CN108361869B - 一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理*** - Google Patents

一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵驱动的溶液除湿‑再生空气处理***。本发明处理***包括溶液除湿处理***、溶液循环***和热泵***，以具有吸湿性能的溶液作为工作介质，将溶液除湿处理***和热泵***相结合，热泵***中蒸发器的冷量用于降低溶液温度从而提高其除湿能力，冷凝器的热量全部作为溶液浓缩再生的热源。本发明热泵驱动的溶液除湿‑再生空气处理***，以具有吸湿性能的溶液为工作介质，将溶液除湿处理***、热泵***相结合，通过冷却盘管、显热回收装置、除湿‑再生装置的流程设计，实现了无室内排风的高效溶液除湿‑再生空气处理流程。

Description

一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***
技术领域
本发明涉及一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***，属于暖通空调领域。
背景技术
目前民用建筑空调***的主要任务是满足室内人员对温湿度参数的舒适性需求，其中空气除湿过程是营造室内热湿环境的重要环节之一。现有空调除湿方式中多采用冷凝除湿处理方式，利用制冷机制备的低温冷冻水将空气温度降至露点以下，使得空气中的水分凝结而实现对新风的除湿处理过程。但由于需要的冷凝温度很低(低于空气的露点温度)，造成制冷机的蒸发温度降低，从而严重影响了制冷机的性能系数。此外，传统冷凝除湿方式还存在送风温度较低、部分情况下需再热导致能源浪费等问题。
溶液除湿方式有别于传统冷凝除湿方式，采用具有吸湿性质的盐溶液作为工作介质，通过新风与溶液的直接接触进行传热传质，从而实现对新风的降温除湿过程。溶液除湿方式能够高效地满足空气湿度处理需求，不再需要再热，且可采用多类低温热源作为溶液浓缩再生的能量来源，由于其在上述节约能源、提高室内空气品质等方面的优势，近年来在我国已得到了越来越广泛的应用。
除湿与再生装置是溶液除湿空调***的核心部件，其热质交换过程直接影响整个空调***的性能。现有溶液除湿新风机组中，多将室内排风输送至再生装置为除湿溶液进行再生，目前已有专利对热泵驱动利用排风再生的溶液除湿-再生机组进行设计说明，例如中国专利申请CN 1862123A提出了一种热泵驱动的、基于多级溶液除湿单元和再生单元、利用排风进行热回收并再生溶液的新风机组。然而上述机组由于存在新风与排风两股空气，占地较大，且不适用于无室内排风的应用场景。因此，也有专利提出了利用新风再生的溶液除湿-再生机组，如中国专利申请CN 1896616A提出了一种以具有吸湿性能的溶液为工作介质，利用新风为除湿溶液再生的新风处理机组。然而，上述机组仍然存在两股空气，且采用新风为溶液再生将导致再生温度显著上升，从而导致机组性能显著降低。
因此，针对上述性能缺陷，尚缺少能够实现无室内排风的高效溶液除湿-再生空气处理***。
发明内容
本发明的目的是提供一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***，包括溶液除湿处理***、溶液循环***和热泵***，本发明溶液除湿-再生空气处理***以具有吸湿性能的溶液作为工作介质，将溶液除湿处理***和热泵***相结合，热泵***中蒸发器的冷量用于降低溶液温度从而提高其除湿能力，冷凝器的热量全部作为溶液浓缩再生的热源。
本发明所提供的热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***，包括溶液再生装置、溶液除湿装置、显热回收装置、冷却器A、冷却器B和热泵***；
空气管路依次连通冷却器A、所述溶液再生装置和溶液除湿装置；
所述显热回收装置的设置方式为下述1)-3)中任一种：
1)所述显热回收装置设于所述溶液再生装置的空气出口与所述溶液除湿装置的空气出口之间，所述冷却器B设于所述显热回收装置与所述溶液除湿装置的空气入口之间；
2)所述显热回收装置设于所述冷却器A的空气出口与所述溶液再生装置的空气出口之间，所述冷却器B设于所述显热回收装置与所述溶液除湿装置的空气入口之间；
3)所述显热回收装置设于所述溶液再生装置的空气出口与所述冷却器B的空气出口之间，所述显热回收装置的空气出口连接所述溶液除湿装置的空气入口；
所述溶液再生装置和所述溶液除湿装置之间设置溶液循环管路A和溶液循环管路B，所述溶液循环管路A和所述溶液循环管路B上设置溶液-溶液换热器；所述溶液循环管路A上于所述溶液-溶液换热器的出口处连接一管路A，所述管路A与所述溶液除湿装置的上部相连通，沿所述管路A内的溶液流动方法，所述管路A上依次设有溶液泵A和若干个蒸发器；所述所述溶液循环管路B上于所述溶液-溶液换热器的出口处连接一管路B，所述管路B与所述溶液再生装置的上部相连通，沿所述管路B内的溶液流动方向，所述管路B上依次设有溶液泵B和若干个冷凝器；
每一所述蒸发器和每一所述冷凝器相连通形成所述热泵***，所述蒸发器和所述冷凝器之间设有压缩机。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述溶液再生装置和所述溶液除湿装置中的填料均可为规整填料或散装填料，具有吸湿性能的溶液从填料顶部喷淋而下，并与填料空气通道内的空气直接接触进行传热传质。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述空气管路与所述溶液再生装置的连接处位于所述溶液再生装置的下部和顶部，所述空气管路与所述溶液除湿装置的连接处位于所述溶液除湿装置的下部和顶部，即形成如图1、图2和图3所示的处理***，所述溶液除湿装置与所述溶液再生装置的流型为空气-溶液逆流形式；图1-图3所示的处理***的不同在于所述显热回收装置的设置，图1所示的处理***中所述显热回收装置实现了所述溶液再生装置的出口空气与所述溶液除湿装置的出口空气之间的显热回收过程；图2所示的处理***中所述显热回收装置实现了所述冷却盘管A的出口空气与所述溶液再生装置的出口空气之间的显热回收过程；图3所示的处理***中所述显热回收装置实现了所述溶液再生装置的出口空气与所述冷却盘管B的出口空气之间的显热回收过程。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述空气管路与所述溶液再生装置的连接处位于所述溶液再生装置的侧壁上，所述空气管路与所述溶液除湿装置的连接处位于所述溶液除湿装置的侧壁上，即形成如图4所示的处理***，所述溶液除湿装置与所述溶液再生装置的流型为空气-溶液叉流形式，图4所示两级叉流，也可为其他级数。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述溶液除湿-再生空气处理***包括若干个所述溶液再生装置和数量相应的若干个所述溶液除湿装置。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述热泵***包括依次连通的所述蒸发器、所述压缩机、所述冷凝器和节流阀，即所述蒸发器、所述压缩机、所述冷凝器和所述节流阀依次连通形成回路，组成热泵***。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，若干个所述蒸发器和若干个所述冷凝器形成多级所述热泵***。
所述的溶液除湿-再生空气处理***中，所述冷却器A和所述冷却器B均采用冷却盘管的形式。
本发明溶液除湿-再生空气处理***中空气和溶液的流程及状态变化情况如下：
以所述显热回收装置设于所述溶液再生装置的空气出口与所述溶液除湿装置的空气出口之间为例进行说明，被处理空气首先进入所述冷却器A，被所述冷却器A内的冷冻水降温除湿预处理后的空气继而进入所述溶液再生装置，与喷淋而下的稀溶液直接接触进行传热传质过程、并对溶液进行再生，所述溶液再生装置出口的空气继而进入所述显热回收装置与所述溶液除湿装置出口的空气进行显热交换、温度降低，并继续通过所述冷却器B，被所述冷却器B内冷冻水降温除湿处理后的空气再进入所述溶液除湿装置中，与喷淋而下的浓溶液直接接触进行传热传质过程，被除湿后的空气进入所述显热回收装置与所述溶液再生装置出口的空气进行显热交换，温度升高并最终被送入室内。对于所述溶液再生装置与所述溶液除湿装置之间的级间循环溶液，从所述溶液再生装置流出的温度较高的浓溶液与从所述溶液除湿装置流出的温度较低的稀溶液之间设置的所述溶液-溶液换热器回收能量。从所述溶液-溶液换热器流出的浓溶液与所述溶液除湿装置的级内喷淋溶液汇合，经由所述溶液泵驱动，经过所述蒸发器，与制冷剂进行热量传递、温度降低，并从所述溶液除湿装置顶部喷淋而下。从换热器流出的稀溶液与所述溶液再生装置的级内喷淋溶液汇合，经由所述溶液泵驱动，经过所述冷凝器，与制冷剂进行热量传递、温度升高，并从所述溶液再生装置顶部喷淋而下。
本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***，以具有吸湿性能的溶液为工作介质，将溶液除湿处理***、热泵***相结合，通过冷却盘管、显热回收装置、除湿-再生装置的流程设计，实现了无室内排风的高效溶液除湿-再生空气处理流程。此外，热泵***中蒸发器的冷量和冷凝器的热量均得到了有效的利用，蒸发器的冷量用于降低溶液温度从而提高其除湿能力，冷凝器的热量全部作为溶液浓缩再生的热源。
附图说明
图1为本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***的第一种逆流形式的示意图。
图2为本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***的第二种逆流形式的示意图。
图3为本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***的第三种逆流形式的示意图。
图4为本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***的叉流形式的示意图。
图中各标记如下：
1，4冷却盘管、2溶液再生装置、3显热回收装置、5溶液除湿装置、6，6’压缩机、7，7’冷凝器、8，8’节流阀、9，9’蒸发器、10溶液泵、11溶液-溶液换热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***做进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。
图1-图4中，左侧是除湿空气处理装置、用于空气的降温除湿处理过程，右侧是再生空气处理装置、用于溶液的浓缩再生；图中直线表示级内喷淋的除湿溶液，虚线表示级间循环的除湿溶液，点划线表示热泵***的制冷工质。
以图1为例说明本发明处理***，包括：冷却盘管1、溶液再生装置2、显热回收装置3、冷却盘管4、溶液除湿装置5、热泵***(压缩机6(6’)、冷凝器7(7’)、节流阀8(8’)、蒸发器9(9’)、溶液泵10和溶液-溶液换热器11。空气管路依次连通冷却盘管1、溶液再生装置2、显热回收装置3、冷却盘管4和溶液除湿装置5，空气管路与溶液再生装置2的连接处位于其下部和顶部(即从下部进入从顶部流出)，空气管路与溶液除湿装置5的连接处位于其下部和顶部(即从下部进入从顶部流出)，溶液除湿装置5的空气出口管路与显热回收装置3相连通，即本实施例中显热回收装置3设于溶液再生装置2的空气出口与溶液除湿装置5的空气出口之间。溶液再生装置2和溶液除湿装置5之间设置溶液循环管路A和溶液循环管路B，溶液循环管路A和溶液循环管路B上设置溶液-溶液换热器11，溶液循环管路A上于溶液-溶液换热器11的出口处连接一管路A，管路A与溶液除湿装置5的上部相连通，沿管路A内的溶液流动方向，管路A上依次设有溶液泵10和2个蒸发器9(9’)；溶液循环管路B上于述溶液-溶液换热器11的出口处连接一管路B，管路B与溶液再生装置2的上部相连通，沿管路B内的溶液流动方向，管路B上依次设有溶液泵10和2个冷凝器7(7’)；两级热泵***包括依次连通的蒸发器9(9’)、压缩机6(6’)、冷凝器7(7’)和节流阀8(8’)。
图1所示处理***中空气和溶液的流程及其状态变化如下：
被处理空气首先进入冷却盘管1，被盘管内冷冻水降温除湿预处理后的空气继而进入溶液再生装置2，与喷淋而下的稀溶液直接接触进行传热传质过程、并对溶液进行再生，溶液再生装置2出口的空气继而进入显热回收装置3与溶液除湿装置5出口的空气进行显热交换、温度降低，并继续通过冷却盘管4，被盘管内冷冻水降温除湿处理后的空气再进入溶液除湿装置5，与喷淋而下的浓溶液直接接触进行传热传质过程，被除湿后的空气进入显热回收装置3与溶液再生装置2出口的空气进行显热交换，温度升高并最终被送入室内。
对于溶液再生装置2与溶液除湿装置5之间的级间循环溶液，从溶液再生装置2流出的温度较高的浓溶液与从溶液除湿装置5流出的温度较低的稀溶液之间设置溶液-溶液换热器11回收能量。从换热器流出的浓溶液与除湿装置5的级内喷淋溶液汇合，经由溶液泵10驱动，依次经过蒸发器9、9’，与制冷剂进行热量传递、温度降低，并从溶液除湿装置5顶部喷淋而下。从换热器流出的稀溶液与溶液再生装置2的级内喷淋溶液汇合，经由溶液泵10驱动，依次经过冷凝器7’、7，与制冷剂进行热量传递、温度升高，并从溶液再生装置2顶部喷淋而下。
图2所示的溶液除湿-再生空气处理***与图1类似，仅是显热回收装置3的设置方式不同：图1所示***中显热回收装置3实现了溶液再生装置2出口空气与溶液除湿装置5出口空气之间的显热回收过程，而图2所示***中显热回收装置3实现了冷却盘管1出口空气与溶液再生装置2出口空气之间的显热回收过程。
图3所示的溶液除湿-再生空气处理***与图1类似，仅是显热回收装置3的设置方式不同：图1所示***中显热回收装置实现了溶液再生装置2出口空气与溶液除湿装置5出口空气之间的显热回收过程，而图3所示***中显热回收装置3实现了溶液再生装置2出口空气与冷却盘管4出口空气之间的显热回收过程。
图4所示的溶液除湿-再生空气处理***与图1类似，仅是溶液除湿装置5、溶液再生装置2的流型由空气-溶液逆流形式改变为空气-溶液叉流形式：图示为两级叉流，也可为其他级数。与图1～3类似，图4***中也可在溶液再生装置2出口空气与溶液除湿装置5出口空气之间、冷却盘管1出口空气与溶液再生装置2出口空气之间或溶液再生装置2出口空气与冷却盘管4出口空气之间设置显热回收装置进行显热回收。
本发明处理中的热泵***(压缩机6(6’)、冷凝器7(7’)、节流阀8(8’)、蒸发器9(9’))的蒸发器9(9’)用于冷却溶液除湿装置5中的循环溶液，冷凝器7(7’)用于提供溶液再生装置2中再生过程所需的热量。该空气处理流程可以由逆流塔组成(如图1～3)，也可以由多级叉流塔组成(如图4)，流程中显热回收装置有多种设置方式，如图1～3所示。

Claims (4)

1.一种热泵驱动的溶液除湿-再生空气处理***，包括溶液再生装置、溶液除湿装置、显热回收装置、冷却器A、冷却器B和热泵***；
空气管路依次连通所述冷却器A、所述溶液再生装置和所述溶液除湿装置；
所述显热回收装置设于所述溶液再生装置的空气出口与所述冷却器B的空气出口之间，所述显热回收装置的空气出口连接所述溶液除湿装置的空气入口；
所述溶液再生装置和所述溶液除湿装置之间设置溶液循环管路A和溶液循环管路B，所述溶液循环管路A和所述溶液循环管路B上设置溶液-溶液换热器；所述溶液循环管路A上于所述溶液-溶液换热器的出口处连接一管路A，所述管路A与所述溶液除湿装置的上部相连通，沿所述管路A内的溶液流动方向，所述管路A上依次设有溶液泵A和若干个蒸发器；所述溶液循环管路B上于所述溶液-溶液换热器的出口处连接一管路B，所述管路B与所述溶液再生装置的上部相连通，沿所述管路B内的溶液流动方向，所述管路B上依次设有溶液泵B和若干个冷凝器；
每一所述蒸发器和每一所述冷凝器相连通形成所述热泵***，所述蒸发器和所述冷凝器之间设有压缩机；
所述热泵***包括依次连通的所述蒸发器、所述压缩机、所述冷凝器和节流阀；
所述冷却器A和所述冷却器B均为冷却盘管。
2.根据权利要求1所述的溶液除湿-再生空气处理***，其特征在于：所述空气管路与所述溶液再生装置的连接处位于所述溶液再生装置的下部和顶部，所述空气管路与所述溶液除湿装置的连接处位于所述溶液除湿装置的下部和顶部。
3.根据权利要求1所述的溶液除湿-再生空气处理***，其特征在于：所述空气管路与所述溶液再生装置的连接处位于所述溶液再生装置的侧壁上，所述空气管路与所述溶液除湿装置的连接处位于所述溶液除湿装置的侧壁上。
4.根据权利要求3所述的溶液除湿-再生空气处理***，其特征在于：所述溶液除湿-再生空气处理***包括若干个所述溶液再生装置和数量相应的所述溶液除湿装置。
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