压缩制冷循环回路中的冷凝器与溶液循环回路中的冷凝器为同一台冷凝器，溶液循环回路中的第二膨胀压缩机与空气处理回路中的第二膨胀压缩机为同一台第二膨胀压缩机，溶液循环回路中的除湿器与空气处理回路中的除湿器为同一台除湿器，蒸气压缩制冷循环回路中的第一膨胀压缩机与空气处理回路中的第一膨胀压缩机为同一台第一膨胀压缩机，蒸气压缩制冷循环回路中的高温蒸发器与空气处理回路中的高温蒸发器为同一台高温蒸发器。
上述基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置的调控方法，包括同步进行的蒸气压缩制冷循环、溶液循环和空气处理循环三个过程；
所述的蒸气压缩制冷循环过程是：利用压缩机将制冷剂变为高温高压的制冷剂蒸气，然后输入冷凝器中，制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，变为低温高压的制冷剂液体，将制冷剂液体输入第一膨胀压缩机中，第一膨胀压缩机回收制冷剂液体的膨胀功，制冷剂液体的压力和温度降低，降温降压后的制冷剂液体进入高温蒸发器中蒸发，制冷剂液体吸收空气中的热量，除去空气的显热负荷；以此进行蒸气压缩制冷循环；
所述的溶液循环过程是：采用高压浓溶液在除湿器中吸收高压空气中的水蒸气，浓溶液的浓度降低，浓溶液变为稀溶液，其次调节溶液节流阀，使得除湿器中的溶液降压到常压，然后控制稀溶液泵，将除湿器中的稀溶液依次流过稀储液槽、稀溶液泵、液液热交换器，进入冷凝器中，稀溶液在冷凝器中吸收冷凝热，稀溶液的温度升高，为溶液再生过程提供热量，随后将升温后的稀溶液排入再生器中，稀溶液与室外空气进行热质交换，稀溶液的浓度升高，变为浓溶液，接着将浓溶液依次通过浓储液槽、液液热交换器、溶液冷却器，进入第二膨胀压缩机进行预压缩，浓溶液的压力提高，利用溶液加压泵将浓溶液加压到与除湿器中的高压空气相同的压力，最后将浓溶液排入除湿器中，与高压空气进行热质交换；以此进行溶液循环；
所述的空气处理循环过程是：利用第一膨胀压缩机对待处理的常压空气进行加压，常压空气变为高压空气，再将高压空气通入除湿器中，高压空气与高压浓溶液进行热质交换，高压空气的含湿量降低，然后利用第二膨胀压缩机回收除湿后的高压空气的膨胀功，高压空气的压力下降至常压，变为常压空气，利用高温蒸发器除去该常压空气的显热负荷；同时，利用风机将室外空气排入再生器中，室外空气吸收稀溶液中的水分；以此进行空气处理循环。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、有效利用废热，节能效果佳。本发明利用冷凝器的冷凝热或者其他废热作为溶液再生器的驱动能源，实现了废热的有效利用。
2、利用高压除湿技术对空气进行除湿，浓溶液的运行浓度可以很低。本发明中，利用高压除湿技术，使得除湿器内空气中的水蒸气分压力提升，因此可以是浓溶液在降低的浓度下可以维持除湿。
3.对溶液再生热源温度要求较低。传统方法对溶液再生过程中驱动热源要求较高，通常为80℃左右，而本发明的方法中，由于高压除湿器中运行溶液浓度较低，因此再生时候对应的再生热源温度就会降低。
4．高效节能。传统方法中，深度除湿过程中的高压除湿技术能耗较大。本发明利用第一膨胀压缩机回收高压制冷剂的膨胀功，用于提高空气压力，同时利用第二膨胀压缩机回收高压空气的膨胀功对浓溶液进行预压缩，装个装置高效节能，运行稳定可靠。
5. 与现有蒸汽压缩式制冷空调相比，具有蒸发温度高的特点，性能系数高，实现热湿独立处理目的。与溶液除湿与蒸汽压缩式复合制冷系统相比，通过回收节流膨胀功进行增压除湿，可以降低除湿溶液运行浓度，从而降低溶液再生所需热源温度，因此可以对制冷系统冷凝排热进行高效利用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中有：压缩机1、冷凝器2、第一膨胀压缩机3、高温蒸发器4、第二膨胀压缩机5、除湿器6、溶液节流阀7、稀储液槽8、稀溶液泵9、液液热交换器10、再生器11、风机12、浓储液槽13、溶液冷却器14、溶液加压泵15。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明的基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置，包括蒸气压缩制冷循环回路、溶液循环回路和空气处理回路。所述的蒸气压缩制冷循环回路包括压缩机1、冷凝器2、第一膨胀压缩机3和高温蒸发器4。压缩机1的输出端与冷凝器2的入口连接，冷凝器2的出口与第一膨胀压缩机3的膨胀机进口连接，第一膨胀压缩机3的膨胀机出口与高温蒸发器4的第一输入端连接，高温蒸发器4的第一输出端与压缩机1的输入端连接。溶液循环回路包括冷凝器2、第二膨胀压缩机5、除湿器6、溶液节流阀7、稀储液槽8、稀溶液泵9、液液热交换器10、再生器11、浓储液槽13、溶液冷却器14和溶液加压泵15。除湿器6的底部输出端通过溶液节流阀7与稀储液槽8的输入端连接，稀储液槽8的输出端通过稀溶液泵9与液液热交换器10的第一输入端连接，液液热交换器10的第一输出端与冷凝器2的底部输入端连接，冷凝器2的底部输出端与再生器11的喷淋装置连接，再生器11的底部输出端与浓储液槽13的输入端连接，浓储液槽13的输出端与液液热交换器10的第二输入端连接，液液热交换器10的第二输出端与溶液冷却器14的输入端连接，溶液冷却器14的输出端与第二膨胀压缩机5的压缩机进口连接，第二膨胀压缩机5的压缩机出口通过溶液加压泵15与除湿器6的第一侧部输入端连接。空气处理回路包括第一膨胀压缩机3、除湿器6、第二膨胀压缩机5、高温蒸发器4、再生器11和风机12。第一膨胀压缩机3的压缩机出口与除湿器6的第二侧部输入端连接，除湿器6的侧部输出端与第二膨胀压缩机5的膨胀机进口连接，第二膨胀压缩机5的膨胀机出口与高温蒸发器4的第二输入端连接，风机12出口与再生器11的侧部输入端连接。
在上述各循环回路中，蒸气压缩制冷循环回路中的冷凝器2与溶液循环回路中的冷凝器2为同一台冷凝器2，溶液循环回路中的第二膨胀压缩机5与空气处理回路中的第二膨胀压缩机5为同一台第二膨胀压缩机5，溶液循环回路中的除湿器6与空气处理回路中的除湿器6为同一台除湿器6，蒸气压缩制冷循环回路中的第一膨胀压缩机3与空气处理回路中的第一膨胀压缩机3为同一台第一膨胀压缩机3，蒸气压缩制冷循环回路中的高温蒸发器4与空气处理回路中的高温蒸发器4为同一台高温蒸发器4。
上述结构的基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置的调节方法，包括同步进行的蒸气压缩制冷循环、溶液循环和空气处理循环三个过程。所述的蒸气压缩制冷循环过程是：利用压缩机1将制冷剂变为高温高压的制冷剂蒸气，然后输入冷凝器2中，制冷剂蒸气在冷凝器2中冷凝后，变为低温高压的制冷剂液体，将制冷剂液体输入第一膨胀压缩机3中，第一膨胀压缩机3回收制冷剂液体的膨胀功，制冷剂液体的压力和温度降低，降温降压后的制冷剂液体进入高温蒸发器4中蒸发，制冷剂液体吸收空气中的热量，除去空气的显热负荷；以此进行蒸气压缩制冷循环。所述的溶液循环过程是：采用高压浓溶液在除湿器6中吸收高压空气中的水蒸气，浓溶液的浓度降低，浓溶液变为稀溶液，其次调节溶液节流阀7，使得除湿器6中的溶液降压到常压，然后控制稀溶液泵9，将除湿器6中的稀溶液依次流过稀储液槽8、稀溶液泵9、液液热交换器10，进入冷凝器2中，稀溶液在冷凝器2中吸收冷凝热，稀溶液的温度升高，为溶液再生过程提供热量，随后将升温后的稀溶液排入再生器11中，稀溶液与室外空气进行热质交换，稀溶液的浓度升高，变为浓溶液，接着将浓溶液依次通过浓储液槽13、液液热交换器10、溶液冷却器14，进入第二膨胀压缩机5进行预压缩，浓溶液的压力提高，利用溶液加压泵15将浓溶液加压到与除湿器6中的高压空气相同的压力，最后将浓溶液排入除湿器6中，与高压空气进行热质交换；以此进行溶液循环。所述的空气处理循环过程是：利用第一膨胀压缩机3对待处理的常压空气进行加压，常压空气变为高压空气，再将高压空气通入除湿器6中，高压空气与高压浓溶液进行热质交换，高压空气的含湿量降低，然后利用第二膨胀压缩机5回收除湿后的高压空气的膨胀功，高压空气的压力下降至常压，变为常压空气，利用高温蒸发器4除去该常压空气的显热负荷；同时，利用风机12将室外空气排入再生器11中，室外空气吸收稀溶液中的水分；以此进行空气处理循环。
上述方法中，在蒸气压缩制冷循环过程中，压缩机1出口的高温高压制冷剂蒸气在冷凝器2中冷凝后，进入第一膨胀压缩机3回收高压制冷剂的膨胀功，制冷剂的压力和温度降低，降温降压后的制冷剂进入高温蒸发器4蒸发吸收空气中的热量，除去空气的显热负荷。溶液循环过程与传统的溶液除湿-再生循环过程类似，采用高压浓溶液在除湿器6中吸收高压空气中的水蒸气，溶液浓度降低，经过溶液节流阀7降压到常压后，通过稀储液槽8和稀溶液泵9进入液液热交换器10预热，与来自再生器11的浓溶液进行热量交换，稀溶液温度初步升高后，进入冷凝器2吸收冷凝热，为溶液再生过程提供热量，温度升高后的稀溶液进入再生器11与室外空气进行热质交换，溶液浓度提高，浓溶液通过浓储液槽13、液液热交换器10、溶液冷却器14进入第二膨胀压缩机5预压缩，溶液压力提高，经过溶液加压泵15加压到与高压空气相同的压力后，进入除湿器6中与高压空气进行热质交换。空气处理过程是待处理的常压空气经过第一膨胀压缩机3加压后，进入除湿器6与高压浓溶液进行热质交换，在水蒸气分压力差的作用下，空气中的水分进入溶液中，空气含湿量降低，除湿后的高压空气进入第二膨胀压缩机5回收高压空气的膨胀功，空气的压力降至常压，降压后的空气经过高温蒸发器4，除去空气的显热负荷；室外空气经过风机12进入再生器11，在水蒸气分压力差的作用下，吸收稀溶液中的水分，溶液浓度提高，加湿后的空气排出。
本发明利用冷凝器2冷凝热或其他废热驱动再生器11再生出水蒸气，水蒸气被室外空气带走排出；第一膨胀压缩机3回收高压制冷剂的膨胀功对空气进行压缩，提高空气中的水蒸气分压力，除湿器6中的除湿过程更易进行，同时对浓溶液运行浓度和溶液再生温度要求降低；除湿后的高压空气经过第二膨胀压缩机5回收高压空气的膨胀功对浓溶液进行预压缩，浓溶液压力提高，空气压力降至常压，降压后的空气进入高温蒸发器4除去空气的显热负荷，压力提高后的浓溶液通过溶液加压泵15加压到与高压空气相同的压力，加压后的浓溶液进入除湿器6与高压空气进行热质交换；稀溶液经过冷凝器2吸收冷凝热，为溶液再生过程提供热量。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置，其特征在于：该装置包括蒸气压缩制冷循环回路、溶液循环回路和空气处理回路；
所述的蒸气压缩制冷循环回路包括压缩机（1）、冷凝器（2）、第一膨胀压缩机（3）、高温蒸发器（4）；压缩机（1）的输出端与冷凝器（2）的入口连接，冷凝器（2）的出口与第一膨胀压缩机（3）的膨胀机进口连接，第一膨胀压缩机（3）的膨胀机出口与高温蒸发器（4）的第一输入端连接，高温蒸发器（4）的第一输出端与压缩机（1）的输入端连接；
溶液循环回路包括冷凝器（2）、第二膨胀压缩机（5）、除湿器（6）、溶液节流阀（7）、稀储液槽（8）、稀溶液泵（9）、液液热交换器（10）、再生器（11）、浓储液槽（13）、溶液冷却器（14）和溶液加压泵（15）；除湿器（6）的底部输出端通过溶液节流阀（7）与稀储液槽（8）的输入端连接，稀储液槽（8）的输出端通过稀溶液泵（9）与液液热交换器（10）的第一输入端连接，液液热交换器（10）的第一输出端与冷凝器（2）的底部输入端连接，冷凝器（2）的底部输出端与再生器（11）的喷淋装置连接，再生器（11）的底部输出端与浓储液槽（13）的输入端连接，浓储液槽（13）的输出端与液液热交换器（10）的第二输入端连接，液液热交换器（10）的第二输出端与溶液冷却器（14）的输入端连接，溶液冷却器（14）的输出端与第二膨胀压缩机（5）的压缩机进口连接，第二膨胀压缩机（5）的压缩机出口通过溶液加压泵（15）与除湿器（6）的第一侧部输入端连接；
空气处理回路包括第一膨胀压缩机（3）、除湿器（6）、第二膨胀压缩机（5）、高温蒸发器（4）、再生器（11）和风机（12）；第一膨胀压缩机（3）的压缩机出口与除湿器（6）的第二侧部输入端连接，除湿器（6）的侧部输出端与第二膨胀压缩机（5）的膨胀机进口连接，第二膨胀压缩机（5）的膨胀机出口与高温蒸发器（4）的第二输入端连接，风机（12）出口与再生器（11）的侧部输入端连接；
蒸气压缩制冷循环回路中的冷凝器（2）与溶液循环回路中的冷凝器（2）为同一台冷凝器（2），溶液循环回路中的第二膨胀压缩机（5）与空气处理回路中的第二膨胀压缩机（5）为同一台第二膨胀压缩机（5），溶液循环回路中的除湿器（6）与空气处理回路中的除湿器（6）为同一台除湿器（6），蒸气压缩制冷循环回路中的第一膨胀压缩机（3）与空气处理回路中的第一膨胀压缩机（3）为同一台第一膨胀压缩机（3），蒸气压缩制冷循环回路中的高温蒸发器（4）与空气处理回路中的高温蒸发器（4）为同一台高温蒸发器（4）。
2.一种权利要求1所述的基于膨胀功回收的加压溶液除湿空调装置的调控方法，其特征在于，该方法包括同步进行的蒸气压缩制冷循环、溶液循环和空气处理循环三个过程；
所述的蒸气压缩制冷循环过程是：利用压缩机（1）将制冷剂变为高温高压的制冷剂蒸气，然后输入冷凝器（2）中，制冷剂蒸气在冷凝器（2）中冷凝后，变为低温高压的制冷剂液体，将制冷剂液体输入第一膨胀压缩机（3）中，第一膨胀压缩机（3）回收制冷剂液体的膨胀功，制冷剂液体的压力和温度降低，降温降压后的制冷剂液体进入高温蒸发器（4）中蒸发，制冷剂液体吸收空气中的热量，除去空气的显热负荷；以此进行蒸气压缩制冷循环；
所述的溶液循环过程是：采用高压浓溶液在除湿器（6）中吸收高压空气中的水蒸气，浓溶液的浓度降低，浓溶液变为稀溶液，其次调节溶液节流阀（7），使得除湿器（6）中的溶液降压到常压，然后控制稀溶液泵（9），将除湿器（6）中的稀溶液依次流过稀储液槽（8）、稀溶液泵（9）、液液热交换器（10），进入冷凝器（2）中，稀溶液在冷凝器（2）中吸收冷凝热，稀溶液的温度升高，为溶液再生过程提供热量，随后将升温后的稀溶液排入再生器（11）中，稀溶液与室外空气进行热质交换，稀溶液的浓度升高，变为浓溶液，接着将浓溶液依次通过浓储液槽（13）、液液热交换器（10）、溶液冷却器（14），进入第二膨胀压缩机（5）进行预压缩，浓溶液的压力提高，利用溶液加压泵（15）将浓溶液加压到与除湿器（6）中的高压空气相同的压力，最后将浓溶液排入除湿器（6）中，与高压空气进行热质交换；以此进行溶液循环；
所述的空气处理循环过程是：利用第一膨胀压缩机（3）对待处理的常压空气进行加压，常压空气变为高压空气，再将高压空气通入除湿器（6）中，高压空气与高压浓溶液进行热质交换，高压空气的含湿量降低，然后利用第二膨胀压缩机（5）回收除湿后的高压空气的膨胀功，高压空气的压力下降至常压，变为常压空气，利用高温蒸发器（4）除去该常压空气的显热负荷；同时，利用风机（12）将室外空气排入再生器（11）中，室外空气吸收稀溶液中的水分；以此进行空气处理循环。
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2013
- 2013-04-19 CN CN201310136516.4A patent/CN103196187B/zh not_active Expired - Fee Related
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