熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)：包括了新風除濕和新風降溫兩大部分；所述新風除濕部分包括內置有常溫除濕溶液的除濕器(1)，所述新風降溫部分包括新風換熱器(11)；所述除濕器(1)的兩側分別設置有新風進口(101)和新風出口(102)；所述新風換熱器(11)內設置有新風通道和冷卻管道；所述新風出口(102)與新風通道的一端相互連接，所述新風通道的另外一端為外部送風系統(tǒng)接口。
【專利說明】熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及空調制冷領域，具體是一種熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)及方法。

【背景技術】
[0002]在夏季工況下，對新風進行降溫、減濕處理是空調系統(tǒng)的主要任務，這一過程通常由表冷器來完成。在實際應用過程中，要實現(xiàn)表冷器露點除濕則需要將表冷器表面溫度控制在較低水平，這很容易導致空氣過冷而需要再熱，從而造成較大的冷熱抵消，另外除濕時所需要的較低冷水溫度也在一定程度上降低了制冷機的COP。正因為如此，最近幾年，溫濕度獨立控制越來越得到重視和應用，其指導思想是利用溶液除濕技術對新風進行除濕，并用除濕后的新風承擔全部室內負荷，另外利用高溫冷水(18°c )解決室內送風空氣的降溫，這樣就克服了表冷器中熱、濕處理耦合的問題，具有較大的節(jié)能效益。
[0003]目前，所采用的溶液除濕裝置可歸類為非沸騰式再生類型(如申請?zhí)?00610012259.3 和 201020541934.3)和沸騰式再生類型(如申請?zhí)?201210000917.2 和201210376692.0)。前者通過加熱升溫使除濕后的稀溶液表面的水蒸汽分壓力大于環(huán)境空氣的水蒸汽分壓力，并使稀溶液與環(huán)境空氣進行直接接觸(如申請?zhí)?01020541934.3)或間接接觸(申請?zhí)?00810236452.4)，在水蒸汽分壓力差的推動作用下，稀溶液中的水分將擴散到環(huán)境空氣中，從而實現(xiàn)對稀溶液的濃縮再生。后者一般需要在真空條件下操作，但其存在的問題是溶液中攜帶的不凝性氣體，在真空下進行沸騰再生時，會從稀溶液中逸出，并在冷凝器中積聚在換熱表面，嚴重惡化冷凝器的傳熱性能，若采用真空泵對不凝性氣體進行排空，則又會增加額外功耗，降低系統(tǒng)性能。為了解決不凝性氣體問題，申請?zhí)枮?01410053591.9的專利將正滲透膜技術與沸騰式溶液再生技術相結合，提出了一種正滲透溶液除濕再生裝置，大大減少了溶液中的不凝性氣體含量，并保留了沸騰式再生的特點，使得該系統(tǒng)具有較高綜合性能。但是，該系統(tǒng)采用熱驅動，需要找到合適的熱源，使用上并不靈活。為了解決熱源問題，通?？蓪岜门c溶液再生系統(tǒng)相結合，利用熱泵蒸發(fā)器吸熱和冷凝器排熱提供溶液除濕系統(tǒng)所需冷、熱量，如申請?zhí)?00810236452.4和201010175940.6等專利，它們都采用了相同的工藝流程，即利用熱泵蒸發(fā)器帶走除濕器中水蒸汽凝結所產生的熱量，利用冷凝器排熱提供再生器中水分蒸發(fā)所需熱量，實現(xiàn)了對蒸發(fā)器和冷凝器冷、熱量的有效利用。但是，這類系統(tǒng)存在兩個問題:1、溫度較低的除濕液在除濕器中與新風直接接觸時，對新風既除濕又降溫，這種除濕和降溫的耦合，容易在降溫需求較小的情況下對新風過冷；2、熱泵蒸發(fā)器、冷凝器提供的冷、熱量與除濕、再生要求的冷、熱量不匹配，通常熱泵冷凝器提供的熱量超出再生需要，使得多余部分的較高品位熱能只能被冷卻水白白帶走，從而造成較大的無謂能量浪費。
[0004]因此，為了在正滲透溶液除濕系統(tǒng)中更好地采用熱泵驅動方式，需要解決除濕端溫、濕耦合與熱泵冷、熱量不匹配問題，才能保證系統(tǒng)具備較好的技術經濟價值。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，以解決熱泵驅動的溶液除濕系統(tǒng)中通常存在的除濕端溫、濕耦合與熱泵冷、熱量不匹配問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，包括了新風除濕和新風降溫兩大部分；所述新風除濕部分包括內置有常溫除濕溶液的除濕器，所述新風降溫部分包括新風換熱器；所述除濕器的兩側分別設置有新風進口和新風出口 ；所述新風換熱器內設置有新風通道和冷卻管道；所述新風出口與新風通道的一端相互連接，所述新風通道的另外一端為外部送風系統(tǒng)接口。
[0007]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的改進:所述除濕器還連接有除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)；所述新風換熱器的冷卻管道還連接有新風冷卻系統(tǒng)；所述除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)包括除濕溶液循環(huán)泵、第一調節(jié)閥、第二調節(jié)閥、除濕溶液再生器、蒸發(fā)冷凝器、冷凝器、凝結水泵、熱泵壓縮機、節(jié)流閥；所述新風冷卻系統(tǒng)為由高溫冷水進水管道和高溫冷水回水管路構成高溫冷水循環(huán)的高溫冷水循環(huán)系統(tǒng)；所述除濕器的稀除濕溶液出口連接除濕溶液循環(huán)泵后分為兩路:一路通過第一調節(jié)閥后與除濕器的濃溶液進口形成循環(huán)回路；另外一路與除濕溶液再生器的稀除濕溶液進口相連通；除濕溶液再生器的濃除濕溶液出口通過第二調節(jié)閥與第一調節(jié)閥的出口相連；除濕溶液再生器的蒸汽出口、蒸發(fā)冷凝器的冷凝管道、冷凝器的冷凝管道以及冷凝水泵的進口依次相連接；除濕溶液再生器的熱源出口、節(jié)流閥、蒸發(fā)冷凝器的蒸發(fā)管道、熱泵壓縮機以及除濕溶液再生器的熱源進口依次相互連接；新風換熱器的冷卻管道出口一端與冷凝器的冷卻管道出口一端均與高溫冷水回水管路；冷凝器的冷卻管道進口一端設置有第三調節(jié)閥，新風換熱器的冷卻管道進口一端設置有第四調節(jié)閥；第三調節(jié)閥的進口一端和第四調節(jié)閥的進口一端均與高溫冷水進水管道相連通。
[0008]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的進一步改進:所述除濕溶液再生器包括除濕溶液增壓泵、過濾器、正滲透裝置、冷卻器、調節(jié)閥、汲取溶液換熱器、汲取溶液循環(huán)泵和發(fā)生器；所述除濕溶液再生器的稀除濕溶液進口、除濕溶液增壓泵、過濾器和正滲透裝置的稀除濕溶液進口依次相連接；正滲透裝置的濃除濕溶液出口連接除濕溶液再生器的濃除濕溶液出口 ；正滲透裝置的稀汲取溶液出口調節(jié)閥以及汲取溶液換熱器的低溫液體管道依次相互連通，汲取溶液換熱器的低溫液體管道另外一端與發(fā)生器的稀汲取溶液進口相連接；發(fā)生器的濃汲取溶液出口、汲取溶液換熱器的高溫液體管道、汲取溶液循環(huán)泵、冷卻器以及正滲透裝置的濃汲取溶液進口依次相互連通；發(fā)生器的蒸汽出口與除濕溶液再生器的蒸汽出口相連接；發(fā)生器的熱源進口和熱源出口分別與除濕溶液再生器的熱源進口和熱源出口相連接。
[0009]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的進一步改進:所述除濕器內的除濕溶液和發(fā)生器內的汲取溶液均為有機物水溶液或無機物水溶液；所述除濕溶液和汲取溶液為同一種溶液；所述汲取溶液的平均滲透壓高于除濕溶液的平均滲透壓1Mpa?
[0010]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的進一步改進:所述有機物水溶液為乙二醇溶液；所述無機物水溶液為氯化鈣溶液、溴化鋰溶液或者氯化鋰溶液。
[0011]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的進一步改進:所述正滲透裝置內設置有正滲透膜；所述正滲透裝置的稀除濕溶液進口和正滲透裝置的濃除濕溶液出口之間的空腔與正滲透裝置的稀汲取溶液出口和正滲透裝置的濃汲取溶液進口之間的空腔通過半透膜相互隔離。
[0012]熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法:新風通過除濕器內的常溫除濕溶液除濕，再通過新風換熱器換熱，形成新風溫、濕度獨立處理過程。
[0013]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法的改進:所述除濕器內的除濕溶液在對新風進行除濕的過程中，除濕溶液的循環(huán)利用通過如下的步驟完成:一、吸收新風的水分后，除濕溶液濃度變低，變成稀除濕溶液從除濕器I底部的稀除濕溶液出口流出，并經過除濕溶液循環(huán)泵后分為兩路:第一路直接通過第一調節(jié)閥被旁通；第二路通過稀除濕溶液進口進入除濕溶液再生器，通過除濕溶液增壓泵增壓，再通過過濾器過濾，然后通過正滲透裝置的正滲透膜將水分滲透給汲取溶液，恢復除濕溶液濃度；該恢復濃度的除濕溶液經過第二調節(jié)閥降至常壓，再與第一路被旁通的除濕溶液混合后回到除濕器內；二、汲取溶液在溶液滲透壓的作用下，吸收進入正滲透裝置內除濕溶液的水分后，濃度降低，經過調節(jié)閥降壓到發(fā)生器壓力，再經過汲取溶液換熱器的低溫液體管道吸收高溫液體管道中汲取溶液釋放的熱量，最后流入發(fā)生器；發(fā)生器內吸收高溫高壓制冷劑氣體釋放的冷凝熱，并將水分蒸發(fā)，汲取溶液濃度恢復，之后通過汲取溶液換熱器的高溫液體管道向低溫液體管道放熱，再由汲取溶液循環(huán)泵加壓，再經冷卻器冷卻到常溫后就可以重新進入正滲透裝置；三、汲取溶液沸騰被蒸發(fā)的水蒸汽將熱量傳遞給低溫低壓液態(tài)制冷劑，并形成汽液混合物，再通過冷凝器完全冷凝為冷凝水，并由冷凝水泵加壓到常壓后排出；四、熱泵壓縮機將高溫高壓制冷劑氣體輸出，將熱量傳遞給發(fā)生器內的汲取溶液后，變成高溫高壓的制冷劑液體，該高溫高壓的制冷劑液體再經過節(jié)流閥后變成低溫低壓制冷劑液體，再吸收蒸發(fā)冷凝器6的冷凝管道內水蒸汽的冷凝潛熱后變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭怏w，該低溫低壓制冷劑氣體再通過熱泵壓縮機，被壓縮為高溫高壓制冷劑氣體。
[0014]作為對本發(fā)明所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法的進一步改進:所述高溫冷水進水管路進水輸入的高溫冷水供水分為兩路:第一路通過第三調節(jié)閥流入冷凝器的冷卻管道，吸收水蒸汽汽液混合物的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回水管路；第二路通過第四調節(jié)閥流入新風換熱器的冷卻管道，吸收新風通道內新風所傳遞的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回流管路。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有溶液除濕系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0016]相比熱驅動的膜式新風溶液除濕系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用熱泵驅動，使用上更為靈活。
[0017]避免了新風在除濕器中的溫、濕度耦合問題。本系統(tǒng)中，常溫除濕溶液與新風接觸，主要負責對新風除濕，新風的降溫主要由高溫冷水負擔。
[0018]避免了熱泵蒸發(fā)器、冷凝器提供的冷、熱量與除濕、再生要求的冷、熱量不匹配問題。本系統(tǒng)中，熱泵蒸發(fā)器不再置于除濕器內，而是布置在發(fā)生器后的蒸發(fā)冷凝器中，吸收發(fā)生器內所產生的水蒸汽的一部分冷凝熱，熱泵冷凝器的排熱用于向發(fā)生器供熱，水蒸汽的另一部分冷凝熱由高溫冷水帶走。這樣，可以始終保證冷凝器排熱與發(fā)生器所需熱量相匹配，從而避免了無謂的能量浪費。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的主要結構示意圖；
[0021]圖2是圖1中除濕溶液再生器5的主要結構示意圖。

【具體實施方式】
[0022]實施例1、圖1?圖2給出了一種熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)及方法:熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)包括新風除濕和新風降溫兩大部分；新風除濕部分包括內置有常溫除濕溶液的除濕器1，新風降溫部分包括新風換熱器11。除濕器I通過除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)進行除濕溶液的循環(huán)利用；新風換熱器11通過由高溫冷水進水管道和高溫冷水出水管道構成高溫冷水循環(huán)的高溫冷水循環(huán)系統(tǒng)進行新風降溫。
[0023]除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)包括除濕溶液循環(huán)泵2、第一調節(jié)閥3、第二調節(jié)閥4、除濕溶液再生器5、蒸發(fā)冷凝器6、冷凝器7、冷凝水泵8、熱泵壓縮機9、節(jié)流閥10 ;除濕器I上設置新風進口 101和新風出口 102，新風通過新風進口 101進入除濕器1，由除濕器I內的除濕溶液吸收新風中的水汽(此處去除水汽后的新風標記為新風I )，使新風含濕量降低，除濕后的新風I通過新風出口 102排出；新風出口 102與新風換熱器11的新風通道相連通，新風出口 102排出的新風I通過新風通道(新風通道的一端為外部送風系統(tǒng)接口)后送到外部送風系統(tǒng)內。
[0024]除濕器I的稀除濕溶液出口連接除濕溶液循環(huán)泵2后分為兩路:一路通過第一調節(jié)閥3后與除濕器I的濃溶液進口形成循環(huán)回路；另外一路與除濕溶液再生器5的稀除濕溶液進口 51相連通。
[0025]除濕溶液再生器5包括除濕溶液增壓泵56、過濾器57、正滲透裝置58、冷卻器59、調節(jié)閥510、汲取溶液換熱器511、汲取溶液循環(huán)泵512和發(fā)生器513 ;除濕溶液再生器5的稀除濕溶液進口 51、除濕溶液增壓泵56、過濾器57和正滲透裝置58的稀除濕溶液進口依次相連接；正滲透裝置58的濃除濕溶液出口連接除濕溶液再生器5的濃除濕溶液出口 52 ；正滲透裝置58的稀汲取溶液出口、調節(jié)閥510、汲取溶液換熱器511的低溫液體管道、發(fā)生器513的稀汲取溶液進口依次相互連接；發(fā)生器513的濃汲取溶液出口、汲取溶液換熱器511的高溫液體管道、汲取溶液循環(huán)泵512、冷卻器59、正滲透裝置58的濃汲取溶液進口依次相連接；發(fā)生器513的蒸汽出口連接除濕溶液再生器5的蒸汽出口 55 ;發(fā)生器513的熱源進口和熱源出口分別與除濕溶液再生器5的熱源進口 53和熱源出口 54相連接。
[0026]除濕溶液再生器5的濃除濕溶液出口 52通過第二調節(jié)閥4與第一調節(jié)閥3的出口相連；除濕溶液再生器5的蒸汽出口 55、蒸發(fā)冷凝器6的冷凝管道、冷凝器7的冷凝管道以及冷凝水泵8的進口依次相連接；除濕溶液再生器5的熱源出口 54、節(jié)流閥10、蒸發(fā)冷凝器6的蒸發(fā)管道、熱泵壓縮機9以及除濕溶液再生器5的熱源進口 53依次相互連接；新風換熱器11的新風通道與除濕器I的新風出口 102相互連接；新風換熱器11的冷卻管道出口一端與冷凝器7的冷卻管道出口一端均與高溫冷水回水管路；冷凝器7的冷卻管道進口一端設置有第三調節(jié)閥12，新風換熱器11的冷卻管道進口一端設置有第四調節(jié)閥13 ;第三調節(jié)閥12的進口一端和第四調節(jié)閥13的進口一端均與高溫冷水進水管道相連通。
[0027]除濕溶液和汲取溶液可以選有機物水溶液如乙二醇溶液或無機物水溶液如氯化鈣溶液，溴化鋰溶液，氯化鋰溶液，且宜采用同一種溶液；汲取溶液的平均滲透壓高于除濕溶液的平均滲透壓lOMpa。正滲透裝置58內設置有正滲透膜，通過平均滲透壓的不同，再通過正滲透膜就可以使得除濕溶液和汲取溶液內的水分實現(xiàn)壓力阻尼滲透。
[0028]本發(fā)明的系統(tǒng)具體運行步驟如下:
[0029]1、新風從除濕器I的新風進口 101進入除濕器1，在除濕器I中與除濕溶液(常溫)直接接觸后，新風被除濕(此處去除水汽后的新風標記為新風I )，溫度略升高，同時除濕溶液吸收水分后變?yōu)橄〕凉袢芤?，溶液所吸收的水蒸汽的冷凝潛熱由外部常溫冷卻水帶走。
[0030]2、被除濕后的新風I從除濕器I的新風出口 102流出后進入新風換熱器11的新風通道，吸收冷卻管道內高溫冷水提供的冷量后，溫度降低，然后被送至外部送風系統(tǒng)，完成新風的溫、濕度獨立處理過程。
[0031]3、稀除濕溶液從除濕器I底部的稀除濕溶液出口流出，并經過除濕溶液循環(huán)泵2后分為兩路:
[0032]3.1、第一路(此處的稀除濕溶液標記為稀除濕溶液I )直接通過第一調節(jié)閥3被芳通；
[0033]3.2、第二路(此處的稀除濕溶液標記為稀除濕溶液II )通過稀除濕溶液進口 51進入除濕溶液再生器5，在其中稀除濕溶液II通過除濕溶液增壓泵56后，壓強變大(壓強變大以克服通過正滲透裝置58時的流動阻力)，再通過過濾器57過濾后達到正滲透裝置要求的進口水質，然后通過正滲透裝置58的稀除濕溶液進口進入正滲透裝置58 ；
[0034]在溶液滲透壓的作用下，稀除濕溶液II中的水分通過正滲透膜進入另一側的汲取溶液，稀除濕溶液II濃度變大(成為濃除濕溶液)，再從正滲透裝置58的濃除濕度溶液出口經除濕溶液再生器5的濃除濕溶液出口 52流出，經過第二調節(jié)閥4降至常壓后再與從第一調節(jié)閥3流出的稀除濕溶液I混合，使得混合后的溶液濃度比除濕器I的稀除濕溶液出口流出的稀除濕溶液(即步驟3在未分出稀除濕溶液I和稀除濕溶液II之前的稀除濕溶液)濃度更大。
[0035]3.3混合后的除濕溶液(即步驟3.2最后通過稀除濕溶液I和濃除濕溶液混合后得到的除濕溶液)從除濕器I的濃除濕溶液進口流入除濕器1，與新風進行熱質交換。
[0036]4、濃汲取溶液從正滲透裝置58的汲取溶液進口進入后，在溶液滲透壓的作用下，吸收稀除濕溶液II中的水分(步驟3.2)，濃汲取溶液濃度變小，成為稀汲取溶液，再從正滲透裝置58的稀汲取溶液出口流出，經過調節(jié)閥510降壓到發(fā)生器壓力，再經過汲取溶液換熱器511的低溫液體管道，吸收從高溫液體管道中濃汲取溶液釋放的熱量后，溫度升高，再流入發(fā)生器513，在發(fā)生器513內吸收高溫高壓制冷劑氣體釋放的冷凝熱后，溶液沸騰并產生水蒸汽，同時稀汲取溶液的濃度變大，成為濃汲取溶液；產生的水蒸汽和濃汲取溶液分別從發(fā)生器513的蒸汽出口和汲取溶液出口流出。
[0037]5、從發(fā)生器513的蒸汽出口流出的水蒸汽從除濕溶液再生器5的蒸汽出口 55流出，進入蒸發(fā)冷凝器6的冷凝管道，水蒸汽將熱量傳遞給通過蒸發(fā)管道的低溫低壓液態(tài)制冷劑后被部分冷凝而成為汽液混合物。
[0038]6、水蒸汽的汽液混合物流入冷凝器7的冷凝管道，將冷凝潛熱傳遞給通過冷卻管道的高溫冷水后被完全冷凝為冷凝水(水蒸汽的熱量傳遞到高溫冷水)，最后通過冷凝水泵8加壓到常壓后排出。
[0039]7、從發(fā)生器513的濃汲取溶液出口流出的濃汲取溶液進入汲取溶液換熱器511的高溫液體管道，向低溫液體管道中的稀汲取溶液放熱后(步驟4)，溫度降低，再被汲取溶液循環(huán)泵512加壓后進入冷卻器519的冷卻管道，被外部常溫冷卻水冷卻到常溫后，再從正滲透裝置58的濃汲取溶液進口進入正滲透裝置58 (循環(huán)到步驟4)。
[0040]8、高溫高壓制冷劑氣體從熱泵壓縮機9的出氣口流出后通過除濕溶液再生器5的熱源進口 53進入，在其中將熱量傳遞給發(fā)生器513內的汲取溶液后(步驟4)，變?yōu)楦邷馗邏旱闹评鋭┮后w，最后從除濕溶液再生器5的熱源出口 54流出。
[0041]9、高溫高壓制冷劑液體通過節(jié)流閥10后變成低溫低壓制冷劑液體(步驟5)，然后流入蒸發(fā)冷凝器6的蒸發(fā)管道，并吸收蒸發(fā)冷凝器6的冷凝管道內水蒸汽的冷凝潛熱后變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭怏w。
[0042]10、低溫低壓制冷劑氣體從進氣口進入熱泵壓縮機9，被壓縮為高溫高壓制冷劑氣體，并重新開始循環(huán)(步驟8到步驟10的循環(huán))。
[0043]11、來自外部系統(tǒng)的高溫冷水供水分為兩路(通過高溫冷水進水管路進水):
[0044]11.1、第一路通過第三調節(jié)閥12流入冷凝器7的冷卻管道，吸收水蒸汽汽液混合物(步驟5產生)的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回水管路；
[0045]11.2、第二路通過第四調節(jié)閥13流入新風換熱器11的冷卻管道，吸收新風通道內新風所傳遞的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回流管路。
[0046]實施實例I的計算參數(shù)見表I (針對除濕器從空氣中吸收的Ikg水蒸汽)，設計條件為:新風進口溫度35°C，相對濕度70%，除濕后新風含濕量為12.3g/kg，終溫28°C。高溫冷水供/回水溫度18/23°C。熱泵制熱COP為4.5，高溫制冷機制冷COP為5。除濕溶液和汲取溶液都采用溴化鋰溶液，除濕溶液的循環(huán)倍率為120，旁通管路循環(huán)倍率為96，進入正滲透裝置的稀除濕溶液的循環(huán)倍率為24，流出正滲透裝置的濃除濕溶液的循環(huán)倍率為23，流進/流出正滲透裝置的除濕溶液的濃度為56% /58.4%。稀汲取溶液的循環(huán)倍率為24.6，濃汲取溶液的循環(huán)倍率為23.6，流進/流出正滲透裝置的汲取溶液的濃度為59%/56.6%,正滲透過程的平均滲透壓差為9.86Mpa，發(fā)生器壓力為3750pa，發(fā)生器壓力下露點溫度28°C，發(fā)生器最高/最低溶液溫度為69.10C/64.1°C。所需熱源溫度為72.1°C，總耗熱量為2759.8kJ/kg。熱泵蒸發(fā)溫度25°C，蒸發(fā)冷凝器換熱量2146.5kJ/kg，冷凝器換熱量359kJ/kg，新風換熱器換熱量為704.7kJ/kg，熱泵耗功613.3kJ/kg，高溫制冷機耗功212.7kJ/kg，總泵功耗47.3kJ/kg，系統(tǒng)除濕COP (定義為新風等溫除濕焓差與熱泵功耗及高溫制冷機冷凝器吸熱功耗之和的比值)為3.74，降溫COP(定義為等濕顯熱焓差與高溫制冷劑新風換熱器吸熱量功耗的比值)為3.88，系統(tǒng)總COP (定義為新風初、終態(tài)焓差與系統(tǒng)總功耗的比值)為3.78。與熱驅動的正滲透溶液除濕系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)利用了熱泵靈活匹配熱源，適應性更好，再利用高溫冷水進行除濕和降溫，實現(xiàn)了新風的溫濕度獨立處理。與一般熱泵驅動的溶液除濕系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)避免了將熱泵蒸發(fā)器置于除濕器中而產生的冷、熱量不匹配的問題，有效實現(xiàn)了熱泵冷、熱量的有效利用，大大高于通常1.0左右的系統(tǒng)C0P。
[0047]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，避免了新風處理中的溫濕度耦合和冷、熱量不匹配問題，具有更高的C0P，有效實現(xiàn)了本發(fā)明的初衷。
[0048]以上實施實例中，可綜合考慮具體的使用條件與要求、技術經濟性能等因素合理確定系統(tǒng)的設計參數(shù)，以兼顧系統(tǒng)的適用性和經濟性。
[0049]表I實施實例I的熱力計算結果(針對Ikg除濕水分)
[0050]
項目實施實例IWW
環(huán)境溫度 35?
環(huán)境含濕量 25.2g/kg干空氣新風終態(tài)溫度 280C
新風終態(tài)含濕量 12.3g/kg干空氣高溫冷水供/回水溫度 18/230C
高溫制冷機制冷COP 5---_
熱泵制熱COP 4.5----
[0051]正滲透操作溫度400C
除濕/汲取溶液溴化鉀溶液一一汲取溶液換熱器效率70%
除濕溶液循環(huán)i#率120
旁通管路循環(huán)倍率96——
稀汲取溶液循環(huán)倍率24.6一一正滲裝置除濕溶液側濃度56/58.43%
正滲裝置汲取溶液側濃度56.6/59%
平均滲透壓差9 86Mpa
發(fā)生器壓力3750pa
發(fā)生器樂力露點溫度28V
發(fā)生器最高/最低溶液溫度 69.1/64, I0C
熱源溫度72.1O
熱泵蒸發(fā)溫度25eC
總耗熱量2759.8kj/kg
蒸發(fā)冷凝器換熱量2146.5kj/kg
冷凝器換熱量359kj/kg
新風換熱器換熱量704.7kj/kg
熱泵功耗613.3kj/kg
高溫制冷機功耗212.7kj/kg
總泵功耗47.3kj/kg
系統(tǒng)除濕COP3.74——
系統(tǒng)降溫COP3.88——
系統(tǒng)總COP3.78——
[0052]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:包括了新風除濕和新風降溫兩大部分； 所述新風除濕部分包括內置有常溫除濕溶液的除濕器(I)，所述新風降溫部分包括新風換熱器(11); 所述除濕器(I)的兩側分別設置有新風進口(101)和新風出口(102)； 所述新風換熱器(11)內設置有新風通道和冷卻管道； 所述新風出口(102)與新風通道的一端相互連接，所述新風通道的另外一端為外部送風系統(tǒng)接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:所述除濕器(I)還連接有除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)；所述新風換熱器(11)的冷卻管道還連接有新風冷卻系統(tǒng)； 所述除濕溶液循環(huán)系統(tǒng)包括除濕溶液循環(huán)泵(2)、第一調節(jié)閥(3)、第二調節(jié)閥(4)、除濕溶液再生器(5)、蒸發(fā)冷凝器￠)、冷凝器(7)、凝結水泵(8)、熱泵壓縮機(9)、節(jié)流閥(10);所述新風冷卻系統(tǒng)為由高溫冷水進水管道和高溫冷水回水管路構成高溫冷水循環(huán)的高溫冷水循環(huán)系統(tǒng)； 所述除濕器(I)的稀除濕溶液出口連接除濕溶液循環(huán)泵(2)后分為兩路:一路通過第一調節(jié)閥(3)后與除濕器(I)的濃溶液進口形成循環(huán)回路； 另外一路與除濕溶液再生器(5)的稀除濕溶液進口(51)相連通； 除濕溶液再生器(5)的濃除濕溶液出口(52)通過第二調節(jié)閥(4)與第一調節(jié)閥(3)的出口相連； 除濕溶液再生器(5)的蒸汽出口(55)、蒸發(fā)冷凝器(6)的冷凝管道、冷凝器(7)的冷凝管道以及冷凝水泵(8)的進口依次相連接； 除濕溶液再生器(5)的熱源出口(54)、節(jié)流閥(10)、蒸發(fā)冷凝器(6)的蒸發(fā)管道、熱泵壓縮機(9)以及除濕溶液再生器(5)的熱源進口(53)依次相互連接； 新風換熱器(11)的冷卻管道出口一端與冷凝器(7)的冷卻管道出口一端均與高溫冷水回水管路； 冷凝器(7)的冷卻管道進口一端設置有第三調節(jié)閥(12)，新風換熱器(11)的冷卻管道進口一端設置有第四調節(jié)閥(13)； 第三調節(jié)閥(12)的進口一端和第四調節(jié)閥(13)的進口一端均與高溫冷水進水管道相連通。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:所述除濕溶液再生器(5)包括除濕溶液增壓泵(56)、過濾器(57)、正滲透裝置(58)、冷卻器(59)、調節(jié)閥(510)、汲取溶液換熱器(511)、汲取溶液循環(huán)泵(512)和發(fā)生器(513)； 所述除濕溶液再生器(5)的稀除濕溶液進口(51)、除濕溶液增壓泵(56)、過濾器(57)和正滲透裝置(58)的稀除濕溶液進口依次相連接； 正滲透裝置(58)的濃除濕溶液出口連接除濕溶液再生器(5)的濃除濕溶液出口(52)； 正滲透裝置(58)的稀汲取溶液出口調節(jié)閥(510)以及汲取溶液換熱器(511)的低溫液體管道依次相互連通，汲取溶液換熱器(511)的低溫液體管道另外一端與發(fā)生器(513)的稀汲取溶液進口相連接； 發(fā)生器(513)的濃汲取溶液出口、汲取溶液換熱器(511)的高溫液體管道、汲取溶液循環(huán)泵(512)、冷卻器(59)以及正滲透裝置(58)的濃汲取溶液進口依次相互連通； 發(fā)生器(513)的蒸汽出口與除濕溶液再生器(5)的蒸汽出口(55)相連接； 發(fā)生器(513)的熱源進口和熱源出口分別與除濕溶液再生器(5)的熱源進口(53)和熱源出口(54)相連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:所述除濕器(I)內的除濕溶液和發(fā)生器(513)內的汲取溶液均為有機物水溶液或無機物水溶液； 所述除濕溶液和汲取溶液為同一種溶液； 所述汲取溶液的平均滲透壓高于除濕溶液的平均滲透壓lOMpa。
5.根據(jù)權利要求4所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:所述有機物水溶液為乙二醇溶液； 所述無機物水溶液為氯化鈣溶液、溴化鋰溶液或者氯化鋰溶液。
6.根據(jù)權利要求5所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)，其特征是:所述正滲透裝置(58)內設置有正滲透膜； 所述正滲透裝置(58)的稀除濕溶液進口和正滲透裝置(58)的濃除濕溶液出口之間的空腔與正滲透裝置(58)的稀汲取溶液出口和正滲透裝置(58)的濃汲取溶液進口之間的空腔通過半透膜相互隔離。
7.熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法，其特征是:新風通過除濕器(I)內的常溫除濕溶液除濕，再通過新風換熱器(11)換熱，形成新風溫、濕度獨立處理過程。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法，其特征是:所述除濕器(I)內的除濕溶液在對新風進行除濕的過程中，除濕溶液的循環(huán)利用通過如下的步驟完成: 一、吸收新風的水分后，除濕溶液濃度變低，變成稀除濕溶液從除濕器I底部的稀除濕溶液出口流出，并經過除濕溶液循環(huán)泵(2)后分為兩路: 第一路直接通過第一調節(jié)閥(3)被旁通； 第二路通過稀除濕溶液進口(51)進入除濕溶液再生器(5)，通過除濕溶液增壓泵(56)增壓，再通過過濾器(57)過濾，然后通過正滲透裝置(58)的正滲透膜將水分滲透給汲取溶液，恢復除濕溶液濃度；該恢復濃度的除濕溶液經過第二調節(jié)閥(4)降至常壓，再與第一路被旁通的除濕溶液混合后回到除濕器(I)內； 二、汲取溶液在溶液滲透壓的作用下，吸收進入正滲透裝置(58)內除濕溶液的水分后，濃度降低，經過調節(jié)閥(510)降壓到發(fā)生器壓力，再經過汲取溶液換熱器(511)的低溫液體管道吸收高溫液體管道中汲取溶液釋放的熱量，最后流入發(fā)生器(513)； 發(fā)生器(513)內吸收高溫高壓制冷劑氣體釋放的冷凝熱，并將水分蒸發(fā)，汲取溶液濃度恢復，之后通過汲取溶液換熱器(511)的高溫液體管道向低溫液體管道放熱，再由汲取溶液循環(huán)泵(512)加壓，再經冷卻器(519)冷卻到常溫后就可以重新進入正滲透裝置(58)； 三、汲取溶液沸騰被蒸發(fā)的水蒸汽將熱量傳遞給低溫低壓液態(tài)制冷劑，并形成汽液混合物，再通過冷凝器(7)完全冷凝為冷凝水，并由冷凝水泵(8)加壓到常壓后排出； 四、熱泵壓縮機(9)將高溫高壓制冷劑氣體輸出，將熱量傳遞給發(fā)生器(513)內的汲取溶液后，變成高溫高壓的制冷劑液體，該高溫高壓的制冷劑液體再經過節(jié)流閥(10)后變成低溫低壓制冷劑液體，再吸收蒸發(fā)冷凝器￠)的冷凝管道內水蒸汽的冷凝潛熱后變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭怏w，該低溫低壓制冷劑氣體再通過熱泵壓縮機(9)，被壓縮為高溫高壓制冷劑氣體。
9.根據(jù)權利要求8所述的熱泵驅動的膜式新風溶液除濕空調系統(tǒng)的使用方法，其特征是:所述高溫冷水進水管路進水輸入的高溫冷水供水分為兩路: 第一路通過第三調節(jié)閥(12)流入冷凝器(7)的冷卻管道，吸收水蒸汽汽液混合物的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回水管路； 第二路通過第四調節(jié)閥(13)流入新風換熱器(11)的冷卻管道，吸收新風通道內新風所傳遞的熱量后，溫度升高，然后回流至高溫冷水回流管路。
【文檔編號】F24F13/30GK104141992SQ201410326312
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權日:2014年7月9日
【發(fā)明者】王厲, 駱菁菁 申請人:浙江理工大學