CN107575959B - 空气热湿处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气热湿处理系统，包括：送风回热器、溶液除湿单元、稀溶液泵、排风冷凝热回收换热器、溶液换热器、溶液再生加热器、溶液再生单元、排风回热器、浓溶液泵、冷却器及冷量回收器。排风冷凝热回收换热器用于回收排风的显热与潜热，来预热溶液除湿单元出口的低温低浓度的溶液，充分利用了溶液再生时所消耗的能量，同时体现能量的“梯级利用”的思想；冷量回收器用于调节送风的温度，同时可降低浓溶液冷却消耗的冷量，因此该系统具有能效比高，经济性好的优点。

Description

空气热湿处理系统

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种集成了溶液除湿、余热利用、新风出口温度调节等关键单元的空气热湿处理系统及方法。

背景技术

经济迅猛发展促使能源消耗与日俱增，目前我国建筑能耗已经达到社会总能耗的1/4以上。随着社会的发展，人们对室内环境，尤其是空气的品质的要求日益提高，经调研统计现空调系统的能耗约占建筑能耗的50%-70%，其中除湿负荷约占30%-40%，而另一方面，化石燃料的日渐枯竭，使得传统空调的能源利用模式受到挑战，因此有效提高除湿系统的能效比成为人们研究的主题。

溶液除湿是空气热湿处理中的一种处理方式，溶液除湿方式主要的技术方案是采用具有吸湿性质的溶液，一般选择盐溶液作为工作介质，盐溶液与新风直接接触进行传热传质，实现对新风的除湿处理过程。现有溶液除湿系统主要依靠热源来再生吸湿后的低浓度盐溶液，同时通过冷源冷却再生后浓溶液的温度，因此如何减少再生低浓度盐溶液时所消耗的热量以及如何减少冷却浓盐溶液所消耗的冷量是节能减排、提高系统经济性的重要因素。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空气热湿处理系统，用于解决现有技术中溶液除湿过程中能量不能有效利用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种空气热湿处理系统，至少包括：

送风回热器、溶液除湿单元、稀溶液泵、排风冷凝热回收换热器、溶液换热器、溶液再生加热器、溶液再生单元、排风回热器、浓溶液泵、冷却器；

其中，所述溶液除湿单元、溶液再生单元、排风冷凝热回收换热器分为溶液侧和空气侧，所述溶液换热器分为稀溶液侧和浓溶液侧；

所述溶液再生单元溶液侧出口与浓溶液泵入口相连接，浓溶液泵出口与溶液换热器浓溶液侧入口相连接，溶液换热器浓溶液侧出口与冷却器溶液侧入口相连接，冷却器溶液侧出口与溶液除湿单元溶液侧入口相连接，溶液除湿单元溶液侧出口与稀溶液泵入口相连接，稀溶液泵出口与排风冷凝热回收换热器溶液侧入口相连接，排风冷凝热回收换热器溶液侧出口与溶液换热器稀溶液侧入口相连接，溶液换热器稀溶液侧出口与溶液再生加热器溶液侧入口相连接，溶液再生加热器溶液侧出口与溶液再生单元溶液侧入口相连接，从而实现一个溶液循环；

所述送风回热器新风侧出口与溶液除湿单元空气侧入口相连接，溶液除湿单元空气侧出口与送风回热器送风侧入口相连接，排风回热器回风侧出口与溶液再生单元空气侧入口相连接，溶液再生单元空气侧出口与排风回热器排风侧入口相连接，排风回热器排风侧出口与排风冷凝热回收换热器空气侧入口相连接，从而实现一个空气循环。

优选地，所述溶液换热器与所述冷却器之间还连接一冷量回收器，且该冷量回收器分为溶液侧和空气侧；

所述溶液换热器浓溶液侧出口与所述冷量回收器溶液侧入口相连接，所述冷量回收器溶液侧出口与所述冷却器溶液侧入口相连接；

所述送风回热器送风侧出口与所述冷量回收器空气侧入口相连接，且通过设置在所述送风回热器送风侧与所述冷量回收器空气侧之间的新风阀和设置在所述送风回热器送风侧末端的新风阀共同调节进入所述冷量回收器的风量，进入所述冷量回收器的部分送风在冷量回收器中与高温浓溶液进行热交换后与另一部分送风混合形成适宜温度的送风。

优选地，所述溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液或盐的混合溶液。

优选地，所述溶液除湿单元是气液混合吸收设备，空气和溶液在设备内部基于水蒸气分压力差进行传热传质，以完成对空气的湿度调节/温度调节的目标。

优选地，所述溶液再生单元是气液混合吸收设备，空气和溶液在所述气液混合吸收设备内部进行传热传质，基于溶液表面水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力，空气将吸收溶液中的部分水分，完成浓溶液的再生。

优选地，所述稀溶液泵和浓溶液泵是液体增压设备，用于提高溶液压力，维持系统循环进行。

优选地，所述送风回热器、排风回热器、溶液换热器、排风冷凝热回收换热器为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

进一步地，所述冷量回收器为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

优选地，所述冷却器是热交换设备，其内部使用冷却水对溶液降温提供冷量。

如上所述，本发明的空气热湿处理系统，具有以下有益效果：

1、通过时间和空间差来充分回收利用了溶液再生时所消耗的能量；

2、使系统布局更合理，体现能量的“梯级利用”的思想；

3、大幅降低浓溶液冷却消耗的冷量；

4、提供了一种新的调节送风温度的方法；

通过以上设计有效利用了系统中的能量，大幅降低了系统的能耗，提高了系统的节能性与经济性。

附图说明

图1显示为本发明的空气热湿处理系统的第一种实施方案的示意图。

图2显示为本发明的空气热湿处理系统的第二种实施方案的示意图。

元件标号说明

1 送风回热器

2 溶液除湿单元

3 稀溶液泵

4 排风冷凝热回收换热器

5 溶液换热器

6 溶液再生加热器

7 溶液再生单元

8 排风回热器

9 浓溶液泵

10 冷却器

11 冷量回收器

V1、V2 新风阀

A1～A4 新风至送风段

A1～A7 新风至送风段

B1～B5 回风至排风段

S1～S9 不同状态下的循环溶液

S1～S10 不同状态下的循环溶液

H1～H2 热源

C1～C2 冷源

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种空气热湿处理系统，包括：送风回热器1、溶液除湿单元2、稀溶液泵3、排风冷凝热回收换热器4、溶液换热器5、溶液再生加热器6、溶液再生单元7、排风回热器8、浓溶液泵9、冷却器10，其中，A1~A4为空气热湿处理系统中的新风至送风段，B1~B5为空气热湿处理系统中的回风至排风段，S1~S9为不同状态下的循环溶液，H1~H2为热源，C1~C2为冷源。

作为示例，所述溶液S1~S10为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液或盐的混合溶液。

作为示例，所述溶液除湿单元2是气液混合吸收设备，可将空气中的部分水分吸收，完成对新风的脱水。

作为示例，所述溶液再生单元7是气液混合吸收设备，可将溶液中的部分水分吸收，完成浓溶液的再生。

作为示例，所述稀溶液泵3和浓溶液泵9是液体增压设备，用于提高溶液压力，维持系统循环进行。

作为示例，所述送风回热器1、排风回热器8、溶液换热器5、排风冷凝热回收换热器4为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

作为示例，所述冷却器10是热交换设备，其内部使用冷却水对溶液降温提供冷量。

所述溶液除湿单元2、溶液再生单元7、排风冷凝热回收换热器4分为溶液侧和空气侧，所述溶液换热器5分为稀溶液侧和浓溶液侧。

所述溶液再生单元7溶液侧出口与浓溶液泵9入口相连接，浓溶液泵9出口与溶液换热器5浓溶液侧入口相连接，溶液换热器5浓溶液侧出口与冷却器10溶液侧入口相连接，冷却器10溶液侧出口与溶液除湿单元2溶液侧入口相连接，溶液除湿单元2溶液侧出口与稀溶液泵3入口相连接，稀溶液泵3出口与排风冷凝热回收换热器4溶液侧入口相连接，排风冷凝热回收换热器4溶液侧出口与溶液换热器5稀溶液侧入口相连接，溶液换热器5稀溶液侧出口与溶液再生加热器6溶液侧入口相连接，溶液再生加热器6溶液侧出口与溶液再生单元7溶液侧入口相连接，从而完成一个溶液循环。

所述送风回热器1新风侧出口与溶液除湿单元2空气侧入口相连接，溶液除湿单元2空气侧出口与送风回热器1送风侧入口相连接，排风回热器8回风侧出口与溶液再生单元7空气侧入口相连接，溶液再生单元7空气侧出口与排风回热器8排风侧入口相连接，排风回热器8排风侧出口与排风冷凝热回收换热器4空气侧入口相连接，从而完成一个空气循环。

再参照图1具体分析本实施例所述空气热湿处理系统的工作过程，S1为再生后的低温低湿的浓溶液，且具有较强的除湿能力，浓溶液S1进入溶液除湿单元2中，空气A2和浓溶液S1在溶液除湿单元2内部由于水蒸气分压力差进行传热传质，浓溶液S1将空气A2中的部分水分吸收，完成对新风的脱水，从溶液除湿单元2溶液侧出口输出低温稀溶液S2，低温稀溶液S2经稀溶液泵3升压后变为高压的低温稀溶液S3，由于此时高压的低温稀溶液S3的温度比较低，因此进入排风冷凝热回收换热器4中与排风B4进行热交换，回收排风的显热和冷凝热，从而减少后续高温溶液再生用能量的输入，提升系统的热力性能。排风冷凝热回收换热器4溶液侧出口的溶液S4进入溶液换热器5与浓溶液S8进行热交换，回收浓溶液S8中的显热，进一步降低高温溶液再生时所消耗的能量。溶液换热器5出口的溶液S5进入溶液再生加热器6吸收能量后进一步被加热，生成高温低湿稀溶液S6，升温后的溶液S6进入溶液再生单元7与回风B2进行热质交换，由于溶液S6表面水蒸气分压力小于空气B2中水蒸气分压力，空气将吸收溶液中的部分水分，完成浓溶液S7的再生。高温浓溶液S7经浓溶液泵9升压为高压溶液S8后进入溶液换热器5与上述稀溶液S4进行热交换，将部分热量传递至所述稀溶液S4，从而高温溶液S8会有所降温转变为中高温浓溶液S9，该溶液S9进入冷却器10中进行换热后被降温，转变为低温低湿的浓溶液S1从冷却器10的出口再次进入溶液除湿单元2完成一个溶液循环。

室外空气A1先在送风回热单元1中被降温成低温空气A2，低温空气A2进入溶液除湿单元2与低温高浓度的溶液进行传热传质，低温空气A2脱除水分后变为低温干燥空气A3，低温干燥空气A3进入送风回热器与室外空气A1进行热交换，对A1进行降温，形成送风A4从送风回热器1排出。另外，室外空气B1进入排风回热器8中进行热交换，升温后进入溶液再生单元7中与高温稀溶液S6接触进行传热传质，升温后的空气B3进入排风回热器8中放热后转变为降低温度的排风B4进入排风冷凝热回收换热器4，排风B4在排风冷凝热回收换热器4中与低温S3溶液进行热交换，最后从排风冷凝热回收换热器4出来的排风B5最后被排空，从而完成一个空气循环。

通常排风经过排风回热器8后直接被排空，排风所吸收的溶液再生能量中的一部分虽然在排风回热器8中与室外空气B1进行了热交换，但是剩余部分的能量就直接排放到环境中，导致了能量的浪费。本实施例通过设置排风冷凝热回收换热器4，使进入排风冷凝热回收换热器4中的排风B4在排风冷凝热回收换热器4中与低温的稀溶液S3进行热交换，冷凝热被低温的稀溶液S3吸收，排风B4中的水分被冷凝排除再被排空，该设置可进一步地回收上述直接被排放到环境中的能量，实现了系统的节能性以及热力性能；另外，将排风冷凝热回收换热器4设置在溶液除湿单元2与溶液换热器5之间，使热换体系布局更加合理，体现了能量的“梯级利用”思想。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的一种空气热湿处理系统，其结构是对实施例一的进一步改进，其不同之处在于：所述溶液换热器5与所述冷却器10之间还连接一冷量回收器11，且该冷量回收器11分为溶液侧和空气侧。

作为示例，所述冷量回收器11为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

所述溶液换热器5浓溶液侧出口与所述冷量回收器11溶液侧入口相连接，所述冷量回收器11溶液侧出口与所述冷却器10溶液侧入口相连接。

所述送风回热器1送风侧出口与所述冷量回收器11空气侧入口相连接，且通过设置在所述送风回热器1送风侧与所述冷量回收器11空气侧之间的新风阀V1和设置在所述送风回热器1送风侧末端的新风阀V2共同调节进入所述冷量回收器11的风量，进入所述冷量回收器11的部分送风A5在冷量回收器11中与高温浓溶液S9进行热交换后形成温度较高的送风A7与另一部分送风A6混合形成适宜温度的送风与室外空气A1进行热交换，对A1进行降温。

再参照图2分析本实施例所述空气热湿处理系统的工作过程，与实施例一不同之处在于：转变为中高温浓溶液的S9不直接进入冷却器10，而是直接进入冷量回收器11的溶液侧，并与送风A5进行热交换，吸收A5一部分冷量后转变为温度较低的浓溶液S10再进入冷却器10，该浓溶液S10进入冷却器10中进行换热后被降温，转变为低温低湿的浓溶液S1从冷却器10的出口再次进入溶液除湿单元2完成一个溶液循环。

另外从送风回热器1排出的送风A4不是直接排出，而是通过新风阀V1和V2的调节将一部分送风A5送入冷量回收器11，在冷量回收器11中送风A5与浓溶液S9进行热交换，将部分冷量传递给浓溶液S9，转变为温度较高的空气A7，并于另一部分送风A6混合形成适宜温度的送风排出，从而有效调节温度。

本实施例在实施例一的基础上通过在溶液换热器5与冷却器10之间设置冷量回收器11，一方面可通过回收一部分送风的冷量降低冷却器11的冷量负荷，同时又提供了一个对送风温度进行调节的方法，从而进一步降低系统的能耗，提高系统的节能性与经济性。

综上所述，本发明提供的空气热湿处理系统，通过在溶液除湿单元与溶液换热器之间设置排风冷凝热回收换热器：可回收排风的显热和潜热，来预热溶液除湿单元出口的低温低浓度的溶液，通过时间和空间差来充分回收利用了溶液再生时消耗的能量；布局更合理，体现能量的“梯级利用”的思想。另外通过在溶液换热器与冷却器之间设置冷量回收器：一方面可通过回收一部分送风的冷量降低冷却器的冷量负荷，同时又提供了一个对送风温度进行调节的方法。以上设计大幅降低了系统的能耗，提高了系统的节能性与经济性，所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种空气热湿处理系统，其特征在于，所述处理系统至少包括：

送风回热器、溶液除湿单元、稀溶液泵、排风冷凝热回收换热器、溶液换热器、溶液再生加热器、溶液再生单元、排风回热器、浓溶液泵、冷却器；

其中，所述溶液除湿单元、溶液再生单元、排风冷凝热回收换热器分为溶液侧和空气侧，所述溶液换热器分为稀溶液侧和浓溶液侧；

所述溶液再生单元溶液侧出口与浓溶液泵入口相连接，浓溶液泵出口与溶液换热器浓溶液侧入口相连接，溶液换热器浓溶液侧出口与冷却器溶液侧入口相连接，冷却器溶液侧出口与溶液除湿单元溶液侧入口相连接，溶液除湿单元溶液侧出口与稀溶液泵入口相连接，稀溶液泵出口与排风冷凝热回收换热器溶液侧入口相连接，排风冷凝热回收换热器溶液侧出口与溶液换热器稀溶液侧入口相连接，溶液换热器稀溶液侧出口与溶液再生加热器溶液侧入口相连接，溶液再生加热器溶液侧出口与溶液再生单元溶液侧入口相连接，从而实现一个溶液循环；

所述送风回热器新风侧出口与溶液除湿单元空气侧入口相连接，溶液除湿单元空气侧出口与送风回热器送风侧入口相连接；排风回热器回风侧出口与溶液再生单元空气侧入口相连接，溶液再生单元空气侧出口与排风回热器排风侧入口相连接，排风回热器排风侧出口与排风冷凝热回收换热器空气侧入口相连接，从而实现一个空气循环。

2.根据权利要求1所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述溶液换热器与所述冷却器之间还连接一冷量回收器，且该冷量回收器分为溶液侧和空气侧；

所述溶液换热器浓溶液侧出口与所述冷量回收器溶液侧入口相连接，所述冷量回收器溶液侧出口与所述冷却器溶液侧入口相连接；

所述送风回热器送风侧出口与所述冷量回收器空气侧入口相连接，且通过设置在所述送风回热器送风侧与所述冷量回收器空气侧之间的新风阀和设置在所述送风回热器送风侧末端的新风阀共同调节进入所述冷量回收器的风量，进入所述冷量回收器的部分送风在冷量回收器中与高温浓溶液进行热交换后与另一部分送风混合形成适宜温度的送风。

3.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液或盐的混合溶液。

4.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述溶液除湿单元是气液混合吸收设备，空气和溶液在设备内部基于水蒸气分压力差进行传热传质，以完成对空气的湿度调节/温度调节的目标。

5.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述溶液再生单元是气液混合吸收设备，空气和溶液在所述气液混合吸收设备内部进行传热传质，基于溶液表面水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力，空气将吸收溶液中的部分水分，完成浓溶液的再生。

6.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述稀溶液泵和浓溶液泵是液体增压设备，用于提高溶液压力，维持系统循环进行。

7.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述送风回热器、排风回热器、溶液换热器、排风冷凝热回收换热器为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

8.根据权利要求2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述冷量回收器为热交换设备，用于冷热物流之间的热量交换。

9.根据权利要求1或2所述的空气热湿处理系统，其特征在于：所述冷却器是热交换设备，其内部使用冷却水对溶液降温提供冷量。