CN110500669B - 双回风梯级除湿空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种双回风梯级除湿空调系统，包括新风道、并联连接的第一回风道和第二回风道、用于新风负荷的初级处理的第一蒸汽压缩式制冷系统、用于新风负荷的次级处理的溶液除湿再生系统、用于向所述溶液除湿再生系统供给冷、热量的第二蒸汽压缩式制冷系统。该系统将房间回风分为两部分应用，一部分用于处理与溶液除湿系统相结合的蒸汽压缩式制冷系统的冷凝热和溶液再生；另一部分用于在蒸发冷却器中制取冷却水、用于处理独立的蒸汽压缩式制冷系统的冷凝热。优化后的系统实现了降低溶液除湿系统负荷、减少系统内与溶液直接接触换热器的数量、降低设备制造难度、控制系统成本的目的。

Description

双回风梯级除湿空调系统
技术领域
本发明涉及一种机械除湿与冷凝除湿相结合的高效空调系统，主要用于新风处理，属于空气调节系统设计与制造技术领域。
背景技术
溶液除湿空调是一种基于液体吸湿剂对空气实现制冷、除湿的，并可以有效使用低品位热源的新型空调方式，具有巨大的节能环保潜力。目前，在实际工程中溶液除湿空调使用最为广泛的是热泵驱动的形式，即将蒸汽压缩制冷循环与溶液除湿再生循环相耦合，蒸发器提供系统所需冷量，冷凝器提供再生溶液所需热量，这类系统在建筑中通常作为新风机组使用。
然而，热泵驱动的溶液除湿空调系统在设计制造时仍然有部分问题需要解决，其中除湿溶液对换热设备的腐蚀性和防腐蚀换热器的制造问题是溶液除湿空调系统成本居高不下的主要原因。为了满足新风热湿负荷处理的要求、特别是湿负荷处理的要求，溶液除湿空调系统中使用的都是除湿能力较强的盐溶液(如氯化锂、氯化钙和溴化锂)，并且除湿时溶液都是经过制冷循环充分冷却的，而在除湿以后，溶液又需要利用热泵提供的大量的冷凝热来完成稀溶液的再生。因此，在整个热泵驱动的溶液除湿空调系统中，需要使用比较多的换热器，来满足溶液与热泵系统之间的传热，又由于除湿溶液对常规金属的腐蚀性，这些换热器只能采用耐腐蚀的材料。溶液除湿系统中最常用的耐腐蚀换热器材料有塑料和工业纯钛。换热器采用塑料材质时，换热性能不佳，容易导致整个系统的效率下降；换热器采用工业纯钛时，能够保证换热性能，但是结构复杂、制造难度大，并且在成本方面会大大提高。
发明内容
发明目的：本发明提供一种降低了溶液除湿系统承担的热湿负荷、减少了直接与溶液接触的换热器数量的双回风梯级除湿空调系统，解决了现有热泵驱动的溶液除湿空调系统制造难度大、设备成本高的问题。
技术方案：本发明的双回风梯级除湿空调系统，包括新风道、并联连接的第一回风道和第二回风道、用于新风负荷的初级处理的第一蒸汽压缩式制冷系统、用于新风负荷的次级处理的溶液除湿再生系统、用于向所述溶液除湿再生系统供给冷、热量的第二蒸汽压缩式制冷系统；
所述第一蒸汽压缩式制冷系统包括由制冷剂管路依次连接的表冷除湿器、第一压缩机、水冷冷凝器、第一节流阀、与所述水冷冷凝器连接的蒸发冷却器，所述表冷除湿器设置在新风道入口，所述蒸发冷却器的底部水箱与水冷冷凝器的冷却水进口连接，水冷冷凝器的冷却水出口与蒸发冷却器顶部喷淋装置相连，水冷冷凝器的制冷剂出口通过第一节流阀和制冷剂管路与表冷除湿器的制冷剂进口连接，表冷器的制冷剂出口通过第一压缩机和制冷剂管路与水冷冷凝器的制冷剂进口相连；
所述溶液除湿再生系统包括设置在新风道中的溶液除湿器、设置在第二回风道中的溶液再生器，在溶液除湿器底部溶液槽和顶部的喷淋装置之间设置有用于除湿溶液循环的除湿溶液泵，溶液再生器底部溶液槽和顶部溶液喷淋装置之间设置有用于再生溶液循环的再生溶液泵；溶液除湿器和溶液再生器底部溶液槽之间连接有除湿、再生溶液交换管路，在溶液再生器底部流向溶液除湿器底部的溶液管路上设置第一溶液循环泵，在溶液除湿器底部流向溶液再生器底部的溶液管路上设置有第二溶液循环泵；
所述第二蒸汽压缩式制冷系统包括由制冷剂管路依次连接的沉浸式冷却器、第二压缩机、风冷冷凝器、第二节流阀，所述沉浸式冷却器设置在溶液除湿器底部的溶液槽内，风冷冷凝器设置在第二回风道内且位于溶液再生器之前，风冷冷凝器的制冷剂出口通过第二节流阀和制冷剂管路与沉浸式冷却器的制冷剂进口连接，沉浸式冷却器的制冷剂出口通过第二压缩机和制冷剂管路与风冷冷凝器的制冷剂进口相连。
进一步的，本发明系统中，第一回风道的入口设置有用于控制进入第一回风道的回风量的风量调节阀，第一回风道和第二回风道的出口汇合处设置有用于系统排风的排风风机，新风道的出口设有用于向空调房间输送处理后的新风的送风风机。
进一步的，本发明系统中，调节风量调节阀用以实现两个回风道的风量分配；其中，进入第一回风道的回风量控制为总回风量的75％～80％，用于蒸发冷却器制取冷却水；进入第二回风道的回风量分配为总回风量的20％～25％，用于带走风冷冷凝器的冷凝热和溶液再生器的溶液再生。
进一步的，本发明系统中，沉浸式冷却器由制冷剂盘管组成，所述制冷剂盘管直接沉浸在溶液除湿器底部的溶液槽内。
进一步的，本发明系统中，溶液除湿再生系统的溶液除湿器、溶液再生器中使用的是氯化钙溶液、或氯化钙与氯化锂的混合溶液、或氯化钙与溴化锂的混合溶液。
进一步的，本发明系统中，表冷除湿器为制冷剂直膨形式。
进一步的，本发明的双回风梯级除湿空调系统中，作为独立运行的机械制冷除湿系统主要包括由制冷剂管路依次连接的表冷除湿器、第一压缩机、水冷冷凝器、第一节流阀和蒸发冷却器。其中，表冷除湿器设置在新风道的入口，采用制冷剂直膨的形式，新风经过表冷除湿器被除湿降温，一半以上的新风负荷在此处被处理掉。该机械制冷除湿系统的冷凝热从水冷冷凝器中排出，水冷冷凝器使用冷却水作为冷源，而经过水冷凝冷凝器的冷却水是由蒸发冷却器制取的。蒸发冷却器设置在第二回风道中，使用回风作为冷源制取冷却水，蒸发冷却器与水冷冷凝器之间设有循环管路，用于冷却水的循环，并且在循环管路上设置有冷却水循环泵作为输配动力，蒸发冷却器底部设有补水装置，用于补充冷却水。
进一步的，本发明的双回风梯级除湿空调系统中，一套蒸汽压缩式制冷系统(热泵)与一套溶液除湿再生系统相耦合，作为热泵驱动的溶液除湿系统使用。其中，溶液除湿再生系统用于处理新风剩余的热湿负荷，热泵系统则用于为溶液除湿过程提供冷量、为溶液再生过程提供热量。
进一步的，所述热泵驱动的溶液除湿系统中，其溶液除湿器设置在新风道中，位于表冷除湿器之后，用于处理新风剩余的热湿负荷。溶液除湿器底部溶液槽和顶部喷淋装置之间设置有除湿溶液泵，用于除湿溶液在除湿器内的循环，溶液除湿器处理过新风后，其中除湿溶液的温度升高、浓度降低，需要进行除湿溶液的降温和再生。除湿溶液的降温由热泵系统的蒸发端完成，热泵系统的蒸发端制成沉浸式冷却器的形式，其制冷剂盘管由工业纯钛过程，置于溶液除湿器底部的溶液槽内，除湿后温度升高的溶液在底部的溶液槽内被沉浸式冷却器的制冷剂盘管所冷却，恢复除湿降温能力，随后由除湿溶液泵送回溶液除湿器顶部喷淋。热泵系统除了沉浸式冷却器作为蒸发端以外，还由制冷剂管路依次连接的第二压缩机、风冷冷凝器和第二节流阀构成。热泵系统的风冷冷凝器设置与第二回风道中，使用回风带走冷凝热。吸收了冷凝热后的回风温度升高，随后作为溶液再生器的再生空气使用。溶液再生器用于除湿后稀溶液的再生，设置在第二回风道内，位于风冷冷凝器之后，再生空气经过溶液再生器内将稀溶液中的水分带走，完成溶液再生，溶液再生器顶部溶液喷淋装置和底部溶液槽之间设置有再生溶液泵，用于再生溶液在再生器内的循环。另外，在溶液除湿系统中，除湿后的稀溶液和再生后的浓溶液需要进行交换，因此溶液除湿器和溶液再生器底部溶液槽之间连接有溶液交换管路，并且在溶液再生器底部流向溶液除湿器底部的溶液管路上设置第一溶液循环泵，在溶液除湿器底部流向溶液再生器底部的溶液管路上设置有第二溶液循环泵，用于浓稀溶液交换。
进一步的，所述双回风梯级除湿空调系统中，回风分为两部分进行应用，进入第一回风道和第二回风道的风量，通过设置在第一回风道进口与第二回风道相交叉处的风量调节阀进行分配。其中，分配到第一回风道的回风量控制为总回风量的75％～80％，用于蒸发冷却器制取冷却水；进入第二回风道的回风量分配为总回风量的20％～25％，用于带走风冷冷凝器的冷凝热和溶液再生器的溶液再生。
进一步的，所述双回风梯级除湿空调系统中，第一回风道和第二回风道的出口汇合处设置有排风风机，用于系统排风；新风道的出口设有送风风机，用于向空调房间输送处理后的新风。
进一步的，所述双回风梯级除湿空调系统中，溶液除湿再生系统中使用的是氯化钙溶液、或者是氯化钙与氯化锂、氯化钙与溴化锂的混合溶液，除湿溶液泵、再生溶液泵、第一溶液循环泵、第二溶液循环泵均使用防腐蚀泵，相应的溶液管道采用防腐蚀的塑料。
本发明整个系统采用机械制冷除湿系统独立运行、热泵系统与溶液除湿再生系统耦合运行、灵活运用回风的形式。本发明系统中的一套蒸汽压缩式制冷系统用于承担新风一半以上的热湿负荷；另一套蒸汽压缩式制冷系统与溶液除湿再生系统相结合，提供溶液系统除湿和再生需要的冷热量，溶液系统用于处理新风剩余的热湿负荷。该系统将房间回风分为两部分应用，一部分用于处理与溶液除湿系统相结合的蒸汽压缩式制冷系统的冷凝热和溶液再生；另一部分用于在蒸发冷却器中制取冷却水、用于处理独立的蒸汽压缩式制冷系统的冷凝热。优化后的系统实现了降低溶液除湿系统负荷、减少系统内与溶液直接接触换热器的数量、降低设备制造难度、控制系统成本的目的。
本发明的溶液除湿空调系统的优化措施从下面两个方面考虑：一方面降低溶液除湿空调系统承担的热湿负荷，这样可以减少溶液的使用量，降低溶液再生需要的冷凝热数量，降低换热器的换热能力需求；另一方面从系统设计角度减少直接与溶液接触的换热器的使用数量。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明与现有的热泵驱动的溶液除湿空调系统相比最大的特点是增加了一套蒸汽压缩式制冷系统，采用机械除湿的方式处理了新风中的一半以上的热湿负荷。所以，本发明中溶液系统承担的热、湿负荷减少，溶液除湿和再生过程需求的冷、热量减少，相应的溶液与制冷剂直接接触的换热器可以减少或者取消。降低了换热器设计的难度，缓解了溶液对换热器的腐蚀问题。
本发明系统中，唯一与溶液直接接触的换热器采用了沉浸式的结构设计，在避免了常规金属换热器被溶液腐蚀的同时减少了防腐蚀金属材质的用料，节省了成本。
本发明与现有的热泵驱动的溶液除湿空调系统相比实现了房间回风的更加合理的应用，由于溶液除湿系统负荷的降低，因此溶液再生过程对于热量和再生空气的需求降低。因此，在本系统中回风分为两部分使用，一部分用于处理与溶液循环相结合的热泵循环的冷凝热和溶液再生，另一部分用于在蒸发冷却器内制取冷却水、从而用于高效处理机械制冷循环的冷凝热。整个空调系统的能效和热力学特性得到了优化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中有：表冷除湿器1，第一压缩机2，水冷冷凝器3，第一节流阀4，蒸发冷却器5，冷却水循环泵6，溶液除湿器7，除湿溶液泵8，溶液再生器9，再生溶液泵10，第一溶液循环泵11，第二溶液循环泵12，沉浸式冷却器13，第二压缩机14，风冷冷凝器15，第二节流阀16，风量调节阀17，排风风机18，送风风机19。
具体实施方式
结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示的本发明的双回风梯级除湿空调系统，主要由两套蒸汽压缩式制冷系统、一套溶液除湿再生系统、两个回风道、一个新风道和相关流体输配系统组成。
第一蒸汽压缩式制冷系统独立运行，用于新风负荷的初级处理，由制冷剂管路依次连接的表冷除湿器1、第一压缩机2、水冷冷凝器3、第一节流阀4、蒸发冷却器5构成。其中，表冷除湿器1设置在新风道入口；通过水冷冷凝器3中的冷凝热由冷却水带走；蒸发冷却器5设置在第一回风道中，使用回风制取冷却水；蒸发冷却器5的底部水箱与水冷冷凝器3连接，并且之间设置冷却水循环泵6作为冷却水在水冷冷凝器3和蒸发冷却器5之间循环的动力，水冷冷凝器3的出口与蒸发冷却器5顶部喷淋装置相连。新风经过表冷除湿器1时，被表冷除湿器1内的制冷剂直接除湿降温，此处处理一半以上的新风热湿负荷。
溶液除湿再生系统用于新风负荷的次级处理，由溶液除湿器7、除湿溶液泵8、溶液再生器9、再生溶液泵10、第一溶液循环泵11、第二溶液循环泵12构成。其中，对新风的次级除湿降温作用由溶液除湿器7完成，新风经过溶液除湿器7时，与其中流动的除湿溶液进行传热传质，处理掉剩余的热湿负荷。溶液除湿器7设置在表冷除湿器1之后的新风道中，溶液除湿器7底部溶液槽和顶部的喷淋装置之间设置有除湿溶液泵8用于除湿溶液的循环。除湿后的稀溶液需要再生处理，溶液再生器9用于除湿后溶液的再生，溶液再生器9设置在第二回风道中，使用房间的一部分回风进行再生，流入溶液再生器9的回风是经过风冷冷凝器15加热的；溶液再生器9底部溶液槽和顶部溶液喷淋装置之间设置有再生溶液泵10用于再生溶液循环。再生后的浓溶液和除湿后的稀溶液需要在溶液除湿器7和溶液再生器9之间交换循环。因此，在溶液除湿器7和溶液再生器9底部溶液槽之间连接有除湿、再生溶液交换管路，在溶液再生器9底部流向溶液除湿器7底部的溶液管路上设置第一溶液循环泵11，在溶液除湿器7底部流向溶液再生器9底部的溶液管路上设置有第二溶液循环泵12，用于除湿后和再生后溶液的循环交换。
第二蒸汽压缩式制冷系统与溶液除湿再生系统相耦合，用于向溶液除湿再生系统供给冷、热量，包括由制冷剂管路依次连接的沉浸式冷却器13、第二压缩机14、风冷冷凝器15和第二节流阀16。其中，沉浸式冷却器13设置在溶液除湿器7底部的溶液槽内、直接与除湿溶液进行换热，对除湿溶液进行冷却；沉浸式冷却器13的制冷剂盘管由工业纯钛(TA2)材料构成，以防止腐蚀。风冷冷凝器15设置在第二回风道内且位于溶液再生器9之前，利用回风带走冷凝热，被加热的回风再用于溶液再生器9的溶液再生过程。
第一回风道的入口设置有风量调节阀17用于控制进入第一回风道的回风量，第一回风道和第二回风道的出口汇合处设置有排风风机18，用于系统排风；新风道的出口设有送风风机19，用于向空调房间输送处理后的新风。从空调房间收集的回风分别进入第一回风道和第二回风道，通过调节风量调节阀17实现两个回风道的风量分配；其中，分配进入第一回风道的回风量控制为总回风量的75％～80％；分配进入第二回风道的回风量分配为总回风量的20％～25％。
另外，溶液除湿再生系统中使用氯化钙溶液、或者是氯化钙与氯化锂、氯化钙与溴化锂的混合溶液；除湿溶液泵8、再生溶液泵9、第一溶液循环泵11、第二溶液循环泵12均使用防腐蚀泵，相应的溶液管道采用防腐蚀的塑料。

Claims (4)

1.一种双回风梯级除湿空调系统，其特征在于：该系统包括新风道、并联连接的第一回风道和第二回风道、用于新风负荷的初级处理的第一蒸汽压缩式制冷系统、用于新风负荷的次级处理的溶液除湿再生系统、用于向所述溶液除湿再生系统供给冷、热量的第二蒸汽压缩式制冷系统；
所述第一蒸汽压缩式制冷系统包括由制冷剂管路依次连接的表冷除湿器(1)、第一压缩机(2)、水冷冷凝器(3)、第一节流阀(4)、与所述水冷冷凝器(3)连接的蒸发冷却器(5)，所述表冷除湿器(1)设置在新风道入口，所述蒸发冷却器(5)的底部水箱与水冷冷凝器(3)的冷却水进口连接，水冷冷凝器(3)的冷却水出口与蒸发冷却器(5)顶部喷淋装置相连，水冷冷凝器(3)的制冷剂出口通过第一节流阀(4)和制冷剂管路与表冷除湿器(1)的制冷剂进口连接，表冷器(1)的制冷剂出口通过第一压缩机(2)和制冷剂管路与水冷冷凝器(3)的制冷剂进口相连；
所述溶液除湿再生系统包括设置在新风道中的溶液除湿器(7)、设置在第二回风道中的溶液再生器(9)，在溶液除湿器(7)底部溶液槽和顶部的喷淋装置之间设置有用于除湿溶液循环的除湿溶液泵(8)，溶液再生器(9)底部溶液槽和顶部 溶液喷淋装置之间设置有用于再生溶液循环的再生溶液泵(10)；溶液除湿器(7)和溶液再生器(9)底部溶液槽之间连接有除湿、再生溶液交换管路，在溶液再生器(9)底部流向溶液除湿器(7)底部的溶液管路上设置第一溶液循环泵(11)，在溶液除湿器(7)底部流向溶液再生器(9)底部的溶液管路上设置有第二溶液循环泵(12)；
所述第二蒸汽压缩式制冷系统包括由制冷剂管路依次连接的沉浸式冷却器(13)、第二压缩机(14)、风冷冷凝器(15)、第二节流阀(16)，所述沉浸式冷却器(13)设置在溶液除湿器(7)底部的溶液槽内，风冷冷凝器(15)设置在第二回风道内且位于溶液再生器(9)之前，风冷冷凝器(15)的制冷剂出口通过第二节流阀(16)和制冷剂管路与沉浸式冷却器(13)的制冷剂进口连接，沉浸式冷却器(13)的制冷剂出口通过第二压缩机(14)和制冷剂管路与风冷冷凝器(15)的制冷剂进口相连；
所述第一回风道的入口设置有用于控制进入第一回风道的回风量的风量调节阀(17)，第一回风道和第二回风道的出口汇合处设置有用于系统排风的排风风机(18)，新风道的出口设有用于向空调房间输送处理后的新风的送风风机(19)；
所述风量调节阀(17)用以实现两个回风道的风量分配；其中，进入第一回风道的回风量控制为总回风量的75％～80％，用于蒸发冷却器(5)制取冷却水；进入第二回风道的回风量分配为总回风量的20％～25％，用于带走风冷冷凝器(15)的冷凝热和溶液再生器(9)的溶液再生。
2.如权利要求1所述的一种双回风梯级除湿空调系统，其特征在于，所述沉浸式冷却器(13)由制冷剂盘管组成，所述制冷剂盘管直接沉浸在溶液除湿器(7)底部的溶液槽内。
3.如权利要求1所述的一种双回风梯级除湿空调系统，其特征在于，所述溶液除湿再生系统的溶液除湿器(7)、溶液再生器(9)中使用的是氯化钙溶液、或氯化钙与氯化锂的混合溶液、或氯化钙与溴化锂的混合溶液。
4.如权利要求1所述的一种双回风梯级除湿空调系统，其特征在于，所述表冷除湿器(1)为制冷剂直膨形式。
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