CN113028526A - 一种组合式加压除湿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式加压除湿系统，属于空气调节设备领域。系统由一级压气机、初级散热器、二级压气机、次级散热器、回热器A、冷凝器、高压水分离器、一级涡轮、二级涡轮、转轮除湿机、回热器B、限压阀、风扇、电机组成，待处理湿空气经过两次升压、降温后，湿空气中的大部分水蒸气凝结成游离水，并通过高压水分离器与湿空气分离，处理后的湿空气再次经过转轮除湿机进行物理吸附除湿，变为干燥空气，最后经回热、卸压后恢复初始温度和压力，可供进一步使用。该系统采用了加压除湿的方式，相比于传统的降温除湿法具有更高的除湿效率，能实现高露点温度除湿；同时考虑到经济性，继续通过转轮除湿机进行深度除湿，最终达到低露点温度的状态。本系统可应用于高温高湿环境下的厂房等大空间空气除湿。
Description
技术领域
本发明属于空气调节设备领域，涉及一种组合式加压除湿系统。
背景技术
在工业生产中，工作环境的湿度是一个重要的参数，过高的湿度可能会造成电子设备工作失灵、损坏，在其中的工作人员也会感到身体不适。同时，某些特殊的工作产品对空气中的水分较为敏感，需要贮存在干燥的环境之中。在这类工业情景下，对环境空气进行除湿很有必要。目前大多数工程应用采用的除湿方法为降温除湿法，即通过将湿空气的温度降至其露点温度以下以析出水分进行除湿，但这种方法在空气露点温度较低时除湿效果不佳，且系统运行受到水结冰的温度限制。另一方面，根据饱和湿空气的特性，随着露点温度的降低，湿空气对应的饱和含湿量下降将越来越缓慢，降温除湿的效果变差。考虑到经济性问题，此时已不适合继续采用降温除湿的方式。
发明内容
针对上述低露点温度除湿效率低下的问题，本发明提出一种组合式加压除湿系统。
一种组合式加压除湿系统，主要包括：一级压气机、初级散热器、二级压气机、次级散热器、回热器 A、冷凝器、高压水分离器、一级涡轮、二级涡轮、转轮除湿机、回热器B、限压阀、风扇、电机。系统分为待处理湿空气、环境空气两路独立气流。待处理湿空气经历两级压缩提升压力后达到高露点温度的状态，经过降温后湿空气中的水蒸气凝结为游离水，大部分的游离水被高压水分离器分离出去，加压除湿后的湿空气再经历两级膨胀降温后通过转轮除湿机进行深度除湿，变为干燥空气，其露点温度达到预定目标。另一路环境空气由风扇抽吸，冷却被压缩的待处理湿空气，并吸收转轮除湿机再生区里的水分，保证转轮除湿机的持续运行。
本发明的优点在于：
1、采用加压除湿，通过两次增压提高湿空气的露点温度，并在高压状态下冷却降温析出水分，利用高压水分离器将其分离。相比于传统的降温除湿法，高压除湿更容易析出水分，具有更高的除湿能力。
2、系统中二级压气机由一级涡轮驱动，风扇由二级涡轮驱动，除一级压气机外无需额外的输入功，达到了节省能量的效果。
3、高压水分离器分出的液态游离水喷向次级散热器的冷边，降低了冷边环境空气的温度，可以提高次级散热器的换热效率。
4、采用加压除湿与转轮除湿耦合的设计，湿空气在完成加压除湿后进入转轮除湿机，通过物理吸附的方法进行深度除湿，最终达到低露点温度状态，既降低了对加压除湿的压力要求，也降低了转轮除湿机的除湿负荷。
5、转轮除湿机吸湿区中水蒸气吸附为放热过程，随着水蒸气吸附量的增加吸湿区的温度也会缓慢上升，造成吸附效率下降。本系统转轮除湿机吸湿区入口为涡轮出口的低温空气，可以有效地缓解这一问题。
6、本系统转轮除湿机再生区入口为经过次级散热器、初级散热器的高温环境空气，无需额外加热即可维持转轮除湿机在低饱和度下的吸湿能力。
7、转轮除湿机吸湿区出口的处理空气与环境空气通过回热器B进行热量交换，处理空气被加热恢复至室温，环境空气预冷后进入次级换热器，提升了环境空气的冷却能力。
附图说明
图1为本发明的系统示意图，图中1为一级压气机，2为初级散热器，3为二级压气机，4为次级散热器，5为回热器A，6为冷凝器，7为高压水分离器，8为一级涡轮，9为二级涡轮，10为转轮除湿机，11 为回热器B，12为限压阀，13为风扇，14为电机。
具体实施方式
结合图1说明系统的具体工作过程。工作时，待处理湿空气首先进入由电机14带动的一级压气机1 被压缩升温，随后经过初级散热器2降温冷却，再进入由一级涡轮8带动的二级压气机3进一步被压缩升温，随后经过次级散热器4冷却降温。此时的湿空气依次经过回热器A5和冷凝器6的热边，被冷却降至当前压力的露点温度以下，达到饱和状态，析出大量的游离水，在通过高压水分离器7后湿空气中的游离水被分离并喷射至次级散热器4冷边，湿空气继续向前经过回热器A 5的冷边后进入一级涡轮8膨胀降温，再经过冷凝器6冷边，最后进入二级涡轮9再次膨胀降温。湿空气中剩余的水蒸汽由转轮除湿机10的吸湿区吸收，变为干燥空气，经过回热器B11升温、限压阀12卸压后干燥空气恢复入口温度及压力，同时达到低露点温度的状态，完成除湿过程。
另一路环境空气由二级涡轮带动的风扇13驱动，流经回热器B11热边，被转轮除湿机10出口的干燥空气冷却，再依次流过次级换热器4、初级换热器2冷边对处理空气进行冷却，达到高温状态，流过风扇13后经过转轮除湿机10的再生区，吸收水蒸气并排回环境中。
系统实施算例：
为了说明该组合式加压除湿系统的可行性，本专利使用焓参数匹配法对其热力性能进行了计算。给定待处理空气、环境空气的入口参数如表1所示，要求出口空气露点温度达到-60℃以下。
表1入口空气参数
| 参数 | 待处理湿空气 | 环境空气 |
| 质量流量(kg<sub>a</sub>/s) | 1.31 | 1.97 |
| 供气温度(℃) | 30 | 45 |
| 供气压力(kPa) | 101 | 101 |
| 供气含湿量(g/kg<sub>a</sub>) | 24 | 22 |
给定系统各部件的性能参数如表2所示。
表2系统部件性能参数
| 参数 | 数值 |
| 初级散热器效率 | 0.76 |
| 次级散热器效率 | 0.78 |
| 回热器A效率 | 0.4 |
| 回热器B效率 | 0.35 |
| 冷凝器效率 | 0.4 |
| 水分离器效率 | 0.95 |
| 一级压气机效率 | 0.9 |
| 一级压气机压比 | 7 |
| 二级压气机效率 | 0.8 |
| 二级压气机压比 | 1.6 |
| 一级涡轮膨胀比 | 3.49 |
| 二级涡轮效率 | 0.82 |
| 二级涡轮膨胀比 | 1.99 |
| 风扇增压比 | 1.05 |
| 转轮除湿机额定除湿量(kg/h) | 43.7 |
表3展示了系统内各处的湿空气状态点计算结果。
表3系统各处的热物性参数计算结果
| 状态点 | 参考位置 | 焓值(kJ/kg) | 温度(℃) | 压力(kPa) | 含湿量(g/kg<sub>a</sub>) |
| 0 | 待处理空气 | 91.5 | 30.0 | 101 | 24.000 |
| 1 | 一级压气机出口 | 394.3 | 318.6 | 709 | 24.000 |
| 1a | 初级散热器热边出口 | 275.1 | 205.1 | 707 | 24.000 |
| 2 | 二级压气机出口 | 374.0 | 299.3 | 1132 | 24.000 |
| 2a | 次级散热器热边出口 | 152.8 | 88.5 | 1130 | 24.000 |
| 2b | 回热器A热边出口 | 122.4 | 71.9 | 1128 | 19.053 |
| 2c | 冷凝器热边出口 | 76.8 | 54.4 | 1126 | 8.495 |
| 2d | 水分离器出口 | 76.8 | 54.4 | 1126 | 8.495 |
| 2e | 回热器A冷边出口 | 107.2 | 82.2 | 1124 | 9.270 |
| 3 | 一级涡轮出口 | 8.4 | 4.3 | 322 | 1.592 |
| 3a | 冷凝器冷边出口 | 54.0 | 31.2 | 320 | 8.856 |
| 4 | 二级涡轮出口 | 5.9 | 0.0 | 161 | 2.340 |
| 5 | 转轮除湿机吸湿区出口 | 13.4 | 13.3 | 159 | 0.004 |
| 5a | 限压阀出口 | 30.1 | 30.0 | 101 | 0.004 |
| 6 | 环境空气 | 102.0 | 45.0 | 101 | 22.000 |
| 6a | 回热器B热边出口 | 90.4 | 33.9 | 99 | 22.000 |
| 6b | 次级散热器冷边入口 | 90.4 | 28.0 | 99 | 24.404 |
| 6c | 初级散热器冷边入口 | 237.5 | 148.6 | 97 | 31.795 |
| 6d | 风扇入口 | 316.7 | 223.1 | 95 | 31.795 |
| 7 | 风扇出口 | 348.7 | 253.2 | 100 | 31.795 |
| 8 | 转轮除湿机再生区出口 | 343.7 | 231.5 | 98 | 37.957 |
根据表3的计算结果，限压阀出口的露点温度达到了–67.1℃，满足设计目标。
Claims (6)
1.一种组合式加压除湿系统，主要部件包括一级压气机、初级散热器、二级压气机、次级散热器、回热器A、冷凝器、高压水分离器、一级涡轮、二级涡轮、转轮除湿机、回热器B、限压阀、风扇、电机。其中，待处理湿空气在一级压气机内增压后经过初级散热器被冷却，再进入二级压气机增压后经过次级散热器被冷却，依次经过回热器A和冷凝器热边降温析出大量的游离水，湿空气中的游离水被高压水分离器分出并喷射至次级散热器冷边，同时湿空气经过回热器A的冷边，再进入一级涡轮膨胀降温，经过冷凝器的冷边，再进入二级涡轮膨胀降温，湿空气中剩余的水蒸气由转轮除湿机的吸湿区吸收，湿空气变为干燥空气，经过回热器B升温后最终由限压阀卸压恢复至入口温度及压力，同时达到低露点温度状态。另一路环境空气由风扇驱动，经过回热器B冷却降温，接受喷水后依次通过次级换热器和初级换热器冷边，流过风扇后经过转轮除湿机的再生区，吸收水蒸气后排入环境。
2.根据权利要求1所述的一种组合式加压除湿系统，其特征在于：系统采用加压式的除湿方式，湿空气经过两次压缩后达到较高的压力，露点温度得以提高，能获得更高的除湿效率。
3.根据权利要求1所述的一种组合式加压除湿系统，其特征在于：系统中二级压气机由一级涡轮驱动，风扇由二级涡轮驱动，除一级压气机外无需额外的输入功。
4.根据权利要求1所述的一种组合式加压除湿系统，其特征在于：将加压除湿系统与转轮除湿机进行耦合，首先由加压除水系统将待处理湿空气的露点温度降到一个较低的水平，剩余的水蒸气通过转轮除湿机物理吸附的方法进行深度除湿，既降低了对加压除湿的压力要求，也降低了转轮除湿机的除湿负荷。
5.根据权利要求1所述的一种组合式加压除湿系统，其特征在于：转轮除湿机再生区所需要的热量可以由系统中风扇出口的高温环境空气提供，无需额外的能量消耗。
6.根据权利要求1所述的一种组合式加压除湿系统，其特征在于：对转轮除湿机出口的干燥空气与环境空气采用了回热器的设计，使干燥空气与环境空气进行热交换，可将干燥空气的温度回升至入口状态，同时预冷环境空气，提高其冷却能力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110234358.0A CN113028526A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种组合式加压除湿系统 |
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| CN202110234358.0A CN113028526A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种组合式加压除湿系统 |
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| CN113028526A true CN113028526A (zh) | 2021-06-25 |
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| CN202110234358.0A Pending CN113028526A (zh) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 一种组合式加压除湿系统 |
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| CN (1) | CN113028526A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114087678A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种除湿机及其除湿控制方法 |
-
2021
- 2021-03-03 CN CN202110234358.0A patent/CN113028526A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN114087678A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种除湿机及其除湿控制方法 |
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