CN107255336B - 一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组 - Google Patents

一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组 Download PDF

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Abstract

一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组，包括溶液除湿再生系统、蒸汽压缩式热泵系统、新风处理系统。热泵系统的冷凝器为溶液再生提供热量，蒸发器为除湿溶液的降温提供冷量；被处理的新风即作为送风又作为再生空气使用，在单一的新风处理风道中，新风首先进入溶液再生器，带走再生溶液中的水分后温度和含湿量同时增加；流出溶液再生器后的新风继而由表冷器进行除湿降温，空气的状态变化由表冷器内使用的高温冷水的温度决定；经除湿降温后的新风最后由溶液除湿器进行除湿，达到送风状态；整个新风使用和处理过程在依次连接溶液再生器、表冷器和溶液除湿器的单一风道内进行，因此该机组结构紧凑、占地面积小。

Description

一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组
技术领域
本发明涉及一种热泵驱动的溶液除湿新风热湿处理机组，属于空气调节系统设计与制造技术领域。
背景技术
随着建筑功能的多元化和人们使用要求的不断提高，建筑空调能耗也在日益增加。相关统计数据表明，随着社会的发展和生产生活的多元化，建筑能耗占全球总能耗的比例在逐年增加，研究数据表明2002-2030年间用于维持建筑功能的电力消耗将增长119％。各类建筑中，用于满足室内热舒适环境的空调系统的能耗约占到建筑总能耗的50％左右。然而当前普遍使用的空调系统由于其自身结构和在空气处理方式上的缺陷，消耗了大量的电能并造成了较严重的环境污染问题，因此开发节能环保的空调系统显得越发紧迫和具有实际意义。
溶液除湿空调是一种基于液体吸湿剂对空气实现制冷、除湿的，并可以有效使用低品位热源的新型空调方式，具有巨大的节能环保潜力。目前，在实际工程中溶液除湿空调使用最为广泛的是热泵驱动的形式，即将蒸汽压缩制冷循环与溶液除湿再生循环相耦合，蒸发器提供系统所需冷量，冷凝器提供再生溶液所需热量，这类系统在建筑中通常作为新风机组使用。
大量工程实例表明，热泵驱动的溶液除湿新风机组在空气湿负荷处理方面体现出了明显优势。但是，现有的此类机组在设计或应用过程中尚存在一些缺陷有待解决。一个较为突出的问题是：热泵驱动的溶液除湿新风机组中的稀溶液利用冷凝热进行再生时往往需要使用新风或者室内回风作为再生空气，这样机组中就要为溶液再生器设置单独的风道，所以这类新风机组都是采用的双风道结构，然而双风道结构导致机组占地面积大，并给建筑中空调设备的布置带来了困难。另外，室内回风的收集同样需要额外的风道和设备，增加了整个空调系统的投入。因此，对此类机组进行合理的结构改造，有效的减小设备体积和占地面积具有切实的工程实用价值。
发明内容
发明目的：本发明提供一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组，整个机组采用单风道结构、无需额外的再生空气输入，以解决现有机组结构复杂、设备布置不够紧凑、体积和占地面积大的问题。
技术方案：本发明的单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组，包括溶液除湿再生系统、蒸汽压缩式热泵系统、新风处理系统；所述新风处理系统包括依次设置的溶液再生器、表冷器、溶液除湿器和离心风机，所述溶液再生器的出口和进口之间设置有再生溶液自循环管路，所述溶液除湿器的出口和进口之间设置有除湿溶液自循环管路；
所述溶液除湿再生系统包括连接所述溶液再生器和溶液除湿器的浓稀溶液交换管路、设置在所述浓稀溶液交换管路上的溶液热交换器、设置在溶液再生器的再生溶液自循环管路中的再生溶液泵、设置在溶液除湿器的除湿溶液自循环管路中的除湿溶液泵，所述再生溶液泵的溶液流动方向为自溶液再生器的出口向进口，所述除湿溶液泵的溶液流动方向为自溶液除湿器的出口向进口；所述浓稀溶液交换管路包括溶液再生器底部的浓溶液出口与溶液热交换器的高温端进口之间的管路、溶液热交换器的低温端进口与溶液除湿器底部的稀溶液出口之间的管路、溶液热交换器的高温端出口与溶液除湿器底部的浓溶液进口之间的管路、溶液热交换器的低温端出口与溶液再生器底部的稀溶液进口之间的管路；所述溶液再生器底部的浓溶液出口与溶液热交换器的高温端进口之间的管路上设置有浓溶液输出泵，浓溶液输出泵的输送方向为溶液再生器至溶液热交换器；所述溶液热交换器的低温端进口与溶液除湿器底部的稀溶液出口之间的管路上设置有稀溶液输出泵，稀溶液输出泵的输送方向为溶液除湿器至溶液热交换器。
所述蒸汽压缩式热泵系统包括设置在所述再生溶液自循环管路上的冷凝器、设置在所述除湿溶液自循环管路上的蒸发器、设置在所述冷凝器制冷剂进口端和蒸发器的制冷剂出口端之间连接管路上的压缩机、设置在冷凝器制冷剂出口端和蒸发器制冷剂进口端之间连接管路上的膨胀阀，所述冷凝器的溶液进口端与溶液再生器的出口连接，冷凝器的溶液出口端与再生溶液泵进口连接，所述蒸发器的溶液进口端与溶液除湿器的出口连接，蒸发器的溶液出口端与除湿溶液泵进口连接。
进一步的，本发明单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组中，表冷器中的冷源使用建筑空调系统中的高温冷水。
进一步的，本发明单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组中，溶液再生器设置在新风处理风道进口，溶液再生器的空气出口与表冷器的进风侧相连，表冷器的出风侧与溶液除湿器的空气进口相连接，溶液除湿器的空气出口与离心风机的进风口连接，离心风机的出风口正对新风处理风道送风口设置。
进一步的，本发明单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组中，系统除湿器和再生器中使用的除湿溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锂与氯化钙的混合溶液或溴化锂与氯化钙的混合溶液。
进一步的，为了防止溶液除湿器和溶液再生器中的空气带液问题，除湿芯体和再生芯体均采用选择透过性膜结构。
本发明中，整个机组中仅设有一个风道，结构紧凑；新风首先作为再生空气在溶液再生器中被升温加湿；随后新风经过表冷器被除湿降温，表冷器中的冷源使用建筑空调系统中的14℃左右的高温冷水；最后新风由溶液除湿器进一步除湿到送风状态，由离心风机输送到送风管道。
本发明机组，由溶液除湿再生系统和蒸汽压缩式热泵系统耦合而成；热泵系统的冷凝器为溶液再生提供热量，蒸发器为除湿溶液的降温提供冷量；被处理的新风即作为送风又作为再生空气使用，在单一的新风处理风道中，新风首先进入溶液再生器，带走再生溶液中的水分后温度和含湿量同时增加；流出溶液再生器后的新风继而由表冷器进行除湿降温，空气的状态变化由表冷器内使用的高温冷水的温度决定；经除湿降温后的新风最后由溶液除湿器进行除湿，达到送风状态；整个新风使用和处理过程在依次连接溶液再生器、表冷器和溶液除湿器的单一风道内进行，因此该机组具有结构紧凑、占地面积小的特征，在实际工程中具有巨大的应用潜力。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明与现有的热泵驱动的溶液除湿新风机组相比最大的特点是采用单一风道，待处理的新风可同时作为再生空气使用，不需要额外的再生空气源和风道，机组结构紧凑，占地面积小，设备投入成本得以减少。
(2)本发明能够实现低品位热源冷凝热的有效利用，同时对于建筑内空调系统中的部分免费高温冷源也能合理使用，在高效完成新风热湿处理的同时达到了节能环保的目的，符合可持续发展的理念。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图1中有：溶液再生器1，表冷器2，溶液除湿器3，离心风机4，再生溶液泵5，浓溶液输出泵6，除湿溶液泵7，稀溶液输出泵8，溶液热交换器9，压缩机10，冷凝器11，膨胀阀12，蒸发器13。
具体实施方式
结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风机组主要由一个溶液除湿再生系统、一个蒸汽压缩式热泵系统和一个新风处理风道构成。
溶液除湿再生系统包括一个溶液再生器1、一个溶液除湿器3、一个再生溶液泵5、一个浓溶液输出泵6、一个除湿溶液泵7、一个稀溶液输出泵8、以及一个溶液热交换器9；
其中，溶液再生器1与溶液除湿器3之间由浓稀溶液交换管路相连接，浓稀溶液交换管路上设置溶液热交换器9用于除湿后温度较低的稀溶液与再生后温度较高的浓溶液的显热交换，以降低再生端热量向除湿端的回带，提高系统热效率；浓稀溶液交换管路上，浓溶液输出泵6的进口与溶液再生器1底部的浓溶液出口相连接，浓溶液输出泵6的出口与溶液热交换器9的高温端进口相连接；稀溶液输出泵8的进口与溶液除湿器3底部的稀溶液出口相连接，稀溶液输出泵8的出口与溶液热交换器9的低温端进口相连接；溶液热交换器9的高温端出口连接至溶液除湿器3底部的浓溶液进口，溶液热交换器9的低温端出口连接至溶液再生器1底部的稀溶液进口；另外，溶液再生器1的再生溶液自循环管路中设有再生溶液泵5，溶液除湿器3的除湿溶液自循环管路中设有除湿溶液泵7，分别用于再生溶液和除湿溶液在溶液再生器1和溶液除湿器3中的内部循环。
蒸汽压缩式热泵系统由制冷剂管路顺序连接的压缩机10、冷凝器11、膨胀阀12和蒸发器13组成；蒸汽压缩式热泵系统和溶液除湿再生系统的耦合方式为冷凝器11设置在溶液再生器1与再生溶液泵5进口之间的再生溶液自循环管路上，蒸发器13设置在溶液除湿器3与除湿溶液泵7进口之间的除湿溶液自循环管路上，冷凝器11中的冷凝热供给再生溶液实现再生，蒸发器13中的冷量供给除湿溶液实现降温。
系统的单一新风处理风道中溶液再生器1、表冷器2、溶液除湿器3和离心风机4依次顺序设置；新风在处理风道中的流动动力由离心风机4提供，溶液再生器1设置在新风处理风道进口，溶液再生器1的空气出口与表冷器2的进风侧相连，表冷器2的出风侧与溶液除湿器3的空气进口相连接，溶液除湿器3的空气出口与新风处理风道送风口之间设置离心风机4。
本发明的工作原理和运行方式为：
运行所述的一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组对夏季高温高湿新风进行处理时，首先环境新风在离心风机4的作用下进入新风处理风道中的溶液再生器1，新风首先作为再生空气使用，新风在溶液再生器1的再生芯体中与高温溶液进行传热传质，新风被加热并带走溶液中的水分，此时溶液得以再生而流经溶液再生器1的新风温度和含湿量均明显上升；
新风作为再生空气使用后若直接进行除湿和降温则溶液除湿器3必须承担新风从溶液再生器1带来的多余的热负荷和湿负荷，因此本发明在溶液再生器1和溶液除湿器3之间设置了表冷器2，用于对新风进行预冷和预除湿；表冷器2中使用的冷源为建筑空调系统中温度在14℃左右的高温冷水，当从溶液再生器1流出的高温高湿新风经过表冷器2时，由于高温冷水温度低于此时新风的露点温度，新风被除湿降温；表冷器2的设置有效的利用了建筑空调系统中的部分冷源，提高了空调系统的节能效率；
新风经过表冷器2处理过后，温度和含湿量大幅降低，此时新风温度低于送风状态要求，但是含湿量仍未低至送风要求；新风最后经过溶液除湿器3进行处理后达到送风状态，溶液除湿器3使用的除湿溶液温度虽然不高，但是其仍会略高于此时的新风温度，同时由于溶液除湿过程对于空气来说是一个升温过程，所以经溶液除湿器1处理过后的新风温度会略有上升，刚好能够达到送风温度的要求，新风的含湿量经过除湿溶液处理后会进一步降低至送风要求参数值；
上述溶液除湿再生系统中除湿后的稀溶液和再生后的浓溶液的交换通过溶液再生器1和溶液除湿器3之间的浓稀溶液交换管路实现，浓溶液输出泵6和稀溶液输出泵8为溶液交换提供动力，浓稀溶液交换管路上还设有溶液热交换器9，用于除湿后低温稀溶液与再生后高温浓溶液的显热温度抵消，以减少多余热量向除湿端的回带，提高系统热效率；溶液再生器1中的溶液通过再生溶液泵5的带动不断在再生芯体和下部溶液槽之间循环，以完成溶液浓度的恢复；溶液除湿器3中的溶液通过除湿溶液泵7的带动不断在除湿芯体和下部溶液槽之间循环，以完成对新风中水分的吸收；
上述溶液再生过程的热量由热泵系统的冷凝器11提供，冷凝器11设置在溶液再生器1的溶液自循环管路上，通过再生溶液的循环不断带走热量，高温再生溶液在再生芯体中完成再生；溶液除湿过程的冷量由蒸发器13提供，蒸发器13设置在溶液除湿器3的溶液自循环管路上，通过除湿溶液的循环带走冷量，除湿溶液经过蒸发器13降温后达到除湿工况的温度要求；冷凝器11和蒸发器13都是蒸汽压缩式热泵的组成部分，热泵系统的其他部件还包括压缩机10和膨胀阀12。
另外，本发明的装置中，溶液除湿再生循环中投入使用的溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液或氯化锂与氯化钙、溴化锂与氯化钙的混合溶液，而与这些溶液具有类似空气处理效果和同样可以采用热量再生的溶液都能在本装置中使用。另外，为了解决溶液再生器1和溶液除湿器3中的空气带液问题，在溶液再生器1和溶液除湿器3中均选择安装选择透过性膜芯体。

Claims (2)

1.一种单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组，其特征在于：该机组包括溶液除湿再生系统、蒸汽压缩式热泵系统、新风处理系统；
所述新风处理系统包括依次设置的溶液再生器(1)、表冷器(2)、溶液除湿器(3)和离心风机(4)，所述溶液再生器(1)的出口和进口之间设置有再生溶液自循环管路，所述溶液除湿器(3)的出口和进口之间设置有除湿溶液自循环管路；所述系统溶液 除湿器和溶液 再生器中使用的除湿溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锂与氯化钙的混合溶液或溴化锂与氯化钙的混合溶液；
所述溶液除湿再生系统包括连接所述溶液再生器(1)和溶液除湿器(3)的浓稀溶液交换管路、设置在所述浓稀溶液交换管路上的溶液热交换器(9)、设置在溶液再生器(1)的再生溶液自循环管路中的再生溶液泵(5)、设置在溶液除湿器(3)的除湿溶液自循环管路中的除湿溶液泵(7)，所述再生溶液泵(5)的溶液流动方向为自溶液再生器(1)的出口向进口，所述除湿溶液泵(7)的溶液流动方向为自溶液除湿器(3)的出口向进口；所述浓稀溶液交换管路包括溶液再生器(1)底部的浓溶液出口与溶液热交换器(9)的高温端进口之间的管路、溶液热交换器(9)的低温端进口与溶液除湿器(3)底部的稀溶液出口之间的管路、溶液热交换器(9)的高温端出口与溶液除湿器(3)底部的浓溶液进口之间的管路、溶液热交换器(9)的低温端出口与溶液再生器(1)底部的稀溶液进口之间的管路；所述溶液再生器(1)底部的浓溶液出口与溶液热交换器(9)的高温端进口之间的管路上设置有浓溶液输出泵(6)，浓溶液输出泵(6)的输送方向为溶液再生器(1)至溶液热交换器(9)；所述溶液热交换器(9)的低温端进口与溶液除湿器(3)底部的稀溶液出口之间的管路上设置有稀溶液输出泵(8)，稀溶液输出泵(8)的输送方向为溶液除湿器(3)至溶液热交换器(9)；
所述蒸汽压缩式热泵系统包括设置在所述再生溶液自循环管路上的冷凝器(11)、设置在所述除湿溶液自循环管路上的蒸发器(13)、设置在所述冷凝器(11)制冷剂进口端和蒸发器(13)的制冷剂出口端之间连接管路上的压缩机(10)、设置在冷凝器(11)制冷剂出口端和蒸发器(13)制冷剂进口端之间连接管路上的膨胀阀(12)，所述冷凝器(11)的溶液进口端与溶液再生器(1)的出口连接，冷凝器(11)的溶液出口端与再生溶液泵(5)进口连接，所述蒸发器(13)的溶液进口端与溶液除湿器(3)的出口连接，蒸发器(13)的溶液出口端与除湿溶液泵(7)进口连接，所述表冷器(2)中的冷源使用建筑空调系统中的高温冷水。
2.如权利要求1所述的单风道紧凑型热泵驱动的溶液除湿新风处理机组，其特征在于，所述溶液再生器(1)设置在新风处理风道进口，溶液再生器(1)的空气出口与表冷器(2)的进风侧相连，表冷器(2)的出风侧与溶液除湿器(3)的空气进口相连接，溶液除湿器(3)的空气出口与离心风机(4)的进风口连接，离心风机(4)的出风口正对新风处理风道送风口设置。
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