CN117073084B - 湿度调节装置和稳定湿度调节装置水温的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种湿度调节装置和稳定湿度调节装置水温的方法，湿度调节装置包括换热器、冷水供水管道、热水供水管道、冷水回水管道、热水回水管道、蓄水装置、连接管道、旁通管道和六个阀门；冷水供水管道和热水供水管道均与换热器进水口连通；连接管道的两端分别与换热器出水口和蓄水装置进液口连接，旁通管道的两端分别与换热器出水口和蓄水装置出液口连接，冷水回水管道和热水回水管道均与蓄水装置出液口连通；六个阀门分别位于冷水供水管道、热水供水管道、连接管道、旁通管道、冷水回水管道和热水回水管道上。该湿度调节装置解决了水路系统因频繁切换工况导致的水温波动，进而使得除湿与再生工况切换时能源损失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气调节设备领域，具体地说，是涉及一种湿度调节装置和稳定湿度调节装置水温的方法。
背景技术
近年来，出现了一种新型的翅片管式涂层除湿技术，该除湿技术为：在翅片管换热器外表面涂覆一层可再生的干燥剂，干燥剂与流经的空气进行水分交换，同时翅片表面的干燥剂和管内冷却水、再生热水进行间壁式换热；除湿工况冷却水带走吸附剂吸湿产生的吸附热，降低除湿材料的温度；再生工况热水加热除湿材料进行再生。
该技术可在除湿工况时提高除湿材料的除湿性能。而在再生工况时，由于热源与除湿材料之间的热阻较低，降低了对热源温度的要求。此外，该技术通过控制冷却水进水温度，还可以实现等温除湿或降温除湿。相对于转轮除湿而言，采用该技术的除湿机组，能耗显著降低。公布号为CN113108385A的专利文献公开了此类整体式的翅片管涂层的除湿机组。
参照专利CN113108385A所公开的一种整体式翅片管涂层除湿机组，在冷却水水温为7℃，再生热水温度为60℃条件下，进行除湿和再生测试，其水温进口的温度曲线见图1。在除湿机组运行过程中，需要进行除湿和再生工况切换，伴随着工况切换，涂层换热器的进水水温呈周期性变化。切换至除湿工况或再生工况初始，水温先迅速降低或增大并到达峰值，之后逐渐回落波动，最终趋于稳定。这主要是由于，使用该技术的除湿机组换热器内储存滞留的除湿冷水或再生热水量较大，在由除湿工况切换至再生工况时，除湿冷水被迫循环到热水系统内回收；相反，在由再生工况切换至除湿工况时，再生热水被迫循环到冷水系统内回收。可见，在运行过程中不可避免的会出现除湿冷水及再生热水供水系统水温波动变化的情况，即如图1中所示情况。这一问题，除了导致涂层换热器进水温度波动外，还会给冷水系统和热水系统带来冲击，更会提高冷水系统和热水系统的负荷，增加能耗，造成能源的浪费。
综上所述，如何有效地解决现有除湿机组水温波动，降低冷水、热水切换时的能源浪费，实现稳定、高效、低耗除湿，是目前本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种湿度调节装置，该湿度调节装置解决了水路系统因频繁切换工况导致的水温波动，进而使得除湿与再生工况切换时能源损失的问题，提高了湿度调节装置的节能性和除湿性能的稳定性。
本发明的第二目的是提供一种稳定上述湿度调节装置水温的方法。
为实现上述第一目的，本发明提供一种湿度调节装置，包括：换热器、冷水供水管道、热水供水管道、冷水回水管道和热水回水管道；换热器设置有换热器进水口和换热器出水口，冷水供水管道和热水供水管道均与换热器进水口连通；湿度调节装置还包括蓄水装置、连接管道、旁通管道、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；蓄水装置设置有蓄水装置进液口和蓄水装置出液口；连接管道的两端分别与换热器出水口和蓄水装置进液口连接，旁通管道的两端分别与换热器出水口和蓄水装置出液口连接，冷水回水管道和热水回水管道均与蓄水装置出液口连通；第一阀门设置在冷水供水管道上，第二阀门设置在热水供水管道上，第三阀门设置在连接管道上，第四阀门设置在旁通管道上，第五阀门设置在冷水回水管道上，第六阀门设置在热水回水管道上。
由上述方案可见，与现有技术相比，本发明的湿度调节装置通过对水路系统进行改造，并增加相应的阀门和蓄水装置，同时搭配换热器的水路系统，让换热器内上一工况滞留的除湿冷水/再生热水在切换工况时先流经蓄水装置储存，不直接回流到相反的除湿冷水/再生热水回水管道内，待除湿机组再次循环切换工况时，该次工况的除湿冷水/再生热供水会先把换热器内滞留的水排到蓄水装置，蓄水装置内储存的换热器内上一工况滞留的除湿冷水/再生热水会被挤回并流入相应的除湿冷水/再生热水回水管道内，使得换热器内上一工况滞留的再生热水能回到再生热水管道内，或除湿冷水能回到除湿冷水管道内，解决了除湿机组水路系统因切换工况导致的水温波动的问题，同时也减少了切换工况时除湿冷水系统与再生热水系统的水互相混合，造成能量损失的问题，提高了除湿机组的节能性和除湿性能的稳定性。
一个优选的方案是，换热器包括散热翅片和翅片管，翅片管均穿设在散热翅片内，散热翅片上设置有可再生干燥剂，换热器进水口和换热器出水口分别位于翅片管的两端。
由此可见，可再生干燥剂能够在除湿工况下吸收经过换热器的空气并且在再生工况下受热后发生脱附，从而循环使用。
一个优选的方案是，湿度调节装置具有除湿工况，当湿度调节装置从再生工况切换至除湿工况后，第一阀门、第三阀门和第五阀门均打开，第二阀门、第四阀门和第六阀门均关闭。
进一步的方案是，在除湿工况下，当换热器内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入蓄水装置后，第三阀门关闭，第四阀门打开。
一个优选的方案是，湿度调节装置具有再生工况，当湿度调节装置从除湿工况切换至再生工况后，第一阀门、第四阀门和第五阀门均关闭，第二阀门、第三阀门和第六阀门均打开。
进一步的方案是，在再生工况下，当换热器内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到蓄水装置后，第三阀门关闭，第四阀门打开。
一个优选的方案是，蓄水装置外设置有保温层，保温层包裹蓄水装置。
由此可见，保温层的设置可防止蓄水装置内的热水或冷水与外部空气进行热交换。
一个优选的方案是，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门中的至少一个为电磁阀。
由此可见，通过将各阀门均设置成电磁阀，能够更好地控制各阀门的开启和关闭。
一个优选的方案是，蓄水装置内设置有蓄水管道，蓄水管道包括直线延伸段和U形连接段，直线延伸段的数量为两条以上，相邻两条直线延伸段通过一个U形连接段连接；蓄水管道内设置有缓冲腔，缓冲腔的容积大于或等于换热器的容积。
由此可见，通过将缓冲腔的容积设置为大于或等于换热器的容积，从而使得蓄水装置的缓冲腔足够储存换热器内滞留的水。通过设置呈S型延伸的蓄水管道，并且将蓄水管道的内径设置的足够小，可以保证其内流动的湍流强度足够低，以确保换热器内的水在置换蓄水装置内的存水时，尽量少互相混合。
为实现上述第二目的，本发明提供一种稳定上述湿度调节装置水温的方法，稳定湿度调节装置水温的方法包括：当湿度调节装置的上一工况结束并切换至下一工况后；若上一工况为再生工况，下一工况为除湿工况，则打开第一阀门、第三阀门和第五阀门，并关闭第二阀门、第四阀门和第六阀门，当换热器内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入蓄水装置后，关闭第三阀门，并打开第四阀门；若上一工况为除湿工况，下一工况为再生工况，则打开第二阀门、第三阀门和第六阀门，并关闭第一阀门、第四阀门和第五阀门，当换热器内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到蓄水装置后，关闭第三阀门，并打开第四阀门。
附图说明
图1是现有的翅片管涂层除湿机组中进水温度曲线图。
图2是本发明湿度调节装置实施例的局部结构示意图。
图3是本发明湿度调节装置实施例中蓄水装置的结构示意图。
图4是本发明湿度调节装置实施例与对比例中进水温度的对比测试曲线图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1和图2，湿度调节装置包括换热器1、冷水供水管道2、热水供水管道3、冷水回水管道4、热水回水管道5、蓄水装置6、连接管道71、旁通管道72、第一阀门EV-01、第二阀门EV-02、第三阀门EV-03、第四阀门EV-04、第五阀门EV-05和第六阀门EV-06。
换热器1设置有换热器进水口11和换热器出水口12，蓄水装置6设置有蓄水装置进液口61和蓄水装置出液口62，冷水供水管道2和热水供水管道3均与换热器进水口11连接并连通，连接管道71的两端分别与换热器出水口12和蓄水装置进液口61连接，旁通管道72的两端分别与换热器出水口12和蓄水装置出液口62连接，冷水回水管道4和热水回水管道5均与蓄水装置出液口62连接并连通。
第一阀门EV-01、第二阀门EV-02、第三阀门EV-03、第四阀门EV-04、第五阀门EV-05和第六阀门EV-06均为电磁阀。第一阀门EV-01设置在冷水供水管道2上，第二阀门EV-02设置在热水供水管道3上，第三阀门EV-03设置在连接管道71上，第四阀门EV-04设置在旁通管道72上，第五阀门EV-05设置在冷水回水管道4上，第六阀门EV-06设置在热水回水管道5上。
换热器1包括散热翅片和翅片管，翅片管均穿设在散热翅片内，散热翅片上设置有可再生干燥剂，换热器进水口11和换热器出水口12分别位于翅片管的两端。
参见图3，蓄水装置6外设置有保温层65，保温层65包裹蓄水装置6，蓄水装置6内设置有蓄水管道60，蓄水管道60包括直线延伸段63和U形连接段64，直线延伸段63的数量为两条以上，相邻两条直线延伸段63通过一个U形连接段64连接。蓄水管道60内设置有缓冲腔66，缓冲腔66的容积大于或等于换热器1的容积，从而使得蓄水装置6的缓冲腔66足够储存换热器1内滞留的水。通过设置呈S型延伸的蓄水管道60，并且将蓄水管道60的内径设置的足够小，可以保证其内流动的湍流强度足够低，以确保换热器1内的水在置换蓄水装置6内的存水时，尽量少互相混合。
本实施例的一种稳定湿度调节装置水温的方法包括以下步骤：
第一步骤，湿度调节装置在初始工况下，打开第二阀门EV-02、第四阀门EV-04和第六阀门EV-06，并关闭第一阀门EV-01、第三阀门EV-03、第五阀门EV-05。初始工况为再生工况，此时，换热器1内部是相应的再生热水在循环流动。
第二步骤，再生工况结束并切换至除湿工况后，打开第一阀门EV-01、第三阀门EV-03和第五阀门EV-05，并关闭第二阀门EV-02、第四阀门EV-04和第六阀门EV-06。此时换热器1内再生工况滞留的再生热水被排到蓄水装置6内储存，蓄水装置6内初始滞留的水被排回冷水回水管道4循环利用。
第三步骤，当换热器1内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入蓄水装置6的缓冲腔66且蓄水装置6的缓冲腔66内原先滞留的水被置换到冷水回水管道4后，关闭第三阀门EV-03，并打开第四阀门EV-04，让除湿冷水在换热器1内循环流动，进行除湿工况。
第四步骤，除湿工况结束并切换至再生工况时，打开第二阀门EV-02、第三阀门EV-03和第六阀门EV-06，并关闭第一阀门EV-01、第四阀门EV-04和第五阀门EV-05，此时换热器1内除湿工况滞留的除湿冷水流入蓄水装置6内储蓄，蓄水装置6内滞留的再生热水被置换到热水回水管道5循环利用。
第五步骤，当换热器1内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到蓄水装置6的缓冲腔66且蓄水装置6的缓冲腔66内原先滞留的再生热水被置换回热水回水管道5后，关闭第三阀门EV-03，并打开第四阀门EV-04，让再生热水在换热器1内循环流动，进行再生工况。
最后，再次切换工况时重复第二步骤至第五步骤。
性能测试
对本实施例的湿度调节装置和作为对比例的公布号为CN113108385A中公开的一种整体式翅片管涂层除湿机组进行性能测试，本实施例的湿度调节装置为在对比例的基础上增设了各阀门、蓄水装置以及部分水路系统。
设定外部测试条件为：再生热水供水温度60℃，除湿冷却水供水温度7℃，再生进风和除湿进风温度条件相同：干球温度12.5℃。
测试结果如图4所示，从测试结果可以看出，对比例的翅片管涂层除湿机组，切换工况时，除湿冷水进水温度最高波动温差可达5℃，再生热水进水温度最高波动温差可达10℃，且水温受此波动，稳定后的水温也未能达到设定值。
而本实施例的湿度调节装置，切换工况时，再生热水进水和除湿冷水进水温度基本维持稳定，换热器内上一工况滞留的再生热水能回到再生热水管道内，或除湿冷水能回到除湿冷水管道内，水温变化在±1℃。
为验证减少的冷/热负荷的损耗，采用的计算公式是Q＝c*m*ΔT，即Q吸(放)＝c*m(T初—T末)其中c为比热，m为质量，T为温度，Q为能量。吸热时为Q＝c*m*ΔT升，其中，ΔT升等于实际升高后温度减去物体初温，放热时为Q＝c*m*ΔT降，其中，ΔT降等于实际初温减去降温后温度。
其中，以单台3000立方米/小时送风量的对比例的翅片管涂层除湿机组为例。该机组内有两个管翅式换热器进行工况切换，换热器规格为1.2m*0.92m八排管换热器，换热器内滞留的水的容量约为29.7L，水的比热容为4.186kj/(kg.℃)，换热器本身比热为53.7kj/(℃)，冷水供水温度为7℃，热水供水温度为60℃。计算得，单个换热器切换一次的冷/热量的损耗为9435kj。平均切换时间间隔为7.5min，由此计算得对比例的翅片管涂层除湿机组由于工况切换而造成的能量损失为41.93KW。即本实施例的湿度调节装置能减少能量损失41.93KW。计算结果充分说明了本实施例的湿度调节装置的节能效果，并且湿度调节装置内的换热器体积越大、数量越多，节能效果越显著。
由上可见，与现有技术相比，本发明的湿度调节装置通过对水路系统进行改造，并增加相应的阀门和蓄水装置，同时搭配换热器的水路系统，让换热器内上一工况滞留的除湿冷水/再生热水在切换工况时先流经蓄水装置储存，不直接回流到相反的除湿冷水/再生热水回水管道内，待除湿机组再次循环切换工况时，该次工况的除湿冷水/再生热供水会先把换热器内滞留的水排到蓄水装置，蓄水装置内储存的换热器内上一工况滞留的除湿冷水/再生热水会被挤回并流入相应的除湿冷水/再生热水回水管道内，使得换热器内上一工况滞留的再生热水能回到再生热水管道内，或除湿冷水能回到除湿冷水管道内，解决了除湿机组水路系统因切换工况导致的水温波动的问题，同时也减少了切换工况时能量的损失，提高了除湿机组的节能性和除湿性能的稳定性。
此外，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门中也可以仅其中的部分采用电磁阀或者各阀门也可以采用现有的其他具有开闭功能的开关阀。蓄水装置内蓄水管道中直线延伸段和U形连接段数量、以用内径和长度等尺寸均可以根据需要进行改变。缓冲腔的容积也可以与换热器的容积接近，略大于或者略小于换热器的容积。冷水供水管道、热水供水管道、冷水回水管道、热水回水管道、连接管道和旁通管道的长度和内径均可以根据需要进行改变。优选地，旁通管道的长度应尽可能地短，避免管道过长时增大与空气的接触面积而增大换热量。上述改变也能实现本发明的目的。
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.湿度调节装置，包括换热器、冷水供水管道、热水供水管道、冷水回水管道和热水回水管道；
所述换热器设置有换热器进水口和换热器出水口，所述冷水供水管道和所述热水供水管道均与所述换热器进水口连通；
其特征在于：
所述湿度调节装置还包括蓄水装置、连接管道、旁通管道、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；
所述蓄水装置设置有蓄水装置进液口和蓄水装置出液口；
所述连接管道的两端分别与所述换热器出水口和所述蓄水装置进液口连接，所述旁通管道的两端分别与所述换热器出水口和所述蓄水装置出液口连接，所述冷水回水管道和所述热水回水管道均与所述蓄水装置出液口连通；
所述第一阀门设置在所述冷水供水管道上，所述第二阀门设置在所述热水供水管道上，所述第三阀门设置在所述连接管道上，所述第四阀门设置在所述旁通管道上，所述第五阀门设置在所述冷水回水管道上，所述第六阀门设置在所述热水回水管道上；
当所述湿度调节装置的上一工况结束并切换至下一工况后；
若所述上一工况为再生工况，所述下一工况为除湿工况，则打开所述第一阀门、所述第三阀门和所述第五阀门，并关闭所述第二阀门、所述第四阀门和所述第六阀门，当所述换热器内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入所述蓄水装置后，关闭所述第三阀门，并打开所述第四阀门；
若所述上一工况为除湿工况，所述下一工况为再生工况，则打开所述第二阀门、所述第三阀门和所述第六阀门，并关闭所述第一阀门、所述第四阀门和所述第五阀门，当所述换热器内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到所述蓄水装置后，关闭所述第三阀门，并打开所述第四阀门。
2.根据权利要求1所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述换热器包括散热翅片和翅片管，所述翅片管均穿设在所述散热翅片内，所述散热翅片上设置有可再生干燥剂，换热器进水口和换热器出水口分别位于所述翅片管的两端。
3.根据权利要求1所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述湿度调节装置具有除湿工况，当所述湿度调节装置从再生工况切换至所述除湿工况后，所述第一阀门、所述第三阀门和所述第五阀门均打开，所述第二阀门、所述第四阀门和所述第六阀门均关闭。
4.根据权利要求3所述的湿度调节装置，其特征在于：
在所述除湿工况下，当所述换热器内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入所述蓄水装置后，所述第三阀门关闭，所述第四阀门打开。
5.根据权利要求4所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述湿度调节装置具有再生工况，当所述湿度调节装置从除湿工况切换至所述再生工况后，所述第一阀门、所述第四阀门和所述第五阀门均关闭，所述第二阀门、所述第三阀门和所述第六阀门均打开。
6.根据权利要求5所述的湿度调节装置，其特征在于：
在所述再生工况下，当所述换热器内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到所述蓄水装置后，所述第三阀门关闭，所述第四阀门打开。
7.根据权利要求1至6任一项所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述蓄水装置外设置有保温层，所述保温层包裹所述蓄水装置。
8.根据权利要求1至6任一项所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门中的至少一个为电磁阀。
9.根据权利要求1至6任一项所述的湿度调节装置，其特征在于：
所述蓄水装置内设置有蓄水管道，所述蓄水管道包括直线延伸段和U形连接段，所述直线延伸段的数量为两条以上，相邻两条所述直线延伸段通过一个U形连接段连接；
所述蓄水管道内设置有缓冲腔，所述缓冲腔的容积大于或等于所述换热器的容积。
10.稳定湿度调节装置水温的方法，其特征在于，所述湿度调节装置如权利要求1至9任一项所述的湿度调节装置；
所述稳定湿度调节装置水温的方法包括：
当所述湿度调节装置的上一工况结束并切换至下一工况后；
若所述上一工况为再生工况，所述下一工况为除湿工况，则打开所述第一阀门、所述第三阀门和所述第五阀门，并关闭所述第二阀门、所述第四阀门和所述第六阀门，当所述换热器内上一工况滞留的再生热水全部或部分流入所述蓄水装置后，关闭所述第三阀门，并打开所述第四阀门；
若所述上一工况为除湿工况，所述下一工况为再生工况，则打开所述第二阀门、所述第三阀门和所述第六阀门，并关闭所述第一阀门、所述第四阀门和所述第五阀门，当所述换热器内上一工况滞留的除湿冷水全部或部分排到所述蓄水装置后，关闭所述第三阀门，并打开所述第四阀门。
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