CN105805869B - 太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，包括第一组除湿换热器和第二组除湿换热器，第一组除湿换热器和第二组除湿换热器被设置为同时工作，以实现系统的连续运行。除湿过程中，第一组除湿换热器中被通入冷却塔产生的冷却水，冷却水带走干燥剂吸附除湿过程中产生的吸附热；同时，第二组除湿换热器先被通入来自回热水箱的热水一段时间，再被通入太阳能集热器保温水箱的热水，热水将干燥剂解吸再生，产生的再生空气再加热回热水箱中的热水。本发明具有结构简单、易操作、成本低、投入少等优点，并且可以高效利用高温高湿的再生空气，极大的提高整体系统效率，并且减少环境热污染。

Description

太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统及运行方法
技术领域
本发明涉及制冷空调技术领域，尤其涉及一种太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统及运行方法。
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。日前，固体干燥除湿空调技术因其节约资源、对环境友好等优点而被广泛研究，并且被认为在未来的发展研究中可以代替传统的压缩式空调。空调系统的复合包括显热负荷(热负荷)和潜热负荷(湿负荷)两个方面。其中湿负荷主要来自新风中的湿负荷以及室内人员和设备的产湿，这部分湿负荷在总系统中占相当一部分比重，是空调负荷的重要组成部分。传统的蒸汽压缩式空调系统采用冷凝除湿方法将空气冷却至露点温度一下，实现显热负荷和潜热负荷的集中处理。除湿空调技术是根据干燥剂对水蒸气的吸收和吸附作用发展起来的一种新型空调系统，可以实现潜热负荷和显热负荷的分开处理，弥补了传统空调系统在运行使用过程中出现的一些不足，并且具有热驱动热源要求低形式多样、对环境无污染，可提高送风品质等优点。
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。用附着干燥剂的除湿换热器代替除湿转轮来实现温湿度的独立控制的研究也已兴起，但是系统的整体效率不高，并且再生过程产生的高温高湿再生空气直接排入大气，一方面造成能源浪费，另一方便对大气环境造成一定的热污染。
经对现有技术的公开文献检索发现，中国专利申请号为CN201210232592的“自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统”专利，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，虽然用蒸发冷却器的产生的冷冻水解决了除湿过程中吸附热的问题，但是再生过程中产生的高温高湿再生空气没有处理，不仅浪费能源而且对环境造成一定热污染。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够利用固体除湿空调系统再生过程中产生的再生废气的回热式固体干燥剂除湿空调系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，包括第一组除湿换热器和第二组除湿换热器，第一组除湿换热器和第二组除湿换热器被设置为同时工作，以实现系统的连续运行；
太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统被设置为：除湿过程中，第一组除湿换热器中被通入冷却塔产生的冷却水，冷却水带走干燥剂吸附除湿过程中产生的吸附热；同时，第二组除湿换热器先被通入来自回热水箱的热水一段时间，再被通入太阳能集热器保温水箱的热水，热水将干燥剂解吸再生，产生的再生空气再加热回热水箱中的热水；第一组除湿换热器和第二组除湿换热器能够切换运行。
进一步地，太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统包括太阳能真空管集热器、太阳能集热器保温水箱、冷却塔、第一组除湿换热器、第二组除湿换热器、回热水箱和回热换热器；
太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括5股同时运行的工质，5股同时运行的工质包括3股水流程和2股空气流程；3股水流程包括冷却水流程、回热热水流程和太阳能热水流程；2股空气流程包括被处理空气流程和再生空气流程；
冷却水流程侧的连接方式为：冷却塔的水侧出口与第一组除湿换热器的水侧进口相连，第一组除湿换热器的水侧出口与冷却塔的水侧进口相连，从而构成一个循环；
回热热水流程侧的连接方式为：回热水箱的出口侧与第二组除湿换热器的水侧进口相连，第二组除湿换热器的水侧出口与回热水箱的进口侧相连，从而构成一个循环；
太阳能热水流程侧的连接方式为：太阳能集热器保温水箱的出口与第二组除湿换热器的水侧进口相连，第二组除湿换热器的水侧出口与太阳能集热器保温水箱的进口侧相连，从而构成一个循环；
被处理空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，被处理空气与第一组除湿换热器的空气表面进口通过相应的风道相连，经第一组除湿换热器中干燥剂干燥后被送入室内；
再生空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，再生空气与第二组除湿换热器的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，第二组除湿换热器的一侧空气表面出口与回热换热器的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，从回热换热器的出口出来的空气被排入大气环境。
进一步地，第一组除湿换热器和第二组除湿换热器均是通过将固体除湿材料附着到传统的单独进行显热交换的翅片管式换热器的表面制成。
进一步地，太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括电动风阀和电磁阀，通过电动风阀和电磁阀能够自动控制空气和水的流向，从而实现第一组除湿换热器和第二组除湿换热器的功能的平稳切换，保证除湿过程的连续性。
进一步地，电动风阀与风道连接，能够实现自动控制。
进一步地，电磁阀与水路连接，能够实现水路的自动通断。
本发明还提供了一种上述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法，包括除湿方法和再生方法；
其中，除湿方法为被处理空气在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器中的除湿方法，包括：(1)冷却水流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的管内吸收干燥剂吸附除湿过程中释放的吸附热后温度升高；(2)第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的表面的干燥剂吸收被处理空气中的水分，降低空气含湿量，实现潜热负荷处理；
再生方法为再生空气在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器中的加热解吸方法，包括：(1)热水流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的管内加热潮湿的干燥剂后温度降低；(2)附着在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的表面的干燥剂在再生热水的加热作用下再生；(3)流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的再生空气温湿度升高。
进一步地，在太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法中，除湿过程和再生过程在系统运行时分别在第一除湿换热器和第二除湿换热器侧交替运行。
进一步地，太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法还包括通过电动风阀和电磁阀自动控制空气和水的流向，实现第一组除湿换热器和第二组除湿换热器的功能的平稳切换，保证除湿过程的连续性。
本发明中，采用两组除湿换热器同时工作，实现一组除湿换热器在除湿的同时而另一组除湿换热器在再生，并且运动电动风阀和电磁阀，实现系统自动切换，连续运行；另外本发明中加入回热器装置，合理利用再生过程产生的高温高湿再生空气，回收再生空气的热量，加热再生热水。当冷却水通入其中一组除湿换热器时，处理空气在该除湿换热器中降温除湿，完成除湿过程；同时再生热水通入另一组除湿换热器中，干燥剂被加热解吸释放水蒸气，完成再生过程，这里的再生热水在再生初始阶段来自回热水箱，在再生的后半段来自水温较高的保温水箱。当该循环结束时，系统电动风阀和电磁阀自动通断，完成除湿的除湿换热器进入再生阶段，而完成再生的除湿换热器进入初始阶段，实现系统的连续性运行。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
第一，两组除湿换热器同时分别运行除湿和再生过程，并且通过电动风阀和电磁阀的自动切换，保证系统连续除湿的同时，实现系统的自动控制。
第二，与无回热装置的除湿换热器相比，带回热装置的除湿换热器可以高效利用再生的高温高湿废气，减少对环境的破坏，同时回热热水可再通入除湿换热器中，极大的减少热源的能量投入，节约资源，降低成本，同时可以极大提高系统的效率。
第三，本发明中的再生热水取自太阳能真空集热器加热的热水，利用自然资源获取再生热水，除了水泵需电外无其他能源投入，保护环境，后期运行成本低。
第四，与除湿转轮相比，除湿换热器装置制作工艺简单，结构紧凑，后期使用成本低，易于操作。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，包括第一组除湿换热器15和第二组除湿换热器6，第一组除湿换热器15和第二组除湿换热器6被设置为同时工作，以实现系统的连续运行。
太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统被设置为：除湿过程中，第一组除湿换热器15中被通入冷却塔50产生的冷却水，冷却水带走干燥剂吸附除湿过程中产生的吸附热；同时，第二组除湿换热器6先被通入来自回热水箱10的热水一段时间，再被通入太阳能集热器保温水箱24的热水，热水将干燥剂解吸再生，产生的再生空气再加热回热水箱10中的热水；第一组除湿换热器15和第二组除湿换热器6能够切换运行。
具体地，太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统包括太阳能真空管集热器21、太阳能集热器保温水箱24、冷却塔50、第一组除湿换热器15、第二组除湿换热器6、回热水箱10和回热换热器3；
太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括5股同时运行的工质，5股同时运行的工质包括3股水流程和2股空气流程；3股水流程包括冷却水流程、回热热水流程和太阳能热水流程；2股空气流程包括被处理空气流程和再生空气流程；
冷却水流程侧的连接方式为：冷却塔的水侧出口与第一组除湿换热器15的水侧进口相连，第一组除湿换热器15的水侧出口与冷却塔50的水侧进口相连，从而构成一个循环；
回热热水流程侧的连接方式为：回热水箱10的出口侧与第二组除湿换热器6的水侧进口相连，第二组除湿换热器6的水侧出口与回热水箱10的进口侧相连，从而构成一个循环；
太阳能热水流程侧的连接方式为：太阳能集热器保温水箱24的出口与第二组除湿换热器6的水侧进口相连，第二组除湿换热器6的水侧出口与太阳能集热器保温水箱24的进口侧相连，从而构成一个循环；
被处理空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，被处理空气与第一组除湿换热器15的空气表面进口通过相应的风道相连，经第一组除湿换热器15中干燥剂干燥后被送入室内；
再生空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，再生空气与第二组除湿换热器6的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，第二组除湿换热器6的一侧空气表面出口与回热换热器3的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，从回热换热器3的出口出来的空气被排入大气环境。
本实施例中，第一组除湿换热器15和第二组除湿换热器6均是通过将固体除湿材料附着到传统的单独进行显热交换的翅片管式换热器的表面制成。
本实施例的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括电动风阀和电磁阀，通过电动风阀和电磁阀能够自动控制空气和水的流向，从而实现第一组除湿换热器和第二组除湿换热器的功能的平稳切换，保证除湿过程的连续性。电动风阀与风道连接，能够实现自动控制。电磁阀与水路连接，能够实现水路的自动通断。本实施例设定除湿、再生时间为6分钟切换，其中再生阶段前三分钟由回热水箱10提供再生热水，后三分钟由太阳能集热器保温水箱24提供热水，但在其它实施例中不限于上述条件。
如图1所示，第二组除湿换热器6在冷却除湿模式下：处理空气从第二入风口9依次流经第五电动风阀14、第二组除湿换热器6、第七电动风阀17、处理空气侧风机19，从处理空气出口20排出。冷却水依次流经第三水泵49、第二冷却水送水水路38、第八电磁阀46、第二组除湿换热器6、第十电磁阀48、第二冷却水回水水路40，冷却塔50。被处理空气在处理空气侧风机19的作用下，经第五电动风阀14进入第二组除湿换热器6中被冷却除湿，降温除湿后的空气经第七电动风阀17从被处理空气出口20排出送入室内。来自冷却塔50的冷却水由第三水泵49经第八电磁阀46泵入第二组除湿换热器6后温度升高，流经第十电磁阀48，从第二冷却水回水水路40进入冷却塔50顶部喷淋。
第二组除湿换热器15在冷却再生模式下：处理空气从第一入风口8依次流经第六电动风阀16、第二组除湿换热器15、第四电动风阀13、再生空气出口4、回热换热器3、再生空气侧风机2、从废气出口1排出。再生热水前三分钟回热器阶段依次流经回热水箱10、第十二电磁阀32、第二再生热水送水水路30、第四水泵51、第三再生热水送水水路35、第三电磁阀41、第二组除湿换热器15、第五电磁阀43、第四再生热水回水水路34、第二再生热水回水水路28、第一再生热水回水水路27、第十一电磁阀31、回热水箱10、第一水泵11、回热换热器3、回热水箱10。再生热水后三分钟太阳能真空集热器阶段依次流经太阳能集热器保温水箱24、第二电磁阀26、第一再生热水送水水路29、第四水泵51、第三再生热水送水水路35、第三电磁阀41、第二组除湿换热器15、第五电磁阀43、第四再生热水回水水路34、第二再生热水回水水路28、第一电磁阀25、太阳能集热器保温水箱24、太阳能真空集热器水回路22、太阳能真空集热器21、第二水泵23、太阳能集热器保温水箱24。处理空气从第一入风口8经第六电动风阀16后，进入第二组除湿换热器15中被再生热水加热同时带走干燥剂再生解吸出的水蒸气，高温高湿的再生空气经第四电动风阀13从再生空气出口4排出进入回热换热器3，热量被来自回热水箱10的水吸收降温后，由再生空气侧风机2泵出，从废气出口1排出。回热器阶段的再生热水从回热水箱10中由第四水泵51送入第二组除湿换热器15中，第二组除湿换热器15出口处温度降低的再生热水经第五电磁阀43、第十一电磁阀31后再回到回热水箱10中，再由第一水泵11送入回热换热器3中由高温高湿的再生空气加热，被加热后的再生热水再回到回热水箱10。
当设定的转换时间6分钟结束时，第二组除湿换热器6和第二组除湿换热器15工作除湿和再生的状态转换，操作如下：
如图1所示，第二组除湿换热器15在冷却除湿模式下：处理空气从第二入风口9依次流经第三电动风阀12、第二组除湿换热器15、第八电动风阀18、处理空气侧风机19，从处理空气出口20排出。冷却水依次流经第三水泵49、第一冷却水送水水路37、第四电磁阀42、第二组除湿换热器15、第六电磁阀44、第一冷却水回水水路39、冷却塔50。被处理空气在处理空气侧风机19的作用下，经第三电动风阀12进入第二组除湿换热器15中被冷却除湿，降温除湿后的空气经第八电动风阀18从处理后空气出口20排出送入室内。来自冷却塔50的冷却水由第三水泵49经第四电磁阀42泵入第二组除湿换热器15后温度升高，流经第六电磁阀44，从第一冷却水回水水路39进入冷却塔50顶部喷淋。
第二组除湿换热器6在冷却再生模式下：处理空气从第一入风口8依次流经第二电动风阀7、第二组除湿换热器6、第一电动风阀5、再生空气出口4、回热换热器3、再生空气侧风机2、从废气出口1排出。再生热水前三分钟回热器阶段依次流经回热水箱10、第十二电磁阀32、第二再生热水送水水路30、第四水泵51、第四再生热水送水水路36、第七电磁阀45、第二组除湿换热器6、第九电磁阀47、第三再生热水回水水路33、第二再生热水回水水路28、第一再生热水回水水路27、第十一电磁阀31、回热水箱10、第一水泵11、回热换热器3、回热水箱10。再生热水后三分钟太阳能真空集热器阶段依次流经太阳能集热器保温水箱24、电磁阀27、第一再生热水送水水路29、第四水泵51、第四再生热水送水水路36、第七电磁阀45、第二组除湿换热器6、第九电磁阀47、第三再生热水回水水路33、第二再生热水回水水路28、第一电磁阀25、太阳能集热器保温水箱24、太阳能真空集热器水回路22、太阳能真空集热器21、第二水泵23、太阳能集热器保温水箱24。处理空气从第一入风口8经第二电动风阀7后，进入第二组除湿换热器6中被再生热水加热同时带走干燥剂再生解吸出的水蒸气，高温高湿的再生空气经第一电动风阀5从再生空气出口4排出进入回热换热器3，热量被来自回热水箱10的水吸收降温后，由再生空气侧风机2泵出，从废气出口1排出。回热器阶段的再生热水从回热水箱10中由第四水泵51送入第二组除湿换热器6中，第二组除湿换热器6出口处温度降低的再生热水经第九电磁阀47、第十一电磁阀31后再回到回热水箱10中，再由第一水泵11送入回热换热器3中由高温高湿的再生空气加热，被加热后的再生热水再回到回热水箱10。
本实施例通过上述除湿、再生两种模式相互切换在实现连续降温除湿和升温加湿过程中，再生过程产生的高温高湿再生空气可以再次被用来加热再生热水。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，包括第一组除湿换热器和第二组除湿换热器，所述第一组除湿换热器和所述第二组除湿换热器被设置为同时工作，以实现系统的连续运行；其特征在于，
所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统被设置为：除湿过程中，所述第一组除湿换热器中被通入冷却塔产生的冷却水，所述冷却水带走干燥剂吸附除湿过程中产生的吸附热；同时，所述第二组除湿换热器先被通入来自回热水箱的热水一段时间，再被通入太阳能集热器保温水箱的热水，所述热水将干燥剂解吸再生，产生的再生空气再加热回热水箱中的热水。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述第一组除湿换热器和所述第二组除湿换热器能够切换运行。
3.根据权利要求1所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统包括太阳能真空管集热器、太阳能集热器保温水箱、冷却塔、第一组除湿换热器、第二组除湿换热器、回热水箱和回热换热器；
所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括5股同时运行的工质，所述5股同时运行的工质包括3股水流程和2股空气流程；所述3股水流程包括冷却水流程、回热热水流程和太阳能热水流程；所述2股空气流程包括被处理空气流程和再生空气流程；
冷却水流程侧的连接方式为：所述冷却塔的水侧出口与所述第一组除湿换热器的水侧进口相连，所述第一组除湿换热器的水侧出口与所述冷却塔的水侧进口相连，从而构成一个循环；
回热热水流程侧的连接方式为：所述回热水箱的出口侧与所述第二组除湿换热器的水侧进口相连，所述第二组除湿换热器的水侧出口与所述回热水箱的进口侧相连，从而构成一个循环；
太阳能热水流程侧的连接方式为：所述太阳能集热器保温水箱的出口与所述第二组除湿换热器的水侧进口相连，所述第二组除湿换热器的水侧出口与所述太阳能集热器保温水箱的进口侧相连，从而构成一个循环；
被处理空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，被处理空气与所述第一组除湿换热器的空气表面进口通过相应的风道相连，经所述第一组除湿换热器中干燥剂干燥后被送入室内；
再生空气流程侧的连接方式为：在相应的风机作用下，再生空气与所述第二组除湿换热器的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，所述第二组除湿换热器的一侧空气表面出口与所述回热换热器的一侧空气表面进口通过相应的风道相连，从所述回热换热器的出口出来的空气被排入大气环境。
4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述第一组除湿换热器和所述第二组除湿换热器均是通过将固体除湿材料附着到传统的单独进行显热交换的翅片管式换热器的表面制成。
5.根据权利要求3所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统还包括电动风阀和电磁阀，通过所述电动风阀和所述电磁阀能够自动控制空气和水的流向，从而实现所述第一组除湿换热器和所述第二组除湿换热器的功能的平稳切换，保证除湿过程的连续性。
6.根据权利要求5所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述电动风阀与风道连接，能够实现自动控制。
7.根据权利要求5所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统，其特征在于，所述电磁阀与水路连接，能够实现水路的自动通断。
8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法，其特征在于，包括除湿方法和再生方法；
其中，所述除湿方法为被处理空气在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器中的除湿方法，包括：(1)冷却水流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的管内吸收干燥剂吸附除湿过程中释放的吸附热后温度升高；(2)第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的表面的干燥剂吸收被处理空气中的水分，降低空气含湿量，实现潜热负荷处理；
所述再生方法为再生空气在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器中的加热解吸方法，包括：(1)热水流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的管内加热潮湿的干燥剂后温度降低；(2)附着在第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的表面的干燥剂在再生热水的加热作用下再生；(3)流经第一组除湿换热器或第二组除湿换热器的再生空气温湿度升高。
9.根据权利要求8所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法，其特征在于，在所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法中，除湿过程和再生过程在系统运行时分别在第一除湿换热器和第二除湿换热器侧交替运行。
10.根据权利要求8所述的太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法，其特征在于，所述太阳能驱动的回热式固体干燥除湿空调系统的运行方法还包括通过电动风阀和电磁阀自动控制空气和水的流向，实现所述第一组除湿换热器和所述第二组除湿换热器的功能的平稳切换，保证除湿过程的连续性。
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