WO2013023459A1

WO2013023459A1 - 废湿热空气全热回收系统及方法

Info

Publication number: WO2013023459A1
Application number: PCT/CN2012/074714
Authority: WO
Inventors: 陈越增; 王立明; 汪志强; 邓军琦
Original assignee: 宁波惠康实业有限公司
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-02-21
Also published as: CN102384606B; CN102384606A

Abstract

一种应用于相对封闭的高温高湿工作环境的废湿热空气全热回收系统和该系统的热回收方法，回收系统包括热回收机组（3）和热利用设备，热回收机组（3）包括设置在工作环境中的蒸发器（31）、与蒸发器（31）通过管道相连的冷凝器（32）和与蒸发器（31）和冷凝器（32）通过管道相连的压缩机（33），热利用设备包括与冷凝器（32）通过循环管道相连的水箱（4)）和连接在水箱（4）的出水管路中的水输送设备（42）。该系统及方法可以有效回收废湿热空气的热量，节约能源。

Description

废湿热空气全热回收系统及方法技术领域本发明涉及一种空气全热回收系统及方法，特别涉及一种可用于酒店洗衣房、印染厂等环境的废湿热空气全热回收系统及方法。

背景技术在酒店洗衣房、印染厂等处，因为工作的需要，经常需要用大量的热蒸汽来进行衣物、纺织物等的烘千，而且为了便于保证纺织物卫生，常常要在一个相对封闭的环境中进行，其通风、散热的条件都不理想。热蒸汽烘千衣物、纺织物的过程，使得上述工作环境容易产生不利于工作人员的高温、高湿状况，需用空调机组制冷来进行降温、除湿。此外，在这些工作环境中，还需要大量使用热水来洗涤衣物、纺织物等，又会单独造成相当大的能量消耗。因此，希望出现一种既可以对废湿热气体进行回收，消除工作环境的高温、高湿，又可以利用废热的系统。

发明内容本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种废湿热空气全热回收系统及方法。该系统可以有效收集在酒店洗衣房、印染厂等工作环境中排放的废湿热空气中的热能，并将其全回收来对自来水进行加热，进而提供给洗涤流程中使用，起到节能降耗并对工作场所空气降温、除湿的作用。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废湿热空气全热回收系统，应用于相对封闭的高温高湿工作环境，包括热回收机组和热利用设备，所述热回收机组包括设置在工作环境中的蒸发器，与所述蒸发器通过管道相连的冷凝器，以及与所述蒸发器和冷凝器通过管道相连的压缩机；所述热利用设备包括与所述冷凝器通过循环管道相连的水箱，以及连接在所述水箱的出水管路中的水输送设备；其中，所述水箱上还设置有可连接自来水管路的进水管和出水管。进一步地，所述热回收机组中还包括设置在所述蒸发器附近的循环风机，以及与该循环风机的出风口相连的送风管道。该蒸发器用于使环境中的废湿热空气和该蒸发器中的制冷剂进行热交换，因此，需要根据场地的实际条件来确定其安装位置。所述循环风机是为了使经过和蒸发器换热后的空气被输送到送风管道中，因此，该循环风机的安装需要根据场地上的安装条件、气流走向、风机的规格以及送风管道的位置等实际条件来确定一个在所述蒸发器附近的合适位置。进一步地，所述热利用设备还包括作为热使用设备的洗衣机，洗衣机本身具有水加热并保持水温功能，该热使用设备连接在所述水输送设备的下游。进一步地，所述水箱与所述冷凝器之间的循环管道中设置有冷却热水泵。进一步地，所述水输送设备包括连接在所述水箱的出水管路中的恒压水泵，检测所述水箱的出水管路中压力的压力传感器，检测所述水箱的出水管路中水温的温度传感器，以及控制所述恒压水泵动作的变频器。进一步地，所述废湿热空气全热回收系统还包括检测工作环境中温度和湿度的多个温湿度传感器，以及与所述多个温湿度传感器通讯连接的控制单元；并且，所述控制单元还与所述压力传感器和所述温度传感器通讯连接，与所述冷却热水泵和所述变频器均电连接，根据所述多个温湿度传感器和所述温度传感器的检测信号控制所述冷却热水泵的动作，根据所述温度传感器和所述压力传感器的检测信号控制所述变频器的动作。进一步地，所述控制单元是具有触摸屏的人机交互式 PLC控制器、单片机控制器或其它电脑控制系统中的一种。一种废湿热空气全热回收方法，包括如下步骤：

1 )开机，系统各状态寄存器初始化；

2 )釆样水箱水位、水箱温度，以及工作环境空调的温度和湿度，系统各设备状态寄存器置位；

3 )判断水箱的水位是否达到设定的最低水位，若低于最低水位则起动补水操作将水位补充至设定水位；

4 )环境温度、湿度达到请求降温、除湿所设定值时顺序启动冷却热水泵、循环风机、压缩机；

5 )分别判断水箱温度与供水设定温度的关系，包括： 5.1 )判断水箱温度与供水设定水温的关系，若小于设定的水温，则根据热使用设备是否发出用 7j请求和热回收机组是否处于工作状态，同时还检测热使用设备是否有强制用水请求，若热回收机组处于工作状态，同时无强制用水请求，则等待水温至设定温度再行供水，若有强制供水请求则立即供水；若热回收机组不处于工作状态，则立即或经延迟时间后供水；

5.2 )若水箱的水温在设定范围内出现用 7j请求，则立即供水；

5.3 )若水箱的水温高于设定温度，并且无强制用水请求，则延迟供水，同时自来水管进水将水箱水温降至设定温度后供水，如在进水降温过程中水位达到 7j位上限而温度未降到设定温度时，则立即供水；如果存在强制供水请求则不管处于什么温度都立即供水；

6 )判断水箱出水管的水压，若小于设定的压力则变频器升频控制恒压水泵将压力提升至设定值，若大于设定的供水压力则变频器降频控制恒压水泵将压力降至设定值。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、蒸发器可以使工作场地中的废湿热空气和蒸发器内的制冷剂进行有效地热交换，从而使高温、高湿空气在降温和除湿的过程中所包含的全热被制冷剂所吸收，达到给工作场地降温、除湿的同时还可以回收热量的效果。

2、制冷剂经过压缩机的压缩后进入冷凝器中，释放其从蒸发器处吸收的热量；而冷凝器与水箱通过循环管道相连，可以方便地利用制冷剂释放的热量对水箱中的水进行加热，从而达到废热利用的效果。

3、循环风机和送风管道可以将经过降温除湿处理后的空气送入到工作场所内部的指定位置，有效地实现对工作环境降温除湿的效果。

4、冷却热水泵可以使水箱中的水充分地供应到冷凝器处，从而在有效实现对水的加热的同时，还可以避免冷凝器中的热量不能及时被传递出去而造成过热。

5、恒压水泵在变频器的控制下可以实现对水箱出水管道中水压的控制，根据使用的要求预先设定标准水压 , 当水箱出 7j压力低于该设定水压时，变频器可以升频以控制恒压水泵提高出水压力至设定水压；当水箱出水压力高于该设定水压时，变频器降频以控制恒压水泵降低出 7j压力至设定水压，从而保证水箱向热使用设备供应的热水压力恒定。

6、釆用 PLC、单片机或者电脑作为控制单元，可以实现对多个传感器数据的及时釆样和判断处理，其釆样频率高、控制精确，能够保证整个系统的运转平稳，同时还可以通过预先编制的程序来方便地对水温、 7J压等数值进行设定和调整，从而提高本发明的对不同工作环境和要求的适应性，确保系统工作在最佳状态。

7、设置在水箱上的排污口平时关闭，需要清污时打开，可以便于水箱的清洗和检修。

附图说明图 1是本发明的废湿热空气全热回收系统结构示意图；图 2是本发明的操作方法流程框图。结合附图在其上标记以下附图标记：

1-蒸汽烘千机， 2-洗衣机， 3-热回收机组， 31-蒸发器， 32-冷凝器， 33-压缩机， 34-循环风机， 4-水箱， 41-冷却热水泵， 42-水输送设备， 421-恒压水泵， 422-压力传感器， 423- 温度传感器， 43-进水管， 44-出水管， 45-排污口， 5-送风管道。

具体实施方式下面结合附图，对本发明的优选具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。一种废湿热空气全热回收系统，应用于相对封闭的高温高湿工作环境，如图 1所示，包括热回收机组 3和热利用设备。所述热回收机组 3包括设置在工作环境中的蒸发器 31 , 与所述蒸发器 31通过管道相连的冷凝器 32, 以及与所述蒸发器 31和冷凝器 32通过管道相连的压缩机 33。在蒸发器 31、冷凝器 32和压缩机 33中使用制冷剂，例如常见的氟利昂、氨、丙烷、乙烯等物盾，作为冷媒。所述热回收机组 3中还包括设置在所述蒸发器 31 附近的循环风机 34, 以及与该循环风机 34的出风口相连的给工作环境降温除湿的空调送风管道 5 , 该送风管道 5上设置有多个向工作环境内送风的出风口，图 1中示意性地画出了三个。蒸发器 31用于使环境中的废湿热空气和制冷剂进行热交换，因此，需要根据场地的实际条件来确定其安装位置，选择既有利于热交换，又不会影响其他设备的安置和操作的位置。所述循环风机 34是为了使和蒸发器 31换热后的空气被输送到送风管道 5中，因此，该循环风机 34的安装需要根据场地上的安装条件、气流走向、风机的规格以及送风管道 5的位置等实际条件来确定一个在所述蒸发器 31附近的合适位置，以便获得良好的排风效果。热回收机组 3的工作原理如下：压缩机 33将低压蒸汽状态下的制冷剂压缩为高压蒸汽，高压蒸汽排至冷凝器 32中，冷凝器 32的外部散热表面与水箱 4中的水进行热交换（即冷凝器 32中的高压蒸汽放热后凝结成高压液体，同时水箱 4中的自来水吸热形成供热利用设备使用的热水）；冷凝器 32中的高压液体进一步进入蒸发器 31 , 此时蒸发器 31与来自工作环境中的废湿热空气进行热交换（即进入蒸发器 31中的前述高压液体在蒸发器 31 内的低压状态下蒸发吸热，同时流经蒸发器 31表面的废湿热空气被降温、除湿后再经循环风机 34的作用进入送风管道 5 , 最后回流至工作环境）。整个系统将废湿热空气在蒸发器 31的表面降温、凝结成水、再将整个降温过程中吸收的热量供热利用系统的水加热使用，有效地实现了能量的回收利用，同时空气的温度和湿度均有明显下降。通过合理选择各个设备的规格，并在现场调试的基础上优化控制方法和参数设置，可以使上述工作环境中的空气温度控制在 26~28摄氏度，湿度控制在 55%~65%。所述热利用设备包括与所述冷凝器 32通过循环管道相连的水箱 4, 以及连接在所述水箱 4的出水管路中的水输送设备 42; 其中，所述水箱的容积满足每班全热吸收并且无用水请求的状态，水箱 4上还设置有可连接自来水管路的进水管 43、出水管 44以及排污口 45。本例中的外部用 7J设备为洗衣机 2, 洗衣机 2本身具有水加热并保持水温功能，连接在所述水输送设备 42的下游。所述循环管道包括一根从冷凝器 32向水箱 4输水的管道和一根从水箱 4向冷凝器 32输水的管道，在从水箱 4向冷凝器 32输水的管道中设置有冷却热水泵 41。当该冷却热水泵 41工作时，可以保证水箱 4向冷凝器 32的供水量。所述水输送设备 42包括连接在所述水箱 4的出水管路中的恒压水泵 421 ,检测所述水箱 4的出水管路中压力的压力传感器 422, 检测所述水箱 4的出水管路中水温的温度传感器 423 , 以及控制所述恒压水泵 421动作的变频器（未图示）。该变频器可以控制所述恒压水泵 421的输出压力，变频器根据压力传感器 422的数值变化情况调整频率使得出水管路中恒压水泵 421 的下游水压保持恒定，该恒压水泵 421的下游管道与所述洗衣机 2连接。压力传感器 422 的数值与最佳水箱水位、变频器设定的最佳频率相对应，当洗衣机 2向水箱 4请求供水时，水箱 4的水位变化时压力传感器 422同时检测相应的变化。变频器据压力传感器 422的数值变化控制频率的输出，当 7J压低于设定值时变频器升频，当出水管路中的水压高于恒压水泵 421的设定工作压力时变频器降频，以控制恒压水泵 421输出的水压恒定。所述废湿热空气全热回收系统还包括检测工作环境中温度和湿度的多个温湿度传感器（未图示），以及与所述多个温湿度传感器通讯连接的控制单元（未图示）；并且，所述控制单元还与所述压力传感器 422和所述温度传感器 423通讯连接，与所述冷却热水泵 41 和所述变频器均电连接，根据所述多个温湿度传感器和所述温度传感器 423的检测信号控制所述冷却热水泵 41的动作，根据所述温度传感器 423和所述压力传感器 422的检测信号控制所述变频器的动作。优选地，所述控制单元是具有触摸展的人机交互式 PLC控制器、单片机控制器或其它电脑控制系统中的一种。图 2中用流程框图的形式给出了本例中废湿热空气全热回收系统的优化操作方法，即一种废湿热空气全热回收方法。该方法可以实现对工作环境的除湿降温和向洗衣机 2供应恒压热水的目的，包括如下步骤：

1 )开机，系统各状态寄存器初始化；

4 )环境温度、湿度达到请求降温、除湿所设定值时顺序启动冷却热水泵、循环风机、压缩机，并且冷却热水泵、循环风机状态寄存器置位开机状态；

5 )分别判断水箱温度与供水设定温度的关系，包括：

5.1 )判断水箱温度与供水设定水温的关系，若小于设定的水温，则根据热使用设备是否发出用 7J请求和热回收机组是否处于工作状态，同时还检测热使用设备是否有强制用水请求，若热回收机组处于工作状态，同时无强制用水请求，则等待水温至设定温度再行供水，若有强制供水请求则立即供水；若热回收机组不处于工作状态，则立即或经延迟时间（图中未示出）后供水；

5.3 )若水箱的水温高于设定的输出温度，并且无强制用水请求，则延迟供水，同时自来水管进水将水箱水温降至设定温度后供水，如在进水降温过程中水位达到水位上限而温度未降到设定温度时，则立即供水；如果存在强制供水请求则不管处于什么温度都立即供水；

6 )判断水箱出水管的水压，若小于设定的压力则变频器升频控制恒压水泵将压力提升至设定值，若大于设定的供水压力则变频器降频控制恒压水泵将压力降至设定值。具体地，在上述步骤 2 ) 中的釆样水箱水位，是指水位传感器自动测量。在步骤 3 ) 中的操作是通过自动控制的电阀门来实现的。在步骤 4 ) 中，如果需要单独进行除湿，则可以在启动压缩机 33后对压缩机 33进行间歇性启停控制，以使蒸发器 31表面的热交换间歇性地进行，这样可以使空气中的一部分蒸汽凝结为液态水，降低空气湿度，同时还可以避免温度降低幅度过大。压缩机 33间歇性启动的时间间隔越长，则温度降低越不明显，但是除湿效果也相应地变差；时间间隔越短 , 则降温效果和除湿效果都会提高。实际使用中，需要根据现场的空气湿度和对除湿的要求来调试压缩机 33的启停间隔，以得到一个合适的除湿效果。如果是需要降温或降温和除湿同时进行，则直接使压缩机 33—直保持运转既可，直至达到合适的温度为止。在步骤 5.1 ) 中，所述延迟时间要根据水箱 4中的水被加热的速度来确定，加热速度越快，则延时时间越短，反之延时时间越长。由于环境中的废湿热空气的温湿度、蒸发器 31和冷凝器 32的热交换效率、压缩机 33的性能、水箱 4中的 7J位和水量、自来水的水温、出水管 44的管径等参数均对水箱 4中的水的加热速度有影响，因此，该延时时间需要在场地上调试后才能确定最佳数值。需要理解的是，在上述方法中所涉及的对温度、湿度和压力的判断步骤在整个系统的运行过程中是随时都在进行的，而不是一次判断之后就停止。这样持续性的判断，其好处是可以及时检测到系统运行中的各个参数变化，并使控制单元及时作出响应，从而使水箱 4输出的水能够保持水温、 7J压近似恒定。釆用 PLC控制器、单片机控制器或电脑控制系统中的任一种作为控制单元都可以通过编制程序来满足这种随时进行参数判断的技术要求。经测算，本实施例的系统和方法结合使用有如下效果：上述热回收机组 3工作所需的动力能耗约为蒸发器 31所吸收的热能的三分之一至五分之一，优化工作点约在蒸发器吸收热量的四分之一左右；所述的废湿热空气源为蒸汽烘千机 1 , 其排放的废湿热气体的温度范围在 70 90摄氏度，热回收机组 3的热可回收范围涵盖此温度范围，优化工作点对应于 80摄氏度的湿热空气。洗衣机 2所使用的热水范围大约在 30~60摄氏度，最佳温度在 55摄氏度，加热前的自来水温度一般低于室温，常见的为 10 25摄氏度，经过冷凝器 32 加热后的最高温度则会升高到 60摄氏度以上。根据实际的热水用量，通过选择控制系统的设定温度和压缩机 33的规格等参数就可以方便地使供水水温保持在最佳的 55摄氏度。有关的能量交换的参考数据如下：每千克饱和蒸汽的比汽化焓： 2675.71kJ/kg;水的比热容： 4.186kJ/(kg. °C); 1000千克饱和的蒸汽相变为 100摄氏度的液态水后再降温至 80摄氏度所释放的能量为 766.48kW。以上公开的仅为本发明较优的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

1. 一种废湿热空气全热回收系统，应用于相对封闭的高温高湿工作环境，包括热回收机组和热利用设备，其特征在于：所述热回收机组包括设置在工作环境中的蒸发器，与所述蒸发器通过管道相连的冷凝器，以及与所述蒸发器和冷凝器通过管道相连的压缩机；所述热利用设备包括与所述冷凝器通过循环管道相连的水箱，以及连接在所述水箱的出水管路中的水输送设备；其中，所述水箱上还设置有可连接自来水管路的进水管和出水管。

2. 根据权利要求 1所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：所述热回收机组中还包括设置在所述蒸发器附近的循环风机，以及与该循环风机的出风口相连的送风管道。

3. 根据权利要求 1或 2所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：所述热利用设备还包括作为热使用设备的洗衣机，洗衣机本身具有水加热并保持水温功能，该热使用设备连接在所述水输送设备的下游。

4. 根据权利要求 1或 2所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：所述水箱与所述冷凝器之间的循环管道中设置有冷却热水泵。

5. 根据权利要求 4所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：所述水输送设备包括连接在所述水箱的出水管路中的恒压水泵，检测所述水箱的出水管路中压力的压力传感器，检测所述水箱的出水管路中水温的温度传感器，以及控制所述恒压水泵动作的变频器。

6. 根据权利要求 5所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：还包括检测工作环境中温度和湿度的多个温湿度传感器，以及与所述多个温湿度传感器通讯连接的控制单元；并且，所述控制单元还与所述压力传感器和所述温度传感器通讯连接 , 与所述冷却热水泵和所述变频器均电连接，根据所述多个温湿度传感器和所述温度传感器的检测信号控制所述冷却热水泵的动作，根据所述温度传感器和所述压力传感器的检测信号控制所述变频器的动作。

7. 根据权利要求 6所述的废湿热空气全热回收系统，其特征在于：所述控制单元是具有触摸展的人机交互式 PLC控制器、单片机控制器或其它电脑控制系统中的一种。

8. 一种废湿热空气全热回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

1 )开机，系统各状态寄存器初始化；

5 )分别判断水箱温度与供水设定温度的关系，包括：

5.1 )判断水箱温度与供水设定水温的关系，若小于设定的水温，则根据热使用设备是否发出用 7j请求和热回收机组是否处于工作状态，同时还检测热使用设备是否有强制用水请求，若热回收机组处于工作状态，同时无强制用水请求，则等待水温至设定温度再行供水，若有强制供水请求则立即供水；若热回收机组不处于工作状态，则立即或经延迟时间后供水；

6 )判断水箱出水管的水压，若小于设定的压力则变频器升频控制恒压水泵将压力提升至设定值，若大于设定的供水压力则变频器降频控制恒压水泵将压力降至设定值。