熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統及其控制方法

2023-10-06 02:34:04 1

專利名稱：熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種溶液除溼新風系統，特別是一種熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系 統及其控制方法。
背景技術：
我國民用建築空 調系統大都採用新迴風混合模式，由於大部分空氣在室內循環， 使得汙染物不能很快的排到室外，危害人類健康。加大新風量(或採用全新風的運行方 式)，可以將室內的有害物質稀釋並排出室外，明顯提高室內空氣品質。但另一方面，新風 量的增加使得新風處理能耗大大增加。另外對空氣的處理方式目前多採用冷凍除溼方式， 這種空調方式存在以下幾個方面的弊端一、需要把空氣降到露點溫度，低於室內送風的要 求，需要再熱，引起再熱損失；二、為了提供較低的冷媒溫度，需要較低的蒸發溫度，使製冷 機的效率也隨之降低；三、難以適應熱溼比的變化。通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除溼， 其吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的範圍內變化，而建築物實際需要的熱溼比卻在較大的 範圍內變化。一般是犧牲對溼度的控制，通過僅滿足室內溫度的要求來妥協，造成室內相對 溼度過高或過低的現象；四、因冷凝水的存在，盤管的表面形成了滋生各種黴菌的溫床，惡 化了室內空氣品質，引發多種病態建築綜合症。以江億教授為代表的清華大學及有關單位，系統開發出溫溼度獨立控制空調系 統，其基本組成為處理顯熱的系統與處理潛熱的系統，兩個系統獨立調節分別控制室內的 溫度與溼度。處理顯熱的系統由於其供水的溫度高於室內空氣的露點溫度，因而不存在結 露的危險。新風處理機組作為處理潛熱的系統，同時承擔去除室內C02、異味，以保證室內空 氣質量的任務。溫溼度獨立控制空調系統中，需要新風處理機組提供乾燥的室外新風，以滿足排 溼、排C02、排味和提供新鮮空氣的需求。採用轉輪除溼方式，是一種可能的解決途徑，即用 矽膠、分子篩等吸溼材料附著於輕質骨料製作的轉輪表面。但轉輪除溼機熱能利用效率低 的實質是除溼與再生這兩個過程都是等焓過程而非等溫過程，轉輪表面與空氣間的溼度差 和溫度差都很不均勻，造成很大的不可逆損失。再一種除溼方式是空氣直接與具有吸溼的 鹽溶液接觸(如溴化鋰溶液、氯化鋰溶液等)，空氣中的水蒸氣被鹽溶液吸收，從而實現空 氣的除溼，吸溼後的鹽溶液需要濃縮再生才能重新使用。採用溶液吸溼，可以使空氣溶液接 觸表面同時作為換熱表面，在表面的另一側接入冷水或熱水，實現吸收或補充相變熱的目 的，從而實現接近等溫的吸溼和再生過程；還可以採用帶有中間換熱器的溶液空氣熱溼交 換單元。溶液和水之間是交叉流，如果單元內溶液的循環量足夠大，空氣通過這樣一個單元 的溼度變化量又較小時，其不可逆損失可大大減少。中國專利文獻號CN201047646Y於2008年4月16日公開一種熱溼分別處理的空調 機組，包括製冷循環系統和溶液再生系統；製冷循環系統包括壓縮機，依次串聯的冷凝器、 膨脹閥、第一、二蒸發器，以及連接在壓縮機、冷凝器和第二蒸發器之間的四通換向閥 』溶液 再生系統包括依次串聯的濃溶液容器、溶液泵、第一、二噴淋裝置、稀溶液收集容器，其第一噴淋裝置設置在第二蒸發器的上方，稀溶液收集容器置於第二蒸發器的下方，第二噴淋裝 置設置在冷凝器的上方，濃溶液容器置於冷凝器的下方。該結構耗能大，有待進一步改進和
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發明內容
本發明的目的旨在提供一種結構簡單合理、能耗低的熱泵耦合逆流型溶液除溼新 風系統及其控制方法，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，包括熱泵系統和溶液除 溼、再生新風處理系統，熱泵系統包括壓縮機、四通換向閥、冷凝器、蒸發器和節流部件；溶 液除溼、再生新風處理系統由新風處理模塊、溶液再生模塊、換熱器和溶液泵組成，其結構 特徵是新風處理模塊、溶液再生模塊均由兩個以上溶液全熱交換器通過溶液池和管道串聯 構成。所述新風處理模塊包括第一溶液全熱交換器和第二溶液全熱交換器，其下方分別 設置有第一溶液池和第二溶液池，第一溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第二溶液池 連通；溶液再生模塊包括第三溶液全熱交換器和第四溶液全熱交換器，其下方分別設置有 第三溶液池和第四溶液池，第三溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第四溶液池連通。所述第一溶液池通過管道並依次經過換熱器、冷凝器與第四溶液全熱交換器內的 噴淋頭連通；第三溶液池通過管道並依次經過換熱器、蒸發器與第二溶液全熱交換器內的 噴淋頭連通。所述溶液泵包括第一溶液泵、第二溶液泵、第三溶液泵和第四溶液泵，分別連接在 與第一、二、三、四溶液池連接的管道上。所述四通換向閥的a接口與冷凝器的一端連接，b接口與壓縮機的排氣口連接，c 接口與壓縮機的吸氣口連接，d接口與蒸發器的一端連接；冷凝器的另一端通過節流部件 與蒸發器的另一端連接。所述冷凝器與節流部件之間還連接有第一電磁閥，第一電磁閥兩端並聯有輔助冷 凝器，其中，第一電磁閥與冷凝器連接的一端與通過第二電磁閥與輔助冷凝器連接；輔助冷 凝器設置在溶液再生模塊的出風口處。熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統的控制方法，其特徵是所述新風處理模塊設置 在室內入風口處；溶液再生模塊設置在室內排風口處，回收室內排風的能量；當室外空氣為高溫潮溼空氣時，開啟壓縮機，四通換向閥的a、b接口連通，C、d接 口連通，新風處理模塊被冷卻的濃溶液噴淋，對進入室內的空氣降溫除溼；吸溼後的稀溶液 在冷凝器中被加熱，由溶液泵依次送入溶液再生模塊，室內排出的空氣流經溶液再生模塊 被加熱加溼後排向輔助冷凝器，而溶液被排風初步冷卻濃縮，並繼續經過蒸發器冷卻，再次 噴淋到新風處理模塊，從而實現循環。當室外空氣為低溫乾燥空氣時，開啟壓縮機，四通換向閥的a、c接口連通，b、d接 口連通，實現熱泵系統蒸發器和冷凝器的功能相互轉換；新風處理模塊被加熱的稀溶液噴 淋，對進入室內的空氣升溫加溼；帶走部分水分後的濃溶液在冷凝器(冷凝器充當夏季運 行時蒸發器的功能)中被冷卻，由溶液泵依次送入溶液再生模塊，室內排出的空氣流經溶 液再生模塊被冷卻除溼後排向輔助冷凝器，而溶液被排風初步加熱稀釋，並繼續經過蒸發器(蒸發器充當夏季運行時冷凝器的功能)加熱，再次噴淋到新風處理模塊，從而實現循 環。當室外空氣溫度適合、溼度過高時，關閉壓縮機，溶液在新風處理模塊和溶液再生模塊之間與從室內排出室外的空氣和從室外進入室內的空氣通過換熱器進行全熱交換；潮 溼的空氣經過新風處理模塊中的濃溶液噴淋除溼後進入室內，濃溶液被稀釋並噴淋到溶液 再生模塊，從室內排出室外的乾燥空氣經過溶液再生模塊，並帶走稀溶液中的水分，使溶液 濃縮，並再次噴淋到新風處理模塊，從而實現循環。當室外空氣溫度適合、溼度過低時，關閉壓縮機，溶液在新風處理模塊和溶液再生 模塊之間與從室內排出室外的空氣和從室外進入室內的空氣通過換熱器進行全熱交換；幹 燥的空氣經過新風處理模塊中的稀溶液噴淋除溼後進入室內，稀溶液被濃縮並噴淋到溶液 再生模塊，從室內排出室外的溼潤空氣經過溶液再生模塊，使溶液稀釋，並再次噴淋到新風 處理模塊，從而實現循環。所述輔助冷凝器與冷凝器串聯連接，用於排出製冷系統多餘的冷凝熱，若第三溶 液池的溶液濃度過高，需將第一電磁閥關閉，第二電磁閥開啟，輔助冷凝器的冷凝熱由排風 帶出室外；若第三溶液池的溶液濃度較低，則需將第一電磁閥開啟，第二電磁閥關閉，輔助 冷凝器不工作。本發明採用液體除溼技術處理空調新風，通過溶液的噴淋可以除去空氣中夾帶的 灰塵和細菌，起到淨化空氣的作用，改善了室內空氣品質；系統能回收室內排風的能量，減 小了新風處理能耗；利用熱泵為溶液再生提供熱量，使低品味熱源得以利用，由於熱泵可獲 得比驅動能源多的熱量，有助於節能和改善因燃煤、燃油造成的環境汙染狀況。


圖1為本發明一實施例一工作原理示意圖。圖2為本發明另一工作原理示意圖。圖3為本發明又一工作原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。參見圖1，本熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，包括熱泵系統和溶液除溼、再生 新風處理系統，熱泵系統包括壓縮機9、四通換向閥10、冷凝器13、蒸發器6和節流部件8 ； 溶液除溼、再生新風處理系統由新風處理模塊、溶液再生模塊、換熱器11和溶液泵組成。新風處理模塊包括第一溶液全熱交換器1和第二溶液全熱交換器4，其下方分別 設置有第一溶液池2和第二溶液池5，第一溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第二溶 液池連通；溶液再生模塊包括第三溶液全熱交換器20和第四溶液全熱交換器18，其下方分 別設置有第三溶液池21和第四溶液池17，第三溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第 四溶液池連通。第一溶液池2通過管道並依次經過換熱器11、冷凝器13與第四溶液全熱交 換器18內的噴淋頭連通；第三溶液池21通過管道並依次經過換熱器、蒸發器6與第二溶液 全熱交換器4內的噴淋頭連通。溶液泵包括第一溶液泵7、第二溶液泵3、第三溶液泵14和第四溶液泵19，分別連接在與第一、二、三、四溶液池連接的管道上。四通換向閥10的a接口與冷凝器13的一端連接，b接口與壓縮機9的排氣口連 接，c接口與壓縮機的吸氣口連接，d接口與蒸發器6的一端連接；冷凝器的另一端通過節 流部件8與蒸發器的另一端連接。冷凝器13與節流部件8之間還連接有第一 電磁閥12，第 一電磁閥兩端並聯有輔助冷凝器16，其中，第一電磁閥與冷凝器連接的一端與通過第二電 磁閥15與輔助冷凝器連接；輔助冷凝器設置在溶液再生模塊的出風口處。溶液再生模塊設置在排風處理通道中，新風處理模塊設置在新風處理通道中；排 風處理通道和新風處理通道分別位於上層和下層。圖1-圖3中，虛線所示為輸送冷媒的管道，實線為輸送溶液的管道；位於虛線旁的 箭頭所指方向為冷媒流動方向，位於實線旁的箭頭所指方向為溶液流動方向。排風指的是 從室內排出室外的空氣，新風指的是從室外吹往室內的空氣。其工作原理是一、夏季運行參見圖1，開啟溶液泵、壓縮機9，四通換向閥10的a、b接口連通，c、d接口連通， 高溫潮溼的室外新風依次經過新風處理模塊的兩個串聯的第一、二溶液全熱交換器，由被 蒸發器6冷卻的濃溶液噴淋除溼後，再送入室內。用蒸發器6冷卻濃溶液的目的是吸收溶 液吸溼時產生的相變熱，增強溶液吸溼能力。吸溼後的稀溶液在冷凝器13中被加熱濃縮， 由溶液泵7依次送入溶液再生模塊的兩個串聯的第三、四溶液全熱交換器進行噴淋，室內 排風依次流經第三、四溶液全熱交換器，經溶液噴淋被加熱加溼後排向輔助冷凝器16，而溶 液被排風冷卻濃縮。再生後的濃溶液需要經蒸發器6冷卻以增強其吸溼能力，而吸溼後的 稀溶液需要經冷凝器13加熱再生。通過換熱器11，濃溶液和稀溶液在進入蒸發器6和冷凝 器13前彼此進行熱量交換，使濃溶液溫度降低，稀溶液溫度升高。因此再生後的濃溶液經 換熱器11冷卻後，再回到蒸發器。輔助冷凝器16與冷凝器13串聯連接，用於排出製冷系統 多餘的冷凝熱，若第三溶液池21的溶液濃度過高，需將第一電磁閥12關閉，第二電磁閥15 開啟，輔助冷凝器的冷凝熱由排風帶出室外；若第三溶液池的溶液濃度較低，則需將第一電 磁閥開啟，第二電磁閥關閉，輔助冷凝器不工作。第三溶液池21內的濃溶液被換熱器11和蒸發器6冷卻後，在新風處理模塊內與 被處理新風進行熱溼交換，溶液被稀釋且溫度升高。第一溶液池2內的溶液被冷凝器13加 熱後，在溶液再生模塊內完成溶液的濃縮再生過程。被稀釋和被濃縮的溶液由溶液管相連， 通過溶液的流動完成蒸發器側和冷凝器側的循環，以維持兩端的濃度差。蒸發器的製冷量 用於冷卻噴淋除溼溶液以增強其除溼能力，冷凝器的排熱量用於溶液的加熱濃縮再生。二、冬季運行參見圖2，開啟溶液泵、壓縮機9，四通換向閥10的a、c接口連通，b、d接口連通 (四通換向閥10換向實現蒸發器和冷凝器的相互轉換)。室外乾燥、低溫的新風依次經過新 風處理模塊的兩個串聯的第一、二溶液全熱交換器，由被蒸發器6 (冷凝器充當夏季運行時 蒸發器的功能)加熱的稀溶液噴淋，新風被加熱加溼後送入室內。蒸發器6的排熱量用於 加熱進入噴淋裝置的溶液以增強其加溼能力。經噴淋濃縮的濃溶液由第三溶液池2被第一 溶液泵7送入換熱器11與稀溶液進行熱量交換，濃溶液溫度降低，稀溶液溫度升高。濃溶 液經換熱器冷卻後，再回到冷凝器13 (冷凝器充當夏季運行時蒸發器的功能)進一步冷卻，冷卻的濃溶液依次流經第三、四溶液全熱交換器噴淋，與室內排風進行熱質交換，溶液吸收 排風中的水分而稀釋成為稀溶液，除溼後的排風被排出室外。第一電磁閥12開啟，第二電 磁閥15關閉，輔助冷凝器16不工作。再生的稀溶液流入第三溶液池21，被第三溶液泵14 送入換熱器11加熱，然後返回到蒸發器6，如此循環。
三、過渡季節新風機組運行說明參見圖3，熱泵系統停止工作。溶液在新風處理模塊和和溶液再生模塊之間與排風 和新風進行全熱交換，新風回收排風的能量後被送入室內。春季，潮溼的室外新風依次經過新風處理模塊的兩個串聯的第一、二溶液全熱交 換器，被濃溶液噴淋除溼後送入室內。吸溼後的稀溶液由第一溶液泵7送入換熱器11與來 自第三溶液池21的濃溶液進行熱交換，再進入溶液再生模塊的兩個串聯的第三、四溶液全 熱交換器進行噴淋，室內排風經溶液噴淋被加溼後排出室外，而溶液被排風濃縮。再生後的 濃溶液經換熱器回到第二溶液全熱交換器4，如此循環。秋季，乾燥的室外新風依次經過新風處理模塊的兩個串聯的第一、二溶液全熱交 換器，被稀溶液噴淋加溼後送入室內。濃縮後的濃溶液由第一溶液泵7送入換熱器11與來 自第三溶液池21的稀溶液進行熱交換，再進入溶液再生模塊的兩個串聯的第三、四溶液全 熱交換器進行噴淋，室內排風經溶液噴淋被除溼後排出室外，而溶液被排風稀釋。再生後的 稀溶液經換熱器回到第二溶液全熱交換器4，如此循環。
權利要求
一種熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，包括熱泵系統、溶液除溼和再生新風處理系統，熱泵系統包括壓縮機(9)、四通換向閥(10)、冷凝器(13)、蒸發器(6)和節流部件(8)；溶液除溼、再生新風處理系統由新風處理模塊、溶液再生模塊、換熱器(11)和溶液泵組成，其特徵是新風處理模塊、溶液再生模塊均由兩個以上溶液全熱交換器通過溶液池和管道串聯構成。
2.根據權利要求1所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，其特徵是所述新風處理 模塊包括第一溶液全熱交換器(1)和第二溶液全熱交換器(4)，其下方分別設置有第一溶 液池(2)和第二溶液池(5)，第一溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第二溶液池連通; 溶液再生模塊包括第三溶液全熱交換器(20)和第四溶液全熱交換器(18)，其下方分別設 置有第三溶液池(21)和第四溶液池(17)，第三溶液全熱交換器內的噴淋頭通過管道與第 四溶液池連通。
3.根據權利要求2所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，其特徵是所述第一溶液 池(2)通過管道並依次經過換熱器(11)、冷凝器(13)與第四溶液全熱交換器(18)內的噴 淋頭連通；第三溶液池(21)通過管道並依次經過換熱器、蒸發器(6)與第二溶液全熱交換 器(4)內的噴淋頭連通。
4.根據權利要求3所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，其特徵是所述溶液泵包 括第一溶液泵(7)、第二溶液泵(3)、第三溶液泵(14)和第四溶液泵(19)，分別連接在與第 一、二、三、四溶液池連接的管道上。
5.根據權利要求4所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，其特徵是所述四通換向 閥(10)的a接口與冷凝器(13)的一端連接，b接口與壓縮機(9)的排氣口連接，c接口與 壓縮機的吸氣口連接，d接口與蒸發器(6)的一端連接；冷凝器的另一端通過節流部件(8) 與蒸發器的另一端連接。
6.根據權利要求5所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統，其特徵是所述冷凝器 (13)與節流部件(8)之間還連接有第一電磁閥(12)，第一電磁閥兩端並聯有輔助冷凝器 (16)，其中，第一電磁閥與冷凝器連接的一端與通過第二電磁閥(15)與輔助冷凝器連接； 輔助冷凝器設置在溶液再生模塊的出風口處。
7.根據權利要求6所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統的控制方法，其特徵是所 述新風處理模塊設置在室內入風口處；溶液再生模塊設置在室內排風口處，回收室內排風 的能量；當室外空氣為高溫潮溼空氣時，開啟壓縮機(9)，四通換向閥(10)的a、b接口連通，c、 d接口連通，新風處理模塊被冷卻的濃溶液噴淋，對進入室內的空氣降溫除溼；吸溼後的稀 溶液在冷凝器(13)中被加熱，由溶液泵依次送入溶液再生模塊，室內排出的空氣流經溶液 再生模塊被加熱加溼後排向輔助冷凝器(16)，而溶液被排風初步冷卻濃縮，並繼續經過蒸 發器(6)冷卻，再次噴淋到新風處理模塊，從而實現循環；當室外空氣為低溫乾燥空氣時，開啟壓縮機，四通換向閥的a、c接口連通，b、d接口連 通，實現熱泵系統蒸發器和冷凝器的功能相互轉換；新風處理模塊被加熱的稀溶液噴淋，對 進入室內的空氣升溫加溼；帶走部分水分後的濃溶液在冷凝器(13)中被冷卻，由溶液泵依 次送入溶液再生模塊，室內排出的空氣流經溶液再生模塊被冷卻除溼後排向輔助冷凝器， 而溶液被排風初步加熱稀釋，並繼續經過蒸發器(6)加熱，再次噴淋到新風處理模塊，從而實現循環；當室外空氣溫度適合、溼度過高時，關閉壓縮機，溶液在新風處理模塊和溶液再生模塊 之間與從室內排出室外的空氣和從室外進入室內的空氣通過換熱器進行全熱交換；潮溼 的空氣經過新風處理模塊中的濃溶液噴淋除溼後進入室內，濃溶液被稀釋並噴淋到溶液再 生模塊，從室內排出室外的乾燥空氣經過溶液再生模塊，並帶走稀溶液中的水分，使溶液濃 縮，並再次噴淋到新風處理模塊，從而實現循環；當室外空氣溫度適合、溼度過低時，關閉壓縮機，溶液在新風處理模塊和溶液再生模塊 之間與從室內排出室外的空氣和從室外進入室內的空氣通過換熱器進行全熱交換；乾燥的 空氣經過新風處理模塊中的稀溶液噴淋除溼後進入室內，稀溶液被濃縮並噴淋到溶液再生 模塊，從室內排出室外的溼潤空氣經過溶液再生模塊，使溶液稀釋，並再次噴淋到新風處理 模塊，從而實現循環。
8.根據權利要求7所述的熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統的控制方法，其特徵是所 述輔助冷凝器(16)與冷凝器(13)串聯連接，用於排出製冷系統多餘的冷凝熱，若第三溶液 池(21)的溶液濃度過高，需將第一電磁閥(12)關閉，第二電磁閥(15)開啟，輔助冷凝器的 冷凝熱由排風帶出室外；若第三溶液池的溶液濃度較低，則需將第一電磁閥開啟，第二電磁 閥關閉，輔助冷凝器不工作。
全文摘要
一種熱泵耦合逆流型溶液除溼新風系統及其控制方法，包括熱泵系統、溶液除溼和再生新風處理系統，熱泵系統包括壓縮機、四通換向閥、冷凝器、蒸發器和節流部件；溶液除溼、再生新風處理系統由新風處理模塊、溶液再生模塊、換熱器和溶液泵組成，其新風處理模塊、溶液再生模塊均由兩個以上溶液全熱交換器通過溶液池和管道串聯構成。新風處理模塊設置在室內入風口處；溶液再生模塊設置在室內排風口處，回收室內排風的能量。本發明採用液體除溼技術處理空調新風，通過溶液的噴淋除去空氣中的灰塵和細菌，起到淨化空氣的作用；系統能回收室內排風的能量，減小了新風處理能耗；利用熱泵為溶液再生提供熱量，使低品位熱源得以利用。
文檔編號F24F3/14GK101876469SQ200910246620
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者丁力行, 劉波, 劉湘輝, 呂智, 鄧玉豔 申請人:佛山市浩特普爾人工環境設備有限公司