CN108224628A - 结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组 - Google Patents

结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开的结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组，包括壳体，壳体对应两侧分别设置有进风口和出风单元，进风口和出风单元之间的壳体内按照空气流动方向依次设置有粗效过滤器、立管间接蒸发冷却单元、溶液调温调湿单元和热泵单元。本发明空调机组将蒸发冷却技术、溶液除湿技术以及热泵技术相结合，通过立管间接蒸发冷却器可以充分回收回风中的能量用于处理室外的新风；利用热泵循环的制冷量和排热量提高溶液除湿的除湿能力，同时经过立管间接蒸发冷却器处理后的工作空气也能用于在热泵循环中的冷凝器排热，这样既提高了能量的利用效率，也能够提高热泵的效率。

Description

结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组。
背景技术
蒸发冷却技术比较适用于我国西北地区干热气候条件，但在中等湿度地区以及高湿度地区单靠蒸发冷却空调技术无法达到满意的送风状态，因此还需与除湿技术相结合。
目前常用的除湿技术有冷冻除湿、转轮除湿以及溶液除湿。相较于其他两种除湿方式，溶液除湿技术直接可以将室外空气处理到送风状态点，且对送风具有杀菌作用，因此广泛用于高湿度地区的高档宾馆以及医院的温湿度独立控制系统中。但是经过除湿后的稀溶液还需要进行再生才能恢复除湿能力，因此还需要为溶液再生提供所需要的能量，这时热泵就是一个为溶液再生提供所需要能量的最佳选择。因此提出适用于中等适度地区以及高湿度地区的一种热泵驱动的立管间接蒸发冷却溶液调温调湿空气处理机组，旨在为我国中等适度地区以及高湿度地区提供一种适用于温湿度独立控制系统的空气处理机组，同时蒸发冷却技术与溶液除湿技术相结合，也能克服蒸发冷却不能除湿的弊端，扩展蒸发冷却技术的应用区域。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组，解决了现有蒸发冷却空调机组不能除湿的问题。
本发明所采用的技术方案是，结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组，包括壳体，壳体对应两侧分别设置有进风口和出风单元，进风口和出风单元之间的壳体内按照空气流动方向依次设置有粗效过滤器、立管间接蒸发冷却单元、溶液调温调湿单元和热泵单元。
本发明的特征还在于，
立管间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却器，立管间接蒸发冷却器顶部从下到上依次设置有二次网格、布水单元和挡水板，立管间接蒸发冷却器底部设置有循环水箱，循环水箱与布水单元通过供水管接通；
立管间接蒸发冷却器底部对应的壳体上还设置有回风窗。
布水单元包括与供水管连接的布水管，布水管上均匀分布有若干朝向立管间接蒸发冷却器的布水器。
供水管上还设置有水泵。
溶液调温调湿单元包括从上到下依次设置的再生单元、换热器和除湿单元；
再生单元包括填料b，填料b顶部设置有布液器b，填料b底部设置有溶液槽b；
除湿单元包括填料a，填料a顶部设置布液器a，填料a底部设置溶液槽a，布液器a与溶液槽a通过供液管a连接，供液管a上设置有蒸发器；
溶液槽b和溶液槽a通过溢流管连接，溢流管上设置有换热器；布液器b还通过供液管b依次连接冷凝器、换热器和溶液槽a。
供液管a上还设置有溶液泵。
热泵单元包括压缩机，压缩机通过管G1与其上的四通换向阀形成第一闭合循环管路；
四通换向阀还通过管G2依次连接冷凝器、节流阀和蒸发器并形成第二闭合循环管路。
出风单元包括从上到下依次设置的排风单元和送风单元；
排风单元包括设置在机架b上的排风机；
送风单元包括设置在机架a上的送风机。
排风机与壳体侧壁的排风口相连接；
送风机与壳体侧壁的出风口相连接。
本发明空调机组的有益效果是：
1)本发明空调机组将立管间接蒸发冷却器作为热回收装置使用，立管间接蒸发冷却器的二次风来自于室内的回风，夏季在立管间接蒸发冷却器的二次通道内淋水用于夏季预冷室外空气，冬季则不淋水，用于预热室外的新风，充分利用回风的能量，达到节能的目的；
2)本发明空调机组在立管间接蒸发冷却器与布水器之间加装二次网格，使得立管间接蒸发冷却器的二次通道内的布水更加均匀，提高立管间接蒸发冷却器的换热效率，从而提高立管间接蒸发冷却器的热回收效率；
3)本发明空调机组将立管间接蒸发冷却器与溶液除湿技术结合，可以充分发挥各自的优势，经过立管间接蒸发冷却器处理后的空气分别为溶液除湿单元提供再生空气或者预冷/预热后的空气，从而减小了溶液除湿单元所承担的新风负荷，同时溶液除湿单元中的浓溶液具有消毒灭菌的作用，从而降低送风中携带细菌的可能性，且溶液除湿单元在夏季用于对送风的除湿，冬季用于对送风的加湿；
4)本发明空调机组将热泵、蒸发冷却和溶液除湿技术相结合，热泵系统的冷量用于降低除湿单元中的溶液温度，以提高除湿能力，冷凝热用于加热稀溶液，能源利用效率高，且提高了热泵单元的效率，冬季经过四通换向阀换向后，热泵单元的冷凝器用于对经过立管间接蒸发冷却单元处理后的新风进行加热；
5)本发明空调机组结构紧凑，适用于温、湿度独立控制系统中承担全部潜热负荷和部分显热负荷的空气处理机组；
6)本发明空调机组，在夏季时，经过立管间接蒸发冷却器处理后的工作空气被冷凝器加热后使其提高容纳水蒸气的能力，从而作为溶液再生的再生空气，产出空气作为送风在除湿单元中干燥后送入室内。
附图说明
图1是本发明空调机组的结构示意图；
图2是本发明空调机组中溶液除湿单元的结构示意图；
图3是本发明空调机组中热泵单元的结构示意图。
图中，1.风阀a，2.粗效过滤器，3.循环水箱，4.回风窗，5.供水管，6.水泵，7.压缩机，8.溢流管，9.溶液槽a，10.供液管a，11.溶液泵，12.机架a，13.送风机，14.风阀b，15.蒸发器，16.填料a，17.换热器，18.布液器a，19.风阀c，20.排风机，21.机架b，22.供液管b，23.节流阀，24.溶液槽b，25.填料b，26.布液器b，27.冷凝器，28.四通换向阀，29.挡水板，30.立管间接蒸发冷却器，31.布水器，32.布水管，33.二次网格，34.进风口，35.出风口，36.排风口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组，如图1所示，包括壳体，壳体对应两侧分别设置有进风口34和出风单元，进风口34和出风单元之间的壳体内按照空气流动方向依次设置有粗效过滤器2、立管间接蒸发冷却单元、溶液调温调湿单元和热泵单元。
立管间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却器30，立管间接蒸发冷却器30顶部从下到上依次设置有二次网格33、布水单元和挡水板29，立管间接蒸发冷却器30底部设置有循环水箱3，循环水箱3与布水单元通过供水管5接通；立管间接蒸发冷却器30底部对应的壳体上还设置有回风窗4。
布水单元包括与供水管5连接的布水管32，布水管32上均匀分布有若干朝向立管间接蒸发冷却器30的布水器31。
供水管5上还设置有水泵6。
打开风阀a1，新风从进风口34进入，经粗效过滤器2除杂后进入立管间接蒸发冷却单元，此时水泵6提供能量，循环水从循环水箱3中经供水管5、布水管32到达布水器31，布水器31经二次网格33,向下喷淋循环水，使布水更加均匀，与新风即一次空气在立管间接蒸发冷却器30的管壁之间进行热量交换；此时室内的二次空气从回风窗4内进入，与立管间接蒸发冷却器30的管内进行热量交换同时为一次空气预热或者预冷；随后一次空气进入溶液调温调湿单元中，循环水回落至循环水箱3中。
如图2所示，溶液调温调湿单元包括从上到下依次设置的再生单元、换热器17和除湿单元，换热器17的目的是将再生后的浓溶液与除湿后的稀溶液换热恢复除湿能力，从而再生后的浓溶液经过溢流管8流回到溶液槽a9中；
再生单元包括填料b25，填料b25顶部设置有布液器b26，填料b25底部设置有溶液槽b24；除湿单元包括填料a16，填料a16顶部设置布液器a18，填料a16底部设置溶液槽a9，布液器a18与溶液槽a9通过供液管a10连接，供液管a10上设置有蒸发器15；
溶液槽b24和溶液槽a9通过溢流管8连接，溢流管8上设置有换热器17；布液器b26还通过供液管b22依次连接冷凝器27、换热器17和溶液槽a9。
供液管a10上还设置有溶液泵11，溶液泵11在运行中提供能量。
如图3所示，热泵单元包括压缩机7，压缩机7通过管G1与其上的四通换向阀28形成第一闭合循环管路；四通换向阀28还通过管G2依次连接冷凝器27、节流阀23和蒸发器15并形成第二闭合循环管路。热泵单元的冷量用于降低除湿单元中溶液的温度，以提高除湿能力，冷凝热27用于加热稀溶液，能源利用效率高，且提高了热泵单元的效率，冬季时经过四通换向阀28换向后，热泵单元的冷凝器27用于对经过立管间接蒸发冷却单元处理后的新风加热。
出风单元包括从上到下依次设置的排风单元和送风单元；
排风单元包括设置在机架b21上的排风机20，排风机20与壳体侧壁的排风口36相连接，排风口36内设置有风阀c19，其目的是将夏季再生处理后的高温高湿的空气排出；在冬季时将除湿后的空气排出。送风单元包括设置在机架a12上的送风机13，送风机13与壳体侧壁的出风口35相连接，出风口35处设置有风阀b14，其目的是将处理后的空气送入空调房间。
本发明空调机组的工作过程如下：
(1)当处于夏季或者室外温度较高的工况
室外高温高湿的空气先后经过进风口34内的风阀a1、粗效过滤器2，进入立管间接蒸发冷却器30管壁之间，室内低温干燥的回风经过回风窗4进入立管间接蒸发冷却器30的管内，循环水箱3中的循环水由水泵6加压后，经过供水管5、布水管32送至立管间接蒸发冷却器30上部的布水器31进行喷淋，喷淋水经过二次网格33后均匀地分布在立管内形成均匀的水膜，然后与回风进行热湿交换，从而使得管外的高温高湿的空气进行等湿冷却。
再生后的溶液储存在溶液槽a9中，经溶液泵11加压后：一部分溶液经过供液管a10以及蒸发器15降温后，由布液器18在填料16上方进行喷淋，然后经过立管间接蒸发冷却单元预冷后的一次空气进入溶液调温调湿单元的除湿单元中，被附着在填料16上的浓溶液除湿后到达送风状态点；另一部分溶液经过供液管b22后在换热器17中与经过再生后的浓溶液进行热交换后，再经过冷凝器27进行加热，用来营造需要再生的溶液与经过立管间接蒸发冷却冷却器30处理的一次空气(即除湿装置中的再生空气)之间的水蒸气分压力差，然后一次空气与布液器b26喷淋在填料16上的稀溶液进行热质交换，从而实现溶液的再生。这个过程中热泵单元循环的制冷量用于降低溶液温度以提高除湿能力，同时对新风降温，冷凝器27排出热量用于浓缩再生溶液，能源利用效率高。
热泵单元中，压缩机7将气态工质压缩成高温高压的气态制冷剂，然后经过冷凝器27进行降温，经过立管间接蒸发冷却单元处理过的工作空气对其降温，然后气态制冷剂再经过节流阀23进行降压，然后经过蒸发器10进行降温。
最后，打开风阀b14和风阀c19，将经过溶液调温调湿单元处理后温度较低且干燥的空气被送风机12送入空调房间；将经过溶液调温调湿单元处理后的高温高湿的空气被排风机20排出。
(2)当处于冬季或者室外温度较低的工况
室外低温的空气先经过进风口34内的风阀a1、粗效过滤器2，进入立管间接蒸发冷却器30管壁之间，室内温度较高的回风经过回风窗4进入立管间接蒸发冷却器30的管内，此时不启动水泵6，立管间接蒸发冷却单元不进行淋水，这时立管间接蒸发冷却器30相当于一个气-气换热器，回风用来预热进入管外的低温空气，达到热回收的目的，从而避免了能量的浪费。
切换四通换向阀28、改变制冷剂循环方向，原来的除湿单元和再生单元转变为再生单元和除湿单元，此时在溶液槽a9中的稀溶液：一部分经过供液管a10后由冷凝器27加热后，再经过布液器18喷淋在填料16上与经过立管间接蒸发冷却单元预热后的空气进行热质交换，从而使其加湿，加湿后的空气经过蒸发器15加热后温度达到送风要求；另一部分溶液经过供液管b22后在蒸发器27内降温后，其浓度变大，由布液器b26在填料25b上方进行喷淋，与经过立管间接蒸发冷却单元处理后的回风进行热质交换，此时空气被除湿，浓溶液变为稀溶液，然后由溢流管8将稀溶液经过换热器17后温度降低后从而回到溶液槽a9中用于下一个循环。
热能单元中，四通换向阀28开启后，使得制冷剂流动方向反向，并实现空气的加热加湿作用。
最后，打开风阀b14和风阀c19，将经过溶液调温调湿单元处理后温度较高且湿度适宜的空气被送风机12送入空调房间；将经过溶液调温调湿单元处理后的空气被排风机20排出。
本发明空调机组将蒸发冷却技术、溶液除湿技术以及热泵技术相结合，通过立管间接蒸发冷却器30可以充分回收回风中的能量用于处理室外的新风；利用热泵循环的制冷量和排热量提高溶液除湿的除湿能力，同时经过立管间接蒸发冷却器30处理后的工作空气也能用于在热泵循环中的冷凝器27排热，这样既提高了能量的利用效率，也能够能够提高热泵的效率。

Claims (9)

1.结合热泵驱动的立管间接蒸发冷却与溶液除湿的空调机组，其特征在于，包括壳体，壳体对应两侧分别设置有进风口(34)和出风单元，进风口(34)和出风单元之间的壳体内按照空气流动方向依次设置有粗效过滤器(2)、立管间接蒸发冷却单元、溶液调温调湿单元和热泵单元。
2.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述立管间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却器(30)，立管间接蒸发冷却器(30)顶部从下到上依次设置有二次网格(33)、布水单元和挡水板(29)，立管间接蒸发冷却器(30)底部设置有循环水箱(3)，循环水箱(3)与布水单元通过供水管(5)接通；
所述的立管间接蒸发冷却器(30)底部对应的壳体上还设置有回风窗(4)。
3.根据权利要求2所述的空调机组，其特征在于，所述布水单元包括与供水管(5)连接的布水管(32)，布水管(32)上均匀分布有若干朝向立管间接蒸发冷却器(30)的布水器(31)。
4.根据权利要求2所述的空调机组，其特征在于，所述供水管(5)上还设置有水泵(6)。
5.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述溶液调温调湿单元包括从上到下依次设置的再生单元、换热器(17)和除湿单元；
所述再生单元包括填料b(25)，填料b(25)顶部设置有布液器b(26)，填料b(25)底部设置有溶液槽b(24)；
所述除湿单元包括填料a(16)，填料a(16)顶部设置布液器a(18)，填料a(16)底部设置溶液槽a(9)，布液器a(18)与溶液槽a(9)通过供液管a(10)连接，供液管a(10)上设置有蒸发器(15)；
所述溶液槽b(24)和溶液槽a(9)通过溢流管(8)连接，溢流管(8)上设置有换热器(17)；所述布液器b(26)还通过供液管b(22)依次连接冷凝器(27)、换热器(17)和溶液槽a(9)。
6.根据权利要求5所述的空调机组，其特征在于，所述供液管a(10)上还设置有溶液泵(11)。
7.根据权利要求1-6任一所述的空调机组，其特征在于，所述热泵单元包括压缩机(7)，压缩机(7)通过管G1与其上的四通换向阀(28)形成第一闭合循环管路；
所述四通换向阀(28)还通过管G2依次连接冷凝器(27)、节流阀(23)和蒸发器(15)并形成第二闭合循环管路。
8.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述出风单元包括从上到下依次设置的排风单元和送风单元；
所述排风单元包括设置在机架b(21)上的排风机(20)；
所述送风单元包括设置在机架a(12)上的送风机(13)。
9.根据权利要求8所述的空调机组，其特征在于，所述排风机(20)与壳体侧壁的排风口(36)相连接；
所述送风机(13)与壳体侧壁的出风口(35)相连接。
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