CN118935554B - 一种用于工业空调的加湿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调加湿技术领域，特别是涉及一种用于工业空调的加湿系统，包括高温热泵机组、高压微雾机组和加湿空间，其中高温热泵机组将低品位热源转化为高品位的高温热水，高压微雾机组则与高温热泵机组连接将高温热水加压转化成高温热水雾微粒排出，加湿空间则提供高温热水雾微粒和空气混合的空间，高温热泵机组通过高压管路延伸至加湿空间内并连接至少一个微雾喷头喷出高温热水雾微粒，加湿空间内还水平通入有与微雾喷头喷出热水雾微粒混合的空气源。本发明提供的用于工业空调的加湿系统，其加湿源为高温热泵机组产生的高温热水，将高温热泵机组和高压微雾机组结合在一起应用，可提高加湿器的雾化效率，显著降低工业空调加热段的设计功率。

Description

一种用于工业空调的加湿系统

技术领域

本发明涉及空调加湿技术领域，特别是涉及一种用于工业空调的加湿系统。

背景技术

加湿是一个耗能很大的过程，一般在要求较高的工业空调系统中都需要加湿。通常的加湿源包括以下几种：（1）电极式、电热式加湿器，通过电能对水进行加热，使水蒸发成蒸汽直接对空气进行加湿，1kg/h加湿量大概需要0.76kW的电能；（2）一般的高压微雾加湿器，通过电能对水进行加压至5-7MPa，使水汽化或雾化，对空气进行加湿，1kg/h加湿量大概需要0.006kW的电能，但因为是等焓加湿原理，水雾依靠吸收空气显热而汽化的，需要对空调机组流通空气预热的35℃以上，才能有好的加湿效果，而对空调机组流通空气加热同样需要额外供能；（3）干蒸汽加湿器，通过燃料或者电能对锅炉中的水进行加热产生蒸汽，蒸汽过滤后经过蒸汽加湿装置对空气进行加湿，1kg/h加湿量大概需要1kW的电能。

基于前述，用于工业空调中的加湿系统所需能量较大，因此必须寻找可靠的节能加湿方案应用于工业空调中。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种用于工业空调的加湿系统，加湿源为高温热泵机组产生的高温热水，将高温热泵机组和高压微雾机组结合在一起应用，可提高加湿器的雾化效率，显著降低工业空调加热段的设计功率。

本发明提出的一种用于工业空调的加湿系统，包括：

高温热泵机组，将低品位热源转化为高品位的高温热水；

高压微雾机组，与高温热泵机组连接将高品位的高温热水加压转化成高温热水雾微粒排出；以及，

加湿空间，所述高温热泵机组通过高压管路延伸至加湿空间内并连接至少一个微雾喷头喷出高温热水雾微粒，所述加湿空间内还水平通入有与微雾喷头喷出热水雾微粒混合的空气源。

在本方案用于工业空调的加湿系统中，加湿源为高温热泵机组产生的高温热水，高温热水进入高压微雾机组，产生压力由高压微雾加湿器微雾喷嘴喷射为细微水粒子，进入空调系统与流通空气进行混合，进行热湿交换，对空气进行持续的加湿，将废热提升为高温热水，提供了加湿高温水源，又作为高温喷雾加湿的能量来源。结合耐高温高压微雾加湿器，将两种机组结合在一起应用，可提高加湿器的雾化效率，显著降低中央空调加热段的设计功率。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，所述高温热泵机组包括依次连接的蒸发器、压缩机以及冷凝器，且蒸发器和冷凝器之间还连接有节流阀和干燥过滤器。

进一步的，所述高压微雾机组包括分别与冷凝器连接的高压柱塞泵和补水泵，所述高压柱塞泵与高压管路连接，且冷凝器与高压柱塞泵连接的管路上设置有低压压力传感器，所述高压管路上设置有高压压力传感器。

进一步的，所述微雾喷头上连接有微雾喷嘴，该微雾喷嘴的喷嘴中轴线与空气源的入射方向构成的角度呈40-60°，微雾喷嘴倾斜朝上喷出高温热水雾微粒，形成锥状的热水雾微粒喷射区域，在热水雾微粒喷射区域中由于重力作用形成抛物线状的轨迹，同理水平方向的空气源接触高温热水雾微粒后也呈抛物线状继续与下方的高温热水雾微粒混合，延长空气源和高温热水雾微粒之间的混合接触时间，提高混合效果。

进一步的，所述微雾喷头呈阵列点状分布于竖直面内，且该竖直面垂直于所述空气源的入射方向。

进一步的，所述加湿空间内设置有挡水板及抽风机，所述抽风机远离空气源一侧设置，以形成负压使热湿交换后空气依次经挡水板及抽风机排出。

进一步的，所述加湿空间内还设置有抽吸机构，该抽吸机构包括对称布设的吸风罩体和汇流罩体，且吸风罩体和汇流罩体之间还竖直连接有两个弧形的挡风板，两个所述挡风板分别位于两个罩体的边缘，使两者之间形成空气源及微雾喷头喷出高温热水雾微粒的抽吸混合空间。

进一步的，所述吸风罩体内呈圆周状设置有多个S形的第一扰流板，提高经过吸风罩体内表面附近的气体混合效果。

进一步的，两个所述挡风板内沿其长度方向错落分布有多个竖向S形的第二扰流板，进一步提高抽吸混合空间内周向侧的混合效果，使抽吸混合空间中向上抽取的气体形成旋流。

进一步的，所述吸风罩体和汇流罩体均为圆台状空心筒体，具有汇流的作用，且吸风罩体的顶部连接有抽风机。

本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的加湿系统中，加湿源为高温热泵机组产生的高温热水，高温热水进入高压微雾机组，产生压力由高压微雾加湿器微雾喷嘴喷射为细微水粒子，进入空调系统与流通空气进行混合，进行热湿交换，对空气进行持续的加湿，将废热提升为高温热水，提供了加湿高温水源，又作为高温喷雾加湿的能量来源，结合高压微雾加湿器，通过等焓加湿方式将两种机组结合在一起应用，可提高加湿器的雾化效率，显著降低工业空调加热段的设计功率；

（2）本发明加湿系统中微雾喷嘴的喷嘴中轴线与空气源的入射方向构成一定的倾斜角度，使微雾喷嘴倾斜朝上喷出高温热水雾微粒，形成锥状的热水雾微粒喷射区域，在热水雾微粒喷射区域中由于重力作用形成抛物线状的轨迹，同时水平方向的的空气源接触高温热水雾微粒后也呈抛物线状继续与下方的高温热水雾微粒混合，延长了空气源和高温热水雾微粒之间的混合接触时间，提高混合效果；

（3）本发明加湿系统中抽吸机构形成的抽吸混合空间内，依次经过第二扰流板和第一扰流板附近的气流形成旋流，加速了空气源空气与高温热水雾微粒之间的碰撞和混合，大大提高了热湿交换的效率，从而提高空调系统的加湿效率。

附图说明

图1为本发明实施例中加湿系统的示意图；

图2为本发明实施例中加湿空间内的结构示意图；

图3为本发明实施例中加湿空间内抽吸机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中加湿空间内抽吸机构的侧面结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中吸风罩体和挡风板的内部结构示意图；

图6为本发明一具体实施方式中热湿交换的气流轨迹示意图；

图中：10、高温热泵机组；11、蒸发器；12、压缩机；13、冷凝器；14、节流阀；15、干燥过滤器；20、高压微雾机组；21、补水泵；22、高压柱塞泵；23、低压压力传感器；24、高压压力传感器；30、加湿空间；31、高压管路；32、微雾喷头；33、微雾喷嘴；33a、热水雾微粒喷射区域；34、喷头支架；35、挡水板；40、空气源；50、喷嘴中轴线；61、吸风罩体；61a、第一扰流板；62、汇流罩体；63、挡风板；63a、第二扰流板；64、抽风机。

具体实施方式

本实施例提供的用于工业空调的加湿系统如图1所示，包括高温热泵机组10、高压微雾机组20和加湿空间30，具体而言高温热泵机组10主要作用是将低品位热源转化为高品位的高温热水，而高压微雾机组20则与高温热泵机组10连接将高品位的高温热水加压转化成高温热水雾微粒排出，加湿空间30则提供高温热水雾微粒和空气混合的空间，高温热泵机组10通过高压管路31延伸至加湿空间30内并连接至少一个微雾喷头32喷出高温热水雾微粒，加湿空间30内还水平通入有与微雾喷头32喷出热水雾微粒混合的空气源40。

可以理解的是，高温热泵机组10作为一种能够从低温热源中吸取热量，并将其提升到高温以供使用的装置，在能源利用领域具有广泛的应用前景，在本实施例中主要包括依次连接的蒸发器11、压缩机12以及冷凝器13，且蒸发器11和冷凝器13之间还连接有节流阀14和干燥过滤器15。工作原理主要基于热力学和制冷循环原理，其工作过程可以概括为四个主要步骤：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。

蒸发过程：在蒸发器11中，低温低压的制冷剂液体吸收低温热源（如环境空气、地下水等）的热量，从而蒸发成低温低压的制冷剂气体。这一过程中，制冷剂从低温热源中吸取了热量；压缩过程：蒸发器11中的制冷剂气体通过压缩机12被压缩，温度和压力都得到提升。压缩后的制冷剂气体变成高温高压的气体，为下一步的冷凝过程做好准备；冷凝过程：高温高压的制冷剂气体进入冷凝器13，通过冷凝器13中的冷却介质（如水、空气等）放出热量，从而冷凝成高温高压的制冷剂液体。在这一过程中，制冷剂将热量释放到高温热源中；膨胀过程：冷凝后的高温高压制冷剂液体通过膨胀阀或毛细管等装置，压力和温度都降低，回到蒸发器11进行下一轮的循环。通过这四个步骤的循环进行，高温热泵机组10实现了从低温热源中吸取热量并提升到高温以供使用的目的。

另一方面，本实施例中的高压微雾机组20包括分别与冷凝器13连接的高压柱塞泵22和补水泵21，高压柱塞泵22与高压管路31连接，且冷凝器13与高压柱塞泵22连接的管路上设置有低压压力传感器23，高压管路31上设置有高压压力传感器24。如图2所示，高压管路31另一端通过直管连接三组微雾喷头32，通过竖直的喷头支架34固定位置，一侧还竖直设置有挡水板35。每个微雾喷头32均连接有微雾喷嘴33，每个微雾喷嘴33的喷嘴中轴线50与空气源40的入射方向构成的角度α均为45°，微雾喷嘴33倾斜朝上喷出高温热水雾微粒，形成锥状的热水雾微粒喷射区域33a，在热水雾微粒喷射区域33a中由于重力作用形成抛物线状的轨迹，同理水平方向的的空气源40接触高温热水雾微粒后也呈抛物线状继续与下方的高温热水雾微粒混合，延长空气源40和高温热水雾微粒之间的混合接触碰撞时间，提高混合效果。

高温热泵机组10将40℃以上的余热通过蒸发器11吸收后，提供热泵系统工质汽化能；在冷凝器13将另一循环系统中的水从20℃左右加热到50℃左右的高温热水；高温热水进入加压系统，产生5-7MPa的压力，由微雾喷嘴33喷射为3-10μm的细微水粒子（即高温热水雾微粒），进入空调系统与空气源40进行混合碰撞，进行热湿交换，对空气进行持续的加湿，未能汽化的颗粒因为较小，将随气流扩散，吸收环境余热后，继续汽化，变成水蒸气达到环境加湿效果，因颗粒细、水温高、内能高，所以加湿效率将达到90%以上，减小了喷雾类加湿器的耗水量，本发明所述的余热或废热，可以是工业废热（废水或废气）或地热能等形式的低品位热能。

在一些其它实施方式中，如图2所示，微雾喷头32也可以是多个并呈阵列点状分布于竖直面内，且该竖直面垂直于空气源40的入射方向，即该竖直面与喷头支架34平行。同时，加湿空间30内竖直设置有挡水板35及抽风机64，抽风机64远离空气源40一侧设置，以形成负压使挡水板35左侧的热湿交换后空气依次经挡水板35及抽风机64向右排出，使加湿空间30内抽风机64左侧形成空调系统的负压段，用来排向车间或房间，需要说明的是，本实施方式中抽风机64的安装设置仅为其中的一种示例，抽风机64也可以通过其它的方式安装。

作为本发明可选的实施方式之一，参见图3、图4，在加湿空间30内还设置有抽吸机构，该抽吸机构具体包括对称布设的吸风罩体61和汇流罩体62，两者均为圆台状空心筒体，吸风罩体61的顶部连接有抽风机64，汇流罩体62底部连接有出水管用来回收冷凝水，且吸风罩体61和汇流罩体62之间还竖直连接有两个弧形的挡风板63，两个挡风板63分别位于两个罩体的边缘，使两者之间形成空气源40及微雾喷头32喷出高温热水雾微粒的抽吸混合空间，当空气源40和微雾喷头32喷出热水雾微粒在抽吸混合空间内接触混合时进行热湿交换，吸风罩体61顶部的抽风机64将热湿交换后的加湿气体输送至空调其它系统管道。

在一些其它实施方式中，如图5所示，吸风罩体61内呈圆周状设置有多个S形的第一扰流板61a，两个挡风板63内沿其长度方向错落分布有多个竖向S形的第二扰流板63a，第一扰流板61a和第二扰流板63a的偏转方向相同或相似，当吸风罩体61上的抽风机64作业时，空气源40和微雾喷头32喷出的高温热水雾微粒在抽吸混合空间内接触碰撞混合进行热湿交换，使依次经过第二扰流板63a和第一扰流板61a附近的气流形成旋流，加速空气源40空气与高温热水雾微粒之间的碰撞和混合，大大提高了热湿交换的效率，从而提高空调系统的加湿效率，图6为本实施方式中热湿交换后加湿混合气（即加湿后空气）的路径示意图。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于工业空调的加湿系统，其特征在于，包括：

高温热泵机组（10），将低品位热源转化为高品位的高温热水；

高压微雾机组（20），与高温热泵机组（10）连接将高品位的高温热水加压转化成高温热水雾微粒排出；以及，

加湿空间（30），所述高压微雾机组（20）通过高压管路（31）延伸至加湿空间（30）内并连接至少一个微雾喷头（32）喷出高温热水雾微粒，所述加湿空间（30）内还水平通入有与微雾喷头（32）喷出热水雾微粒混合的空气源（40）；

所述微雾喷头（32）上连接有微雾喷嘴（33），该微雾喷嘴（33）的喷嘴中轴线（50）与空气源（40）的入射方向构成的角度呈40-60°；

所述加湿空间（30）内还设置有抽吸机构，该抽吸机构包括对称布设的吸风罩体（61）和汇流罩体（62），且吸风罩体（61）和汇流罩体（62）之间还竖直连接有两个弧形的挡风板（63），两个所述挡风板（63）分别位于两个罩体的边缘，使两者之间形成空气源（40）及微雾喷头（32）喷出高温热水雾微粒的抽吸混合空间；

所述吸风罩体（61）内呈圆周状设置有多个S形的第一扰流板（61a），两个所述挡风板（63）内沿其长度方向错落分布有多个竖向S形的第二扰流板（63a）。

2.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于，所述高温热泵机组（10）包括依次连接的蒸发器（11）、压缩机（12）以及冷凝器（13），且蒸发器（11）和冷凝器（13）之间还连接有节流阀（14）和干燥过滤器（15）。

3.根据权利要求2所述的加湿系统，其特征在于，所述高压微雾机组（20）包括分别与冷凝器（13）连接的高压柱塞泵（22）和补水泵（21），所述高压柱塞泵（22）与高压管路（31）连接，且冷凝器（13）与高压柱塞泵（22）连接的管路上设置有低压压力传感器（23），所述高压管路（31）上设置有高压压力传感器（24）。

4.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于，所述微雾喷头（32）呈阵列点状分布于竖直面内，且该竖直面垂直于所述空气源（40）的入射方向。

5.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于，所述吸风罩体（61）和汇流罩体（62）均为圆台状空心筒体，且吸风罩体（61）的顶部连接有抽风机（64）。