CN107677010A - 一种无露点控制的空调系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无露点控制的空调系统及控制方法，属于集成压缩制冷系统和溶液除湿技术领域。冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机依次连接形成闭环，构成压缩式制冷单元；冷凝器的溶液出口经浓溶液罐、浓溶液泵与溶液换热器的第一进口相连接，溶液换热器的第一出口经第一调节阀与蒸发器内部的浓溶液喷淋管相连接；蒸发器的出口经稀溶液罐、稀溶液泵与溶液换热器的第二进口相连接，溶液换热器的第二出口经第二调节阀或者经过第四调节阀、太阳能装置、第三调节阀与冷凝器内部的稀溶液喷淋管相连接，构成溶液除湿单元。与传统的空调系统相比，本发明兼具集成蒸汽压缩式制冷和溶液除湿技术，实现了一种无露点控制空调系统。

Description

一种无露点控制的空调系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种无露点控制的空调系统及控制方法，属于集成压缩制冷系统和溶液除湿技术领域。

背景技术

常规的压缩制冷空调系统为满足冷凝方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内的露点温度，其除湿制冷原理是依靠蒸发温度的降低，使空气温度降低为露点温度以下，从而实现空气的冷凝除湿。然而，在空调系统中，占总负荷一半以上的显热负荷部分，本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用低温冷源，不仅造成能量利用品位上的浪费，还会使压缩制冷系统由于蒸发温度的降低性能系数降低，虽然经过冷凝除湿后的空气湿度满足要求，但温度过低，有时还需要再热，再热补偿使能耗进一步加大，产生再生溶液能耗的成本较高，造成能源的进一步浪费与损失。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种无露点控制的空调系统及控制方法，旨在使得系统兼备空调系统的压缩式制冷和溶液除湿功能。

一种无露点控制的空调系统，冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机依次连接形成闭环，构成压缩式制冷单元；冷凝器的溶液出口经浓溶液罐、浓溶液泵与溶液换热器的第一进口相连接，溶液换热器的第一出口经第一调节阀与蒸发器内部的浓溶液喷淋管相连接；蒸发器的出口经稀溶液罐、稀溶液泵与溶液换热器的第二进口相连接，溶液换热器的第二出口经第二调节阀或者经过第四调节阀、太阳能装置、第三调节阀与冷凝器内部的稀溶液喷淋管相连接，构成溶液除湿单元。

一种无露点控制的空调控制方法，含有压缩式制冷循环步骤和溶液除湿循环步骤；其中：

压缩式制冷循环步骤为：

低温低压的液态制冷剂与蒸发器内喷淋的浓溶液进行换热，经蒸发吸热后变为气态制冷剂，气态制冷剂进入压缩机被压缩，气态制冷剂进一步变为高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器，与喷淋的稀溶液和室外空气进行换热后，高温高压的气态制冷剂变为液态制冷剂后进入膨胀阀，经膨胀阀节流降温降压后变为低温低压的液态制冷剂再进入蒸发器。

溶液除湿循环步骤为：

稀溶液罐中的低温稀溶液经稀溶液泵被送至溶液换热器，与溶液换热器内的浓溶液换热后，喷淋到冷凝器与制冷剂、空气进行热质交换后浓缩再生，再生后的浓溶液经进入浓溶液罐储存；或者在低温高湿的环境，(过渡季节)，稀溶液进入太阳能集热器，吸收热量，升温后的稀溶液进入冷凝器，与空气进行热质交换浓缩再生，浓溶液罐中的高温浓溶液经浓溶液泵与溶液换热器内的低温稀溶液进行换热后，喷淋到蒸发器上与制冷剂换热降温并对空气进行除湿，除湿后的稀溶液留回稀溶液罐中。

本发明产生的有益效果是：

本发明的空调系统通过采用冷凝器中低品位的冷凝热和太阳能作为溶液再生热源实现溶液的再生，将喷淋在盘管外侧的循环水改为喷淋除湿后需要再生的溶液，既达到了冷却冷凝器中冷凝盘管内制冷剂气体的目的，同时也实现了除湿溶液的再生；同时内置热源的存在抑制了溶液再生过程中由于水分蒸发而导致的溶液温度降低的问题，增强了溶液的再生过程；

本发明的空调系统利用溶液除湿单元全部承担室内湿负荷，压缩式制冷循环单元蒸发温度提高，高于被处理空气的露点温度，进对空气进行降温，承担全部显热负荷。除湿循环单元为制冷循环单元补充了部分冷量，在相同冷量需求的条件下减少了压缩式制冷系统装机容量，提高了系统的运行效率，且空调系统通过储液罐将系统中多余的热量以化学能方式进行储存，减小了系统容量相关的投资。

本发明的空调系统在高温高湿的环境下，(如夏季)可以实现空气降温和无露点除湿的处理，在低温低湿的环境下(如冬季)作为空气源热泵运行从而实现空气加温加湿的处理，在低温高湿的环境下(如过渡季)，利用太阳能集热器进行溶液再生，对空气进行除湿。

本发明集成压缩式制冷、太阳能和溶液除湿技术以实现一种无露点控制空调系统，利用太阳能和冷凝热实现除湿溶液的再生，利用溶液除湿原理，使得压缩制冷系统蒸发温度提高，进而实现了无露点除湿的空调系统，同时可提升系统整体能效。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的结构示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对本发明实施例的理解，下面将做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

与传统的空调系统相比，本发明兼具集成压缩式制冷、太阳能和溶液除湿技术，实现了一种无露点控制空调系统。

实施例1：如图1所示，一种无露点控制的空调系统，包括

冷凝器1、蒸发器2、压缩机3、稀溶液喷淋管4、浓溶液喷淋管5、蒸发器2的冷凝盘管6、冷凝器的冷凝盘管7、膨胀阀8、浓溶液罐9、稀溶液罐10、溶液换热器11、稀溶液泵12、第二调节阀13、第三调节阀14、第四调节阀15、太阳能装置16、浓溶液泵17、第一调节阀18。

冷凝器1、膨胀阀8、蒸发器2和压缩机3依次连接形成闭环，构成压缩式制冷单元；

冷凝器1的溶液出口经浓溶液罐9、浓溶液泵17与溶液换热器11的第一进口相连接，溶液换热器11的第一出口经第一调节阀18与蒸发器2内部的浓溶液喷淋管5相连接；

蒸发器2的出口经稀溶液罐10、稀溶液泵12与溶液换热器11的第二进口相连接，溶液换热器11的第二出口经第二调节阀13或者经过第四调节阀15、太阳能装置16、第三调节阀14与冷凝器1内部的稀溶液喷淋管4相连接，构成溶液除湿单元。

将除湿溶液直接喷淋在蒸发器和冷凝器上，在蒸发器侧实现除湿、降温，无需将空气温度降低至露点温度以下，实现潜热负荷和显热负荷同时处理，并直接将被处理空气处理至送风状态。

在冷凝器侧利用低品位的冷凝热作为内置热源对稀溶液进行再生，同时可提升系统整体能效。

一种无露点控制的空调控制方法，含有以下步骤；压缩式制冷循环步骤和溶液除湿循环步骤；其中：

压缩式制冷循环步骤为：

低温低压的液态制冷剂与蒸发器内喷淋的浓溶液进行换热，经蒸发吸热后变为气态制冷剂，气态制冷剂进入压缩机被压缩，气态制冷剂进一步变为高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器，与喷淋的稀溶液和室外空气进行换热后，高温高压的气态制冷剂变为液态制冷剂后进入膨胀阀，经膨胀阀节流降温降压后变为低温低压的液态制冷剂再进入蒸发器。

溶液除湿循环步骤为：

稀溶液罐中的低温稀溶液经稀溶液泵被送至溶液换热器，与溶液换热器内的浓溶液换热后，喷淋到冷凝器与制冷剂、空气进行热质交换后浓缩再生，再生后的浓溶液经进入浓溶液罐储存；或者在低温高湿的环境，(过渡季节)，稀溶液进入太阳能集热器，吸收热量，升温后的稀溶液进入冷凝器，与空气进行热质交换浓缩再生，浓溶液罐中的高温浓溶液经浓溶液泵与溶液换热器内的低温稀溶液进行换热后，喷淋到蒸发器上与制冷剂换热降温并对空气进行除湿，除湿后的稀溶液留回稀溶液罐中。

在上述两种循环步骤过程中：

在冷凝器内，需要再生的除湿溶液通过稀溶液喷淋管喷淋在冷凝器冷凝盘管的外表面，室外空气通过冷凝器两侧的进风格栅吸入冷凝器，吸入的气流通过冷凝器冷凝盘管与盘管内的制冷剂以及管外的再生溶液进行传热传质交换，稀溶液变为浓溶液，空气经过滤气网后，在风机的扰动下排出，

在蒸发器内，除湿溶液由上方的浓溶液喷淋管向下喷淋，与制冷剂换热降温并对吸入的空气除湿，吸湿后的浓溶液变为稀溶液储存进稀溶液罐；被处理的空气被风机送入室内。

实施例2：如图1所示，一种无露点控制的空调系统，冷凝器1的内腔连接有稀溶液喷淋管4、冷凝器的冷凝盘管7，冷凝器1的腔体下部有进风口，稀溶液喷淋管4的下方安装冷凝器的冷凝盘管7，稀溶液喷淋管4的上方安装有风机，风机将冷凝器1的内腔的空气排出冷凝器1的腔体外；

蒸发器2的内腔连接有浓溶液喷淋管5、蒸发器的冷凝盘管6，蒸发器2的腔体下部有进风口，浓溶液喷淋管5的下方安装蒸发器的冷凝盘管6，浓溶液喷淋管5的上方安装有风机，风机将蒸发器2的内腔的空气排出蒸发器2的腔体外；

冷凝器的冷凝盘管7的上端通过管道连接压缩机3的出口端，

蒸发器的冷凝盘管6的上端通过管道连接压缩机3的进口端，

冷凝器的冷凝盘管7的下端通过管道连接膨胀阀8的进口端，

蒸发器的冷凝盘管6的下端通过管道连接膨胀阀8的出口端，

浓溶液罐9的一端通过管道连接并接通冷凝器1的下部腔体，浓溶液罐9的另一端通过管道连接浓溶液泵17，浓溶液泵17的另一端通过管道连接溶液换热器11的浓溶液进口管道，溶液换热器11内腔的浓溶液进口管道与浓溶液出口管道相通，浓溶液出口管道连接第一调节阀18，第一调节阀18的另一端通过管道浓溶液喷淋管5，

稀溶液罐10的一端通过管道连接并接通蒸发器2的下部腔体，稀溶液罐10的另一端通过管道连接稀溶液泵12，稀溶液泵12的另一端通过管道连接溶液换热器11的稀溶液进口管道，

溶液换热器11内腔的稀溶液出口管道与稀溶液进口管道连通，稀溶液出口管道连接第二调节阀13及第四调节阀15，第二调节阀13的另一端通过管道连接稀溶液喷淋管4，第四调节阀15的另一端通过第四管道连接太阳能装置16，第四管道经过太阳能装置16后与第三调节阀14连接，第三调节阀14通过管道连接稀溶液喷淋管4。

实施例3：如图1所示，一种无露点控制的空调控制方法，含有以下步骤；

在高温高湿情况下(如夏季)，压缩制冷系统运行，待处理的室内空气流入蒸发温度高于空气露点温度的蒸发器与制冷剂进行换热降温，除湿溶液喷淋到蒸发器内对待处理的室内空气进行无露点除湿，同时伴随着除湿溶液再生过程的进行，稀溶液罐中的液位不断下降，直至接近用完时，说明稀溶液的再生过程已经完成；此时关闭第二调节阀。

蒸发器继续使用浓溶液罐中储存的浓溶液进行除湿，随着除湿过程的进行，稀溶液罐中的液位不断上升，直至近满时再打开第二调节阀，直至再生过程完成时关闭，如此反复。

同理，在低温低湿的情况下(如冬季)，空调系统作为空气源热泵运行时，上述过程中的稀溶液与浓溶液互换，热量和冷量互换，即将除湿过程变换为将空气加湿处理的过程，具体运行过程不再赘述。

在低温高湿的情况下(如过渡季节)，压缩式制冷单元关闭，制冷剂不再循环，关闭第二调节阀，开启太阳能装置16两侧的阀门利用太阳能驱动溶液除湿单元，浓溶液喷淋管中的高温浓溶液喷淋到蒸发器内待处理的室内空气上，由于高温浓溶液的表面水蒸气分压力低于蒸发器内待处理空气的表面分压力，蒸发器内待处理的室内空气中的水分被高温浓溶液吸收，完成对蒸发器内待处理空气的除湿，高温浓溶液吸收水分变为低温稀溶液；低温稀溶液流经稀溶液罐被稀溶液泵送入溶液换热器中，与高温浓溶进行换热后，经第四调节阀流入太阳能装置16中，太阳能装置16利用太阳能热加热稀溶液，经第三调节阀被稀溶液喷淋管喷淋到冷凝器内室外未处理的空气上，高温稀溶液的表面水蒸气分压力高于冷凝器内室外未处理的空气表分水蒸气分压力，稀溶液喷淋管喷出的高温稀溶液中的水分被冷凝器内未处理的室外空气吸收，高温稀溶液水分被吸收变为高温浓溶液；高温浓溶液经浓溶液罐被浓溶液泵送入溶液换热器中，与低温稀溶液进行换热，如此反复。

与传统的空调系统相比，本发明兼具集成压缩制冷系统、太阳能和溶液除湿技术，实现了一种无露点控制空调系统。

本发明的空调系统利用溶液除湿单元全部承担室内湿负荷，压缩式制冷循环单元蒸发温度提高，高于被处理空气的露点温度，进对空气进行降温，承担全部显热负荷。除湿循环单元为制冷循环单元补充了部分冷量，在相同冷量需求的条件下减少了压缩式制冷系统装机容量，提高了系统的运行效率，且空调系统通过储液罐将系统中多余的热量以化学能方式进行储存，减小了系统容量相关的投资。

本发明的空调系统在高温高湿的环境下，(如夏季)可以实现空气降温和无露点除湿的处理，在低温低湿的环境下(如冬季)作为空气源热泵运行从而实现空气加温加湿的处理，在低温高湿的环境下(如过渡季)，利用太阳能集热器进行溶液再生，对空气进行除湿。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种无露点控制的空调系统,其特征在于冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机依次连接形成闭环，构成压缩式制冷单元；

冷凝器的溶液出口经浓溶液罐、浓溶液泵与溶液换热器的第一进口相连接，溶液换热器的第一出口经第一调节阀与蒸发器内部的浓溶液喷淋管相连接；

蒸发器的出口经稀溶液罐、稀溶液泵与溶液换热器的第二进口相连接，溶液换热器的第二出口经第二调节阀或者经过第四调节阀、太阳能装置、第三调节阀与冷凝器内部的稀溶液喷淋管相连接，构成溶液除湿单元。

2.根据权利要求1所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于冷凝器的内腔连接有稀溶液喷淋管、冷凝器的冷凝盘管，冷凝器的腔体下部有进风口，稀溶液喷淋管的下方安装冷凝器的冷凝盘管，稀溶液喷淋管的上方安装有风机，风机将冷凝器的内腔的空气排出冷凝器的腔体外。

3.根据权利要求1所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于蒸发器的内腔连接有浓溶液喷淋管、蒸发器的冷凝盘管，蒸发器的腔体下部有进风口，浓溶液喷淋管的下方安装蒸发器的冷凝盘管，浓溶液喷淋管的上方安装有风机，风机将蒸发器的内腔的空气排出蒸发器的腔体外。

4.根据权利要求1所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于冷凝器的冷凝盘管的上端通过管道连接压缩机的出口端，

蒸发器的蒸发盘管的上端通过管道连接压缩机的进口端，

冷凝器的冷凝盘管的下端通过管道连接膨胀阀的进口端，

蒸发器的蒸发盘管的下端通过管道连接膨胀阀的出口端。

5.根据权利要求1所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于浓溶液罐的一端通过管道连接并接通冷凝器的下部腔体，浓溶液罐的另一端通过管道连接浓溶液泵，浓溶液泵的另一端通过管道连接溶液换热器的浓溶液进口管道，溶液换热器内腔的浓溶液进口管道与浓溶液出口管道相通，浓溶液出口管道连接第一调节阀，第一调节阀的另一端通过管道浓溶液喷淋管，

稀溶液罐的一端通过管道连接并接通蒸发器的下部腔体，稀溶液罐的另一端通过管道连接稀溶液泵，稀溶液泵的另一端通过管道连接溶液换热器的稀溶液进口管道。

6.根据权利要求2、3、4和5所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于溶液换热器内腔的稀溶液出口管道与稀溶液进口管道连通，稀溶液出口管道连接第四调节阀，第四调节阀的另一端通过第四管道连接太阳能装置，第四管道经过太阳能装置后与第三调节阀连接，第三调节阀通过管道连接稀溶液喷淋管。

7.根据权利要求2、3、4和5所述的一种无露点控制的空调系统，其特征在于溶液换热器内腔的稀溶液出口管道与稀溶液进口管道连通，稀溶液出口管道连接第二调节阀，第二调节阀的另一端通过管道连接稀溶液喷淋管。

8.一种无露点控制的空调控制方法，其特征在于含有压缩式制冷循环步骤和溶液除湿循环步骤；其中：

压缩式制冷循环步骤为：

低温低压的液态制冷剂与蒸发器内喷淋的浓溶液进行换热，经蒸发吸热后变为气态制冷剂，气态制冷剂进入压缩机被压缩，气态制冷剂进一步变为高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器，与喷淋的稀溶液和室外空气进行换热后，高温高压的气态制冷剂变为液态制冷剂后进入膨胀阀，经膨胀阀节流降温降压后变为低温低压的液态制冷剂再进入蒸发器。

溶液除湿循环步骤为：

稀溶液罐中的低温稀溶液经稀溶液泵被送至溶液换热器，与溶液换热器内的浓溶液换热后，喷淋到冷凝器与制冷剂、空气进行热质交换后浓缩再生，再生后的浓溶液经进入浓溶液罐储存；或者在低温高湿的环境，(过渡季节)，稀溶液进入太阳能集热器，吸收热量，升温后的稀溶液进入冷凝器，与空气进行热质交换浓缩再生，浓溶液罐中的高温浓溶液经浓溶液泵与溶液换热器内的低温稀溶液进行换热后，喷淋到蒸发器上与制冷剂换热降温并对空气进行除湿，除湿后的稀溶液留回稀溶液罐中。

9.根据权利要求8所述的一种无露点控制的空调控制方法，其特征在于在高温高湿的情况下，压缩制冷系统运行，待处理的室内空气流入蒸发温度高于空气露点温度的蒸发器与制冷剂进行换热降温，除湿溶液喷淋到蒸发器内对待处理的室内空气进行无露点除湿，同时伴随着除湿溶液再生过程的进行，稀溶液罐中的液位不断下降，直至接近用完时，说明稀溶液的再生过程已经完成；此时关闭第二调节阀；

蒸发器继续使用浓溶液罐中储存的浓溶液进行除湿，随着除湿过程的进行，稀溶液罐中的液位不断上升，直至近满时再打开第二调节阀，直至再生过程完成时关闭，如此反复。

10.根据权利要求8所述的一种无露点控制的空调控制方法，其特征在于在低温低湿的情况下，空调系统作为空气源热泵运行时，上述过程中的稀溶液与浓溶液互换，热量和冷量互换，即将除湿过程变换为将空气加湿处理的过程。

11.根据权利要求8所述的一种无露点控制的空调控制方法，其特征在于在低温高湿(过渡季)的情况下，压缩式制冷单元关闭，制冷剂不再循环，冷凝器，太阳能装置和蒸发器全部开启，构成一个完整的溶液除湿系统，浓溶液喷淋管中的高温浓溶液喷淋到蒸发器内，由于高温浓溶液的表面水蒸气分压力低于蒸发器内待处理空气的表面分压力，蒸发器内待处理空气中的水分被高温浓溶液吸收，完成对蒸发器内待处理空气的除湿，高温浓溶液吸收水分变为低温稀溶液；低温稀溶液流经稀溶液罐被稀溶液泵送入溶液换热器中，与高温浓溶液进行换热后，经第四调节阀流入太阳能装置中，太阳能装置利用太阳能热加热稀溶液，经第三调节阀被稀溶液喷淋管喷淋到冷凝器内，由于高温稀溶液的表面水蒸气分压力高于冷凝器内室外未处理的空气表分水蒸气分压力，稀溶液喷淋管喷出的高温稀溶液中的水分被冷凝器内未处理的室外空气吸收，高温稀溶液水分被吸收变为高温浓溶液；高温浓溶液经浓溶液罐被浓溶液泵送入溶液换热器中，与低温稀溶液进行换热，如此反复。