CN106766355B - 一种温湿度独立控制空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温湿度独立控制空调系统，包括吸收‑压缩复合制冷系统、溶液除湿循环系统及冷冻水系统，本发明分别利用吸收‑压缩复合式制冷系统和溶液除湿系统来承担空气的显热负荷和潜热负荷，以实现室内空气的温湿度独立控制。通过提高吸收式制冷的蒸发温度，增大吸收式制冷的放气范围，使得吸收式制冷循环能效比增加。此外，吸收复合压缩式系统可以合理调控发生温度和冷凝温度，通过消耗少量的电能来降低发生压力和发生温度，在保证制冷效果的基础上降低发生温度，扩大低温热源的利用范围；同时利用压缩机增加复合系统冷凝压力来提高冷凝温度，将全部的冷凝热回收用于溶液除湿系统稀释溶液的再生。该方法可同时降低吸收式制冷系统的发生温度，并提升蒸发温度，在保证空调效果的基础上大大提升了系统能效。

Description

一种温湿度独立控制空调系统

技术领域

本发明涉及一种基于吸收-压缩复合制冷和溶液除湿的温湿度独立控制空调系统，属于制冷空调系统技术领域。

背景技术

当前，最为常见的空调方式是采用蒸汽压缩式制冷，以压缩机作为动力，通过改变氟利昂等制冷剂的压力将室内热量传递到室外完成制冷。这种传统的蒸汽压缩式制冷技术以其灵活方便，设备体积小，效率高等优点得到了广泛的应用，但是随着能源消耗的日益增多和接踵而来的环境问题，蒸汽压缩式制冷也暴露出一些缺陷，主要为：一是消耗大量高品位的电能，一次能源效率较低；二是现有的常规制冷剂主要为氟利昂等氟化物，易造成温室效应，破坏臭氧层，需开发新型环保的高效制冷剂；三是常规空调系统多采用冷凝除湿，该过程一方面需要较低制冷蒸发温度，降低设备效率，另一方需消耗大量再生热量，造成能源浪费。

吸收式制冷系统是采用特殊的工质对，通过溶液性质以及温度压力变化实现制冷过程。不同于传统蒸汽压缩式制冷，吸收式制冷系统可以利用一些太阳能或工业余热等低品位的热能进行制冷，几乎不需要消耗电能，是一种绿色节能的制冷系统。但其也存在一些主要问题：一是吸收式制冷系统设备较为庞大，且整体效率较低；二是吸收式制冷系统中由于采用热源进行制冷需要消耗大量冷却水来排放一些低品位的冷凝热量，此过程冷却塔耗能较大。

温湿度独立控制空调系统作为一种较为高效的新型空调方式，将室内的潜热负荷和显热负荷单独处理，避免了常规空调的再热能量消耗，提高了系统能效。该系统在近年来得到了较多关注。河南科技大学梁坤峰等人提出一种基于太阳能热回收的吸收式制冷与溶液除湿空调系统，利用太阳能再生除湿溶液，用吸收式制冷来冷却除湿溶液完成除湿后，空气回收室内冷量送到房间。该方法虽然提到了将吸收式制冷与溶液除湿技术相结合，但系统更多的是用吸收式制冷来完成溶液的除湿和再生过程，空气潜热得到了较好的处理，而空气显热尽靠回收室内冷量无法满足室内要求。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中常规的吸收式制冷系统中冷凝热大量排放而无法回收利用的问题，本发明提供一种基于吸收-压缩复合制冷和溶液除湿的温湿度独立控制空调系统及调控方法，利用压缩机来调节发生器和冷凝器压力，一方面可以降低发生压力，根据热源温度的不同进行变化，利用一些低品位的工业废热；另一方面，通过提升冷凝压力来控制冷凝温度，并利用冷凝热再生除湿溶液进行空气的温湿度独立处理，提升了吸收式制冷的性能，扩大了热源的使用范围。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于吸收-压缩复合制冷和溶液除湿的温湿度独立控制空调系统，包括吸收-压缩复合制冷系统、溶液除湿循环系统及冷冻水系统：

吸收-压缩复合制冷系统包括发生器、精馏塔、冷却器一、压缩机、内热型溶液再生器、冷却器二、节流阀一、蒸发器、吸收器、循环泵一、热交换器、节流阀二；

溶液除湿循环系统包括内冷型溶液除湿器、循环泵二、溶液热交换器、内热型溶液再生器；

所述冷冻水循环系统包括空气冷却器、循环泵三、节流阀三、节流阀四；

发生器包括高温制冷剂蒸汽出气口和高温高压出液口；精馏塔包括制冷剂蒸汽出气口；所述内热型溶液再生器包括换热器侧出、入口；吸收器包括低温低压制冷剂蒸汽进口、出液口和高温进液口；溶液热交换器包括低温低浓度进液口、中温低浓度出液口和高温高浓度进液口；蒸发器包括低温冷冻水出口和冷冻水进口；内冷型溶液除湿器包括冷却水进口和冷却水出口；

其中：发生器的高温制冷剂蒸汽出气口与精馏塔连接，而精馏塔的制冷剂蒸汽出气口与冷却器一的入口连接，冷却器一的出口蒸汽进入压缩机，压缩机出口与内热型溶液再生器的换热器侧入口相连，所述内热型溶液再生器的换热器侧出口与冷却器二的入口连接；所述冷却器二制冷剂出口经节流阀一与蒸发器的制冷剂进口连接，而蒸发器的制冷剂出口与吸收器的低温低压制冷剂蒸汽进口连接；吸收器的出液口经热交换器与发生器的入口连接，所述发生器的高温高压出液口与经热交换器和节流阀二与吸收器的高温进液口连接；

内冷型溶液除湿器的溶液出口通过循环泵二与溶液热交换器的低温低浓度进液口连接，而所述溶液热交换器的中温低浓度出液口与内热型溶液再生器的溶液进口连接，而所述内热型溶液再生器的溶液出口的与溶液热交换器的高温高浓度进液口连接；溶液热交换器的高温高浓度出液口与内冷型溶液除湿器的溶液入口连接；

蒸发器的低温冷冻水出口分别经过流量调节阀三和节流阀四与内冷型溶液除湿器的冷却水进口和空气冷却器的冷却水进口连通；而所述内冷型溶液除湿器的冷却水出口和空气冷却器的冷却水出口经循环泵三与蒸发器的冷冻水进口连接。

优选的：所述内冷型溶液除湿器与内热型溶液再生器均为叉流型式。

优选的：所述内冷型溶液除湿器的除湿溶液为氯化锂溶液。

优选的：所述吸收-压缩复合制冷系统的制冷剂工质对为氨-水。

优选的：所述蒸发器的低温冷冻水出口流出的低温冷冻水的温度在10-18℃。

进一步地：所述内热型溶液再生器还设置有风机一，室外空气在风机一作用下进入内热型溶液再生器内，室外空气在内热型溶液再生器中与高温低浓度氯化锂溶液进行热湿交换完成溶液再生过程。

进一步地：所述内冷型溶液除湿器还设置有风机二，室外空气在风机二作用下首先流经内冷型溶液除湿器进行干燥，之后进入空气冷却器完成冷却降温送入室内。

有益效果：本发明提供的一种基于吸收-压缩复合制冷和溶液除湿的温湿度独立控制空调系统，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明通过采用吸收-压缩复合制冷系统，一方面可以有效调节发生压力和发生温度，扩大了地品味热量的使用范围，较好的利用工业余热、废热或太阳能等低品位热量，减小了高品位电能的消耗；另一方面有效的提升了冷凝压力和冷凝温度，使系统中大量的冷凝热得以回收利用，再生溶液，节能了热量消耗。

2.本发明通过采用温湿度独立控制的空调方法，利用吸收-压缩复合制冷来承担室内显热负荷，利用溶液除湿系统进行空气除湿来承担潜热负荷。该空调系统无需再热即可实现室内湿度控制，由此可以大大提高蒸发温度，提升吸收式制冷的能效。

3.本发明通过加入压缩机，消耗少量的电能，提升了冷凝温度，可回收全部的冷凝热用于除湿溶液再生，与其它传统的再生装置相比，具有更高的能量利用率，一方面很好的利用了冷凝热的余热，减少溶液再生的热量消耗；另一方面利用低温溶液实现冷凝过程，减小了冷却水的循环量，降低冷却塔负荷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1空气冷却器、2内冷型溶液除湿器、3循环泵二、4循环泵三、5风扇一、6节流阀三、7节流阀四、8溶液热交换器、9内热型溶液再生器、10冷却器二、11节流阀一、12蒸发器、13吸收器、14循环泵一、15热交换器、16发生器、17节流阀二、18精馏塔、19冷却器一、20压缩机、21风扇二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

参见图1公开了一种基于吸收-压缩复合制冷和溶液除湿的温湿度独立控制空调系统，包括吸收-压缩复合制冷系统、溶液除湿循环系统及冷冻水系统。

所述吸收-压缩复合制冷系统包括发生器16、精馏塔18、冷却器一19、压缩机20、内热型溶液再生器9、冷却器二10、节流阀一11、蒸发器12、吸收器13、循环泵一14、热交换器15、节流阀二17；

所述溶液除湿循环系统包括内冷型溶液除湿器2、循环泵二3、溶液热交换器8、内热型溶液再生器9。

所述冷冻水循环系统包括空气冷却器1、循环泵三4节流阀三6、节流阀四7，其中：

发生器16的高温制冷剂蒸汽出气口与精馏塔18连接，而精馏塔18的制冷剂蒸汽出气口与冷却器一19的入口连接，冷却器一19的出口蒸汽进入压缩机20，压缩机20出口与内热型溶液再生器9的换热器侧入口相连，所述内热型溶液再生器9的换热器侧出口与冷却器二10的入口连接；冷却器二10制冷剂出口经节流阀一11与蒸发器12的制冷剂进口连接，蒸发器12的制冷剂出口与吸收器13的低温低压制冷剂蒸汽进口连接；吸收器13的出液口经热交换器15与发生器16的入口连接，所述发生器16的高温高压出液口与经热交换器15和节流阀二17与吸收器13的高温进液口连接；

内冷型溶液除湿器2的溶液出口通过循环泵二3与溶液热交换器8的低温低浓度进液口连接，而溶液热交换器8的中温低浓度出液口与内热型溶液再生器9的溶液进口连接，而所述内热型溶液再生器9的溶液出口的与溶液热交换器8的高温高浓度进液口连接；溶液热交换器8的高温高浓度出液口与内冷型溶液除湿器2的溶液入口连接；

蒸发器12的低温冷冻水出口分别经过流量调节阀三6和节流阀四7与内冷型溶液除湿器2的冷却水进口和空气冷却器1的冷却水进口连通；而所述内冷型溶液除湿器2的冷却水出口和空气冷却器1的冷却水出口经循环泵三4与蒸发器12的冷冻水进口连接。

所述内冷型溶液除湿器2与内热型溶液再生器9均为叉流型式。

所述内冷型溶液除湿器2的除湿溶液为氯化锂溶液。

所述吸收-压缩复合制冷系统的制冷剂工质对为氨-水。

所述吸收-压缩复合制冷系统的发生器16与内热型溶液再生器9之间增加了压缩机20，用于调控发生器16和内热型溶液再生器9内压力。

所述蒸发器12的低温冷冻水出口流出的低温冷冻水的温度在10-18℃。

所述内热型溶液再生器9还设置有风机一21，室外空气在风机一21作用下进入内热型溶液再生器9内，室外空气在内热型溶液再生器9中与高温低浓度氯化锂溶液进行热湿交换完成溶液再生过程。

所述内冷型溶液除湿器2还设置有风机二5，室外空气在风机二5作用下首先流经内冷型溶液除湿器2进行干燥，之后进入空气冷却器1完成冷却降温送入室内。

一种除湿溶液冷凝热再生的低温热源吸收式耦合空调系统的调控方法：

经热源加热后的热量输送到发生器16中，在发生器16中氨水溶液被加热后高温氨蒸气从水溶液中分离出来，高温氨蒸气通过精馏塔18进一步提纯，氨蒸气中的水蒸气冷凝返回发生器16，提纯后的高温氨蒸气经冷却器一19冷却后进入到压缩机20中；压力提升后的氨蒸气进入内热型溶液再生器9的换热器内，冷凝成氨液体后经冷却器二10进一步降温，通过节流阀一11节流后进入蒸发器12；氨液体在蒸发器12中完成蒸发制冷，在蒸发器12中，空气冷却器1和内冷型溶液除湿器2过来的高温冷冻水在蒸发器12中的冷剂氨的蒸发作用下变成低温冷冻水同时产生氨蒸气，蒸发器12中产生的氨蒸气进入吸收器13中；通过发生器16分离的高温液态水由出液口进入到热交换器15中，在热交换器15中与来自于吸收器13的低温氨水溶液产生热交换，形成低温液体水和高温氨水溶液，低温液态水进入到吸收器13中，在吸收器13中，低温液态水吸收来自于蒸发器12产生的氨蒸气，形成低温高浓度氨水溶液，低温高浓度氨水溶液通过循环泵一14进入到热交换器15的低温进液口中，在热交换器15中生成的高温氨水溶液通过进入到发生器16中。

低温高浓度氯化锂溶液在内冷型溶液除湿器2中与空气进行热湿交换后，得到干燥空气和低温低浓度氯化锂溶液，低温低浓度氯化锂溶液从内冷型溶液除湿器2的低温低浓度溶液出口由循环泵二3进入到溶液换热器8内，在溶液换热器8中，低温低浓度氯化锂溶液与来自于内热型溶液再生器9出来的高温高浓度氯化锂溶液进行换热，得到中温低浓度氯化锂溶液和中温高浓度氯化锂溶液；中温低浓度氯化锂溶液进入内热型溶液再生器9与压缩机20出来的高温氨蒸气以及外界空气进行热湿交换完成再生过程，得到高温高浓度氯化锂溶液；高温高浓度氯化锂溶液从内热型溶液再生器9的高温浓溶液出口进入到溶液热交换器8内，在溶液热交换器8中与来自于内冷型溶液除湿器2中出来的低温低浓度氯化锂溶液进行换热，得到中温低浓度氯化锂溶液和中温高浓度氯化锂溶液，中温高浓度氯化锂溶液而后进入内冷型溶液除湿器2中，与蒸发器12出来的冷却水进行换热降温，同时与外界空气进行热湿交换完成除湿过程；

蒸发器12制出的低温冷冻水经循环泵三4分成两路：一路经由流量调节阀6进入内冷型溶液除湿器2的冷却水入口与中温高浓度氯化锂溶液进行热量交换后变成高温冷却水返回至蒸发器12；另一路经由流量调节阀7进入空气冷却器1与完成除湿过程的干燥空气进行显热交换，将干燥空气变成干燥冷空气，同时形成高温冷冻水，之后高温冷冻水返回蒸发器12。在蒸发器12中，高温冷冻水在蒸发器12中的冷剂氨的蒸发作用下变成低温冷冻水；室外空气首先流经内冷型溶液除湿器2进行干燥，之后进入空气冷却器1完成冷却降温，送入建筑房间。

本发明利用压缩机来调节发生器和冷凝器压力，一方面可以降低发生压力，根据热源温度的不同进行变化，利用一些低品位的工业废热，扩大低温热源的利用范围；另一方面，通过提升冷凝压力来控制冷凝温度，并利用冷凝热再生除湿溶液进行空气的温湿度独立处理，提升了吸收式制冷的性能，扩大了热源的使用范围；通过提高吸收式制冷的蒸发温度，增大吸收式制冷的放气范围，使得吸收式制冷循环能效比增加，在保证空调效果的基础上大大提升了系统能效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：包括吸收-压缩复合制冷系统、溶液除湿循环系统及冷冻水系统；

所述吸收-压缩复合制冷系统包括发生器(16)、精馏塔(18)、冷却器一(19)、压缩机(20)、内热型溶液再生器(9)、冷却器二(10)、节流阀一(11)、蒸发器(12)、吸收器(13)、循环泵一(14)、热交换器(15)和节流阀二(17)；

所述溶液除湿循环系统包括内冷型溶液除湿器(2)、循环泵二(3)、溶液热交换器(8)、内热型溶液再生器(9)；

所述冷冻水循环系统包括空气冷却器(1)、循环泵三(4)节流阀三(6)、节流阀四(7)；

所述发生器(16)包括高温制冷剂蒸汽出气口和高温高压出液口；所述精馏塔(18)包括制冷剂蒸汽出气口；所述内热型溶液再生器(9)包括换热器侧出、入口；所述吸收器(13)包括低温低压制冷剂蒸汽进口、出液口和高温进液口；所述溶液热交换器(8)包括低温低浓度进液口、中温低浓度出液口和高温高浓度进液口；所述蒸发器(12)包括低温冷冻水出口和冷冻水进口；所述内冷型溶液除湿器(2)包括冷却水进口和冷却水出口；

其中：所述发生器(16)的高温制冷剂蒸汽出气口与精馏塔(18)的入口连接，该精馏塔(18)的制冷剂蒸汽出气口与冷却器一(19)的入口连接，冷却器一(19)的出口蒸汽进入压缩机(20)，压缩机(20)出口与内热型溶液再生器(9)的换热器侧入口相连，所述内热型溶液再生器(9)的换热器侧出口与冷却器二(10)的入口连接；所述冷却器二(10)制冷剂出口经节流阀一(11)与蒸发器(12)的制冷剂进口连接，而所述蒸发器(12)的制冷剂出口与吸收器(13)的低温低压制冷剂蒸汽进口连接；所述吸收器(13)的出液口经热交换器(15)与发生器(16)的入口连接，所述发生器(16)的高温高压出液口依次经过热交换器(15)和节流阀二(17)，最终与吸收器(13)的高温进液口连接；

所述内冷型溶液除湿器(2)的溶液出口通过循环泵二(3)与溶液热交换器(8)的低温低浓度进液口连接，而所述溶液热交换器(8)的中温低浓度出液口与内热型溶液再生器(9)的溶液进口连接，而所述内热型溶液再生器(9)的溶液出口的与溶液热交换器(8)的高温高浓度进液口连接；溶液热交换器(8)的高温高浓度出液口与内冷型溶液除湿器(2)的溶液入口连接；

所述蒸发器(12)的低温冷冻水出口经过流量调节阀三(6)与内冷型溶液除湿器(2)的冷却水进口连通，且蒸发器(12)的低温冷冻水出口经过节流阀四(7)与空气冷却器(1)的冷却水进口连通；

而所述内冷型溶液除湿器(2)的冷却水出口和空气冷却器(1)的冷却水出口经循环泵三(4)与蒸发器(12)的冷冻水进口连接。

2.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述内冷型溶液除湿器(2)与内热型溶液再生器(9)均为叉流型式。

3.根据权利要求1或2所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述内冷型溶液除湿器(2)的除湿溶液为氯化锂溶液。

4.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述吸收-压缩复合制冷系统的制冷剂工质对为氨-水。

5.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述吸收-压缩复合制冷系统的发生器(16)与内热型溶液再生器(9)之间增加用于调控发生器(16)和内热型溶液再生器(9)内压力的压缩机(20)。

6.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述蒸发器(12)的低温冷冻水出口流出的低温冷冻水的温度在10-18℃。

7.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述内热型溶液再生器(9)还设置有风机一(21)。

8.根据权利要求1所述的一种温湿度独立控制空调系统，其特征在于：所述内冷型溶液除湿器(2)还设置有风机二(5)。