CN1563876A - 一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，主要用于蓄能除湿中央空调和除湿干燥领域。其原理是先将电能转换成工作溶液的除湿潜能并储存，当需要对空气进行除湿处理并冷却或加热除湿后的干空气时，可将储存的溶液除湿潜能转换成空气除湿所需的能量，并回收除湿过程的热量加热干空气或对除湿后空气作喷水蒸发冷却，机组中所采用的工作溶液为溴化锂或氯化锂水溶液。本发明的优点是：工质对环境友好，机组设备简单、运行灵活、效率高，除湿能可长久储存，适用于高湿地区的蓄能除湿，蓄能除湿蒸发冷却/回热供热中央空调***或除湿回热干燥***，也特别适宜于将普通中央空调***改造为蓄能除湿蒸发冷却/回热供热中央空调***。
Description
技术领域
本发明属于能量转换及蓄能技术领域。特别涉及到一种由工作溶液浓度变化所引起的溶液化学势能变化来完成能量转换、储存和再转换的过程。在用电低谷时段将电能转换成工作溶液的除湿潜能，并以除湿潜能的形式储存能量；当需要对湿空气作除湿处理时，采用吸收除湿的方法将储存的除湿潜能再转换为除湿能的方法与设备。
背景技术
现有的能量转换及储存(蓄冷/蓄热)技术主要是利用工作介质状态变化过程所具有的显热、潜热效应或化学反应过程的反应热，采用将电能直接转换成冷或热能并储存的方式进行，包括显热、潜热和热化学蓄能技术，这类蓄能技术还无法有效地对湿空气作除湿处理。
现有蓄能(蓄冷/蓄热)技术简单描述：
1)显热蓄能技术：利用每一种物质均具有一定的热容，在物质形态不变的情况下，随着温度的变化会吸收或放出热量的特性。从理论上说，所有物质均可以被应用于显热蓄能。在蓄能技术发展的初期，显热蓄能首先被提出并得到应用，应用最广泛的就是冷/热水蓄能技术，这种蓄能技术还无法对湿空气作除湿处理。
2)潜热蓄冷技术：利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放冷、热能，包括：冰蓄能技术，共晶盐(相变材料-PCM)蓄能技术。冰蓄冷技术是目前使用较广泛的一项蓄冷技术，它是利用水的固液相变潜热进行冷量的储存和释放。共晶盐(相变材料-PCM)蓄能技术是另一种较新的潜热蓄能技术，它是利用各种蓄能材料(又称相变材料-PCM)特殊的固液相变温度，使该项技术既适用于蓄热又适用于蓄冷。对于低温蓄冷时也可用冷冻除湿方法对湿空气作除湿处理，但处理后的空气含湿量与蓄冷温度有关，蓄冷温度越低，处理后的空气含湿量就越低，但作为蓄能空调***蓄冷温度不能太低，因此蓄冷空调***的冷冻除湿能力有限。
3)热化学蓄冷技术：在一定的温度范围内，某些物质吸热或放热时会产生某种热化学反应。利用这一原理所构成的蓄能技术称之为热化学蓄能技术。目前正在研究开发的气体水合物蓄冷技术从物质状态变化形式上可以划入潜热蓄冷技术，但从蓄冷原理上是属于由化学反应所产生的化学反应热来蓄冷，对湿空气作除湿处理能力与潜热蓄冷技术相似。
以上所有现有蓄能技术的一个共同特点是电能直接转换成冷或热能并直接储存冷或热能，储存的冷或热能温度是一定的，不能任意变化，对湿空气的除湿能力很弱，不能适应除湿量很大或作深度除湿要求的蓄能除湿领域。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种能量转换和储存的方法及设备；即，一种将电能先转换成工作溶液除湿潜能并储存，然后再采用吸收除湿的方法将储存的除湿潜能转换成所需的除湿能，并通过对除湿处理后的干空气再作进一步冷却或加热处理，使最终处理后的空气为空调，供热或干燥所用，对昼夜波动较大的电力负荷起到“削峰填谷”作用，并降低用户用电费用的除湿/空调机组。
本发明的技术解决方案是，将电能转换为工作溶液除湿潜能并储存最终转换成除湿能的方法，由能量转换、潜能储存和能量再转换过程构成；能量转换过程是将电能先转换成热能，然后利用热能将水从工作溶液中分离出来，使工作溶液浓度发生变化而具有除湿潜能；吸收或分离水分后的工作溶液均储存在同一储罐内；能量再转换过程是当需要对湿空气作除湿处理时，将储罐内的工作溶液经冷却后引入吸收除湿器，湿空气流经吸收除湿器后湿空气中的水分被工作溶液所吸收湿度降低，工作溶液的除湿潜能转换成实际的除湿能；若再对除湿后的干空气作进一步冷却或加热处理，使最终处理后的空气为空调，供热或干燥所用，以解决因使用空调、供热、干燥设备所造成的昼夜电力负荷不均衡问题，并降低设备的运行费用。
蓄能除湿机组内只有一个溶液储罐，来自溶液储罐的工作溶液经除湿负荷控制调节装置并经溶液冷却器冷却后，进入吸收除湿器吸收流过的湿空气中的水分；出吸收除湿器的工作溶液经溶液泵加压经切换/控制阀分流，一部分进入溶液储罐或直接进入发生/冷凝器然后再进入溶液储罐，另一部分与来自溶液储罐并通过除湿负荷控制调节装置的工作溶液混合，并被冷却后再次进入吸收除湿器，保证吸收除湿器内溶液的喷淋密度；在充、释能过程中储罐内的溶液的质量和浓度不断发生变化。
本发明的效果和益处是：将用电低谷时段的电能转换成工作溶液除湿潜能，并以除湿潜能的形式储存能量；在用电的其它时段需要对湿空气作除湿处理时，采用吸收除湿方式将储存的除湿潜能转换成实际需要的除湿能，再对除湿后的干空气作进一步冷却或加热处理，使最终处理后的空气为空调，供热或干燥所用，以解决因使用空调、供热、干燥设备所造成的昼夜电力负荷不均衡问题，对电力负荷起到“削峰填谷”作用，提高发、供电设备的运行效率及电网运行安全性和经济性，并降低空调、供热、干燥设备的运行费用；由于能量以除湿潜能的形式储存，并采用吸收除湿方式将潜能再转换成除湿能，并可对除湿后的干空气作进一步冷却或加热处理，使最终处理后的空气为空调，供热或干燥所用；因此，同一台蓄能除湿/空调机组既可以用于空调的制冷、采暖，也可用于干燥***，且蓄能方法简单，蓄能密度高，工作溶液对环境友好，彻底解决冷冻除湿法中制冷剂对环境所造成的破坏问题；本项发明特别适用于各种高湿环境下的蓄能除湿、蓄能空调的制冷/采暖、蓄能干燥***，也适用于对已有空调的制冷/采暖、干燥***改造成蓄能空调的制冷/采暖、干燥***。
工作溶液除溴化锂或氯化锂水溶液外，还可采用其他的用于吸收除湿的工作溶液，如：三甘醇水溶液等。工作溶液不同，对湿空气的处理方法不同所组成***的工作流程也略有不同，但蓄能过程的能量转换，储存及再转换方法是相同的。
对于以溴化锂或氯化锂水溶液为工作溶液的蓄能除湿/空调机组内每立方米储罐容积中的工作溶液可从湿空气中脱除200～300公斤的水。
附图说明
图1是本发明的蓄能除湿/空调机组工作流程。
图2是本发明的蓄能除湿蒸发冷却空调机组工作流程。
图3是本发明的蓄能除湿回热加热空调/干燥机组工作流程。
图中虚线表示水蒸汽流股，实线表示工作溶液和水流股，箭头为流动方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
附图1是一种以溴化锂或氯化锂水溶液为工作溶液蓄能除湿/空调机组工作流程。按全蓄能策略运行时，在用电低谷时段，辅助加热器7工作加热发生/冷凝器14内的工作溶液，使发生/冷凝器14内的温度和压力升高；达到设计工作压力后切换/控制阀2、3、4、18作适当启闭，储存于溶液储罐4内的稀溶液经溶液泵1和溶液热交换器6加压、加热后，由喷淋器10喷淋在发生/冷凝器14的管束13外，稀溶液受热产生水蒸汽流经减温器12与喷淋器11喷出的水雾混合，温度降低后被引入由电机8驱动的水蒸汽压缩机9压缩，压缩后的水蒸汽在管束13内冷凝，冷凝热作为发生热传给管束13外的稀溶液，冷凝水经溶液热交换器6降温，小部分通过调节阀15进入减温器12和压缩机9作为冷却液，大部分通过疏水阀16排出***；出发生/冷凝器14的浓溶液也经溶液热交换器6降温后回到储罐4内；随着工作溶液中水分被不断分离并排出***，储罐4内溶液质量不断减少，溶液浓度不断升高，除湿潜能不断增加；当储罐4内溶液浓度升高到设计值时，能量转换及储罐充能阶段结束，能量以溶液除湿潜能的形式在溶液储罐内被储存起来；储罐4应采取保温措施，以免在潜能储存过程中溶液温度降低太多，溶液中析出过多的溴化锂或氯化锂结晶，并在储罐4内设晶/液分离和溶晶装置，确保流出储罐4的溶液中不含溴化锂或氯化锂晶体。当需要对湿空气进行除湿处理时，切换/控制阀2、3、4、18再作适当启闭，除湿负荷控制调节装置17工作，根据除湿负荷要求将储存于储罐4内的浓溶液引入吸收除湿器22；湿空气22a流经过滤器20在吸收除湿器22内其水分被工作溶液吸收湿度降低，经气液分离器23后的干空气22b可以被利用；吸收水分后的稀溶液经溶液泵1加压并分流，一部分经切换/控制阀3调节，进入溶液储罐4或先进入发生/冷凝器14然后再进入储罐4，使储罐4内溶液质量增加浓度降低，除湿潜能逐渐减小；另一部分经切换/控制阀2调节，与来自溶液储罐4并通过除湿负荷控制调节装置17的浓溶液混合，并经溶液冷却器19冷却后再次进入吸收除湿器22，保证吸收除湿器22内溶液的喷淋密度，冷却热量被冷却水流股19a、19b带走；当储罐4内溶液浓度降低到设计值时，储罐释能及能量再转换阶段结束，完成整个工作循环。
若按部分蓄能策略运行时，压缩机9工作时段比较随意，既可连续运行，也可间断运行，当压缩机9工作且有除湿负荷时，吸收湿空气中水分后的稀溶液一部分分流直接进入发生/冷凝器14，分离溶液中的水分后再进入储罐4，此时对溶液储罐4而言充、释能同时进行。
实施例2
附图2是一种以溴化锂或氯化锂水溶液为工作溶液蓄能除湿蒸发冷却空调机组工作流程。本实施例中能量转换，储存及再转换过程与实施例1相同，不同的是对湿空气的处理过程。实施例1中仅对湿空气作除湿处理，本实施中不仅对要湿空气作除湿处理，还要对除湿处理后的干空气作进一步处理以满足空调***对新风温、湿度的要求。本实施例中湿空气处理过程为：湿热空气22a经空气过滤器20净化处理后，被可与排气进行热交换的空气新风换热器29冷却，再流经吸收除湿器22除湿并经气液分离器23分离后，被空气冷却器24冷却，冷却热被冷却水流股24a、24b带走，降温后的干空气流经喷水冷却器25作调湿和进一步降温处理，最终处理后的空气可作为空调的新风。供给喷水冷却器25的纯净水可来自流股16a或经净化处理后的水27a存于水箱27，通过水泵28加压后供给喷水冷却器25。
实施例3
附图3是一种以溴化锂或氯化锂水溶液为工作溶液蓄能除湿回热加热空调/干燥机组工作流程。本实施例中能量转换，储存及再转换过程与实施例1相同，不同的是对湿空气的处理过程。实施例1中仅对湿空气作除湿处理，本实施中不仅对要湿空气作除湿处理，还要对除湿处理后的干空气作进一步处理以满足供热/干燥***对新风温度的要求。本实施例中湿空气处理过程为：湿冷空气22a经空气过滤器20净化处理后，被可回收排气废热的空气换热器29加热，再流经吸收除湿器22除湿并经气液分离器23分离后，被可回收溶液热量的溶液冷却器19再次加热；如果出溶液冷却器19气侧的空气温度未达到供热或干燥新风要求，则新空气加热器31投入运行，使干空气温度进一步升高。
Claims (9)
1.一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：将电能先转换成工作溶液的除湿潜能并以潜能的形式储存，然后再转换成湿空气除湿所需能量，在能量转换过程中溶液储罐内工作溶液质量和浓度是在不断变化的；能量转换及储存过程实施如下：
(A)能量转换及储罐充能过程
(A.1)由电能驱动电机带动压缩机压缩来自发生/冷凝器并流经减温器的水蒸汽，使其压力和冷凝温度提高，将电能转换成热能；
(A.2)被压缩机压缩后压力较高的水蒸汽在发生/冷凝器管束内冷凝，放出的热量传给喷淋在管外由溶液储罐而来的工作溶液，使工作溶液中的水不断被汽化并被吸入压缩机进行压缩，离开发生/冷凝器工作溶液经溶液热交换器后返回溶液储罐，使储罐内工作溶液质量减少，溶液浓度发生变化而使工作溶液具有除湿潜能；
(A.3)随着能量转换及储罐充能过程的进行，储罐内工作溶液质量不断减少，而压缩机出口压力、储罐内工作溶液的除湿潜能和温度不断增加，直至储罐内溴化锂或氯化锂浓度升到设计值时，能量转换及储罐充能过程结束；
(B)除湿潜能储存过程
(B.1)仅采用一个溶液储罐，发生/冷凝器管束内冷凝的水排向环境，管束外分离水分后的工作溶液储存于溶液储罐内；
(B.2)溶液储罐采用保温措施；
(B.3)在储罐内设晶/液分离和溶晶装置，确保流出储罐的溴化锂溶液中不含溴化锂晶体；
(C)储罐释能及能量再转换过程
(C.1)当需要对空气除湿时，将储存于储罐内的工作溶液通过除湿负荷控制调节装置并被冷却后引入除湿器内与所要除湿的空气直接接触，工作溶液吸收空气中的水分将除湿潜能转换成除湿能量；
(C.2)从吸收除湿器出来的工作溶液经溶液泵加压，一部分进入溶液储罐，使储罐内工作溶液质量增加而除湿潜能降低，另一部分与来自溶液储罐并通过除湿负荷控制调节装置的溶液混合并被冷却后再次进入除湿器，以保证除湿器内溶液的喷淋密度；
(C.3)控制***自动调节从除湿器出来的工作溶液分流进入溶液储罐和吸收除湿器的流量比；
(C.4)在储罐释能和能量再转换过程中，溶液储罐内的工作溶液质量不断增加，除湿潜能不断降低，直至储罐内溴化锂或氯化锂浓度降到设计值时，储罐释能及能量再转换过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：以溴化锂或氯化锂水溶液作为工作溶液，将电能转换为工作溶液的除湿潜能并储存，然后根据需要再将储存的除湿潜能转换成除湿能，其基本工作流程为：在用电低谷时段，辅助加热器(7)工作加热发生/冷凝器(14)内的工作溶液，使发生/冷凝器(14)内的温度和压力升高；达到设计工作压力后切换/控制阀(2)(3)(4)(18)作适当启闭，储存于溶液储罐(4)内的稀溶液经溶液泵(1)和溶液热交换器(6)加压、加热后，由喷淋器(10)喷淋在发生/冷凝器(14)的管束(13)外，稀溶液受热产生水蒸汽流经减温器(12)与喷淋器(11)喷出的水雾混合，温度降低后被引入由电机(8)驱动的水蒸汽压缩机(9)压缩，压缩后的水蒸汽在管束(13)内冷凝，冷凝热作为发生热传给管束(13)外的稀溶液，冷凝水经溶液热交换器(6)降温，小部分通过调节阀(15)进入减温器(12)和压缩机(9)作为冷却液，大部分通过疏水阀(16)排出***；出发生/冷凝器(14)的浓溶液也经溶液热交换器(6)降温后回到储罐(4)内；随着工作溶液中水分被不断分离并排出***，储罐(4)内溶液质量不断减少，溶液浓度不断升高，除湿潜能不断增加；当储罐(4)内溶液浓度升高到设计值时，能量转换及储罐充能阶段结束，能量以溶液除湿潜能的形式在溶液储罐内被储存起来；储罐(4)应采取保温措施，以免在潜能储存过程中溶液温度降低太多，溶液中析出过多的溴化锂或氯化锂结晶，并在储罐(4)内设晶/液分离和溶晶装置，确保流出储罐(4)的溶液中不含溴化锂或氯化锂晶体；当需要对湿空气进行除湿处理时，切换/控制阀(2)(3)(4)(18)再作适当启闭，除湿负荷控制调节装置(17)工作，根据除湿负荷要求将储存于储罐(4)内的浓溶液引入吸收除湿器(22)；湿空气(22a)流经过滤器(20)在吸收除湿器(22)内其水分被工作溶液吸收湿度降低，经气液分离器(23)后的干空气(22b)可以被利用；吸收水分后的稀溶液经溶液泵(1)加压并分流，一部分经切换/控制阀(3)调节，进入溶液储罐(4)或先进入发生/冷凝器(14)然后再进入储罐(4)，使储罐(4)内溶液质量增加浓度降低，除湿潜能逐渐减小；另一部分经切换/控制阀(2)调节，与来自溶液储罐(4)并通过除湿负荷控制调节装置(17)的浓溶液混合，并经溶液冷却器(19)冷却后再次进入吸收除湿器(22)，保证吸收除湿器(22)内溶液的喷淋密度，冷却热量被冷却水流股(19a)(19b)带走；当储罐(4)内溶液浓度降低到设计值时，储罐释能及能量再转换阶段结束，从而完成“能量转换—储存—再转换”一个完整的工作循环。
3.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：机组中仅用一个工作溶液储罐(4)，在对储罐(4)进行充、释能过程中，储罐(4)内的溶液质量是在不断变化的，即在充能过程中储罐(4)内的溶液质量不断减少，而在释能过程中储罐(4)内的溶液质量不断增加。
4.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：流经各切换/控制阀(2)(3)(5)(18)及除湿负荷控制调节装置(17)的溶液流量随储罐内溶液浓度而发生变化的。
5.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：能量转换及储罐充能过程中压缩机(9)出口压力是一个不断升高的变压过程，发生温度和冷凝温度是一不断升高的变温过程，可以提高能量转换效率。
6.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：在发生/冷凝器(14)内设置有辅助加热器(7)，该辅助加热器(7)仅在压缩机(9)启动前为建立设定的工作压力和当冷凝热小于发生热时投入使用。
7.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：蓄能除湿/空调机组按部分蓄能策略运行时，压缩机(9)运行时间较为随意，可以连续运行，也可以间断运行，当压缩机(9)运行且机组有除湿负荷时，吸收湿空气中水分后的部分或全部工作溶液先进入发生/冷凝器(14)，去除部分水分后再进入溶液储罐(4)。
8.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：蓄能除湿/空调机组按除湿并冷却空气工况工作时，对除湿并经冷却处理后的干空气作喷水增湿降温处理。
9.根据权利要求1或2所述的一种蓄能除湿/空调机组的蓄能除湿/空调方法及设备，其特征在于：蓄能除湿/空调机组按除湿并加热空气工况工作时，回收并利用工作溶液在吸收除湿过程所产生的热量来加热除湿后的空气。
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