CN105737288A - 湿度自控的空气调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿度自控的空气调节系统，该系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器连接所形成的冷媒回路，空气调节系统还包括泵机、第三换热器以及具有与空气进行水汽交换作用的第一调湿单元和第二调湿单元，第一调湿单元通过出液管路和进液管路与第二调湿单元连接形成调湿回路，调湿回路包括除湿回路和增湿回路；其中，在除湿回路中，第一调湿单元与第二调湿单元之间的出液管路经过压缩机进行换热；在增湿回路中，第二调湿单元与第一调湿单元之间的进液管路经过压缩机进行换热；第一换热器处还设有与调湿管路连通的间壁式换热器。该系统可以利用压缩机对调湿循环中的溶液进行加热，从而调高了空调整机的利用率，降低了能耗，节能环保。

Description

湿度自控的空气调节系统

技术领域

本发明涉及除湿技术领域，特别是涉及一种湿度自控的空气调节系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们越来越关注室内环境的品质,室内湿度也被作为室内环境舒适性的判断标准，湿度过大或过小都会破坏室内环境的舒适性。

在夏季时，常规空调器采用冷凝除湿方式进行除湿，冷水温度须低于空气的露点温度，造成了能源利用品位上的浪费，甚至有些场合还需要对空气进行再热处理，这就造成了能源的进一步浪费；通过冷凝方式对空气进行调节，空调机组的热湿比只能在一定的范围内变化，难以适应室内热湿比的变化，而且大多数空调夏季运行时表面潮湿，为各种微生物的滋生提供了条件，这些是传统空调系统中存在的弊端。

在冬季时，空调制热时会不可避免的出现空气干燥现象，干燥的环境削弱了人体呼吸系统的滤尘除菌能力，使人感觉口干舌燥，甚至会流鼻血、降低人体免疫力，在使用暖气、空调的房间里更易得病；在舒适性方面，空气干燥时，体内的水分蒸发量增加，因此即使在取暖时，体感温度也会感到很低。另外，干燥空气中产生静电是不可避免的，严重的静电会使人心情烦躁，头晕胸闷、喉鼻不适。因此要想构造一个舒适的室内环境，对空气的温湿度进行调节是非常必须的。

现阶段市场上存在的除湿、增湿设备并没有很好的与空调紧密结合起来，大多为独立运行的除湿或增湿产品，作用面都相对狭窄。现有技术中虽然有与空调系统结合使用的溶液除湿装置，但是由于溶液的重复再生过程中需要达到一定的温度，因此现有的溶液除湿技术往往要通过配置额外的加热装置并消耗大量的电力才能完成再生循环，这无疑增加了使用的成本，限制了溶液除湿技术的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种湿度自控的空气调节系统，将调湿回路与现有的冷媒回路结合，利用压缩机对调湿溶液进行加热，提高了空调的整体利用率，降低了能耗。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：

根据本发明的一个方面，提供了该系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器连接所形成的冷媒回路，空气调节系统还包括泵机以及具有与空气进行水汽交换作用的第一调湿单元和第二调湿单元，第一调湿单元通过出液管路和进液管路与第二调湿单元连接形成调湿回路，调湿回路包括除湿回路和增湿回路；其中，在除湿回路中，第一调湿单元与所述第二调湿单元之间的出液管路经过压缩机进行换热；在增湿回路中，第二调湿单元与第一调湿单元之间的进液管路经过压缩机进行换热；第一换热器处设置有间壁式换热器，其中，间壁式换热器的内管束与冷媒管路连通，间壁式换热器的外壁接口与第二调湿单元和第一调湿单元之间的进液管路连通；或间壁式换热器的内管束与第二调湿单元和第一调湿单元之间的进液管路连通，间壁式换热器的外壁接口与冷媒管路连通。

进一步的，调湿回路还包括第三换热器，出液管路和进液管路均经过第三换热器进行换热。

进一步的，在除湿回路中，第三换热器与第二调湿单元之间的管路还经过第二换热器进行换热，第三换热器与第一调湿单元之间的管路还经过第一换热器进行换热。在增湿回路中，第三换热器与第二调湿单元之间的管路还经过第二换热器进行换热，第三换热器与第一调湿单元之间的管路还经过第一换热器进行换热。

进一步的，第一调湿单元与第二调湿单元包括膜法调湿装置。

进一步的，泵机串联于调湿回路中。

进一步的，除湿回路和增湿回路各自具有独立运行的出液管路和进液管路；或除湿回路和增湿回路通过阀门进行切换。

进一步的，第三换热器具有隔断的热交换腔，热交换腔的两个腔体分别与出液管路和进液管路连通。

进一步的，压缩机外部设有与出液管路和进液管路连通的换热管组。

进一步的，第一调湿单元和第一换热器设置于空调室内机中，第二调湿单元和第二换热器设置于空调室外机中。空调室内机还包括回风通道，沿空气流通方向，第一调湿单元和第一换热器依次设置于回风通道中。

进一步的，内管束的管壁沿长度方向设有螺纹形槽。

本发明采用上述技术方案所具有的有益效果：

本发明将冷媒管路和调湿管路相结合，利用压缩机在工作过程中中产生的热量对流经其内部的调湿溶液进行加热，从而能够较快的达到溶液再生的温度条件，并且实现了对原有对外排放的压缩机热量的回收利用，降低了室外机的热负荷，提高了空调的使用性能；同时，所设置间壁式换热器能够在除湿循环中对高温的再生溶液进行降温，减少了带入室内的热量。

附图说明

图1为本发明湿度自控的空气调节系统的整体循环回路示意图；

图2为本发明湿度自控的空气调节系统中除湿回路与冷媒回路连接示意图；

图3为本发明湿度自控的空气调节系统中增湿回路与冷媒回路连接示意图；

图4为本发明湿度自控的空气调节系统中间壁式换热器的结构示意图。

其中，1、压缩机；2、第一换热器；3、第二换热器；4、第一调湿单元；5、第二调湿单元；6、泵机；7、第三换热器；8、出液管路；9、进液管路；10、节流阀；11、间壁式换热器；12、内管束；13、外壁接口。

具体实施方式

为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

本发明的除湿或增湿方式采用的是溶液除湿及溶液再生技术，该技术的本质是由于溶液中的水分子作用力的大小因溶液的温度和浓度而不同，使得溶液中的水分子与空气中的水分子作用力存在差值；除湿时，室内除湿器内的溶液温度低且浓度较大，溶液中的水分子作用力大于空气的水分子作用力，所以室内空气的水分子会被溶液吸收；同理，在空调制热时，室内加湿器内的溶液温度较高，浓度较小，使得溶液中的水分子力小于空气中的水分子作用力，从而溶液中的水分子会发散至室内空气中，起到加湿作用；无论加湿除湿，都是利用仅供水蒸气通过的膜组织来完成的，因此在夏季除湿和冬季增湿的两种工况下，调湿单元所起到的除湿器和增湿器的功能可以兼顾互换，从而实现一机两用。

但是考虑到溶液的浓度和温度变化会影响到水蒸气的吸收或发散速度，因此要达到循环利用的目的，在除湿循环中需要对浓度较低的溶液进行加热从而实现溶液再生，现有技术中往往需要配置额外的加热器来提高再生溶液的温度，这增加了能量的消耗，提高了使用成本。

因此本发明提供了一种将冷媒回路和调湿回路相结合的空调系统，如图1所示，本发明的湿度自控的空气调节系统包括压缩机1、第一换热器2和第二换热器3连接所形成的现有冷媒回路，同时还包括由第一调湿单元4与第二调湿单元5通过出液管路8和进液管路9连接形成调湿回路，第一调湿单元4内的调湿溶液依次流经出液管路8、第二调湿单元5和进液管路9后返回至第一调湿单元4内完成循环过程，其中，该第一调湿单元4和第二调湿单元5能够与外部的空气进行水汽交换，根据需要完成除湿或增湿作业，为了提高热量的利用率，该调湿回路中还设有第三换热器7，出液管路8和进液管路9中的不同温度的溶液在第三换热器7中进行热交换；该调湿回路包括除湿回路和增湿回路，图中实线及实线箭头指示的为除湿循环路径，虚线及虚线箭头指示的为增湿循环路径，其中，在除湿回路中，第三换热器7与第二调湿单元5之间的管路经过压缩机1；在增湿回路中，第三换热器7与第一调湿单元4之间的管路经过压缩机1。在夏季除湿和冬季增湿的不同工况下，溶液流经压缩机1进行加热的前后顺序不同，因此压缩机在增湿回路和除湿回路中的连通位置也不同，压缩机1在空调冷媒的制热或制冷循环过程中会产生大量的热量，在传统空调系统中，这些热量大多是逸散至室外环境中，并没有得到有效的利用，因此在本发明中将压缩机1连入调湿回路中，利用压缩机1产生的热量来提高所需要加热的溶液的温度，以实现溶液的再生，使得该系统无需配置额外的加热器，简化了整机结构，提高了空调的利用率。

在夏季除湿循环过程中，除湿后的稀调湿溶液温度在经过第二换热器3和压缩机1加热过程中温度能达到60-80℃，足以使稀溶液中的水分子力大于空气中的水分子力，从而得到浓溶液达到溶液再生的目的；但与此同时，再生的溶液温度处于60-80℃之间，直接送入室内会增加室内的额外热负荷，增加空调系统的功率且人感舒适性较差，因此在一个可选的实施例中，本发明在第一换热器2的冷媒出口处设置有间壁式换热器11，如图4所示，输送冷媒的冷媒管路与输送调湿溶液的进液管路与该间壁式换热器11的连接方式分为两种：一是间壁式换热器11的内管束12与冷媒管路连通，间壁式换热器11的外壁接口13与第三换热器7和第一调湿单元4之间的进液管路9连通；二是间壁式换热器11的内管束12与第三换热器7和第一调湿单元4之间的进液管路9连通，间壁式换热器11的外壁接口与冷媒管路连通。利用低温冷媒对高温的再生溶液进行降温，从而减少带入室内的热量，能有效解决由于溶液除湿过程中高温再生溶液带入室内的热量而增大空调负荷的问题。为了提高换热效率，在本发明一些可选的实施例中，冷媒与其对应的调湿溶液在间壁式换热器11内的流动方向是相反的，并且在内管束12的管壁上沿长度方向设有螺纹形槽，以增大换热面积。

另外，在除湿或增湿过程中，为了对溶液进行预热或对再生溶液进行降温，本发明中还将调湿回路与冷媒回路中室内机和室外机的蒸发器或冷凝器连接，具体连接结构为：在夏季除湿回路中，第三换热器7与第二调湿单元5之间的管路还经过第二换热器3进行热交换，第三换热器7述第一调湿单元4之间的管路经过所述第一换热器2进行热交换；在冬季增湿回路中，第三换热器7与第二调湿单元5之间的管路还经过第二换热器3进行热交换，第三换热器7与第一调湿单元4之间的管路还经过第一换热器2进行热交换。

下面结合附图对本发明在夏季和冬季不同工况下溶液的循环和工作过程进行说明：

(1)如图2所示的夏季循环中，冷媒的循环过程：压缩机1--第二换热器3--节流阀10--第一换热器2--压缩机1；溶液循环过程：第一调湿单元4--第三换热器7--第二换热器3--压缩机1--第二调湿单元5--泵机6--第三换热器7--第一换热器2--第一调湿单元4。其中，在溶液循环中，低温高浓度的调湿溶液在第一调湿单元4中吸收来自室内回风空气中的水蒸气，溶液变稀，且吸湿过程中溶液温度升高，吸湿能力逐渐下降，所以稀溶液需要一个再生过程。沿出液管路8从第一调湿单元4出来的溶液经过第三换热器与沿进液管路9从第二调湿单元5出来的高温再生溶液进行换热后，然后继续沿出液管路进入夏季工况中起到冷凝器作用的第二换热器3；溶液在第二换热器3中吸收由压缩机1输送的高温高压气体冷凝时放出的冷凝热；由于溶液的再生需要的温度较高，所以从第二换热器3出来后，溶液流经压缩机1，压缩机1进一步对溶液进行加热，直至达到所需再生温度。高温溶液在经过压缩机1后进入第二调湿单元5进行再生。同时，室外的空气将再生过程释放的水蒸气带走，溶液浓度增加，完成再生过程。而后高浓度的溶液被泵机6送到第一换热器2中进行冷却，冷量由夏季工况中起到蒸发器作用的第一换热器2提供；冷却后的高浓度溶液又重新拥有较强的吸湿能力，从而又回到第一调湿单元4中进行除湿，至此，溶液完成一个除湿再生循环。

(2)如图3所示的冬季循环中，冷媒的循环过程为：压缩机1--第一换热器2--节流阀10--第二换热器3--压缩机1。溶液循环过程：第一调湿单元4--第三换热器7--第二换热器3--第二调湿单元5--泵机6--第三换热器7--压缩机1--第一换热器2--第一调湿单元4。在冬季室内环境中，第一调湿单元4中释放水分，被室内回风带入第一换热器2加热后最终送回室内，使室内环境保持在一个温暖不干燥的舒适状态下；第一调湿单元4释放水分后溶液变浓，温度降低，要想它能继续向室内放出水分，那需要对溶液进行处理，使其重新吸收水分从而继续对室内进行增湿。沿出液管路8从第一调湿单元4出来的浓溶液在第三换热器7中与沿进液管路9从第二调湿单元5出来的溶液进行换热，溶液温度降低。溶液从第三换热器7出来后继续沿出液管路8进入室外机的第二换热器3中进一步冷却，温度继续降低。温度低且浓度高的溶液具有较强的吸水性，因此从冬季工况中起到蒸发器作用的第二换热器3出来的低温浓溶液能够在第二调湿单元5中吸收室外空气中的水分，溶液含水量增加，浓度变低；低温低浓度的溶液流经压缩机1和在室内机中起到冬季冷凝器作用的第一换热器2进行加热，加热后的稀溶液最后进入第一调湿单元4对室内回风进行增湿，至此，溶液完成一个增湿再生循环。

第一调湿单元4与第二调湿单元5包括膜法除湿装置或膜法增湿装置，在夏季除湿工况条件下，第一调湿单元4为膜法除湿装置，吸收室内的水蒸气，从而使室内变得干爽，第二调湿单元5为膜法增湿装置，将溶液中的水分排出至室外环境中，进而提高了溶液浓度以进行下一循环；在冬季增湿工况条件下，第一调湿单元4为膜法增湿装置，将低浓度溶液中的水分发散至室内环境中，从而提高室内湿度，第二调湿单元5为膜法除湿装置，其吸收室外环境中的水蒸气，并循环输送至第一调湿单元4中。

在调湿回路中，为溶液提供循环动力的泵机6串联于调湿回路中，可以根据需要设置安放位置，由于调湿溶液具有温度和浓度变化，因此，泵机6要具备耐腐蚀性和耐高温等性能，以延长整机的使用寿命。

在本发明一个可选的实施例中，调湿回路中的除湿回路和增湿回路为独立运行的管路，在不同工况条件下，调湿溶液选择除湿回路或增湿回路进行循环工作。在本发明另一可选的实施例中，除湿回路和增湿回路也可以采用主路和支路相结合的设计，不同循环路线的分支部分可以采用阀门和控制器来进行切换，由于除湿回路和增湿回路并不需要同时进行运行，因此共用主路也不会产生干扰。

在出液管路8和进液管路9中流动的溶液具有温度差，因此为了提高能源利用率，出液管路8和进液管路9在第三换热器7中进行热交换，在本发明中是将第三换热器7设计成具有隔断的热交换腔，热交换腔的两个腔体分别与出液管路8和进液管路9连通，在热交换腔内进行热量交换后再沿原有的循环管路进行流动。

本发明是用压缩机工作时产生的热量为盐溶液再生创造温度条件，在一个可选的实施例中，压缩机1外部设有与出液管路8和进液管路9连通的换热装置，不同的工况条件下出液管路8和进液管路9中通过阀门等控制使得单一管路与压缩机1连通，从而流入调湿溶液进行热交换。利用压缩机产生的热量给溶液加热有2个优势，一是有效降低室外机的热量散发问题，提高机器的使用性能，二是利用排气为溶液加热，可以减少室外换热器的换热负荷，提高空调性能，可以节约能源，使其有效利用。

根据室内外空气的流通路径，本发明中的第一调湿单元4和第一换热器2设置于空调室内机中，第二调湿单元5和第二换热器3设置于空调室外机中，在实现室内温度控制的同时，也也能够调节室内的湿度条件。

在一些可选的实施例中，考虑到冬季增湿过程中由第一调湿单元4发散出的水蒸气温度较低，可能会使室内人员感到湿冷，因此在空调室内机的回风通道中，第一调湿单元4和第一换热器2依次设置于回风通道中，水蒸气可以通过第一换热器2进行加热后随室内回风进入室内环境中。

综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿度自控的空气调节系统，该系统包括压缩机(1)、第一换热器(2)和第二换热器(3)连接所形成的冷媒回路，其特征在于，所述空气调节系统还包括泵机(6)以及具有与空气进行水汽交换作用的第一调湿单元(4)和第二调湿单元(5)，所述第一调湿单元(4)通过出液管路(8)和进液管路(9)与第二调湿单元(5)连接形成调湿回路，所述调湿回路包括除湿回路和增湿回路；其中，在所述除湿回路中，所述第一调湿单元(4)与所述第二调湿单元(5)之间的出液管路(8)经过所述压缩机(1)进行换热；在所述增湿回路中，所述第二调湿单元(5)与所述第一调湿单元(4)之间的进液管路(9)经过所述压缩机(1)进行换热；

所述第一换热器(2)处设置有间壁式换热器(11)，其中，所述间壁式换热器(11)的内管束(12)与冷媒管路连通，所述间壁式换热器(11)的外壁接口(13)与所述第二调湿单元(5)和第一调湿单元(4)之间的进液管路(9)连通；或所述间壁式换热器(11)的内管束(12)与所述第二调湿单元(5)和第一调湿单元(4)之间的进液管路(9)连通，所述间壁式换热器(11)的外壁接口与冷媒管路连通。

2.根据权利要求1所述的带干湿自控功能的空气调节系统，其特征在于，所述调湿回路还包括第三换热器(7)，所述出液管路(8)和进液管路(9)均经过所述第三换热器(7)进行换热。

3.根据权利要求2所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，在所述除湿回路中，所述第三换热器(7)与所述第二调湿单元(5)之间的管路还经过所述第二换热器(3)进行换热，所述第三换热器(7)与所述第一调湿单元(4)之间的管路经过所述第一换热器(2)进行换热。

4.根据权利要求2所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，在所述增湿回路中，所述第三换热器(7)与所述第二调湿单元(5)之间的管路还经过所述第二换热器(3)进行换热，所述第三换热器(7)与所述第一调湿单元(4)之间的管路经过所述第一换热器(2)进行换热。

5.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述第一调湿单元(4)与所述第二调湿单元(5)包括膜法调湿装置。

6.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述泵机(6)串联于所述调湿回路中。

7.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述除湿回路和所述增湿回路各自具有独立运行的出液管路(8)和进液管路(9)；或所述除湿回路和所述增湿回路通过阀门进行切换。

8.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述第三换热器(7)具有隔断的热交换腔，所述热交换腔的两个腔体分别与所述出液管路(8)和进液管路(9)连通。

9.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述压缩机(1)外部设有与所述出液管路(8)和进液管路(9)连通的换热装置。

10.根据权利要求1所述的湿度自控的空气调节系统，其特征在于，所述内管束(12)的管壁沿长度方向设有螺纹形槽。