CN104596143A - 基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，主要由混合工质、压缩机、冷凝器、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀、蒸发冷凝器和降温除湿模块组成。气液分离器负责将非共沸工质中低沸点气体组分和冷凝的高沸点液体组分分离；降温除湿模块中的高温蒸发器通过高沸点制冷剂蒸发实现对环境的干式降温，低温蒸发器中低沸点制冷剂则承担空气除湿的任务。该系统利用混合制冷剂通过一台压缩机实现两个不同的蒸发温度处理空调显热和潜热负荷，将热湿负荷分开处理，提高了制冷系统平均蒸发温度，整体能效高。充分发挥混合工质各组分的热力性能，通过一台压缩机实现空调系统热湿解耦处理，系统简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种热湿解耦处理的空调系统，更具体的涉及一种利用非共沸混合工质实现热湿解耦处理的空调系统，属于空调设备或系统技术领域。
背景技术
常规空调系统使用单一冷源将热湿统一处理，为达到除湿目的，蒸发温度必须达到较低的水平，制冷机能效低，有时为满足舒适性要求还需再热送风造成冷热抵消的能量损耗，系统整体能耗巨大。热湿解耦处理空调系统将显热负荷和湿负荷分开处理，为自然冷源和高温冷源的使用提供了良好条件，制冷系统能效较常规空调系统显著提高，在节能技术日益得到推崇的趋势下该系统应用前景广阔。
目前热湿解耦处理空调系统按除湿方式主要分冷凝除湿和吸湿剂除湿两种。使用吸湿剂除湿是较为理想的方式，但吸湿剂的再生需要合适的热源匹配，系统庞大复杂，实际工程中使用较多的仍是简单易行的冷凝除湿方法。现有的冷凝除湿热湿解耦处理系统的制冷系统工质为单一工质，由于需要高、低两个蒸发温度分别完成热、湿处理的任务，通常要求系统中的压缩机为双吸气压力形式或使用蒸发压力调节阀，为兼顾低蒸发温度的要求，压缩机压比高，能量损耗大，在一定程度上削弱了系统优势，并且在该模式下单一工质工作在两种蒸发温度下，其热力性能优势得不到充分发挥，制冷剂单位容积制冷量小。
常规空调系统能耗高，使用吸湿剂除湿的热湿解耦处理系统复杂，且其节能性一定程度上依赖于再生热源，而使用单一工质的冷凝除湿热湿解耦处理系统对压缩机要求高，或需辅以蒸发压力调节阀造成能量损耗，并且工质在两种蒸发温度下运行，热力性能优势得不到充分发挥，单位容积制冷量小。开发一种利用压缩机完成处理制冷和除湿任务的空调系统已成为亟待解决的技术问题。
发明内容
发明目的：为了克服以上现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，采用混合工质中的低沸点组分蒸发实现除湿，高沸点组分蒸发实现干式降温，系统简单、单位容积制冷量大、整体能效高。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，以及运行于其中的混合工质，还包括蒸发冷凝器，以及连接于冷凝器与蒸发器之间的气液分离器；所述蒸发器包括高温蒸发器和低温蒸发器，所述气液分离器的气体输出端连接到低温蒸发器，所述气液分离器的液体输出端连接到高温蒸发器；所述高温蒸发器的输出管连接到蒸发冷凝器的蒸发管，所述蒸发冷凝器的冷凝管串联于低温蒸发器的输入管上，所述低温蒸发器的输出管与蒸发冷凝器的蒸发管输出端汇入到压缩机。
作为优选，所述高温蒸发器和低温蒸发器安装于降温除湿模块中，所述降温除湿模块还包括依次连接的新风回风混合段、第一腔室和第二腔室，所述第二腔室由隔板分隔成与第一送风段和第二送风段，所述第一送风段与第一腔室连通，所述第二送风段与第一腔室之间安装有风阀，所述高温蒸发器安装于第一腔室内，所述低温蒸发器安装于第二腔室内。
作为优选，所述空调系统的控制装置包括温度控制模块和湿度控制模块，所述压缩机接入温度控制模块，所述风阀接入湿度控制模块。
作为优选，为了便于排出冷凝水，所述第一腔室和第二腔室水平放置，所述隔板将第二腔室分为上下两侧，所述隔板向出口端倾斜并连接到凝水管。
作为优选，所述第一送风段的出口端安装有风机。
作为优选，所述高温蒸发器的输入管上串联有第一节流阀。
作为优选，所述低温蒸发器与蒸发冷凝器之间的输入管上串联有第二节流阀。
作为优选，所述混合工质为二元混合物，包括沸点12～18℃的高沸点工质和沸点4～6℃的低沸点工质。
压缩机依次与冷凝器、气液分离器相连，气液分离器的上部输出端与蒸发冷凝器的一输入端相连，下部输出端则与第一节流阀相连；第一节流阀通过高温蒸发器与蒸发冷凝器另一输入端相连，气液分离器的上部输出管道内为低沸点制冷剂，下部输出端管道内为高沸点制冷剂；蒸发冷凝器的一输出端经第二节流阀、低温蒸发器和蒸发冷凝器的另一输出端相连后回到压缩机。
使用时，高、低沸点制冷剂组成的混合工质经压缩机压缩至某一高压状态，相同压力下，高沸点组分的饱和温度低于低沸点组分的饱和温度，因此大部分高沸点制冷剂先在冷凝器中释放热量冷凝为液态。混合工质经过冷凝器后进入气液分离器。经冷凝的混合工质在气液分离器中高、低沸点制冷剂组分分离，其中液态高沸点制冷剂经第一节流阀后降压，通过高温蒸发器，在高温蒸发器中蒸发降低空气的温度，经过高温蒸发器后的两相高沸点制冷剂在蒸发冷凝器中与来自气液分离器的低沸点制冷剂换热，低沸点制冷剂被冷凝为液态经第二节流阀降压后在低温蒸发器中蒸发吸热，由于该蒸发温度远低于空气露点温度，空气中的水分析出，湿度降低。来自低温蒸发器的气态低沸点制冷剂与来自蒸发冷凝器的气态高沸点制冷剂混合，然后进入压缩机完成制冷循环；新风与回风混合后先经过高温蒸发器降温，经风阀调节一部分空气进入低温蒸发器除湿后送入空调房间负责湿度控制，另一部分空气则直接进入空调房间负责温度控制，除湿后析出的水分沿倾斜隔板经凝水管排除，从而达到连续降温除湿的空调效果
有益效果：本发明采用混合工质中的低沸点组分蒸发实现除湿，高沸点组分蒸发实现干式降温，具有以下有益效果：
1.利用相同压力下混合工质高、低沸点组分的饱和温度不同，通过一个单吸气压力压缩机实现高温制冷与低温制冷，分别完成被处理空气的干式降温和冷凝除湿，系统能效高，除湿效果佳，空调舒适性好。
2.新风先与回风混合共同经高温冷源处理，有利于高温冷源冷量的充分释放与利用，系统能耗更低；结构简单，对压缩机的要求不高，初投资低，寿命长。
3.充分发挥高、低沸点制冷剂热力性能，且高沸点制冷剂组分和低沸点制冷剂组分可工作在大致相同的蒸发压力下，压力损失小，单位容积制冷量大。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图中：压缩机1、冷凝器2、气液分离器3、第一节流阀4、高温蒸发器5、蒸发冷凝器6、第二节流阀7、低温蒸发器8、降温除湿模块9、风阀10、隔板11、回风通道12、新风通道13、第一送风通道14、风机15、凝水管16、第二送风通道17。
具体实施方式
实施例：
本实施例的利用非共沸制冷剂实现热湿解耦处理的空调系统如图1所示，由混合工质、压缩机1、冷凝器2、气液分离器3、第一节流阀4、第二节流阀7、蒸发冷凝器6和降温除湿模块9等组成。在降温除湿模块9的降温段和除湿段分别安装有高温蒸发器5和低温蒸发器8。
降温除湿模块9的输入端与回风通道12和新风通道13相连，其输出端分上下两路分别与第一送风通道14和第二送风通道17相连，且输出侧隔板11高度处上端与凝水管16相连。隔板11具有一定倾斜度，将空气通道分为上下两侧，上部通道中有低温蒸发器8，经过上、下通道风量的比例由风阀10调控。
压缩机1通过冷凝器2与气液分离器3相连；气液分离器3的上部输出管道与蒸发冷凝器6的上部输入端相连，下部输出管道与第一节流阀4相连；第一节流阀4通过高温蒸发器5与蒸发冷凝器6的左侧输入端相连，蒸发冷凝器6的下部输出管道经第二节流阀7、低温蒸发器8和蒸发冷凝器6的右侧输出管道汇合后与压缩机1的输入端相连。来自空调房间的回风和来自新风通道13的新风汇合与高温蒸发器5相连；经高温蒸发器5处理的混风一路直接送入空调房间，另一路则通过风阀10经低温蒸发器8后再送入空调房间。
混合工质经压缩机1压缩至某一高压状态，该压力下大部分高沸点制冷剂组分先在冷凝器2中释放热量冷凝为液态。混合工质通过冷凝器2后进入气液分离器3。通过冷凝器2的混合工质在气液分离器3中高、低沸点两种组分分离；其中液态高沸点制冷剂经第一节流阀4降压，通过蒸发温度为15℃左右的高温蒸发器5，在高温蒸发器5中蒸发吸收空气的显热后变为气液两相状态；气态低沸点制冷剂经蒸发冷凝器6被来自高温蒸发器5的高沸点制冷剂冷凝为液态并经第二节流阀7降压后在低温蒸发器8中蒸发吸热，低温蒸发器8的蒸发温度为5℃左右。经过低温蒸发器8后的气态低沸点制冷剂与来自蒸发冷凝器6的气态高沸点制冷剂混合后进入压缩机1完成制冷循环。来自空调房间的回风一小部分排至室外，其余部分与来自室外的新风混合，混风先经高温蒸发器5处理降低显热，然后在风阀10的调节作用下一部分混风直接送入空调房间满足降温要求，另一部分经过低温蒸发器8，由于该蒸发温度远低于空气露点温度，空气中的水分析出，湿度降低，除湿后的这部分空气送入空调房间满足除湿的要求，从而达到空调区域高效降温除湿的空调效果，析出的水分经凝水管16排出。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，以及运行于其中的混合工质，其特征在于：还包括蒸发冷凝器，以及连接于冷凝器与蒸发器之间的气液分离器；所述蒸发器包括高温蒸发器和低温蒸发器，所述气液分离器的气体输出端连接到低温蒸发器，所述气液分离器的液体输出端连接到高温蒸发器；所述高温蒸发器的输出管连接到蒸发冷凝器的蒸发管，所述蒸发冷凝器的冷凝管串联于低温蒸发器的输入管上，所述低温蒸发器的输出管与蒸发冷凝器的蒸发管输出端汇入到压缩机。
2.根据权利要求1所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述高温蒸发器和低温蒸发器安装于降温除湿模块中，所述降温除湿模块还包括依次连接的新风回风混合段、第一腔室和第二腔室，所述第二腔室由隔板分隔成与第一送风段和第二送风段，所述第一送风段与第一腔室连通，所述第二送风段与第一腔室之间安装有风阀，所述高温蒸发器安装于第一腔室内，所述低温蒸发器安装于第二腔室内。
3.根据权利要求2所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述空调系统的控制装置包括温度控制模块和湿度控制模块，所述压缩机接入温度控制模块，所述风阀接入湿度控制模块。
4.根据权利要求2所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述第一腔室和第二腔室水平放置，所述隔板将第二腔室分为上下两侧，所述隔板向出口端倾斜并连接到凝水管。
5.根据权利要求2所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述第一送风段的出口端安装有风机。
6.根据权利要求1所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述高温蒸发器的输入管上串联有第一节流阀。
7.根据权利要求1所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述低温蒸发器与蒸发冷凝器之间的输入管上串联有第二节流阀。
8.根据权利要求1-7之任一所述的基于非共沸工质的热湿解耦处理空调系统，其特征在于：所述混合工质是由二元混合物形成的非共沸工质，包括沸点为12～18℃的高沸点工质和沸点为4～6℃的低沸点工质。
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