CN105020807A - 过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统 - Google Patents

过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，由通过管网连接的过冷型热泵式溶液调湿装置、蒸发式冷水机组及热泵系统组成。本发明过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，将蒸发冷却技术、热泵技术和溶液调湿技术结合起来，利用热泵循环的制冷量和排热量，提高溶液调湿系统的能力，利用蒸发冷却高温冷水机组制取高温冷水，在节省能耗的同时有效提高了制冷效果。

Description

过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统。
背景技术
近年来，人们对居住环境和工作环境中空气品质的要求不断提高，这使得空气调节装置得以大面积普及；然而，空气调节装置在实际运行过程中所消耗的能耗非常的高，在当今节能减排的大环境下，如何降低空气调节装置的运行能耗就成为了社会关注的重点。
对于现有的空气调节装置，在夏季普遍利用低温冷水(冷冻水5℃～7℃)对空气同时进行降温与除湿的处理，这常常导致空气湿度能满足要求，但温度过低，造成能量利用品位上的浪费；其实对于空调系统中占总负荷50％～70％的显热负荷，利用高温冷水就可以实现其降温效果。
蒸发式冷水机组主要是利用多级蒸发冷却的过程制备出温度较低的高温冷水，并将其作为承担显热负荷的低温冷源，这样就能在一定程度上大大减少了能量的浪费。
过冷设备也是用于空气降温的常用设备，但是对于现有的过冷设备而言，若要增加制冷剂的过冷量，就可能会导致过冷器体积较大。
将蒸发式冷水机组与过冷设备联合，将蒸发式冷水机组制备高温冷水，一部分用于热泵循环系统内的过冷器，提高循环效率，缩减过冷器面积；另一部分用于空气冷却器，就能有效的实现“一水两用”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，将蒸发冷却技术、热泵技术和溶液调湿技术结合起来，利用热泵循环的制冷量和排热量，提高溶液调湿系统的能力，利用蒸发冷却高温冷水机组制取高温冷水，在节省能耗的同时有效提高了制冷效果。
本发明所采用的技术方案是，过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，由通过管网连接的过冷型热泵式溶液调湿装置、蒸发式冷水机组及热泵系统组成。
本发明的特点还在于：
过冷型热泵式溶液调湿装置，包括有装置壳体，装置壳体内形成平行设置的上风道和下风道，上风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有排风口和第一回风入口，下风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有新风口和送风口；在上风道内：排风口与第一回风入口之间依次设置有溶液再生-除湿单元、全热回收单元内的第一填料和布液管、排风机；在下风道内：新风口和送风口之间依次设置有过滤器、全热回收单元内的第二填料、溶液湿度调节单元、挡液板、回风室、空气加热器、空气冷却器及送风机。
过滤器采用的是袋式过滤器。
回风室上方设置有第二回风入口；第二回风入口内设置有风量控制阀。
全热回收单元，包括有填料单元，填料单元由第一填料和第二填料连接组成；第一填料的上方设置有布液管，第二填料的下方设置有集液箱，集液箱通过供液管与布液管连接；供液管上设置有溶液循环泵；布液管由布液管与多个均匀设置于布液管上且面向填料单元喷淋的喷嘴组成。
溶液再生-除湿单元，包括有第一喷液单元和设置于第一喷液单元下方的第一储液槽；第一喷液单元通过第一输液管与热泵系统内的第一冬夏两用冷凝-蒸发单元连接，第一储液槽通过第三输液管与第一冬夏两用冷凝-蒸发单元连接，第一储液槽还分别通过第四输液管、第五输液管与热泵系统内的中间换热器连接；第三输液管上设置有循环泵；
溶液湿度调节单元，包括有第二喷液单元和设置于第二喷液单元下方的第二储液槽；第二喷液单元通过第二输液管与热泵系统内的第二冬夏两用冷凝-蒸发单元连接，第二储液槽通过第八输液管与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元连接，第二储液槽还分别通过第六输液管、第七输液管与热泵系统内的中间换热器连接；第八输液管上设置有循环泵。
热泵系统，包括有第一冬夏两用冷凝-蒸发单元，第一冬夏两用冷凝-蒸发单元通过第一水管与过冷器连接，过冷器通过第四水管依次与膨胀阀、第二冬夏两用冷凝-蒸发单元连接；过冷器还分别连接有第二水管、第三水管；
第一冬夏两用冷凝-蒸发单元通过第五水管与四通换向阀连接，四通换向阀通过第六水管与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元连接；四通换向阀还通过两个连接管与压缩机连接。
空气加热器进水口和出水口各连接一根水管，且每根水管上均设置有阀门；
空气冷却器的进水端通过进水管与蒸发式冷水机组连接，空气冷却器的出水端通过出水管与蒸发式冷水机组连接。
蒸发式冷水机组，包括有机组壳体，机组壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，机组壳体顶壁上设置有出风口，每个进风口内均设置有预冷单元；
机组壳体内设置有冷却用填料，冷却用填料上方设置有喷水单元；喷水单元与出水管连接，出水管与第二水管连接；
冷却用填料下方设置有集水箱，集水箱与进水管连接，进水管与第三水管连接；
每个预冷单元都通过送水支管与喷水单元连接，且每个预冷单元还通过出水支管与集水箱连接。
进水管上设置有高温冷水循环水泵；预冷单元采用的是表冷器或者冷凝盘管。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的空调系统利用蒸发式冷水机组制备高温冷水，将一部分高温冷水送入过冷型热泵式溶液调湿装置内的过冷器中，将另一部分高温冷水送入过冷型热泵式溶液调湿装置内的空气冷却器中，有效实现了“一水两用”。
(2)本发明的空调系统，利用高温冷水(14℃～19℃)实现制冷剂过冷，提高了制冷循环的效率；基于高温冷水(14℃～19℃)比常规冷却水温度低的特点，减少了过冷器对高温冷水的需求量，从而减小了过冷器的体积。
(3)本发明的空调系统，将热泵技术与溶液调湿技术有效的结合起来，合理的利用了热泵循环中蒸发器的制冷量和冷凝器的排热量，不仅增强了溶液除湿单元的吸水性，还使溶液再生-除湿单元对除湿溶液进行了浓缩。
(4)本发明的空调系统中，在过冷型热泵式溶液调湿装置内设置有全热回收利用单元，全热回收单元利用填料比表面积大的特点，使室外新风与填料表面的液膜充分接触进行全热交换，从而对排风进行显热和潜热的回收，提高全热回收的效率。
(5)本发明的空调系统能够完成夏、冬两季节的调湿；在夏季由溶液湿度调节单元和空气冷却器分别控制送风的湿度和温度；在冬季由溶液湿度调节单元和空气加热器分别控制送风的湿度和温度；实现了温湿度独立控制。
附图说明
图1是本发明过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统的结构示意图。
图中，A.全热回收单元，B.溶液湿度调节单元，C.溶液再生-除湿单元，D.热泵系统，E.蒸发式冷水机组；
1.新风口，2.过滤器，3.填料单元，4.溶液循环泵，5.布液管，6.挡液板，7.回风室，8.空气加热器，9.空气冷却器，10.送风机，11.排风机，12.排风口，13.压缩机，14.四通换向阀，15.第一冬夏两用冷凝-蒸发单元，16.过冷器，17.膨胀阀，18.第二冬夏两用冷凝-蒸发单元，19.高温冷水循环水泵，20.中间换热器，21.第一回风入口，22.第二回风入口，23.送风口，24.集液箱，25.供液管，26.第一输液管，27.进水管，28.出水管，29.第二输液管，30.第一喷液单元，31.第二喷液单元，32.冷却用填料，33.喷水单元，34.集水箱，35.出水支管，36.预冷单元，37.送水支管，38.第三输液管，39.第四输液管，40.第五输液管，41.第六输液管，42.第七输液管，43.第八输液管；
G1.第一水管，G2.第二水管，G3.第三水管，G4.第四水管，G5.第五水管，G6.第六水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其结构如图1所示，由通过管网连接的过冷型热泵式溶液调湿装置、蒸发式冷水机组E及热泵系统D组成。
过冷型热泵式溶液调湿装置，包括有装置壳体，装置壳体内形成平行设置的上风道和下风道，上风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有排风口12和第一回风入口21，下风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有新风口1和送风口23。
在上风道内：排风口12与第一回风入口21之间依次设置有溶液再生-除湿单元C、全热回收单元A内的第一填料和布液管5、排风机11；在下风道内：新风口1和送风口23之间依次设置有过滤器2、全热回收单元A内的第二填料、溶液湿度调节单元B、挡液板6、回风室7、空气加热器8、空气冷却器9及送风机10。
过滤器2采用的是袋式过滤器。
新风口1、排风口12、第一回风入口21、第二回风入口22及送风口23内均设置有风量调节阀。
回风室7上方设置有第二回风入口22，第二回风入口22内设置有风量控制阀。
全热回收单元A，包括有填料单元3，填料单元3由第一填料和第二填料连接组成；第一填料的上方设置有布液管5，第二填料的下方设置有集液箱24，集液箱24通过供液管25与布液管5连接；供液管25上设置有溶液循环泵4。
布液管5由布液管与多个均匀设置于布液管上且面向填料单元3喷淋液体的喷嘴组成。
溶液再生-除湿单元C，包括有第一喷液单元30和设置于第一喷液单元30下方的第一储液槽；第一喷液单元30通过第一输液管26与热泵系统D内的第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15连接；第一储液槽通过第三输液管38与第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15连接，第一储液槽还分别通过第四输液管39、第五输液管40与热泵系统D内的中间换热器20连接。
第一喷液单元30由喷液管和多个均匀设置于喷液管上且面向下喷淋液体的喷头组成。
第三输液管38上设置有循环泵。
溶液湿度调节单元B，包括有第二喷液单元31和设置于第二喷液单元31下方的第二储液槽；第二喷液单元31通过第二输液管29与热泵系统D内的第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18连接；第二储液槽通过第八输液管43与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18连接，第二储液槽还分别通过第六输液管41、第七输液管42与热泵系统D内的中间换热器20连接。
第二喷液单元31由喷液管和多个均匀设置于喷液管上且面向下喷淋液体的喷头组成。
第八输液管43上设置有循环泵。
热泵系统D，包括有第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15，第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15通过第一水管G1与过冷器16连接，过冷器16通过第四水管G4依次与膨胀阀17、第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18连接；过冷器16还分别连接有第二水管G2、第三水管G3；第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15还通过第五水管G5与四通换向阀14连接，四通换向阀14通过第六水管G6与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18连接；四通换向阀14还通过两个连接管与压缩机13连接。
空气加热器8进水口和出水口各连接一根水管，每根水管上均设置有阀门。
空气冷却器9的进水端通过进水管27与蒸发式冷水机组E连接，空气冷却器9的出水端通过出水管28与蒸发式冷水机组E连接；进水管27和出水管28上均设置有阀门。
蒸发式冷水机组E，包括有机组壳体，机组壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，机组壳体顶壁上设置有出风口，每个进风口内均设置有预冷单元36；机组壳体内设置有冷却用填料32，冷却用填料32上方设置有喷水单元33；喷水单元33与出水管28连接，出水管28与第二水管G2连接；冷却用填料32下方设置有集水箱34，集水箱34与进水管27连接，进水管27与第三水管G3连接；预冷单元36通过送水支管37与喷水单元33连接，且预冷单元36还通过出水支管35与集水箱34连接。
进水管27上设置有高温冷水循环水泵19。
预冷单元36采用的是表冷器或者冷凝盘管。
本发明过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统的具体工作过程如下：
1)夏季运行工况下：
室外高温且潮湿的新风由新风口1进入过冷型热泵式溶液调湿装置内，经过滤器2粗效过滤后到达全热回收单元A，在全热回收单元A里以溶液为媒介和排风进行全热回收，新风得到初步的降温和除湿；然后进入溶液湿度调节单元B内进行进一步除湿；被单独除湿后的新风与室内回风在回风室7内进行混合，一并流经空气冷却器9；空气冷却器9内流通着经蒸发式冷水机组E制得的高温冷水(14℃～19℃)对混合空气进行降温以达送风状态，经处理后的空气最终在送风机10的作用下由送风口23送入室内。
其中，由溶液湿度调节单元B和空气冷却器9分别控制送风的湿度和温度；溶液湿度调节单元B中的溶液在吸收新风中的水分后，溶液浓度变小，为了恢复溶液的吸收能力，稀释后的溶液通过中间换热器20被送入溶液再生-除湿单元C中，使用排风进行浓缩，再生后的浓溶液又经中间换热器20流回溶液湿度调节单元B中，进行下一次的循环。
热泵系统D内制冷剂流程如下：
压缩机13→四通换向阀14→第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15→过冷器16→膨胀阀17→第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18→压缩机13。
溶液湿度调节单元B内的除湿溶液先被循环泵送入第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18内，吸收热泵循环的制冷量，从而使得除湿溶液温度降低以提高除湿能力；同样的，溶液再生-除湿单元C内的再生溶液先被循环泵送入第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15，吸收热泵循环的排热量，从而使得再生溶液温度升高得到进一步浓缩，能源利用效率高。
2)冬季运行工况下：
室外低温且干燥的新风由新风口1进入过冷型热泵式溶液调湿装置内，经过滤器2粗效过滤后到达全热回收单元A，在全热回收单元A里以溶液为媒介和排风进行全热回收，新风得到初步的升温和加湿，然后进入溶液湿度调节单元B内进行进一步加湿；被单独加湿后湿润的新风与室内回风在回风室7内进行混合，一并流经空气加热器8，空气加热器8内流通着热水机组制得的热水(35℃～40℃)对混合空气进行加热以达送风状态，经处理后的空气最终在送风机10的作用下由送风口23送入室内。
由溶液湿度调节单元B和空气加热器8分别控制送风的湿度和温度；溶液湿度调节单元B中的溶液向新风释放热量和水分后，溶液浓度变大，为了恢复溶液的加湿能力，浓溶液通过中间换热器20被送入溶液再生-除湿单元C与排风进行热湿交换，浓溶液吸收排风中的水分稀释后又经中间换热器20流回溶液湿度调节单元B，进行下一次的循环。
热泵系统D内制冷剂流程为：
压缩机13→四通换向阀14→第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18→过冷器16→膨胀阀17→第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15→压缩机13。
溶液湿度调节单元B内的溶液先被溶液循环泵送入第二冬夏两用冷凝-蒸发单元18，吸收热泵循环的排热量，这部分热量用于加热加湿单元的稀溶液，提高能源利用效率；同样的，溶液再生-除湿单元C内的除湿溶液先被溶液循环泵送入第一冬夏两用冷凝-蒸发单元15，吸收热泵循环的制冷量，从而使得除湿溶液温度降低以提高吸水能力。
本发明过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，将蒸发冷却技术、热泵技术和溶液调湿技术结合起来；利用蒸发式冷水机组制备高温冷水，一部分送入热泵循环系统内的过冷器，一部分送入空气冷却器，实现“一水两用”；此外，利用高温冷水(14℃～19℃)实现制冷剂过冷，不仅提高了制冷循环的效率，更是利用高温冷水(14℃～19℃)比常规冷却水温度低的特点，减少了过冷器对高温冷水的需求量，从而减小了过冷器的体积，使得机组装机更加紧凑。

Claims (10)

1.过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，由通过管网连接的过冷型热泵式溶液调湿装置、蒸发式冷水机组(E)及热泵系统(D)组成。
2.根据权利要求1所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述过冷型热泵式溶液调湿装置，包括有装置壳体，所述装置壳体内形成平行设置的上风道和下风道，上风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有排风口(12)和第一回风入口(21)，下风道对应的进口和出口两侧壁上分别设置有新风口(1)和送风口(23)；
在所述上风道内：排风口(12)与第一回风入口(21)之间依次设置有溶液再生-除湿单元(C)、全热回收单元(A)内的第一填料和布液管(5)、排风机(11)；
在所述下风道内：新风口(1)和送风口(23)之间依次设置有过滤器(2)、全热回收单元(A)内的第二填料、溶液湿度调节单元(B)、挡液板(6)、回风室(7)、空气加热器(8)、空气冷却器(9)及送风机(10)。
3.根据权利要求2所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述过滤器(2)采用的是袋式过滤器。
4.根据权利要求2所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述回风室(7)上方设置有第二回风入口(22)；
所述第二回风入口(22)内设置有风量控制阀。
5.根据权利要求2所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述全热回收单元(A)，包括有填料单元(3)，所述填料单元(3)由第一填料和第二填料连接组成；
所述第一填料的上方设置有布液管(5)，所述第二填料的下方设置有集液箱(24)，所述集液箱(24)通过供液管(25)与布液管(5)连接；所述供液管(25)上设置有溶液循环泵(4)；
所述布液管(5)由布液管(5)与多个均匀设置于布液管(5)上且面向填料单元(3)喷淋的喷嘴组成。
6.根据权利要求2所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述溶液再生-除湿单元(C)，包括有第一喷液单元(30)和设置于第一喷液单元(30)下方的第一储液槽；所述第一喷液单元(30)通过第一输液管(26)与热泵系统(D)内的第一冬夏两用冷凝-蒸发单元(15)连接，所述第一储液槽通过第三输液管(38)与第一冬夏两用冷凝-蒸发单元(15)连接，所述第一储液槽还分别通过第四输液管(39)、第五输液管(40)与热泵系统(D)内的中间换热器(20)连接；
所述第三输液管(38)上设置有循环泵；
所述溶液湿度调节单元(B)，包括有第二喷液单元(31)和设置于第二喷液单元(31)下方的第二储液槽；所述第二喷液单元(31)通过第二输液管(29)与热泵系统(D)内的第二冬夏两用冷凝-蒸发单元(18)连接，所述第二储液槽通过第八输液管(43)与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元(18)连接，所述第二储液槽还分别通过第六输液管(41)、第七输液管(42)与热泵系统(D)内的中间换热器(20)连接；
所述第八输液管(43)上设置有循环泵。
7.根据权利要求1或6所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述热泵系统(D)，包括有第一冬夏两用冷凝-蒸发单元(15)，所述第一冬夏两用冷凝-蒸发单元(15)通过第一水管(G1)与过冷器(16)连接，所述过冷器(16)通过第四水管(G4)依次与膨胀阀(17)、第二冬夏两用冷凝-蒸发单元(18)连接；
所述过冷器(16)还分别连接有第二水管(G2)、第三水管(G3)；
所述第一冬夏两用冷凝-蒸发单元(15)通过第五水管(G5)与四通换向阀(14)连接，所述四通换向阀(14)通过第六水管(G6)与第二冬夏两用冷凝-蒸发单元(18)连接；所述四通换向阀(14)还通过两个连接管与压缩机(13)连接。
8.根据权利要求2所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述空气加热器(8)的进水口和出水口各连接一根水管，且每根水管上均设置有阀门；
所述空气冷却器(9)的进水端通过进水管(27)与蒸发式冷水机组(E)连接，所述空气冷却器(9)的出水端通过出水管(28)与蒸发式冷水机组(E)连接。
9.根据权利要求1或8所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述蒸发式冷水机组(E)，包括有机组壳体，所述机组壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，所述机组壳体顶壁上设置有出风口，每个进风口内均设置有预冷单元(36)；
所述机组壳体内设置有冷却用填料(32)，所述冷却用填料(32)上方设置有喷水单元(33)；所述喷水单元(33)与出水管(28)连接，所述出水管(28)与第二水管(G2)连接；
所述冷却用填料(32)下方设置有集水箱(34)，所述集水箱(34)与进水管(27)连接，所述进水管(27)与第三水管(G3)连接；
每个预冷单元(36)都通过送水支管(37)与喷水单元(33)连接，且每个预冷单元(36)还通过出水支管(35)与集水箱(34)连接。
10.根据权利要求9所述的过冷型热泵式溶液调湿与蒸发冷却复合的空调系统，其特征在于，所述进水管(27)上设置有高温冷水循环水泵(19)；
所述预冷单元(36)采用的是表冷器或者冷凝盘管。
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