空氣調節方法及其設備的製作方法

2023-04-30 13:01:36

專利名稱：：空氣調節方法及其設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種調節空氣的方法及其設備，特別是涉及一種利用液體除溼，蒸發冷卻調節空氣的方法及其設備。傳統的液體除溼純粹用於獲得低露點的乾燥空氣，對溫度沒有調節作用，且需利用天然或人工冷卻水吸收除溼過程中產生的冷凝熱，往往應用於對空氣溼度有特殊要求的場合；傳統的空氣調節採用壓縮式製冷或吸收式製冷，並配以空氣處理裝置、冷卻塔等，實現空氣調節，一般不具有空氣淨化功能，新風回收功能和獨立的熱溼處理功能；傳統的液體除溼裝置採用單效再生，即沸騰蒸發再生或非沸騰蒸發再生，二者均是在常壓條件下，前者需將溶液加熱到沸點，使溶液沸騰，水份蒸發，後者無需將溶液加熱到沸點，只需將溶液加熱到一定溫度，使其水蒸汽分壓高於再生空氣中水蒸汽分壓，然後使熱溶液與再生空氣直接接觸，依靠水蒸汽分壓差推動力，使熱溶液中的水份蒸發，其效果往往不佳；傳統的吸收式制冷機(如LiBr制冷機)，其溶液再生方式分為單效，雙效(或多效)，其雙效(或多效)再生需在二個(或多個)不同壓力下進行，即在不同壓力下，沸騰蒸發再生，其依據的原理是在不同的壓力下，溶液具有不同的沸騰溫度。這樣不同壓力的條件對於設備的製造難度相應加大，傳統的直燃式溶液沸騰蒸發再生採用間接加熱方式，即火焰或煙氣不與被加熱溶液直接接觸，這種方式一般能量利用率低。本發明的目的旨在獲得能滿足空調(包括舒適性空調或工藝性空調)溫、溼度及空氣品質要求的空氣，且不採用天然或人工冷卻水，同時具有製冷、空氣熱溼處理功能，空氣淨化功能，新風能量回收功能及獨立的熱溼處理功能，並且本發明旨在利用沸騰蒸發與非沸騰蒸發兩種不同的再生方式，實現常壓條件下的兩效(或多效)蒸發，對於直燃溶液沸騰蒸發再生採用溶液與火焰直接接觸，以提高能量利用率。一種空氣調節方法，採用液體除溼，利用乾燥空氣的蒸發冷卻調節空氣，其特徵在於所述的液體除溼方法為待除溼空氣流經除溼器的除溼通道的同時，另有冷卻空氣流過冷卻通道，除溼液均勻分布在除溼通道內表面，形成液膜，水均勻分布在冷卻通道內表面形成水膜；所述的乾燥空氣的間接蒸發冷卻方法為乾燥空氣通過間接蒸發冷卻器的幹通道的同時，另有空氣通過其溼通道，在溼通道表面分布有均勻水膜，其除溼液的再生是在常壓條件下或接近常壓條件下，採用非沸騰再生與沸騰再生聯合實現除溼液的再生；乾燥空氣的蒸發冷卻採用直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻相結合；一種空氣調節設備，其特徵在於包括風機(圖中未示出)，直接蒸發冷卻器，間接蒸發冷卻器，再生器，除溼器，其中再生器與除溼器相連，除溼器與間接蒸發冷卻器相連，間接蒸發冷卻器與直接蒸發冷卻器相連。該方法及其設備由於採用二效再生，新風回收及利用自然乾燥空氣，所以能耗低，在製冷過程中無氟，有利於保護環境，用熱驅動，耗電少，比較經濟，在常壓下運行，設備運行可靠，維修簡單方便，便於拆卸，更換零部件，由於是常壓設備，所以加工工藝簡單，同時易於實現模塊化結構，使用安裝及選型方便，在除溼過程中，可有效除去空氣中的粉塵、花粉、細菌、真菌及病毒等，在調節進程中，熱溼處理各自獨立，所以便於控制調節，舒適效果好。圖1是除溼器的原理示意圖；圖2是部分新風過程焓溼圖；圖3是全新風過程焓溼圖；圖4是除溼器芯體剖視圖；圖5是除溼器芯體俯視圖；圖6是除溼器殼體結構圖；圖7是全新風冷卻原理示意圖；圖8是全新風過程焓溼圖；圖9是自冷卻原理示意圖；圖10是自冷卻過程焓溼圖；圖11是採用多孔毛細物質供水的間接蒸發冷卻器結構圖；圖12是採用填料噴淋室供水的間接蒸發冷卻器結構圖；圖13是採用超聲波霧化室供水的間接蒸發冷卻器結構圖；圖14是全新風循環系統圖；圖15是部分新風循環系統圖；圖16是全新風過程焓溼圖；圖17是部分新風過程焓溼圖；圖18是採用方案I的再生循環系統圖；圖19是採用方案II的再生循環系統圖；圖20是溶液火焰直接換熱原理圖；由圖1可知，液體除溼牽涉到四種流體，包括待除溼空氣(處理空氣)a0、冷卻空氣b0、冷卻液(水)3、除溼液4，有兩個通道，即除溼通道1和冷卻通道2，在除溼道一側，除溼液循環使用，部分溶液送至再生器再生後返回使用，除溼空氣是室外空氣與室內空氣的混合空氣，冷卻空氣是室外空氣，圖2即此除溼冷卻過程的焓溼圖；除溼空氣如果是室外空氣，冷卻空氣是經過能量回收後的室內空氣，此除溼冷卻過程的焓溼圖為圖3，除溼液均勻分布在除溼道1內表面，形成液膜4，水均勻分布在冷卻通道2內表面形成水膜3，除溼過程是介於圖2、圖3中a0→a1與a0→a2之間的一個過程，a0→a2為等焓過程，a1點幹球溫度等於b0點溼球溫度，冷卻過程是介於圖2中b0→b1與b0→b2之間的一個過程和圖3中的b0→b1的過程，由於二個通道內過程反向，即一側除溼，一側加溼，使得兩側存在傳熱溼差，有利於除溼冷凝熱的轉移，增強除溼效果，通道表面提供傳熱傳質面積，起到傳熱傳質雙重作用，不在任何一側單方面強化，即不在任何一側加翅片或填料，採用間接蒸發冷卻吸收除溼過程中產生的熱量，不採用常規冷卻水冷卻，減少了傳熱的中間環節，降低了冷卻側溫度，有利於增強除溼效果，其除溼液可採用腐蝕性較小，水蒸汽分壓較高的溶液如KAC、或水蒸氣分壓較高，但較經濟的溶液如CaCL2溶液或多元混合吸收液，如CaCL2、Li-CL、LiBr等混合，這樣可降低成本，減小溶液粘度，減弱腐蝕性及防止溶液結晶，除溼通道內空氣與溶液採用順流或叉流布置，與逆流相比，除溼效果相當，但阻力損失較小，冷卻空氣與除溼空氣採用逆流或叉流布置。圖4為除溼器芯體剖視圖，5為上端蓋、7為下端蓋、6為護網骨架，圖5為除溼器芯體的俯視圖，其中8為外通道，9為隔離薄膜，10為內通道，兩端蓋內灌裝密封膠，固定薄膜，並使其端蓋與護網骨架6形成整體並使薄膜端部密封，形成內外兩個隔離通道，由於除溼通道和冷卻通道均不承壓，可採用塑料膜或金屬膜壓製成波浪形，圖6為除溼器殼體，11為側板，12為上頂板，13為上頂板上開有的與芯體外形相配的拉槽，14為下底板，15為下底板上與芯體下端蓋相配的中空凸臺，將芯體裝入殼體中，即可形成兩個相互隔離的通道，即內通道與外通道，一側走溶液與除溼空氣，另一側走冷卻空氣和水。圖7中C0為乾燥空氣，16為間接蒸發冷卻器，17為直接蒸發冷卻器，18為幹通道，19為溼通道，20為水膜，C3為另一股空氣。圖8為其過程焓溼圖，對於乾燥空氣C0使其先被另外一股空氣間接蒸發冷卻，然後再直接蒸發冷卻；圖9表示乾燥空氣C0先被從C2中分離出來的部分空氣間接蒸發冷卻，再經過直接蒸發冷卻器，這樣組合，即間接蒸發冷卻與直接蒸發冷卻相結合，與單獨的間接蒸發冷卻或直接蒸發冷卻相比，可降低處理空氣的幹球溫度和焓值。間接蒸發冷卻有二個通道，即幹通道18和溼通道19，在幹通道中，空氣焓溼量不變，溫度降低即圖8中C0→C1；在溼通道中，通道表面形成均勻水膜20，水膜吸熱蒸發，空氣含溼量增大，溼球溫度略有升高，其過程即圖8中C3→C4或圖10中C2→C5，為了保證幹通道中空氣冷卻效果，幹、溼通道內氣流應儘量採用逆流布置方式，溼通道內水不能循環，即溼通道內蒸發水與供給水基本相等。上述目的可通過下列途徑實現，它們與傳統的採用高於蒸發量1-2個數量級循環噴淋水直接在溼通道內噴淋不同，其途經包括採用多孔毛細物質供水，並提供蒸發表面積，亦可在溼通道入口處設置一填料噴淋室或超聲波霧化室，使空氣中載帶與蒸發量基本相當的細小水滴。圖11中，21為底盤水池，16為間接蒸發冷卻器，18為幹通道，19為溼通道，在溼通道中充填有多孔毛細物質，它通過毛細作用提升底盤水池21中的水，經常保持潤溼，空氣通過溼通道時，分布在多孔毛細物質中的水吸收幹通道空氣的熱量，水份蒸發至溼通道空氣中。圖12中，16為間接蒸發冷卻裝置，18為幹通道，19為溼通道，22為噴嘴，23為填料噴淋室，24為填料，25為細小水滴，在其溼通道19的入口處置有填料噴淋室23，其中設置有填料24和噴嘴22，水通過噴嘴22噴淋，並分散在填料24上，空氣通過填料時，載帶一部分細小水滴25，然後進入溼通道19，載帶水滴的量可通過調整噴淋量大小和填料厚度等進行控制。圖13中，16為間接蒸發冷卻裝置，18為幹通道，19為溼通道，26為超聲波霧化室，與間接蒸發冷卻裝置16的溼通道19相連，空氣通過霧化室26載帶水滴27進入溼通道19，載帶水滴的量可通過超聲波霧化裝置控制。直接蒸發冷卻即圖8，圖10中C1→C2，C2點可以是飽和狀態，亦可是非飽和狀態，可根據實際需要調節。圖14中，28為再生器，31為直接蒸發冷卻器，室外空氣m1經除溼器29的除溼通道1，變為乾燥空氣m2；除溼過程中有冷卻，為非絕熱除溼，即室內空氣經過間接蒸發冷卻器30的溼通道19後，又被引入除溼器29的冷卻通道2，同時補充一定的水W，實現間接蒸發冷卻，除溼空氣溫度基本不變，含溼量減小，即m1→m2；冷卻空氣含溼量增大，溫度略有升高，即m5→m6；點m2狀態的乾燥空氣經過間接蒸發冷卻器30的幹通道18實現等溼冷卻即m2→m3；在間接蒸發冷卻器30的溼通道19內，引入自房間排出的空氣R，同時補充水W，溼通道19內冷卻空氣含溼量增大，溫度升高，即R→m5，經過間接蒸發冷卻器冷卻的乾燥空氣，可通過直接蒸發冷卻器31進一步冷卻即m3→m4直接蒸發冷器卻需補充水W。該循環包括除溼器29，再生器28，間接蒸發冷卻器30，直接蒸發冷卻器31，另外空氣流動尚需風機，圖中未示出，該循環具有製冷、空氣調節功能，並具有獨立的熱溼處理功能，新風能量回收功能及淨化功能。其中m1→m2為除溼，m2→m3為降溫，m3→m4為降溫，加溼，可獨立調節，溶液吸收空氣中水份除溼的過程同時也是空氣淨化的過程，室內排風作間接蒸發冷卻器和除溼器的冷卻空氣，起到了排風能量二級回收作用。圖15為部分新風情形，與全新風即上述情況不同在於處理空氣n0為室內空氣R與室外新風的混合空氣，除溼所用冷卻空氣為室外空氣n5，間接蒸發冷卻採用空氣自冷卻，即從主流空氣n1→n2→n3中分出一部分n5→n4來冷卻自身n1→n2→n3。圖16為全新風過程焓溼圖，圖17為部分新風過程焓溼圖。圖18為採取方案I的常壓下溶液兩效(或多效)再生循環系統圖。來自除溼器的溶液P0經過低溫熱交換器33與來自非沸騰再生器34的溶液P8進行熱交換，溶液P0溫度升高，變為溶液P1，P1溶液分為兩部分，一部分P11送至非沸騰再生器34，一部分P12送自高溫熱交換器35。送至非沸騰再生器34的溶液與空氣P20直接接觸，得以再生。再生所需熱量同由氣液分離器36分離出來的蒸汽P5提供；非沸騰再生器34由兩個通道構成，一個通道為蒸發通道，走溶液P11和空氣P20，另一通道為冷凝通道，走蒸汽P5，蒸汽冷凝成為水W。再生空氣來自於大氣P2，在進入非沸騰再生器34之前，經過空氣熱交換器32與排出非沸騰再生器34的熱溼空氣P21進行熱交換，被預熱即P2→P20，送至高溫熱交換器35的溶液P12與從氣液分離器分離出來的溶液P6進行熱交換，其溶液P12溫度升高變為溶液P3，溶液P6溫度降低，變為溶液P7，溶液P3送入沸騰再生器37，在沸騰再生器37中，溶液被加熱至沸點，並產生蒸汽，其能量由S點輸入的燃氣或燃油提供，氣液混合物P4經氣液分離器36分離，形成蒸汽P5與溶液P6，兩者分別送至非沸騰配器34與高溫溶熱交換器35，非沸騰再生器34蒸發溫度基本恆定。圖19是採用方案II的再生循環系統圖，來自除溼器的溶液t1經過低溫熱交換器33與非沸騰再生器34出來的溶液t8進行熱交換，即由t1→t2溶液溫度升高，同時，溶液t8降溫變為溶液t9，溶液t2經過氣液熱交換器38與從氣液分離器36分離出來的蒸汽t14進行熱交換，由溶液t2變為溶液t3，溫度升高；蒸汽t14冷凝為水W，溶液t3分為兩部分，一部分溶液t31送至非沸騰再生器34，一部分溶液t32送至高溫熱交器35，送至非沸騰再生器34的溶液t31與來自高溫熱交換器35的溶液t7混合，與空氣直接接觸，溶液被濃縮再生，空氣t12通過空氣熱交換器32被從非沸騰再生器34排出的熱溼空氣t10預熱變為t13進入非沸騰再生器34，同時熱溼空氣t10變為t11，溶液再生所需熱量靠溶液降溫來提供，溶液t7與溶液t31混合再生後變為溶液t8進入低溫熱交換器33，氣液熱交換器38出來送至高溫熱交換器35的溶液t32與自氣液分離器36分離出來的溶液t6進行熱交換，溫度進一步升高，即由溶液t32變為汽液t4，溶液t4送至沸騰再生器37，在沸騰再生器37中，溶液被加熱至沸點，溶液沸騰濃縮，水份蒸發，其能量由S點輸入的燃氣或燃油燃燒提供，蒸汽和溶液的混合物t5經氣液分離器36分成兩部分，即蒸汽t14和溶液t6，二者分別送空氣液熱交換器38和高溫熱交換器35。對於方案I、II的溶液再生均是在常壓條件下，即常壓下非沸騰再生與沸騰再生聯合，實現兩效蒸發。亦可實現多效蒸發。圖20是溶液與火焰直接接觸(不通過間壁傳熱)加熱的原理圖，在殼體39上部，安放有一個向下噴射的燒嘴44，在殼體底部，安放有一個向上噴射的溶液噴嘴41，在一定壓力下，稀溶液47通過噴嘴41形成向上噴射的射流42，空氣與燃氣通過燒嘴形成向下噴射的火炬43，兩者相向運動，形成撞擊流，液體射流42將火炬43包裹，稀溶液被濃縮，流入殼體底部溶液槽40，濃溶液從底部出口45流出，蒸發的蒸汽與煙氣從殼體上部排氣口46排出。由於火焰的直接輻射作用，溶液射流與煙氣的相互滲透及混合，強化了傳熱傳質；射流將溶液分散，增加了傳熱傳質面積；上噴下落的液體射流與下噴上出的火炬及二者的相向運動，有助於增加二者的作用時間，由於上述因素，較間接加熱法，能量利用率高，溶液再生效果增強，減少了間接加熱裝置，增大了單位面積的熱負荷從而減少整個加熱裝置的重量與體積。具體實施例1為全新風情形，採用圖18方案再生，即圖14與圖18的組合，系統包括四個部分，即再生部分、除溼部分、間接蒸發冷卻部分及直接蒸發冷卻部分，相應的設備由這四個模塊組成，圖18中沸騰再生器採用間接加熱方案。表1、表2列出圖中有關參數，表1為空氣狀態參數，表2為再生系統溶液有關參數。表1(對應圖14處理空氣流量與冷卻空氣流量均為3600m3/h(1.0m3/h)，製冷能力為48KW，最低製冷溫度為11.2℃。表2(對應圖18由圖18中S點輸入的總功率為24KW，整個系統製冷Cop值為2。實施例2為部分新風情況，採用圖19方案II再生，即圖15與圖19的組合。系統包括四個部分，即再生部分、除溼部分、間接蒸發冷卻部分，與直接蒸發冷卻部分，相應的設備由這四個模塊組成，圖19中沸騰再生器採用溶液火焰直接換熱方案。表3、表4列出圖中有關參數，表3為空氣狀態參數，表4為再生系統有關參數。表3(對應圖15)表4(對應圖19)系統製冷能力為52(KW)，最低製冷溫度為16.0℃，由圖19中S點輸入總功率為43KW；製冷Cop值為1.2。權利要求1.一種空氣調節方法，採用液體除溼，利用乾燥空氣的蒸發冷卻調節空氣，其特徵在於所述的液體除溼方法為待除溼空氣a0流經除溼器的除溼通道(1)的同時，另有冷卻空氣b0流過冷卻通道(2)，除溼液均勻分布在除溼通道(1)內表面，形成液膜(4)，水均勻分布在冷卻通道(2)內表面形成水膜(3)；所述的乾燥空氣的間接蒸發冷卻方法為乾燥空氣c0通過間接蒸發冷卻器的幹通道(18)的同時，另有空氣通過其溼通道(19)，在溼通道(19)內表面分布有均勻水膜(20)；其除溼液的再生是在常壓條件下或接近常壓條件下，採用非沸騰再生與沸騰再生聯合實現除溼液的再生。2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的液體除溼採用間接蒸發冷卻吸收除溼過程中產生的熱量，除溼通道(1)內空氣與溶液採用順流或叉流布置，冷卻空氣與除溼空氣採用逆流或叉流布置。3.如權利要求1所述的空氣調節方法，其特徵在於所述的間接蒸發冷卻器的溼通道(19)中的供水採用多孔毛細物質供水或在溼通道入口處設置一填料噴淋室或超聲波霧化室。4.如權利要求1或2或3所述的空氣調節方法，其特徵在於所述的乾燥空氣的蒸發冷卻，採用直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻相結合。5.一種用於權利要求1所述方法的空氣調節設備，其特徵在於包括風機，直接蒸發冷卻器(31)，間接蒸發冷卻器(30)，再生器(28)，除溼器(29)，其中再生器(28)與除溼器(29)相連，除溼器(29)與間接蒸發冷卻器(30)相連，間接蒸發冷卻器(30)與直接蒸發冷卻器(31)相連。6.如權利要求5所述的空氣調節設備，其特徵在於所述的除溼器(29)由芯體和殼體兩部分組成，其芯體由上端蓋(5)，下端蓋(7)，護網骨架(6)，隔離薄膜(9)，內通道(10)，外通道(8)相構成，兩端蓋內灌裝密封膠，用以固定隔離薄膜(9)，使上端蓋(5)、下端蓋(7)與護網骨架(6)形成整體，隔離薄膜(9)端部密封，由隔離薄膜(9)分隔成內通道(10)與外通道(8)；殼體由側板(11)，上頂板(12)，下底板(14)構成，上頂板(12)上開有與芯體外形相配的拉槽(13)，下底板上有與芯體下端蓋相配的中空凸臺(15)。7.如權利要求6所述的空氣調節設備，其特徵在於所述的隔離薄膜(9)為波浪形的塑料膜或金屬膜。8.如權利要求5所述的空氣調節設備，其所述的再生器(28)包括空氣熱交換器(32)，低溫熱交換器(33)、非沸騰再生器(34)、高溫熱交換器(35)、氣液分離器(36)、沸騰再生器(37)，其特徵在於高溫熱交換器(35)分別與低溫熱交換器(33)、非沸騰再生器(34)、沸騰再生器(37)、氣液分離器(36)相連，非沸騰再生器(34)還分別與空氣熱交換器(32)、低溫熱交換器(33)、氣液分離器(36)相連，氣液分離器(36)與沸騰再生器(37)相連。9.如權利要求5所述的空氣調節設備，所述的再生器包括空氣熱交換器(32)，低溫熱交換器(33)，非沸騰再生器(34)，高溫熱交換器(35)，氣液分離器(36)，沸騰再生器(37)，氣液熱交換器(38)，其特徵在於非沸騰再生器(34)分別與低溫熱交換器(33)、氣液熱交換器(38)、空氣熱交換器(32)、高溫熱交換器(35)相連，氣液熱交換器(38)還分別與低溫熱交換器(33)、高溫熱交換器(35)、氣液分離器(36)相連，氣液分離器(36)還分別與高溫熱交換器(35)、沸騰再生器(37)相連。10.如權利要求8或9所述的空氣調節設備，其特徵在於所述的沸騰再生器可採用溶液與火焰直接接觸換熱的方式。全文摘要本發明是有關利用液體除溼,蒸發冷卻調節空氣的方法及其設備,其除溼採用二個反向過程,在除溼通道除溼的同時,冷卻通道加溼,有利於除溼冷凝熱的轉移,利用乾燥空氣的直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻調節空氣溫溼度,利用常壓下的沸騰蒸發與非沸騰蒸發兩種不同的再生方式實現除溼液的再生,主要為了獲得能滿足空調包括舒適性空調或工藝性空調溫、溼度及空氣品質要求的空氣。文檔編號F25B15/02GK1174312SQ97115278公開日1998年2月25日申請日期1997年8月29日優先權日1997年8月29日發明者袁一軍申請人:核工業第六研究所