CN1818486A - 二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，属于暖通空调技术领域。所述空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环装置组成，所述循环热泵系统含有：压缩机、冷却器、内部热交换器、节流阀、蒸发器、储液罐；所述溶液再生循环装置含有气液喷淋模块、溶液泵、空气回热器、板式换热器。在该空调系统中，由于采用溶液系统控制室内湿度、采用二氧化碳超临界循环热泵控制室内温度，从而实现了温湿度的独立调节与控制。二氧化碳超临界循环热泵中蒸发器的制冷量和冷却器的排热量均得到了有效的利用，而且热泵的蒸发温度提高了约 10℃，两方面的原因使得整个系统的COP很高。

Description

二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，属于暖通空调技术领域。

背景技术

在常规空调系统中，一般采用冷凝除湿的方法调节空气的湿度，这种除湿方式需要将空气冷却到露点温度以下才能实现除湿的任务，在很多情况下还需要进一步再热才能使得送风参数达到要求，这种方式虽能较精确的控制送风的温、湿度，但处理过程存在过度冷却和再热的双重能量浪费。而在很多建筑中，空调系统中不设置再热装置，经过冷凝除湿后的低温空气直接送入室内，造成室内呈现低温高湿的状况，人员的热舒适性较差，即这种常规空调系统无法同时满足室内温度与湿度的控制要求。此外，冷凝除湿产生的冷凝水附着在空调系统的表面，容易滋生各种霉菌，恶化室内空气品质。出现这些问题的根本原因是把空气的降温和除湿同时处理，由于降温和除湿过程的本质不同，容易出现很多矛盾和问题。

溶液除湿空调系统是一种很有潜力的新型空调系统，由于其“热、湿独立处理”的优势，近年来得到了较快的发展。在新型空调系统中，溶液除湿系统用于去除建筑的潜热(湿)负荷，高温的冷水(15～18℃)用于去除建筑的显热负荷。由于去除潜热的任务由溶液除湿系统承担，这样去除显热负荷的冷水温度比常规空调系统高出约10℃。此温度的冷源可以采用地下水等天然冷源，在没有天然冷源可以采用的情况下，即使使用机械制冷方式，制冷机的性能系数(COP)也有明显提高。这样，在空调系统中，需要有15～18℃的冷源、以及80～90℃的热源用于溶液的浓缩再生。在没有低温热源的地方，该系统的使用受到一定的限制。

常用的制冷(或热泵)系统，采用R134a、R22等工质，其临界温度在100℃左右，所以制冷(热泵)系统冷凝温度较低(约40～50℃)，否则冷凝温度接近临界温度，系统的COP显著下降。由于二氧化碳的临界温度仅为31.1℃，因而以二氧化碳为工质的热泵高压侧处于超临界状态，该热泵可以得到温度较高(可达到90℃)的热源，可作为空调系统的驱动能源。

发明内容

本发明的目的在于提出一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿系统相结合的新型空调系统。该系统的特点是：二氧化碳超临界循环热泵的蒸发器提供温度较高的冷水(15～18℃)，其制冷量用于满足建筑的供冷要求；热泵可以提供80～90℃温度的热源，其排热量用于除湿溶液的浓缩再生。在这种新型的系统中，采用溶液除湿系统控制室内湿度、采用二氧化碳超临界循环热泵控制室内温度，从而实现了温湿度的独立调节与控制。此外，二氧化碳超临界循环热泵的蒸发器的制冷量和冷却器(类似制冷机的冷凝器)的排热量均得到了有效的利用，整个系统的COP很高。

本发明提出的一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，其特征在于：所述空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环装置组成，所述循环热泵系统含有：压缩机(1)、热泵冷却器(2)、内部热交换器(3)、节流阀(4)、蒸发器(5)、储液罐(6)，所述热泵冷却器(2)通过管道与内部热交换器(3)及压缩机(1)相连，所述储液罐(6)通过管道与蒸发器(5)及压缩机(1)相连，所述蒸发器(5)一端通过节流阀(4)及管道与内部热交换器(3)相连，另一端与冷冻供水和冷冻回水相连；所述溶液再生循环装置(7)含有：热泵冷却器(2)，气液喷淋模块(8)、溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)，所述气液喷淋模块(8)通过管道与溶液泵(9)、热泵冷却器(2)、空气回热器(10)、板式换热器(11)相连。

在上述的空调系统中，所述在溶液再生循环装置(7)中，室外新风首先经过空气回热器(10)，回收排风的热量，预热后的新风进入分级再生器III、II、I内，在气液喷淋模块(8)中与加热后的高温溶液接触进行传热传质，空气不断吸收来自溶液中的水分，自身的温度和湿度不断增大，最后热湿的排风经过空气回热器(10)后直接排出。

在上述的空调系统中，所述在每一级分级再生器I、II、III中，溶液先经过热泵冷却器(2)被直接加热，升温后的溶液在气液喷淋模块(8)中与空气进行热质交换，溶液中的水分不断进入空气中，溶液的浓度不断升高，从溶液再生循环装置(7)流出的浓溶液可以供给除湿器使用，或者存储起来备用，在溶液再生装置(7)中，设有板换换热器(11)，以预热进入分级再生器I的稀溶液。

本发明提出的另一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，其特征在于：所述空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环装置组成，所述循环热泵系统含有：压缩机(1)、热泵冷却器(2)、内部热交换器(3)、节流阀(4)、蒸发器(5)、储液罐(6)，所述热泵冷却器(2)通过管道与内部热交换器(3)及压缩机(1)相连，所述储液罐(6)通过管道与蒸发器(5)及压缩机(1)相连，所述蒸发器(5)一端通过节流阀(4)及管道与内部热交换器(3)相连，另一端与冷冻供水和冷冻回水相连；所述溶液再生循环装置(7)含有：气液喷淋模块(8)、溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)，所述气液喷淋模块(8)通过管道与溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)相连。

在上述空调系统中，所述在溶液再生循环装置(7)中，室外新风首先经过空气回热器(10)，回收排风的热量，预热后的新风进入分级再生器III、II、I内，在气液喷淋模块(8)中与加热后的高温溶液接触进行传热传质，空气不断吸收来自溶液中的水分，自身的温度和湿度不断增大，最后热湿的排风经过空气回热器(10)后直接排出。

在上述空调系统中，所述在每一级分级再生器I、II、III中，溶液先经过板式换热器(11)与热水换热，升温后的溶液在气液喷淋模块(8)中与空气进行热质交换，溶液中的水分不断进入空气中，溶液的浓度不断升高，从溶液再生循环装置(7)流出的浓溶液可以供给除湿器使用，或者存储起来备用，在溶液再生装置(7)中，设有板换换热器(11)，以预热进入分级再生器I的稀溶液。

在这种空调系统中，采用溶液系统控制室内湿度、采用二氧化碳超临界循环热泵控制室内温度，从而实现了温湿度的独立调节与控制。二氧化碳超临界循环热泵中蒸发器的制冷量和冷却器的排热量均得到了有效的利用，而且热泵的蒸发温度提高了约10℃，两方面的原因使得整个系统的COP很高。

附图说明

图1为本发明空调系统原理图1-热泵冷却器的排热量直接加热除湿溶液。其中图a为溶液除湿系统与二氧化碳超临界循环热泵原理图，b为再生器原理图。

图2为本发明空调系统原理图2-热泵冷却器的排热量用于加热水。其中图a溶液除湿系统与二氧化碳超临界循环热泵原理图，b为再生器原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

参看图1与图2，本空调系统包括：二氧化碳超临界循环热泵与溶液循环系统。二氧化碳超临界循环热泵蒸发器产生的冷量用于制取高温的冷冻水(15～18℃)，去除建筑的显热负荷；冷却器的排热量用于加热溶液或热水(温度为80～90℃)，提供溶液浓缩再生的热量；浓溶液用于去除建筑的潜热负荷，从而实现了温湿度的独立调节与控制，本发明所使用的除湿溶液采用溴化锂、氯化锂等。

图1与图2是二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的温湿度独立控制空调系统工作原理图，其中图1中热泵冷却器的排热量直接加热除湿溶液、再用于溶液的浓缩再生，图2中热泵冷却器的排热量用于加热水、再用于溶液的浓缩再生，图中虚线表示二氧化碳循环工质。整个空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环组成，热泵系统包括：压缩机1、冷却器2、内部热交换器3、节流阀4、蒸发器5、储液罐6，溶液再生装置7包括：气液喷淋模块8、溶液泵9、空气回热器10以及板式换热器11。

二氧化碳超临界循环热泵蒸发器产生的冷量用于制取高温的冷冻水(15～18℃)，去除建筑的显热负荷；冷却器的排热量用于加热溶液(图1)或热水(图2)，加热温度为80～90℃，提供溶液浓缩再生的热量。热泵冷却器中由于二氧化碳处于超临界状态，冷却器中的排热过程为一变温过程，而不是常规制冷系统冷凝器中的接近等温过程，因而在冷却器中二氧化碳与溶液(或热水)的换热过程更加接近逆流。在溶液再生装置7中(图1b与图2b)，室外新风首先经过空气回热器10，回收排风的热量，预热后的新风进入分级再生器内(图示为三级装置III、II、I，也可采用其他级数)，在气液喷淋模块8中与加热后的高温溶液接触进行传热传质，空气不断吸收来自溶液中的水分，自身的温度和湿度不断增大，最后热湿的排风经过空气回热器10后直接排出。

在每一级再生装置中，溶液先经过冷却器2被直接加热(图1)或经过板式换热器11与热水换热(图2)，升温后的溶液在气液喷淋模块8中与空气进行热质交换，溶液中的水分不断进入空气中，溶液的浓度不断升高，从再生器7流出的浓溶液可以供给除湿器使用，或者存储起来备用。另外，在溶液再生装置7中，设有溶液热回收器(板换换热器11)，以预热进入再生装置I的稀溶液。

由于使用的溶液具有一定的腐蚀性，因而图1的使用方法对冷却器2的材质有较高的要求。当冷却器2的材质难以满足要求或价格过高的情况下，可以采用图2的方式，冷却器的排热量加热水，再将水的热量通过板式换热器11传递给溶液，溶液与水的换热采用不锈钢材质的板式换热器即可满足要求。但图2所述的方法，由于热量的传递环节较多，因而效率低于图1所述的系统。

Claims (6)

1、二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，其特征在于：所述空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环装置组成，所述循环热泵系统含有：压缩机(1)、热泵冷却器(2)、内部热交换器(3)、节流阀(4)、蒸发器(5)、储液罐(6)，所述热泵冷却器(2)通过管道与内部热交换器(3)及压缩机(1)相连，所述储液罐(6)通过管道与蒸发器(5)及压缩机(1)相连，所述蒸发器(5)一端通过节流阀(4)及管道与内部热交换器(3)相连，另一端与冷冻供水和冷冻回水相连；所述溶液再生循环装置(7)含有：热泵冷却器(2)，气液喷淋模块(8)、溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)，所述气液喷淋模块(8)通过管道与溶液泵(9)、热泵冷却器(2)、空气回热器(10)、板式换热器(11)相连。

2、按照权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述在溶液再生循环装置(7)中，室外新风首先经过空气回热器(10)，回收排风的热量，预热后的新风进入分级再生器III、II、I内，在气液喷淋模块(8)中与加热后的高温溶液接触进行传热传质，空气不断吸收来自溶液中的水分，自身的温度和湿度不断增大，最后热湿的排风经过空气回热器(10)后直接排出。

3、按照权利要求1或2所述的空调系统，其特征在于：所述在每一级分级再生器I、II、III中，溶液先经过热泵冷却器(2)被直接加热，升温后的溶液在气液喷淋模块(8)中与空气进行热质交换，溶液中的水分不断进入空气中，溶液的浓度不断升高，从溶液再生循环装置(7)流出的浓溶液可以供给除湿器使用，或者存储起来备用，在溶液再生装置(7)中，设有板换换热器(11)，以预热进入分级再生器I的稀溶液。

4、二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统，其特征在于：所述空调系统由二氧化碳超临界循环热泵和溶液再生循环装置组成，所述循环热泵系统含有：压缩机(1)、热泵冷却器(2)、内部热交换器(3)、节流阀(4)、蒸发器(5)、储液罐(6)，所述热泵冷却器(2)通过管道与内部热交换器(3)及压缩机(1)相连，所述储液罐(6)通过管道与蒸发器(5)及压缩机(1)相连，所述蒸发器(5)一端通过节流阀(4)及管道与内部热交换器(3)相连，另一端与冷冻供水和冷冻回水相连；所述溶液再生循环装置(7)含有：气液喷淋模块(8)、溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)，所述气液喷淋模块(8)通过管道与溶液泵(9)、空气回热器(10)、板式换热器(11)相连。

5、按照权利要求4所述的空调系统，其特征在于：所述在溶液再生循环装置(7)中，室外新风首先经过空气回热器(10)，回收排风的热量，预热后的新风进入分级再生器III、II、I内，在气液喷淋模块(8)中与加热后的高温溶液接触进行传热传质，空气不断吸收来自溶液中的水分，自身的温度和湿度不断增大，最后热湿的排风经过空气回热器(10)后直接排出。

6、按照权利要求4或5所述的空调系统，其特征在于：所述在每一级分级再生器I、II、III中，溶液先经过板式换热器(11)与热水换热，升温后的溶液在气液喷淋模块(8)中与空气进行热质交换，溶液中的水分不断进入空气中，溶液的浓度不断升高，从溶液再生循环装置(7)流出的浓溶液可以供给除湿器使用，或者存储起来备用，在溶液再生装置(7)中，设有板换换热器(11)，以预热进入分级再生器I的稀溶液。

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