TWM548776U

TWM548776U - 儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統

Info

Publication number: TWM548776U
Application number: TW106204580U
Authority: TW
Inventors: Wen-Jie Luo; Dini Faridah
Original assignee: National Chin-Yi Univ Of Technology
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-09-11

Description

儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統

本創作隸屬一種空調系統之技術領域，具體而言係指一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，藉以能有效提升製熱能力與效率。

按，高溫高濕的氣候條件下，給人們的生產生活帶來許多不便。隨著社會與經濟的發展，人們對生活舒適性的要求越來越高，除濕的需求越來越強。尤其在「節能減碳」的議題下，對於除濕技術的需求與效率的提昇更顯得越來越重要。

而除濕指的是將濕空氣中所含水分降低的過程，目前常用空調形式的空氣處理方式為採用冷卻器降溫除濕，為了滿足除濕要求，經常要把空氣溫度降到很低。如第1圖所示，滿足室內舒適性需求的空氣溫度為24℃(B點)，露點溫度為14℃，為了實現除濕的目的，冷水的溫度要低到7℃，而冰水機的冷媒蒸發溫度更需要低到2~5℃。由此可看出，為了要達到空氣除濕的目的，卻需要將冷媒蒸發溫度降到很低的狀況，以使乾空氣降到了同樣低的溫度，進行冷凝過程，把空氣中的水蒸汽冷凝，以達到除濕的效果。然而，為滿足空調控制環境的溫度設計條件，在某些情況下還需要對除濕後的空氣進行再熱，以滿足送風溫度的要求，如此將造成能量的浪費。

一般的除濕方法大概可以分為以下幾種：第一種是利用冷卻方法，使水蒸汽在露點溫度下凝結分離，第二種是利用水溶液強烈的吸濕特性對空氣進行除濕，第三種是利用固體乾燥劑等吸濕能力強的特性對空氣進行除濕，也可上述幾種方法組合使用。而其中固體除濕的設備有固定式和轉輪式兩種，固定式採用週期性的除濕與再生過程切換的方法，以達到間歇式的吸濕和再生。而如第2圖所示，一般轉輪式除濕通過除濕輪的轉動可以實現連續性的除濕和再生，所以應用較廣泛，待處理的濕空氣先經過前段的冷卻器進行預冷及等濕降溫過程後，送入轉輪除濕器，在轉輪除濕器中水蒸氣被固體乾燥劑吸收，空氣溫度升高、濕度降低。例如我國專利第M460251、M340426、I255330號等前案，轉輪除濕透過固體乾燥劑的吸濕和再生能夠將空氣處理到低濕度，由於轉輪運行過程是動態的，除濕過程釋放的潛熱將使乾燥劑溫度升高。

但在傳統上除濕一般採用冷卻除濕的方式進行造成相當大的能源消耗。換言之，若採用各自獨立的溫濕度處理方式，也就是說，將外氣的顯熱與潛熱分開獨立處理，將可節省許多的耗能，故如何解決此一問題，係業界所亟待開發者。

緣是，本創作人乃針對前述現有空調系統在能源消耗及除濕冷却上所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，藉以克服現有高耗能及除濕效率不彰所造成的不便與困擾。

因此，本創作之主要目的係在提供一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，藉由能有效的降低耗能，對於能源有效利用與環境的保護有重要意義

又，本創作之另一主要目的係在提供一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，其能利用一熱泵模組同時進行除濕與冷却，並提高了整體的效率及節能效果。

又，本創作之另一主要目的係在提供一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，其能進一步提升除濕效率，從而提高室內的舒適性。

基於此，本創作主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，該系統可以包含有一熱回收轉輪除濕冷卻模組、一多功能儲能型熱泵模組及一可切換電源供應的電力模組；其中該熱回收轉輪除濕冷卻模組包含有分別連通室內空間與室外空間之一入氣迴路及一出氣迴路，且該熱回收轉輪除濕冷卻模組具有一跨設於入氣迴路中鄰近入氣端與出氣迴路中鄰近出氣端間之固態除濕轉輪，該固態除濕轉輪具有一對應入氣迴路之預冷區及一對應出氣迴路之除濕區，又該熱回收轉輪除濕冷卻模組另具有一跨設於入氣迴路中鄰近出氣端與出氣迴路中鄰近入氣端間之全熱交換器，再者入氣迴路之固態除濕轉輪對應入氣端一側設有一連接儲能型熱泵模組之預冷盤管，又入氣迴路於全熱交換器對應出氣端一側設有一連接儲能型熱泵模組之冷却盤管，又出氣迴路於全熱交換器與固態除濕轉輪間設有一預熱盤管；又所述之該儲能型熱泵模組主要是由一壓縮機、一直膨式蒸發器、一氣冷式冷凝器、二板式熱交換器及一電子膨脹閥所循環組成，且二板式熱交換器分別依冷熱作用對應連接有一冷水儲箱及一熱水儲箱，其中冷水儲箱並連接熱回收轉輪除濕冷卻模組之預冷盤管與冷却盤管，另熱水儲箱並連接熱回收轉輪除濕冷卻模組之預熱盤管；至於，所述之電力模組用於提供系統所需電力，該電力模組具有一處理單元，該處理單元連接有一太陽能電池，且處理單元另連接有一蓄電池，又該處理單元透過一逆變器連接有一切換器，該切換器電氣連接需要電力之設備，且該切換器並分別可選擇性電氣連接前述之蓄電池或/及一市電電源。

為使貴審查委員能進一步了解本創作的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本創作之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

(1)‧‧‧系統

(10)‧‧‧熱回收轉輪除濕冷卻模組

(101)‧‧‧入氣迴路

(102)‧‧‧出氣迴路

(11)‧‧‧固態除濕轉輪

(111)‧‧‧預冷區

(112)‧‧‧除濕區

(12)‧‧‧全熱交換器

(13)‧‧‧預冷盤管

(14)‧‧‧冷却盤管

(15)‧‧‧風扇

(16)‧‧‧預熱盤管

(17)‧‧‧排風扇

(20)‧‧‧太陽熱能輔助加熱模組

(21)‧‧‧水箱

(22)‧‧‧太陽能集熱組

(23)‧‧‧泵浦

(24)‧‧‧輔助加熱器

(25)‧‧‧加熱盤管

(3)‧‧‧儲能型熱泵模組

(30)‧‧‧壓縮機

(31)‧‧‧直膨式蒸發器

(32)‧‧‧氣冷式冷凝器

(34)‧‧‧板式熱交換器

(35)‧‧‧板式熱交換器

(36)‧‧‧電子膨脹閥

(37)‧‧‧冷水儲箱

(38)‧‧‧熱水儲箱

(5)‧‧‧電力模組

(50)‧‧‧處理單元

(51)‧‧‧太陽能電池

(52)‧‧‧蓄電池

(53)‧‧‧逆變器

(55)‧‧‧切換器

(56)‧‧‧市電電源

第1圖：係一般空氣線上的冷凝除濕之溫度路徑示意圖。

第2圖：係現有之除濕轉輪的運轉示意圖。

第3圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統之架構示意圖，用以說明其主要構成元件及其相對關係。

第4圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統中儲能型熱泵模組之架構示意圖。

第5圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統中電力模組之架構示意圖。

第6圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統中熱泵模組於儲冷模式之循環動作示意圖。

第7圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統中熱泵模組於儲熱與供暖風模式之循環動作示意圖。

第8圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統中熱泵模組於同時儲熱與供冷風模式之循環動作示意圖。

第9圖：係本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統於實際冷凝除濕之溫度路徑示意圖。

本創作係一種儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統，隨附圖例示之本創作的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本創作，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本創作之申請專利範圍內，根據本創作之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而本創作之儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統的構成，係如第3、4及5圖所示，該系統(1)可以包含有一熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)【如第3圖所示】、一多功能儲能型熱泵模組(3)【如第4圖所示】及一可切換電源供應的電力模組( 5)【如第5圖所示】；而該熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)包含有分別連通室內空間與室外空間之一入氣迴路(101)及一出氣迴路(102)，且該熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)具有一跨設於入氣迴路(101)中鄰近入氣端與出氣迴路(102)中鄰近出氣端間之固態除濕轉輪(11)，該固態除濕轉輪(11)具有一對應入氣迴路(101)之預冷區(111)及一對應出氣迴路(102)之除濕區(112)，又該熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)另具有一跨設於入氣迴路(101)中鄰近出氣端與出氣迴路(102)中鄰近入氣端間之全熱交換器(12)，該全熱交換器(12)可選自轉輪式全熱交換器，再者熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)於入氣迴路(101)之固態除濕轉輪(11)對應入氣端一側設有一連接儲能型熱泵模組(3)之預冷盤管(13)，供對入氣迴路(101)中的空氣進行預冷，又入氣迴路(101)於全熱交換器(12)對應出氣端一側設有一連接儲能型熱泵模組(3)之冷却盤管(14)，使入氣迴路(101)中的空氣能降到所需溫度，再者入氣迴路(101)出氣端進一步設有一風扇(15)，供將冷空氣吹入室內空間。又該熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)之出氣迴路(102)於全熱交換器(12)與固態除濕轉輪(11)間設有一預熱盤管(16)，供空氣進入固態除濕轉輪(11)前進行預熱，以提高排出之空氣溫度，另該出氣迴路(102)於對應固態除濕轉輪(11)出氣端一側設有一排風扇(17)，供將空氣排放至室外空間；再者，該系統(1)之熱回收轉輪除濕冷卻模組( 10)進一步包含有一太陽熱能輔助加熱模組(20)【如第3圖所示】，該太陽熱能輔助加熱模組(20)具有一水箱(21)及一與水箱(21)形成循環迴路之太陽能集熱組(22)，其中太陽能集熱組(22)進水端與水箱(21)出水端間設有一抽水用之泵浦(23)，且水箱(21)進水端與泵浦(23)出水端間設有一輔助加熱器(24)，供太陽光不足時進行輔助加熱，又水箱(21)出水端與泵浦(23)進水端間連接有一加熱盤管(25)，該加熱盤管(25)係設於熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)出氣迴路(102)之預熱盤管(16)與固態除濕轉輪(11)間，供進一步提高進入固態除濕轉輪(11)之空氣溫度，以增進除濕效率；如第4圖所示，其中該儲能型熱泵模組(3)主要是由一壓縮機(30)、一直膨式蒸發器(31)、一氣冷式冷凝器(32)、二板式熱交換器(34、35)及一電子膨脹閥(36)所循環組成，且二板式熱交換器(34、35)分別依冷熱作用對應連接有一冷水儲箱(37)及一熱水儲箱(38)，使水分別送至相對之板式熱交換器(34、35)，與由壓縮機(30)吐出口的高壓氣態冷媒或流經電子膨脹閥(36)降壓的液氣共存冷媒進行熱交換後，水溫分別被加熱與冷卻後，分別進入相對應的冷水儲箱(37)與熱水儲箱(38)中，以達熱與冷能回收的效果，且如第3圖所示，該儲能型熱泵模組(3)之冷水儲箱(37)並連接熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)之預冷盤管(13)與冷却盤管(14)，分別形成循環，供分別降低其入氣迴路(101)內空氣之溫度，另儲能型熱泵模組(3)之熱水儲箱(38)並連接熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)之預熱盤管(16)，形成循環，供提高其出氣迴路(102)內空氣之溫度；至於，所述之電力模組(5)則係如第5圖所示，該電力模組(5)用於提供儲能型熱泵模組(3)、熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)及太陽熱能輔助加熱模組(20)所需電力，例如儲能型熱泵模組(3)之壓縮機(30)，該電力模組(5)具有一處理單元(50)，該處理單元(50)連接有一太陽能電池(51)，且處理單元(50)另連接有一蓄電池(52)，供儲存太陽能電池(51)所產生多餘的電力，又該處理單元(50)透過一逆變器(53)連接有一切換器(55)，該切換器(55)電氣連接需要電力之設備，如壓縮機(30)，且該切換器(55)並分別可選擇性電氣連接前述之蓄電池(52)或一市電電源(56)，供依需求選用太陽能電池(51)直接供電、蓄電池(52)供電、又或市電供電，以節省電力；藉此，組構成一能提升可以降低能源消費之儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統者。

至於本創作儲能型轉輪除濕冷却空調整合系統於實際使用時，則係如第3圖所示，當系統(1)之熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)於運轉前，該儲能型熱泵模組(3)之冷水儲箱(37)需儲存有適當溫度之冷水、而熱水儲箱(38)需儲存有適當溫度之熱水，因此該儲能型熱泵模組(3)可以進行儲冷、儲熱或同時儲冷儲熱之動作；以儲存冷能而言，如第6圖所示，當冷水儲箱(37 )的冷水溫度過高時，需要由冷水儲箱(37)取熱以降低冷水溫度，經冷凝後的液態冷媒，流經電子膨脹閥(36)進行降壓，低壓液態冷媒被導引流入板式熱交換器(34)，與冷水儲箱(37)中的循環水進行熱交換，液態冷媒蒸發吸收冷水溫度，同時使冷能能儲存於冷水儲箱(37)中。氣態冷媒再流經壓縮機(30)進行壓縮。高壓氣態冷媒被導引流入氣冷式冷凝器(32)進行冷能散熱。經冷凝後的液態冷媒，流經電子膨脹閥(36)進行降壓，再流入板式熱交換器(35)後進入電子膨脹閥(36)，完成整個循環。

又，以儲存熱能與供暖風而言，如第7圖所示，當熱水儲存桶的熱水溫度不足時，需要進行熱回收以補充熱能，因此低壓液態冷媒在直膨式蒸發器(31)中蒸發取熱，氣態冷媒再流經壓縮機(30)進行壓縮。高壓冷媒被導引流入板式熱交換器(35)，與熱水儲箱(38)中的循環水進行熱交換，使熱能能儲存於熱水儲箱(38)中。經冷凝後的液態冷媒，流經電子膨脹閥(36)進行降壓，再於直膨式蒸發器(31)吸收外部環境的熱量使冷媒蒸發進入壓縮機(30)完成循環。

其亦可如第8圖所示，讓儲存冷能與儲存熱能之動作複合運轉。

如此，當系統(1)之儲能型熱泵模組(3)的冷水儲箱(37)與熱水儲箱(38)具有適當溫度的冷水及熱水後，則如第3、9圖所示，當室外空間的空氣因入氣迴路(101)之風扇(15)抽動而向室內空間流動時，外氣會先流經熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)之預冷盤管(13)，使空氣溫度預先降低、且空氣中的濕度比不變【如第9圖之A到B】，當外氣流經固態除濕轉輪(11)之預冷區(111)時，由於溫度較低的氣體有助於固態除濕轉輪(11)中固態除濕劑的吸附效率，因此先將外氣預冷可增進轉輪除濕側的除濕效率【如第9圖之B到C】。而被除濕後的外氣，再流經全熱交換器(12)，與較低溫的回風空氣進行全熱的交換，以使其溫度能獲得降溫【如第9圖之C到D】。之後，經處理後的外氣，再經過一道冷却盤管(14)，以使得外氣能進一步被冷卻【如第9圖之D到E】，以提供負載側合適的溫濕度送風條件；而當需要除濕時，利用熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)之出氣迴路(102)中的排風扇(17)抽動，使室內空間的空氣向室外空間流動，空氣先經過全熱交換器(12)後，與出氣迴路(102)經處理後較高溫的外氣進行熱交換後，溫度獲得提升【如第9圖之F到G】，之後再流經預熱盤管(16)及加熱盤組(25)，使得回風溫度再獲得進一步提高【如第9圖之G到H】，以達到固態除濕轉輪(11)再生過程所需要的溫度。然而，為增進固態除濕劑的脫附效率，系統再設計輔助之加熱盤組(25)，使回風溫度更提高。足夠高溫的回風流經固態除濕轉輪(11)的除濕區(112)時，由固態除濕轉輪(11)含高水分子固態除濕劑被高溫的回風加熱後，固態除濕劑中的水蒸氣分壓將大於回風空氣中的水蒸氣分壓，因此除濕劑所含的水蒸氣分子將被脫附到回風空氣中【如第9圖之H到I】，流經固態除濕轉輪(11 )的高溫高濕回風將被排送到室外空間中。

經由前述之說明，本創作採用可切換電源之電力模組(5)，由電力模組(5)所發的太陽能電力可直接供應儲能型熱泵模組(3)的負載運轉使用，太陽能光電所發出的電能直接透過儲能型熱泵模組(3)的運轉，將電能轉換為熱能與冷能儲存，如此能量儲存的效率更高。多餘的發電電量，亦可儲存於蓄電池(52)內，成為儲能型熱泵模組(3)、熱回收轉輪除濕冷卻模組(10)的電能來源，達到節能之目的；再者，以往的空調系統設計，大都是採用獨立的系統設計，很少將再生能源、太陽熱能與太陽光電整合於空調系統的運轉設計。若能將空調系統、儲能系統與發電系統進行整合與利用，將可發揮各模組互補的功能，提升整體能源的使用效率。

藉此，可以理解到本創作為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本創作已符合新型專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請新型專利。