CN108759259B - 一种用于冷库的无霜换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于冷库制冷领域，并公开了一种用于冷库的无霜换热系统。该系统包括风机、换热器、吸湿组件、迎风口和送风口，迎风口与待处理冷库相连，待处理冷库中的回风从该迎风口进入换热系统；风机通过转动使得待处理冷库中的回风从迎风口进入换热系统中；吸湿组件设置在迎风口处，用于将从迎风口进入的回风进行除湿干燥，使得除湿后的回风的露点温度低于换热器表面的温度，从而避免在换热器表面结霜；换热器用于将经吸湿组件除湿后的回风进行冷却；送风口与待处理冷库相连，用于将被换热器处理后的回风送回待处理冷库中。通过本发明，大幅延长除霜周期甚至使换热器上不结霜，消除除霜带来的问题。

Description

一种用于冷库的无霜换热系统

技术领域

本发明属于冷库制冷领域，更具体地，涉及一种用于冷库的无霜换热系统。

背景技术

冷链物流是食品行业、生物医药行业的重要环节，对国民的生活品质有很大影响。其中冷库是冷链物流的重要环节，但冷库内的换热器上结霜问题严重，会严重降低制冷系统效率甚至导致故障。

为解决上述问题，主要的解决思路有两个：使用低能耗高效率的技术进行除霜，或者抑制结霜的发生。目前使用的或提出的除霜技术主要有人工除霜、电加热除霜、热气除霜、水冲霜、压缩空气除霜、微波除霜、超声波除霜等。这些技术要么会增加初始投资，要么会额外消耗能源进而增加冷负荷与系统能耗，水冲霜、热气除霜、压缩空气除霜等技术还会增加系统复杂度。虽然有诸如加装换热器保温箱、增设换热器数量并安装隔板等针对电加热除霜、热气除霜以及压缩空气除霜的改进，但都导致了更高的初始投资以及更为复杂的系统结构，这也使得控制的精度大打折扣，除霜效果也不尽如人意。为了避免除霜过程所带来的种种问题，降低换热器上结霜的可能性从而避免除霜过程不仅能够节能，还能够保持制冷系统的连续正常工作从而减小冷库中的温度波动。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于冷库的无霜换热系统，通过对其关键组件吸湿组件的设置，使得空气在被换热器冷却之前，对其进行除湿干燥，其目的在于避免在换热器上结霜，从而避免除霜或降低除霜频率，由此解决由除霜带来的冷库整体效率低和冷库温度波动大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于冷库的无霜换热系统，其特征在于，该系统包括风机、换热器、吸湿组件、迎风口和送风口

所述迎风口与待处理冷库相连，待处理冷库中的回风从该迎风口进入换热系统；所述风机通过转动使得待处理冷库中的回风从所述迎风口进入换热系统中；所述吸湿组件设置在所述迎风口处，用于将从所述迎风口进入的回风进行除湿干燥，使得除湿后的回风的露点温度低于所述换热器表面的温度，从而避免在所述换热器表面结霜；所述换热器用于将经所述吸湿组件除湿后的回风进行冷却；所述送风口与待处理冷库相连，用于将被所述换热器处理后的回风送回待处理冷库中；

其中，所述吸湿组件包括多层并行排列的吸湿片，每个吸湿片包括多孔吸湿材料薄板、排水槽、网状电极和封装件，所述多孔吸湿材料薄板用于吸收来自所述待处理冷库回风中的水分，所述排水槽设置在一组相对设置的多孔吸湿材料薄板之间，所述网状电极设置在所述多孔吸湿材料薄板上，该网状电极中通入电流后，所述多孔吸湿材料薄板中的水在电渗透的作用下从所述多孔吸湿材料薄板中排出进入所述排水槽中，避免所述多孔吸湿材料薄板吸水后达到饱和，所述封装件用于将所述排水槽与空气隔离。

进一步优选地，所述无霜换热系统还包括喷水箱，该喷水箱所述排水槽相连，用于回收所述排水槽中的水，当待处理冷库中的湿度未达到预设湿度要求时，所述喷水箱在待处理冷库中喷水。

进一步优选地，所述喷水箱还以外界水源相连，当所述喷水箱中的不能满足喷水需求时，通过外界水源随所述喷水箱进行补水。

进一步优选地，所述无霜换热系统还包括除尘网，用于在所述吸湿组件吸湿之前对从所述迎风口进入的回风进行除尘。

进一步优选地，所述网状电极中通入脉冲电压。

进一步优选地，所述吸湿组件中的多层吸湿片之间设置有空气流通狭道，空气流通狭道的总迎风面积大于所述送风口的迎风面积，避免在回风风量不变的情况下回风阻力大幅增加。

进一步优选地，所述网状电极优选采用惰性电极。

进一步优选地，所述多孔吸湿材料薄板靠近排水槽的一侧设置为疏水材料，加速水分流向所述排水槽。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明不涉及复杂管路的添加设计，不会过多占用冷库的有效贮藏空间，仅需增加一层较薄的吸湿组件与简单的电渗透组件，便可以抑制换热器上的结霜问题，所增加的设备不会引入额外冷负荷，能够大幅延长除霜周期甚至使换热器上不结霜，在满足使用要求的前提下可以显著缓解除霜可能带来的种种问题，既可以节能，又可以减小冷库长期运行时的温度波动。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的无霜换热系统的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的单个吸湿片的结构示意图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的吸湿组件的结构示意图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的无霜换热系统的工作流程图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

101-风机102-换热器103-送风口104-喷水箱105-集水箱106-支撑层107-补水阀108-补水管109-回风风道110-吸湿组件111-除尘网112-迎风口201-脉冲电源202-导线203-上下面封装件204-正极网状电极205-前后面封装件206-疏水层207-排水槽208-负极网状电极209-多孔吸湿材料薄板301-空气流通狭道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明的优选实施例所构建的无霜换热系统的结构示意图，如图1所示，该换热器系统主要包括：风机101、换热器102、除尘网111、吸湿组件110、网状电极、脉冲电源201、集水箱105、雾化喷水箱104、排水槽207。

图3是按照本发明的优选实施例所构建的吸湿组件的结构示意图，如图3所示，吸湿组件110安装在除尘网111之后，回风风道109之前，吸湿组件110的作用是吸收回风中的湿分，降低回风的相对湿度，使其露点温度降至比换热器表面温度还低，从而抑制结霜现象的发生，吸湿组件主要由多个吸湿片组成，各吸湿片中间留有空气流通狭道301，空气流通狭道的总迎风面积(所有空气流通狭道的迎风面积的总和)大于所述送风口103的迎风面积，从而在相同的风量下，可以使回风以较小的平均风速流过空气狭道，回风阻力则与回风的平均风速正相关，故而这样可以避免在回风风量不变的情况下回风阻力大幅增加。吸湿组件的上下面均有上下面封装件203，排水槽的前后面即迎风面与背风面也有前后面封装件205，这些封装件的作用是使排水槽与空气隔绝并起到支撑吸湿组件结构与网状电极的作用。在吸湿组件110下方，还有设置有允许排水管穿过的支撑层106，起到支撑吸湿组件110的作用。支撑层内部为中空，可以布置排水管路，在其侧面留有让补水管108与集水箱105穿过的开孔。

图2是按照本发明的优选实施例所构建的单个吸湿片的结构示意图，如图2所示，其形状可以是层状、波浪状、锯齿状等形状。每个吸湿片由两块多孔吸湿材料薄板209、网状电极、排水槽207组成。排水槽207位于两块多孔吸湿材料薄板209中间，上下面封装件203与前后面封装件205将其与空气隔绝。排水槽207的宽度可略窄于吸湿材料薄板209，实现更为合理的空间利用，但也不宜过窄，避免出现水在其中的滞留现象。电渗透作用下从多孔吸湿材料薄板209中排出的水流入排水槽207中，在重力作用下向下流入集水箱105中，为加速下流过程，多孔吸湿材料薄板209靠近排水槽的一面应处理为疏水层206。需要指出的是，吸湿片除了组成吸湿组件外，还可以集成于换热器翅片上。

网状电极为镀铂电极一类的惰性电极，其包括正极网状电极204和负极网状电极208。

回风风道109在沿冷库高度方向有较大尺寸，在沿冷库长度方向尺寸较小，因此不会过多影响冷库内的存放体积大小。

换热器102仍然保留电热除霜功能，防止长时间运行后或者除湿设备故障后可能出现的结霜问题带来危害。

雾化喷水箱104布置在距离迎风口稍远的冷库侧面低处，例如该喷水箱可以设置在待处理冷库箱体的侧面地上，与迎风口保持一定距离，避免喷水箱喷出的水被所述吸湿组件重新吸收。其内的水主要来自于集水箱105中收集来的回风中被除去的水，当冷库内的相对湿度过低时，进行雾化喷水动作，增加冷库内贮藏物品区域的相对湿度直至达到要求。当集水箱105收集的回风中被除去的水不能满足加湿所需时，可打开补水阀107通过补水管108从外界补充清洁的自来水。

脉冲电源201布置在吸湿组件110附近，主要作用是提供周期性的脉冲电压，从安全性与节能性的角度出发，其电压不宜太高。

图4是按照本发明的优选实施例所构建的无霜换热系统的工作流程图，如图4所示，当冷库内的温度低于设定值的上限如4℃时，首先启动低电压脉冲电源201开始对吸湿材料层进行再生，除去待机状态下由于扩散作用从冷库中吸收的少量水分，一般来讲其水量较小，因此持续数分钟后便可启动风机101与压缩机进行正常工作。在风机101的作用下，冷库内的回风首先经过除尘网111除去灰尘与颗粒物。经过除尘的回风接下来会经过多孔吸湿材料构成的多层板状吸湿组件110，在这一层中回风会被干燥。被干燥的回风接下来会经回风风道109掠过换热器102，经换热后温度降低，作为送风经送风口103送入冷库中进行降温，当检测到冷库内的温度低于设定值下限如3℃时，机组进入待机状态。

除尘网111与吸湿组件110的迎风面积要比送风口103的迎风面积大，但回风风道108沿冷库长度方向的尺寸较小，从而可以在不占用过多空间的情况下减小回风时的阻力。由于回风经吸湿组件110后相对湿度很低，因此换热时回风露点温度仍会比换热器102表面温度低，因而在换热器102处不会发生冷凝或结霜现象，这就抑制了结霜的发生。当换热器前后的风压差高于预设值时，启动电加热器进行除霜，机组暂时进入待机状态。除霜产生的水由换热器102自带的接水盘收集后进入集水箱105中。

由于吸湿材料在不断吸湿的过程中会达到饱和而无法继续吸湿，因此有必要对吸湿材料进行再生，相比于热再生，利用电渗透除湿技术进行再生耗能小，不引入额外冷负荷，并且可以实现连续再生，吸湿材料不会达到饱和，因而可以持续不断的实现回风的干燥处理。吸湿组件的每个吸湿片中都有如图3所示方式布置的惰性网状电极，网状电极与30V的低电压脉冲电源201相连接，每层吸湿材料两端会周期性的被加上脉冲电压，进而在每层吸湿材料内产生沿重力方向的周期性脉冲电场。在电场力的作用下，每层吸湿材料孔道中因物理吸附而产生的液态水会迁移至内侧与外界隔绝的排水槽207中，排水槽207中的水分在重力作用下流入集水箱105中，为加快这一过程，多孔吸湿材料薄板209靠近排水槽的一面被处理为疏水层。这些水分经集水箱105最终汇集到雾化喷水箱104中。当检测到冷库内的相对湿度低于预设值下限如80％时，启动雾化喷水箱104，其内的水分以喷雾的形式喷到冷库内的贮藏区域上方直至相对湿度达到预设值上限如90％。如果通过吸湿组件收集来的水量不足以达到加湿要求，则开启补水阀107，使外界的清洁自来水通过补水管108进入集水箱105中，进而补充雾化喷水箱104的水以满足加湿需要。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于冷库的无霜换热系统，其特征在于，该系统包括风机(101)、换热器(102)、吸湿组件(110)、迎风口(112)和送风口(103)，

所述迎风口(112)与待处理冷库相连，待处理冷库中的回风从该迎风口进入换热系统，所述风机(101)通过转动使得待处理冷库中的回风从所述迎风口进入换热系统中，所述吸湿组件(110)设置在所述迎风口(112)处，用于将从所述迎风口进入的回风进行除湿干燥，使得除湿后的回风的露点温度低于所述换热器(102)表面的温度，从而避免在所述换热器表面结霜，所述换热器(102)用于将经所述吸湿组件除湿后的回风进行冷却，所述送风口(103)与待处理冷库相连，用于将被所述换热器处理后的回风送回待处理冷库中；

其中，所述吸湿组件(110)包括多层并行排列的吸湿片，所述吸湿组件中的多层吸湿片之间设置有空气流通狭道(301)，空气流通狭道的总迎风面积大于所述送风口(103)的迎风面积，避免在回风风量不变的情况下回风阻力大幅增加；每个吸湿片包括多孔吸湿材料薄板(209)、排水槽(207)、网状电极和封装件，所述多孔吸湿材料薄板(209)用于吸收来自所述待处理冷库回风中的水分，所述排水槽(207)设置在一组相对设置的多孔吸湿材料薄板(209)之间，所述网状电极设置在所述多孔吸湿材料薄板(209)上，该网状电极中通入电流后，所述多孔吸湿材料薄板(209)中的水在电渗透的作用下从所述多孔吸湿材料薄板(209)中排出进入所述排水槽中，避免所述多孔吸湿材料薄板(209)吸水后达到饱和，所述封装件用于将所述排水槽与空气隔离。

2.如权利要求1所述的无霜换热系统，其特征在于，所述无霜换热系统还包括喷水箱(104)，该喷水箱与所述排水槽(207)相连，用于回收所述排水槽中的水，当待处理冷库中的湿度未达到预设湿度要求时，所述喷水箱在待处理冷库中喷水，该喷水箱(104)设置在待处理冷库箱体中，与迎风口保持一定距离，避免喷水箱喷出的水被所述吸湿组件(110)重新吸收。

3.如权利要求2所述的无霜换热系统，其特征在于，所述喷水箱(104)还与外界水源相连，当所述喷水箱中的不能满足喷水需求时，通过外界水源随所述喷水箱进行补水。

4.如权利要求1所述的无霜换热系统，其特征在于，所述无霜换热系统还包括除尘网(111)，用于在所述吸湿组件(110)吸湿之前对从所述迎风口进入的回风进行除尘。

5.如权利要求1所述的无霜换热系统，其特征在于，所述网状电极中通入脉冲电压。

6.如权利要求1所述的无霜换热系统，其特征在于，所述网状电极采用惰性电极。

7.如权利要求1-6任一项所述的无霜换热系统，其特征在于，所述多孔吸湿材料薄板(209)靠近排水槽的一侧设置为疏水材料或作疏水性处理，用于加速水分流向所述排水槽(207)。

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