CN110131923A - 使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统及方法，属于环境控制和空气处理领域。主要包括：太阳能加热板（1）、蓄电池（2）、室内空气入口（3）、压气机（4）、空冷预冷器（5）、涡轮（6）、送风风机（7）、除湿转轮（8）、室内空气出口（9）、截止阀（10）、冷却风机（11）、室外空气入口（12）、再生风机（13）、空气换热器（14）、室外空气出口（15）。本发明使用太阳能蓄电池为空气循环制冷和转轮除湿系统提供动力，以压气机和涡轮的组合对空气膨胀制冷，并以压气机中流出的高温高压空气作为热源再生转轮中的除湿剂。

Description

使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统及方法
技术领域
本发明涉及一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统及方法，属于环境控制和空气处理领域。
背景技术
传统的除湿方式是使用空调等制冷系统将空气冷却至露点温度后冷却除湿，该方法存在温湿度处理不匹配的问题，往往是送风温度远高于露点温度，导致除湿后还需对空气进行加热方可送入室内，造成了能源的极大浪费。因此使用专用除湿装置除湿成为了空气处理的发展趋势，转轮除湿属于固体除湿方式的一种，因其结构简单，可连续除湿，除湿剂再生方便等优点在工业领域得到了广泛的应用。然而，转轮除湿的除湿剂再生一般使用电加热方式，节能性较差。目前，研究者们倾向于使用制冷系统与转轮除湿相结合，使用制冷系统的冷凝热加热转轮的再生段。如专利201110246146.0提出了一种压缩制冷与转轮除湿耦合运行的空调装置，使用蒸发制冷循环的冷凝热再生转轮；专利201310741309.1提出了一种太阳能转轮除湿空调系统，使用太阳能带动溴化锂吸收式制冷系统，使用冷凝热再生转轮。
但上述专利制冷系统结构复杂，不易维护。如专利201310741309.1在实施过程中，必须配备溴化锂溶液，溴化锂溶液的腐蚀性为系统维护增加了很大困难。且再生所需热量与制冷产生的冷凝热往往不匹配，如专利201110246146.0必须使用多级冷凝方可满足转轮再生要求，但这样会造成制冷量的浪费。本发明使用压气机升压加涡轮膨胀的空气循环制冷方式，结构简单易于维护，且作为热源的高温高压空气流量可调节，能够保证充足的高温高压气体作为转轮再生的热源。此外，系统使用太阳能蓄电池作为动力源，可以在系统工作间隙蓄能，有效节约能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单易于维护的使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统及方法。
一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统由太阳能加热板、蓄电池、室内空气入口、压气机、空冷预冷器、涡轮、送风风机、除湿转轮、室内空气出口、截止阀、冷却风机、室外空气入口、再生风机、空气换热器、室外空气出口组成；
其中压气机有三个端口，第一端为动力端口，第二端为室内空气入口，第三端为室内空气出口；
涡轮有三端口，第一端为高压空气入口，第二端为低压空气出口，第三端为轴功输出口；
除湿转轮有四个端口，第一端为除湿段空气入口，第二端为除湿段空气出口，第三端为再生段空气入口，第四端为再生段空气出口；
空气换热器有四个端口，第一端为高温空气入口，第二端为高温空气出口，第三端为室外空气入口，第四端为室外空气出口；
其中太阳能加热板的出口与蓄电池的入口相连，蓄电池的出口与压气机的第一端相连；
室内空气入口与压气机的第二端相连，压气机的第三端分成两路：第一路与空冷预冷器的入口相连，空冷预冷器的出口与涡轮的第一端相连，涡轮的第二端与送风风机的入口相连，送风风机的出口与转轮的第一端相连，转轮的第二端与室内空气出口相连；第二路与截止阀的入口相连，截止阀的出口与空气换热器的第一端相连，空气换热器的第二端与涡轮的第一端相连；
室外空气入口与再生风机的入口相连，再生风机的出口与空气换热器的第三端相连，空气换热器的第四端与转轮的第三端相连，转轮的第四端与室外空气出口相连；
涡轮的第三端通过传动轴与冷却风机相连，冷却风机正对空冷预冷器（5）运行，对空冷预冷器进行强制通风冷却。
一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统的工作方法，包括以下过程：
系统关闭时，太阳能加热板接收太阳辐射蓄热，并储能至蓄电池中；
系统运行时，蓄电池为压气机和涡轮提供动力；室内待处理空气由室内空气入口流入系统，经过压气机压缩后变为高温高压空气；高温高压空气分为两路，一路经空冷预冷器预冷后流入涡轮膨胀冷却；另一路经截止阀流入空气换热器，与室外空气换热后变为低温高压空气，流入涡轮膨胀冷却；
经涡轮膨胀冷却的低压气体流入转轮的第一端，完成除湿处理后经室内空气出口送入室内；
在制冷除湿过程的同时，再生风机从室外环境引气，流入空气换热器与压气机后流出的高温高压空气换热，温度升高后流入转轮的第三端，完成转轮的再生过程后由室外空气出口排出室外；
涡轮中空气膨胀输出功，利用涡轮的输出功驱动冷却风机，为空冷预冷器提供强制风冷。
上述冷却风机与空冷预冷器在同一个风道内，利用冷却风机的送风对空冷预冷器进行强制对流。
通过调节截止阀的开度调节旁通的高温高压空气流量，确保再生段有充足的热量加热室外空气。
附图说明
附图1为本发明的原理图。；
附图1中的标号名称：1. 太阳能加热板、2. 蓄电池、3. 室内空气入口、4. 压气机、5.空冷预冷器、6. 涡轮、7. 送风风机、8.除湿转轮、9.室内空气出口、10.截止阀、11.冷却风机、12.室外空气入口、13. 再生风机、14. 空气换热器、15. 室外空气出口。
具体实施方式
如图1所示，一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统主要包括太阳能加热板1、蓄电池2、室内空气入口3、压气机4、空冷预冷器5、涡轮6、送风风机7、除湿转轮8、室内空气出口9、截止阀10、冷却风机11、室外空气入口12、再生风机13、空气换热器14、室外空气出口15。
当室内不需要制冷除湿时，太阳能加热板1接收太阳辐射蓄热，并储能至蓄电池2中，为系统运行储备动力。
系统运行时，蓄电池2为压气机4和涡轮6提供动力。室内待处理常压空气由室内空气入口3流入系统，经过压气机4压缩后变为高温高压空气；压气机4后的高温高压空气分为两路，一路经空冷预冷器5预冷后流入涡轮6膨胀冷却变为低温低压空气；另一路作为转轮再生热源，经截止阀10流入空气换热器14，与室外空气换热后变为低温高压空气，低温高压空气与第一路空气混合，流入涡轮6膨胀冷却。经涡轮6膨胀冷却的低温低压气体流入转轮8的除湿区，完成除湿处理后经室内空气出口9送入室内。
在制冷除湿过程的同时，再生风机13从室外环境引气，流入空气换热器14与压气机4后流出的高温高压空气换热，温度升高后流入转轮（8）的再生区，完成转轮的再生过程后该高湿度气体由室外空气出口15排出室外。
系统运行过程中，涡轮6中空气膨胀，涡轮6存在输出功，利用涡轮6的输出功驱动冷却风机11，为空冷预冷器5提供强制风冷。
使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统，通过太阳能蓄电池提供动力，使用压气机加压和涡轮膨胀联合工作的方式制冷；并引一部分压气机流出的高温高压空气作为转轮再生的热源，无需单独使用电加热再生转轮。该系统结构简单，部件便于维护，与传统的转轮除湿系统相比，节能效果突出。与将蒸发制冷循环与转轮除湿耦合的系统相比，大大节约了安装空间，且不存在制冷量与再生所需热量不匹配的问题。本发明应用在工业领域，可在满足厂房制冷除湿要求的同时，有效的节约能源和降低系统维护成本。

Claims (4)

1.一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统，其特征在于：
由太阳能加热板（1）、蓄电池（2）、室内空气入口（3）、压气机（4）、空冷预冷器（5）、涡轮（6）、送风风机（7）、除湿转轮（8）、室内空气出口（9）、截止阀（10）、冷却风机（11）、室外空气入口（12）、再生风机（13）、空气换热器（14）、室外空气出口（15）组成；
其中压气机（4）有三个端口，第一端为动力端口，第二端为室内空气入口，第三端为室内空气出口；
涡轮（6）有三端口，第一端为高压空气入口，第二端为低压空气出口，第三端为轴功输出口；
除湿转轮（8）有四个端口，第一端为除湿段空气入口，第二端为除湿段空气出口，第三端为再生段空气入口，第四端为再生段空气出口；
空气换热器（14）有四个端口，第一端为高温空气入口，第二端为高温空气出口，第三端为室外空气入口，第四端为室外空气出口；
其中太阳能加热板（1）的出口与蓄电池（2）的入口相连，蓄电池（2）的出口与压气机（4）的第一端相连；
室内空气入口（3）与压气机（4）的第二端相连，压气机（4）的第三端分成两路：第一路与空冷预冷器（5）的入口相连，空冷预冷器（5）的出口与涡轮（6）的第一端相连，涡轮（6）的第二端与送风风机（7）的入口相连，送风风机（7）的出口与转轮（8）的第一端相连，转轮（8）的第二端与室内空气出口（9）相连；第二路与截止阀（10）的入口相连，截止阀（10）的出口与空气换热器（14）的第一端相连，空气换热器（14）的第二端与涡轮（6）的第一端相连；
室外空气入口（12）与再生风机（13）的入口相连，再生风机（13）的出口与空气换热器（14）的第三端相连，空气换热器（14）的第四端与转轮（8）的第三端相连，转轮（8）的第四端与室外空气出口（15）相连；
涡轮（6）的第三端通过传动轴与冷却风机（11）相连，冷却风机(11)正对空冷预冷器（5）运行，对空冷预冷器（5）进行强制通风冷却。
2.根据权利要求1所述的一种使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统的方法，其特征在于包括以下过程：
系统关闭时，太阳能加热板（1）接收太阳辐射蓄热，并储能至蓄电池（2）中；
系统运行时，蓄电池（2）为压气机（4）和涡轮（6）提供动力；室内待处理空气由室内空气入口（3）流入系统，经过压气机（4）压缩后变为高温高压空气；高温高压空气分为两路，一路经空冷预冷器（5）预冷后流入涡轮（6）膨胀冷却；另一路经截止阀（10）流入空气换热器（14），与室外空气换热后变为低温高压空气，流入涡轮（6）膨胀冷却；
经涡轮（6）膨胀冷却的低压气体流入转轮（8）的第一端，完成除湿处理后经室内空气出口（9）送入室内；
在制冷除湿过程的同时，再生风机（13）从室外环境引气，流入空气换热器（14）与压气机（4）后流出的高温高压空气换热，温度升高后流入转轮（8）的第三端，完成转轮的再生过程后由室外空气出口（15）排出室外；
涡轮（6）中空气膨胀输出功，利用涡轮（6）的输出功驱动冷却风机（11），为空冷预冷器（5）提供强制风冷。
3.根据权利要求2所述的使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统的方法，其特征在于：
上述冷却风机（11）与空冷预冷器（5）在同一个风道内，利用冷却风机（11）的送风对空冷预冷器（5）进行强制对流。
4.根据权利要求1所述的使用太阳能驱动的空气循环制冷及转轮除湿系统的方法，其特征在于：
通过调节截止阀（10）的开度调节旁通的高温高压空气流量，确保再生段有充足的热量加热室外空气。
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