CN110145830A - 一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，包括制冷循环回路和溶液除湿循环回路，所述制冷循环回路和溶液除湿循环回路共用同一除湿蒸发器和同一再生冷凝器，且制冷剂管道和溶液管道穿过除湿蒸发器和再生冷凝器。该利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，实现空气的温、湿度独立处理，促进了溶液除湿在制冷空调领域的应用。

Description

一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备
技术领域
本发明属于制冷空调领域，具体来说，涉及一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备。
背景技术
在常规空调系统中，利用低温冷媒对空气同时进行降温和除湿处理，这一空气处理过程导致空气温度过低，后续的再热过程带来的冷热抵消，非常不节能。制取温度较低的低温冷媒也会耗费大量能源。此外，不可避免的潮湿冷表面容易滋生霉菌，会对室内空气品质产生负面影响。
温湿度独立处理技术可将空气的降温和除湿处理分开进行，具有较大的节能优势，同时可利用低品位热源驱动除湿装置，有利于能源综合利用。但是，目前的温湿度独立处理空调系统也存在一定弊端。由于降温和除湿分开进行，需要在降温设备之外加设除湿设备和除湿系统，使得整体系统占地面积、成本、复杂程度和维护难度都有所增加，限制了温湿度独立处理空调系统的推广应用。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，实现空气的温、湿度独立处理，促进了溶液除湿在制冷空调领域的应用。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：
一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，包括制冷循环回路和溶液除湿循环回路，所述制冷循环回路和溶液除湿循环回路共用同一除湿蒸发器和同一再生冷凝器，且制冷剂管道和溶液管道穿过除湿蒸发器和再生冷凝器。
作为优选例，所述制冷循环回路包括除湿蒸发器、压缩机、四通换向阀、再生冷凝器、节流阀，除湿蒸发器与四通换向阀的第一阀口通过制冷剂管道相连，四通换向阀的第二阀口和压缩机的进口相连，压缩机的出口和四通换向阀的第三阀口相连，四通换向阀的第四阀口和再生冷凝器通过制冷剂管道相连，再生冷凝器通过节流阀和制冷剂管道与除湿冷却器相连。
作为优选例，所述再生冷凝器内装有再生风机。
作为优选例，所述溶液除湿循环回路包括第一溶液布液器、第二溶液布液器、第一溶液泵、第二溶液泵、溶液热交换器、第一溶液阀、第二溶液阀、第一辅助加热器和第二辅助加热器，再生风机、除湿风机；其中，除湿蒸发器通过溶液管道与第二溶液泵相连，第二溶液泵与溶液热交换器通过溶液管道相连，溶液热交换器与第一溶液阀通过溶液管道相连，第一溶液阀通过溶液管道与第一辅助加热器相连，第一辅助加热器与第二溶液布液器通过溶液管道相连，第二溶液布液器位于再生冷凝器上方，再生冷凝器通过溶液管道与第一溶液泵相连，第一溶液泵与溶液热交换器通过溶液管道相连，溶液热交换器与第二溶液阀通过溶液管道相连，第二溶液阀通过溶液管道与第二辅助加热器相连，第二辅助加热器与第一溶液布液器通过溶液管道相连，第一溶液布液器位于除湿蒸发器上方。
作为优选例，所述除湿蒸发器内装有除湿风机。
作为优选例，所述除湿蒸发器包括表面涂有亲水涂层的翅片。
作为优选例，所述除湿蒸发器包括翅片和吸附材料层，吸附材料层连接在翅片表面，且吸附材料层不占满翅片之间的空隙。
作为优选例，所述除湿蒸发器包括翅片，以及填充在翅片间隙的Z型填料。
作为优选例，所述除湿蒸发器和再生冷凝器结构相同。
有益效果：与现有技术相比，本发明实施例的一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，实现空气的温、湿度独立处理，促进了溶液除湿在制冷空调领域的应用。本发明实施例能够利用一体化的热湿交换器(除湿蒸发器和再生冷凝器)，实现对空气温、湿度的同时、独立处理。本发明实施例的一套设备可满足冬季、夏季对空气的不同处理需求。本发明实施例的设备可使温湿度独立处理空调系统中热湿处理设备更加紧凑，节省初投资和占地面积。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中翅片的一种结构示意图；
图3是本发明实施例中翅片的另一种结构示意图。
图中有：除湿蒸发器1、第一溶液布液器2、压缩机3、四通换向阀4、第二溶液布液器5、再生冷凝器6、节流阀7、第一溶液泵8、第二溶液泵9、溶液热交换器10、第一溶液阀11、第二溶液阀12、第一辅助加热器13、第二辅助加热器器14、再生风机15、除湿风机16、翅片101、吸附材料层102、Z型填料层103。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例的结构示意图，图中实线表示制冷剂流程，虚线表示溶液流程。整个系统包括一个制冷循环系统和一个溶液调湿系统，将溶液除湿器(再生器)与翅片管换热器进行结合，构建一体化的热湿交换器(除湿蒸发器和再生冷凝器)，实现对空气温、湿度的同时、独立处理，同时可满足冬季、夏季对空气的不同处理需求。
如图1所示，本发明实施例的一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，包括制冷循环回路和溶液除湿循环回路。制冷循环回路和溶液除湿循环回路共用同一除湿蒸发器1和同一再生冷凝器6，且制冷剂管道和溶液管道穿过除湿蒸发器1和再生冷凝器6。在制冷循环回路中，利用除湿蒸发器1中的蒸发器工作，利用再生冷凝器6中的冷凝器工作。在溶液除湿循环回路中，利用除湿蒸发器1中的除湿器工作，利用再生冷凝器6中的再生器工作。
本发明实施例的设备，能将温湿度独立处理空调系统中的除湿和降温过程整合到一个设备中实现，除湿和降温利用不同的处理原理独立进行。本发明实施例的设备与传统的温湿度一起处理存在本质差别。本发明实施例的设备既充分发挥了温湿度独立处理空调系统的优点，又使其系统结构较为紧凑，占地面积、尺寸及成本都可降低。
作为优选例，制冷循环回路包括除湿蒸发器1、压缩机3、四通换向阀4、再生冷凝器6、节流阀7。除湿蒸发器1与四通换向阀4的第一阀口通过制冷剂管道相连，四通换向阀4的第二阀口和压缩机3的进口相连，压缩机3的出口和四通换向阀4的第三阀口相连，四通换向阀4的第四阀口和再生冷凝器6通过制冷剂管道相连，再生冷凝器6通过节流阀7和制冷剂管道与除湿冷却器1相连。优选的，再生冷凝器6内装有再生风机15。
作为优选例，溶液除湿循环回路包括第一溶液布液器2、第二溶液布液器5、第一溶液泵8、第二溶液泵9、溶液热交换器10、第一溶液阀11、第二溶液阀12、第一辅助加热器13和第二辅助加热器14，再生风机15和除湿风机16。除湿蒸发器1通过溶液管道与第二溶液泵9相连，第二溶液泵9与溶液热交换器10通过溶液管道相连，溶液热交换器10与第一溶液阀11通过溶液管道相连，第一溶液阀11通过溶液管道与第一辅助加热器13相连，第一辅助加热器13与第二溶液布液器5通过溶液管道相连，第二溶液布液器5位于再生冷凝器6上方，再生冷凝器6通过溶液管道与第一溶液泵8相连，第一溶液泵8与溶液热交换器10通过溶液管道相连，溶液热交换器10与第二溶液阀12通过溶液管道相连，第二溶液阀12通过溶液管道与第二辅助加热器14相连，第二辅助加热器14与第一溶液布液器2通过溶液管道相连，第一溶液布液器2位于除湿蒸发器1上方。优选的，除湿蒸发器1内装有除湿风机16。
上述实施例中，制冷循环回路的蒸发器(位于除湿蒸发器1中)主要将液体制冷剂吸热蒸发成高温低压的制冷剂蒸气，所提供的冷量用于冷却溶液与被处理空气。制冷循环回路的冷凝器(位于再生冷凝器6中)主要用来将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气，通过散热冷凝为液体制冷剂，从而释放出大量的热量用于除湿溶液的再生热以及加热被处理空气。四通换向阀主要用来转换制冷剂流动方向，实现冬、夏季两种工况的自由切换。
如图1所示，夏季工况时：四通换向阀4的第一阀口与第二阀口相连，第三阀口与第四阀口相连，制冷剂由压缩机3送至再生冷凝器6中放出热量，再从再生冷凝器6流出，经过节流阀7到除湿蒸发器1中吸收热量，抑制了除湿过程的溶液温升，使其除湿能力得到加强。当系统工作在夏季工况时，打开第一辅助加热器13，关闭第二辅助加热器14，浓除湿溶液经第一溶液泵8的驱动依次流经溶液热交换器10和第二溶液阀12至第一溶液布液器2中，再由第一溶液布液器2均匀喷淋在除湿蒸发器1的翅片管外，呈膜状向下流动；被处理空气在除湿风机16的驱动下，从翅片管间流过。由于被处理空气中的水蒸汽分压力与除湿溶液表面的水蒸汽分压力之差产生了除湿过程的推动力，伴随空气中水分被溶液吸收所放出的凝结热会导致溶液温度升高，溶液表面水蒸汽分压力也相应升高，除湿溶液的浓度逐渐降低变为稀溶液；稀溶液从除湿冷却器1的溶液出口流出，通过管道流经第二溶液泵9进入溶液热交换器10，与再生冷凝器6流出的高温浓溶液进行热量交换，温度升高后通过管道流入第一辅助加热器13，进一步加热后，流至第二溶液布液器5中，再由第二溶液布液器5均匀喷淋至再生冷凝器6的翅片管外，呈膜状向下流动；稀溶液吸收制冷循环系统中的冷凝排热，温度被加热到再生温度后，将水分释放给由再生冷凝器6上的空气进口进入的再生空气，再生空气为室内湿度较低的回风，从再生冷凝器6上的溶液出口流出的溶液得到浓缩。被处理空气从除湿蒸发器1的翅片管间流过，与除湿溶液呈叉流流动状态，空气中的水分被除湿溶液吸收，得以除湿；同时，空气在翅片管间流动过程中，与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以降温，即同时进行热湿独立处理(冷却和除湿)后，再送入空调区域，满足用户需求。
冬季工况时：四通换向阀4的第一阀口与第三阀口相连，第二阀口与第四阀口相连，实现除湿蒸发器1和再生冷凝器6功能的相互转换。再生冷凝器6为除湿蒸发器模式，除湿蒸发器1为再生冷凝器模式。除湿蒸发器1在冬季的功能是对被处理空气进行加热，同时，对溶液进行再生，再生空气为室外湿度较低的新风，从而可对新风实现加湿功能。再生冷凝器6在冬季的功能变为除湿，吸收室内排风中的水分，使溶液浓度降低，为后续对新风进行加湿处理提供条件。具体如下：制冷剂在再生冷凝器6(冬季为除湿蒸发器模式)中吸收热量，再从再生冷凝器6出发，经过节流阀7到除湿蒸发器1(冬季为再生冷凝器模式)中放出热量，促进了再生过程的溶液温升，使其再生能力得到加强。当系统工作在冬季工况时，关闭第一辅助加热器13，打开第二辅助加热器14，浓除湿溶液经第二溶液泵9的驱动依次流经溶液热交换器10和第一溶液阀11至第二溶液布液器5中，再由第二溶液布液器5均匀喷淋在再生冷凝器6的翅片管外，呈膜状向下流动。室内湿度较高的回风在再生风机16的驱动下从翅片管间流过，浓除湿溶液吸收回风中的水分后，浓度逐渐降低变为稀溶液；稀溶液从再生冷凝器6的溶液出口流出，通过管道流经第一溶液泵8进入溶液热交换器10，与除湿蒸发器1流出的高温浓溶液进行热量交换，温度升高后通过管道流入第二辅助加热器14，进一步加热后，流至第一溶液布液器2中，再由第一溶液布液器2均匀喷淋至除湿蒸发器1的翅片管外，呈膜状向下流动；稀溶液在此吸收制冷循环系统中的冷凝排热，温度被加热到再生温度后，将水分释放给由除湿蒸发器1上的空气进口进入的被处理空气，被处理空气为室外湿度较低的新风。此时，从除湿蒸发器1上的溶液出口流出的溶液得到浓缩。被处理空气在除湿风机16的驱动下，从除湿蒸发器1的翅片管间流过，与再生溶液呈叉流流动状态，吸收再生溶液中的水分，得以加湿；同时，空气在翅片管间流动过程中，与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以升温，即同时进行热湿独立处理(加热和加湿)后，再送入空调区域，满足用户需求。
上述实施例中，在冬季和夏季，通过四通换向阀4的切换，除湿蒸发器1和再生冷凝器6的功能互换，除湿蒸发器1和再生冷凝器6结构相同。
上述实施例，将溶液除湿/再生器与翅片管换热器的功能进行一体化，构成除湿蒸发器1和再生冷凝器6，空气热湿独立处理的两个过程可以在一个设备中实现。除湿蒸发器1内，浓除湿溶液喷淋到翅片管外呈膜状向下流动，除湿空气在除湿风机16的驱动下从翅片管间流过，空气中的水分被除湿溶液吸收，得以除湿；同时，空气与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以降温。再生冷凝器6内，稀除湿溶液喷淋到翅片管外呈膜状向下流动，再生空气在再生风机15的驱动下从翅片管间流过，稀除湿溶液中的水分挥发传递到再生空气中，稀除湿溶液得以浓缩再生。
上述实施例中，空气除湿处理过程由溶液除湿完成，无须将空气的温度冷至低于其露点温度，制冷系统的蒸发温度可提高，制冷循环的性能也得到提升。
上述实施例中，除湿蒸发器1的结构可有多种。优选的，所述包括表面涂有亲水涂层的翅片。亲水涂层为现有技术。利用亲水材料对翅片表面进行亲水处理，使得从溶液布液器流出的除湿溶液在翅片表面成膜状流动。具体制备方法为：选取一种易贴附性的亲水材料，对翅片管换热器的翅片进行亲水处理，使溶液在翅片表面能够成膜状贴附；
在安装时，在翅片上端，喷淋器下方设置一个溶液盘，溶液盘底部导液板紧贴翅片内部，有利于除湿溶液均匀流至翅片表面并顺利形成膜状流动。工作时，被处理空气在风机的驱动下从翅片管间流过，与膜状流动的除湿溶液进行潜热交换，得以湿度调节；同时，空气在翅片管间流动过程中，与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以温度调节。
优选的，所述除湿蒸发器1包括翅片101和吸附材料层102，吸附材料层102连接在翅片101表面，且吸附材料层102不占满翅片101之间的空隙。利用吸附性材料附着于翅片表面，但不完全充满翅片间隙，使除湿溶液浸润于吸附材料中向下流动。具体分为以下步骤制备：
步骤1：选取一种对液体具有强吸附性与易贴附性的多孔结构材料，以下称该材料为吸附材料；
步骤2：对吸附材料进行处理，再将除湿溶液吸附于内，并保证不溢出；
步骤3：将含有除湿溶液的吸附材料贴附于换热器翅片表面，不充满翅片间隙。
工作时，被处理空气在风机的驱动下从翅片管间流过，与吸附材料内所含有的除湿溶液进行潜热交换，得以湿度调节；同时，空气在翅片管间流动过程中，与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以温度调节。
优选的，所述除湿蒸发器1包括翅片101，以及填充在翅片101间隙的Z型填料层103。填料层呈Z型。在翅片101管间隙内全充满Z型填料，除湿溶液在Z型填料内部流动，与空气形成叉流。具体制作过程为：选取Z型填料，制成相应尺寸，再放置在换热器翅片间隙，使其全充满。
工作时，溶液布液器流出的除湿溶液从上而下地在Z型填料内流动，被处理空气在风机的驱动下从侧面进入Z形填料，与填料内的除湿溶液形成叉流，进行潜热交换，得以湿度调节；同时，空气在填料内部流动过程中，与翅片管内部的制冷剂发生热量交换，得以温度调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：包括制冷循环回路和溶液除湿循环回路，所述制冷循环回路和溶液除湿循环回路共用同一除湿蒸发器(1)和同一再生冷凝器(6)，且制冷剂管道和溶液管道穿过除湿蒸发器(1)和再生冷凝器(6)。
2.按照权利要求1所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述制冷循环回路包括除湿蒸发器(1)、压缩机(3)、四通换向阀(4)、再生冷凝器(6)、节流阀(7)，
除湿蒸发器(1)与四通换向阀(4)的第一阀口通过制冷剂管道相连，四通换向阀(4)的第二阀口和压缩机(3)的进口相连，压缩机(3)的出口和四通换向阀(4)的第三阀口相连，四通换向阀(4)的第四阀口和再生冷凝器(6)通过制冷剂管道相连，再生冷凝器(6)通过节流阀(7)和制冷剂管道与除湿冷却器(1)相连。
3.按照权利要求2所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述再生冷凝器(6)内装有再生风机(15)。
4.按照权利要求1所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述溶液除湿循环回路包括第一溶液布液器(2)、第二溶液布液器(5)、第一溶液泵(8)、第二溶液泵(9)、溶液热交换器(10)、第一溶液阀(11)、第二溶液阀(12)、第一辅助加热器(13)和第二辅助加热器(14)，再生风机(15)、除湿风机(16)；其中，
除湿蒸发器(1)通过溶液管道与第二溶液泵(9)相连，第二溶液泵(9)与溶液热交换器(10)通过溶液管道相连，溶液热交换器(10)与第一溶液阀(11)通过溶液管道相连，第一溶液阀(11)通过溶液管道与第一辅助加热器(13)相连，第一辅助加热器(13)与第二溶液布液器(5)通过溶液管道相连，第二溶液布液器(5)位于再生冷凝器(6)上方，再生冷凝器(6)通过溶液管道与第一溶液泵(8)相连，第一溶液泵(8)与溶液热交换器(10)通过溶液管道相连，溶液热交换器(10)与第二溶液阀(12)通过溶液管道相连，第二溶液阀(12)通过溶液管道与第二辅助加热器(14)相连，第二辅助加热器(14)与第一溶液布液器(2)通过溶液管道相连，第一溶液布液器(2)位于除湿蒸发器(1)上方。
5.按照权利要求4所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述除湿蒸发器(1)内装有除湿风机(16)。
6.按照权利要求1所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述除湿蒸发器(1)包括表面涂有亲水涂层的翅片。
7.按照权利要求1所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述除湿蒸发器(1)包括翅片和吸附材料层，吸附材料层连接在翅片表面，且吸附材料层不占满翅片之间的空隙。
8.按照权利要求1所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述除湿蒸发器(1)包括翅片，以及填充在翅片间隙的Z型填料。
9.按照权利要求1—8中任何一项所述的利用溶液除湿的空气热湿独立处理一体化设备，其特征在于：所述除湿蒸发器(1)和再生冷凝器(6)结构相同。
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