CN111089369B - 空气调节系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气调节系统，包括集管、中空纤维膜管、集液池、蒸发器、盘管和盘管；所述集管包括供液集管和回液集管；所述中空纤维膜管的两端分别与供液集管和回液集管连接；回液集管依次经过溶液泵一和过滤器三后与喷淋器连接，喷淋器位于集液池正上方；本发明还提供一种空气调节方法，本发明设计的基于防水透气中空纤维膜的空气调节技术，可净化空气，吸收空气中的二氧化碳等污染物，可减少通风换气量，降低通风换气造成的能源浪费和消耗；也可除湿，吸收空气中的水蒸汽，保持室内湿度；还可进行辐射供冷，为室内降温，保持室内温度适宜。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型空气调节技术，具体涉及一种空气调节系统和方法，采用防水透气中空纤维膜制作成管网，内部通入接近室温的溴化锂、碳酸钠等溶液，以对流、辐射方式为环境降温、除湿，去除二氧化碳等，可用于建筑、车辆、轮船、机舱等空间的空气调节。
背景技术
为了保持室内空气新鲜，满足人体健康卫生条件，空调房间常需要通风换气，排出室内空气，引入室外新鲜空气，由于空调房间室内外空气间焓差较大，所以通风换气往往会造成能量的浪费，增大空调系统能耗。另一方面，为保持一定的室内温度、湿度参数，满足热舒适要求，空调制冷装置需要为室内空气降温，将传入室内的热量转移到室外；同时，还要将室内空气中的水蒸汽除去，以维持室内适当的湿度。目前的空调系统，为空气降温、除湿是通过空调机制冷以冷却空气的方式完成的，空调机工作时蒸发温度低，使其能效较低，空调系统能耗较高，附带产生温室气体、有害气体及固体颗粒等污染物的排放问题，随着空调使用的日益普及，这一问题已引起广泛的关注，促使人们研究提高空调供暖能效，减少由此带来的污染和能源消耗。
为此，一方面人们研究开发了各种能量回收装置，使室内排风与室外新鲜空气在能量回收装置中换热，从空调排风中回收能量，但能量回收装置并不能做到百分百回收效率，故能量浪费仍然存在；另一方面，人们开始了热湿独立处理、温湿度独立控制空调技术的研究。采用温度、湿度分别控制的思路，通过吸湿溶液、固体吸附剂干燥除湿等技术对室内空气进行除湿，以维持室内空气湿度，而采用干式风机盘管、辐射表面为房间降温，由于不必用低温冷源除湿，降温所需的冷源温度可以提高，从而可以大大提高空调制冷效率，也为利用天然冷源创造了条件。由于常见的除湿溶液多具有腐蚀性，空气与除湿溶液直接接触易使有腐蚀性的液滴带入空气中，可能对人体健康和设备产生不利影响，为克服这一不足，近年来研究人员提出了基于膜技术的液体除湿思路，使除湿液体与空气通过透气膜进行热、质传递和交换，避免了除湿液滴携带可能产生的危害。但是，膜的存在增加了空气与溶液间的传质阻力，空气横掠膜元件的阻力较大，需要消耗一定的动力，增加了空调系统能耗。
综上所述，目前的空调系统，通风换气能量损失较大，基于低温冷却的热湿藕合处理技术，能效较低；热湿独立处理或温湿度独立控制的空调技术，虽提高了冷热源效率，但载热流体输送温差减少，增大了输送能耗。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的空气调节系统和方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种空气调节系统，包括集管、中空纤维膜管、集液池、蒸发器、盘管和盘管；
所述集管包括供液集管和回液集管；
所述中空纤维膜管的两端分别与供液集管和回液集管连接；回液集管依次经过溶液泵一和过滤器三后与喷淋器连接，喷淋器位于集液池正上方；
所述集液池中设置有从上到下依次设置有相互连接的盘管一和盘管二，盘管一的出口依次经过贮液器、干燥过滤器一和节流阀后与蒸发器的制冷剂通道的进口连接，蒸发器的制冷剂通道的出口依次经过汽液分离器和压缩机后与盘管二的入口连接，盘管二的出口与盘管一的入口连接，盘管一的出口与贮液器的入口连接；
所述集液池底部与蒸发器的溶液通道入口连接，蒸发器的溶液通道出口依次经过溶液泵二和过滤器二后与供液集管连接。
作为对本发明空气调节系统的改进：
所述盘管一的顶部设有风机。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
所述供液集管和回液集管上均设置有接管，所述中空纤维膜管的一端伸入接管内，与集管内壁齐平，每个接管可以插入一根或多根中空纤维膜管。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
所述接管中设置有转接件，转接件的底上开有多个孔，中空纤维膜管穿进转接件的孔中。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
所述中空纤维膜管与转接件的底板齐平，中空纤维膜管和转接件的孔之间的空隙用胶填满。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
所述中空纤维膜管对折成U形或者直线型。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
所述中空纤维膜管的末端伸出转接件的底板一段距离，相邻中空纤维膜管之间的空隙使用胶填满；中空纤维膜管的末端齐平或者低于转接件的上缘。
作为对本发明空气调节系统的进一步改进：
中空纤维膜管为憎水材料制作，膜直径1～5mmm，膜管壁上有大量直径1.5微米左右的微孔。
本发明还提供一种空气调节方法，包括以下步骤：
1)、稀溶液由溶液泵一从回液集管吸出，经过滤器三过滤后，经喷淋器淋洒在冷凝盘管一的外壁上，被盘管一内饱和的高温高压制冷剂加热、浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水等物质后，落在盘管二外壁上，被盘管二内的高温高压过热蒸汽加热，进一步浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水等物质后成为浓溶液，落在集液池中；
2)、集液池中的浓溶液由溶液泵二抽吸进入蒸发器的溶液通道中，与蒸发器的制冷剂通道中的低温低压制冷剂换热，被冷却降温后，经溶液泵二、过滤器二送入供液集管，由供液集管分配至中空纤维膜管，浓溶液在中空纤维膜管中与中空纤维膜管外侧的空气进行热质交换，吸收了室内空气中的水蒸汽、二氧化碳等物质成为稀溶液，最终汇集在加液集管中，由溶液泵一经过过滤器三后从喷淋器喷淋到冷凝盘管一的外壁上；
3)、压缩机排出的高温高压过热蒸汽先进入盘管二内，向喷淋到冷凝盘管二的稀溶液放出热量成为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入冷凝盘管一内，向喷淋到冷凝盘管一的稀溶液放出热量成为冷凝后的液体制冷剂；
4)、冷凝后的液体制冷剂先进入贮液器，再经干燥过滤器一干燥过滤后，经节流阀节流降压，进入蒸发器的制冷剂通道中蒸发吸热，冷却蒸发器的溶液通道中的浓溶液，成为气体制冷剂后，经汽液分离器过滤气体制冷剂中残留的液体进入压缩机压缩，成为高温高压过热蒸汽后排出。
作为对本发明空气调节方法的改进：
使用的溶液为碳酸钠溶液或碳酸钠溶液与溴化锂、氯化锂等溶液的混合溶液。
本发明所采用的技术方案是：采用聚丙烯等憎水材料加工成中空纤维膜，膜直径1～5mmm,膜管壁上有大量直径1.5微米左右的微孔，膜管内通入可吸收二氧化碳、水蒸汽及其它污染物的溶液，如通碳酸钠溶液可吸收二氧化碳、水蒸汽等，通溴化锂、氯化钙、氯化锂等吸湿溶液或它们的混合溶液，可吸收水蒸汽；溶液温度低于室温或与室温接近，溶液浓度根据溶液蒸汽压低于室内空气中水蒸汽分压力确定。由于膜材料憎水，一定压力范围内，膜管内的液体不会渗出，由于温差、水蒸汽压差、二氧化碳气体分压差的存在，空气与膜管间进行对流传热、传质，空气中的二氧化碳、水蒸汽等透过膜管壁上的微孔被温度较低的膜管内溶液吸收，空气与膜管间对流传热、传质的同时，膜管与室内环境间还进行辐射换热。因此，本发明的技术方案具有净化空气、供冷、除湿的功效。
为提高效率，扩大膜管面积，膜管可通过集管并联，形成毛细管网、毛细管席，毛细管网铺装于墙面、顶棚或地面。夏季空调时，集管内通入低温的溴化锂、氯化锂、氯化钙、碳酸钠等溶液或两种或三种混合物的溶液，在溶液泵的驱动下，低温吸湿溶液在中空纤维膜管内流动，空气中的二氧化碳、水蒸汽等通过膜管壁与毛细管内的溶液进行热质交换、被溶液吸收外，毛细管网还以对流、辐射方式与室内环境进行热交换，吸收室内余热，维持室内热舒适。吸湿后的溶液经冷凝器加热后，吸收的二氧化碳、水蒸汽被解吸收、脱除，溶液恢复吸收能力。
本发明空气调节系统和方法的技术优势为：
本发明设计的基于防水透气中空纤维膜的空气调节技术，可净化空气，吸收空气中的二氧化碳等污染物，可减少通风换气量，降低通风换气造成的能源浪费和消耗；也可除湿，吸收空气中的水蒸汽，保持室内湿度；还可进行辐射供冷，为室内降温，保持室内温度适宜。本发明发挥空气净化、供冷、除湿等空气调节功能，又避免了辐射供冷中壁面结露、溶液除湿中液滴携带等问题，是一种新型高效空调技术。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明空气调节系统的原理图；
图2为中空纤维膜管3的结构示意图；
图3为图2中A部分单根中空纤维膜管3与供液集管1通过接管5联结的示意图；
图4为对折中空纤维膜管3的结构示意图；
图5为接管5中插入四根对折中空纤维膜管3的结构示意图；
图6为接管5中插入六根对折中空纤维膜管3的结构示意图；
图7为图6中B部分为多根中空纤维膜管3与供液集管1通过接管5和转接件4联结的结构示意图；
图8为图6中B部分为多根中空纤维3与供液集管1联结，且中空纤维膜管3的末端齐平于转接件4的上缘的结构示意图；
图9为图6中B部分为多根中空纤维3与供液集管1联结，且中空纤维膜管3的末端低于于转接件4的上缘的结构原理图；
图10为图8的C-C方向的剖视图；
图11为带凸缘的直线型长管
图12为供液集管1和回液集管2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、空气调节系统，如图1-10所示，包括供液集管1、回液集管2、中空纤维膜管3、集液池11、蒸发器16、盘管一171和盘管二17。
中空纤维膜管3的两端分别与供液集管1和回液集管2连接，回液集管2依次经过溶液泵一91和过滤器三81后与喷淋器18连接，喷淋器18位于集液池11正上方。中空纤维膜管3为憎水材料(如聚丙烯等)制作，膜直径1～5mmm，膜管壁上有大量直径1.5微米左右的微孔。中空纤维膜管3形成毛细管网后装于墙面、顶棚或地面，中空纤维膜管3中的溶液可以吸收空气中的二氧化碳、水蒸汽等，中空纤维膜管3中的溶液为碳酸钠溶液，通过中空纤维膜管壁与室内环境之间以对流和辐射方式进行热质交换，调节房间空气，实现空气净化、降温、除湿、加湿等功能。供液集管1、回液集管2与中空纤维膜管3制作成的毛细管网串联或并联运行。
集液池11中设置有从上到下依次设置有相互连接的盘管一171和盘管二17，盘管一171的顶部设有风机181，吸引外部空气从下到上依次流过盘管一171和盘管二17，不断带走溶液加热时产生的水蒸汽、二氧化碳等挥发物；盘管一171的出口依次经过贮液器141、干燥过滤器一14和节流阀15后与蒸发器16的制冷剂通道的进口连接，蒸发器16的制冷剂通道的出口依次经过汽液分离器142和压缩机12后与盘管二17的入口连接，盘管二17的出口与盘管一171的入口连接，盘管一171的出口与贮液器141的入口连接。
两个盘管(盘管一171和盘管二17)能有效地利用排气热能，压缩机12排出的是高温高压的过热气体，高温排气先进入底部的盘管二17，放出热量，加热从上部冷凝器盘管一171表面落下、浓度有所升高的溶液(溶液浓度高，它的蒸汽压低，需要更高温度的热源加热再生)，排气温度降低，成为饱和气体后，再进入上部冷凝盘管一171冷凝放热，加热浓度较低的稀溶液。这样布置，可以有效利用排气热能，提高再生效率。
集液池11底部与蒸发器16的溶液通道入口连接，蒸发器16的溶液通道出口依次经过溶液泵二9和过滤器二8后与供液集管1连接。
供液集管1上设置有接管5，中空纤维膜管3的一端伸入接管5内，与集管1内壁齐平，中空纤维膜管3与接管5间用胶固定。中空纤维膜管3与回液集管2的联结与此相似，即为回液集管2同样设置有接管5。溶液进入供液集管1，分配至各中空纤维膜管3，在中空纤维膜管3内流动，在回液集管2中汇集后流出。
中空纤维膜管3包括多种形式，将中空纤维膜管3对折成U形(如图4所示)，使供液集管1、回液集管3位于中空纤维膜管3的同侧，以节约空间，也便于安装维护。
每个接管5可以插入多根中空纤维膜管3，以提高纤维膜管安装密度，增大相同空间内的有效传热传质面积。如图5、6所示，接管5内分别插入四根、六根中空纤维膜管3。
在接管5中还可以在固定连接转接件4，如图7所示，转接件4的底上开有多个孔，中空纤维膜管3穿进孔中，中空纤维膜管3之间的空隙用胶7填满(胶7可以使用聚氨酯类、有机硅类等)，中空纤维膜管3与转接件4的底板齐平。转接件4与接管5通过热熔连接，也可通过胶结粘结、固定，并保持密封。此外，中空纤维膜管3还可以穿进转接件4的底板上的孔中，中空纤维膜管3的末端伸出转接件4的底板一段距离，相邻中空纤维膜管3末端伸出的部分之间的空隙使用胶7填满。中空纤维膜管3的末端齐平或者低于转接件4的上缘，分别如图8、9所示。这样的结构进一步增大了中空纤维膜管3与转接件4之间粘结胶的接触面积，提高了连接的强度和可靠性。
图11、12是供液集管1、回液集管2的一种结构和制作方法，先用挤压成型方法加工出图11所示的带凸缘的直线型长管，然后，在长管的凸缘上间隔适当距离加工出通孔，通孔可与转接件4连接。这样的结构简化了加工工艺，提高了生产效率。
空气调节系统的使用方法包括：
在空气调节过程中，稀溶液由溶液泵一91从回液集管2吸出，经过滤器三81过滤后，经喷淋器18淋洒在冷凝盘管一171的外壁上，被盘管一171内饱和的高温高压制冷剂加热、浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水等物质后，落在盘管二17外壁上，被盘管二17内的高温高压过热蒸汽加热，进一步浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水等物质后成为浓溶液，落在集液池11中；
集液池11中的浓溶液由溶液泵二9抽吸进入蒸发器16的溶液通道中，与蒸发器16的制冷剂通道中的低温低压制冷剂换热，被冷却降温后，经溶液泵二9、过滤器二8送入供液集管1，由供液集管1分配至中空纤维膜管3，浓溶液在中空纤维膜管3中与中空纤维膜管3外侧的空气进行热质交换，吸收了室内空气中的水蒸汽、二氧化碳等物质成为稀溶液，最终汇集在加液集管2中，由溶液泵一91经过过滤器三81后从喷淋器18喷淋到冷凝盘管一171的外壁上；
压缩机12排出的高温高压过热蒸汽先进入盘管二17内，向喷淋到冷凝盘管二17的稀溶液放出热量成为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入冷凝盘管一171内，向喷淋到冷凝盘管一171的稀溶液放出热量成为冷凝后的液体制冷剂；
冷凝后的液体制冷剂先进入贮液器141，再经干燥过滤器一14干燥过滤后，经节流阀15节流降压，成为低温低压制冷剂，进入蒸发器16的制冷剂通道中蒸发吸热，冷却蒸发器16的溶液通道中的浓溶液，成为气体制冷剂后，经汽液分离器142过滤气体制冷剂中残留的液体进入压缩机12压缩，成为高温高压过热蒸汽后排出。
除采用蒸汽压缩制冷冷却溶液外，还可以采用吸收式热泵冷却溶液、加热脱除溶液吸收的二氧化碳、水等。使用的溶液为碳酸钠溶液或碳酸钠溶液与溴化锂、氯化锂等溶液的混合溶液。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.利用空气调节系统的空气调节方法，其特征在于：
空气调节系统包括集管、中空纤维膜管（3）、集液池（11）、蒸发器（16）、盘管（171）和盘管（17）；
所述集管包括供液集管（1）和回液集管（2）；
所述中空纤维膜管（3）的两端分别与供液集管（1）和回液集管（2）连接；回液集管（2）依次经过溶液泵一（91）和过滤器三（81）后与喷淋器（18）连接，喷淋器（18）位于集液池（11）正上方；
所述集液池（11）中设置有从上到下依次设置有相互连接的盘管一（171）和盘管二（17），盘管一（171）的出口依次经过贮液器（141）、干燥过滤器一（14）和节流阀（15）后与蒸发器（16）的制冷剂通道的进口连接，蒸发器（16）的制冷剂通道的出口依次经过汽液分离器（142）和压缩机（12）后与盘管二（17）的入口连接，盘管二（17）的出口与盘管一（171）的入口连接，盘管一（171）的出口与贮液器（141）的入口连接；
所述集液池（11）底部与蒸发器（16）的溶液通道入口连接，蒸发器（16）的溶液通道出口依次经过溶液泵二（9）和过滤器二（8）后与供液集管（1）连接；
所述盘管一（171）的顶部设有风机（181）；
所述供液集管（1）和回液集管（2）上均设置有接管（5），所述中空纤维膜管（3）的一端伸入接管（5）内，与集管内壁齐平，每个接管（5）可以插入一根或多根中空纤维膜管（3）；
所述接管（5）中设置有转接件（4），转接件（4）的底上开有多个孔，中空纤维膜管（3）穿进转接件（4）的孔中；
所述中空纤维膜管（3）与转接件（4）的底板齐平，中空纤维膜管（3）和转接件（4）的孔之间的空隙用胶（7）填满；
所述中空纤维膜管（3）对折成U形或者直线型；
所述中空纤维膜管（3）的末端伸出转接件（4）的底板一段距离，相邻中空纤维膜管（3）之间的空隙使用胶（7）填满；中空纤维膜管（3）的末端齐平或者低于转接件（4）的上缘；
中空纤维膜管（3）为憎水材料制作，膜直径1~5mm，膜管壁上有大量直径1.5微米左右的微孔；
空气调节方法包括以下步骤：
1）、稀溶液由溶液泵一（91）从回液集管（2）吸出，经过滤器三（81）过滤后，经喷淋器（18）淋洒在冷凝盘管一（171）的外壁上，被盘管一（171）内饱和的高温高压制冷剂加热、浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水后，落在盘管二（17）外壁上，被盘管二（17）内的高温高压过热蒸汽加热，进一步浓缩，脱除吸收的二氧化碳、水后成为浓溶液，落在集液池（11）中；
2）、集液池（11）中的浓溶液由溶液泵二（9）抽吸进入蒸发器（16）的溶液通道中，与蒸发器（16）的制冷剂通道中的低温低压制冷剂换热，被冷却降温后，经溶液泵二（9）、过滤器二（8）送入供液集管（1），由供液集管（1）分配至中空纤维膜管（3），浓溶液在中空纤维膜管（3）中与中空纤维膜管（3）外侧的空气进行热质交换，吸收了室内空气中的水蒸汽、二氧化碳成为稀溶液，最终汇集在加液集管（2）中，由溶液泵一（91）经过过滤器三（81）后从喷淋器（18）喷淋到冷凝盘管一（171）的外壁上；
3）、压缩机（12）排出的高温高压过热蒸汽先进入盘管二（17）内，向喷淋到冷凝盘管二（17）的稀溶液放出热量成为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入冷凝盘管一（171）内，向喷淋到冷凝盘管一（171）的稀溶液放出热量成为冷凝后的液体制冷剂；
4）、冷凝后的液体制冷剂先进入贮液器（141），再经干燥过滤器一（14）干燥过滤后，经节流阀（15）节流降压，进入蒸发器（16）的制冷剂通道中蒸发吸热，冷却蒸发器（16）的溶液通道中的浓溶液，成为气体制冷剂后，经汽液分离器（142）过滤气体制冷剂中残留的液体进入压缩机（12）压缩，成为高温高压过热蒸汽后排出。
2.根据权利要求1所述的空气调节方法，其特征在于：
使用的溶液为碳酸钠溶液。
3.根据权利要求1所述的空气调节方法，其特征在于：
使用的溶液为碳酸钠溶液与溴化锂溶液的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的空气调节方法，其特征在于：
使用的溶液为碳酸钠溶液与氯化锂溶液的混合溶液。
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