專利名稱：同時(shí)除濕和降溫的空氣調(diào)節(jié)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時(shí)除濕和降溫空氣調(diào)節(jié)方法和設(shè)備，即利用除濕液除濕，同時(shí)利用壓縮式熱泵冷卻除濕液，進(jìn)而使除濕液在除濕的同時(shí)，冷卻空氣；壓縮式熱泵排出的冷凝熱用于除濕液的再生。該設(shè)備包括壓縮機(jī)、除濕(冷卻)器、再生器、蒸發(fā)熱交換器、冷凝熱交換器及膨脹閥等。
現(xiàn)有的空氣調(diào)節(jié)方法分為兩種情形一種是先將空氣冷卻到露點(diǎn)，再沿飽和線除濕，此后一般還需再熱空氣。如

圖1中1→2→3→4所示。另一種是采用固體或液體除濕法，先將空氣等焓除濕或非完全等焓除濕；再采用間接蒸發(fā)冷卻和(或)外來的冷源使空氣等濕降溫，或者再采用直接蒸發(fā)冷卻加濕降溫。如圖2中5→6(6’)→7→8所示。
專利文獻(xiàn)“空氣調(diào)節(jié)方法及其設(shè)備”(中國專利97115278.0)和“空氣調(diào)節(jié)(制冷和制熱)方法及其設(shè)備”(中國專利01141371.9)涉及的液體除濕方法及設(shè)備具有等溫除濕或近等溫除濕的特征。如圖3中9→10(10’)所示。與前述等焓除濕或非完全等焓除濕相比，等溫除濕或近等溫除濕過程中溫度不升高或略有升高，但仍未實(shí)現(xiàn)降溫。其中“空氣調(diào)節(jié)(制冷和制熱)方法及其設(shè)備”(中國專利01141371.9)由于采用了多級(jí)分段“微分除濕”，其等溫除濕過程較易實(shí)現(xiàn)。
上述兩種情形及上述專利均未實(shí)現(xiàn)同時(shí)除濕和降溫。對于前一種情形，是先降溫，再除濕，一般還需再升溫。其最大的缺點(diǎn)是熱和濕不能獨(dú)立處理，除濕能力不強(qiáng)，除濕效率較低；要求的除濕溫度低，往往需要對空氣再熱，這既增大了熱負(fù)荷，又降低了能效比，還需多余的再熱能量。對于后一種情形及上述專利，由于沒有降溫冷卻，其再生溫度高。由于除濕和降溫在不同的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜程度增加。其除濕液的再生均需要一套加熱系統(tǒng)。
專利文獻(xiàn)“除濕器裝置”(中國專利98811237.X)披露了一種同時(shí)除濕與降溫的設(shè)備。該設(shè)備含有除濕器，再生器和壓縮熱泵等。除濕器利用經(jīng)壓縮熱泵蒸發(fā)器冷卻的除濕液處理空氣，空氣同時(shí)得到除濕和降溫。再生器利用壓縮熱泵的冷凝熱再生除濕液。該設(shè)備的缺陷在于除濕器和再生器中均未形成均勻的傳熱傳質(zhì)梯度，即未實(shí)現(xiàn)逆流傳熱傳質(zhì)，使得其除濕和降溫的潛力未得到充分利用，其除濕和降溫的幅度有限，如圖4中11→12所示。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時(shí)除濕降溫的空氣調(diào)節(jié)方法和設(shè)備，以獲得能滿足空調(diào)溫度、濕度及空氣質(zhì)量的空氣。本發(fā)明涉及的方法和設(shè)備具有除濕、降溫、熱和濕獨(dú)立處理及空氣凈化等功能。本發(fā)明的蒸發(fā)熱交換器、冷凝熱交換器的除濕液與制冷劑易于實(shí)現(xiàn)高效換熱，而對于難以換熱的空氣與液體的換熱，則采用了氣液直接接觸的方式實(shí)現(xiàn)高效換熱。本發(fā)明的除濕冷卻器和再生器具有基本相同的結(jié)構(gòu)，具有如下顯著特征多級(jí)分段“微分除濕”和“微分再生”，氣液直接接觸傳熱傳質(zhì)，充分的逆流傳熱傳質(zhì)，除濕冷卻器融除濕和降溫為一體，無需任何外來的冷卻空氣和冷卻水，再生器利用壓縮熱泵的冷凝熱再生，因而無需任何外來的熱源。本發(fā)明的壓縮熱泵采用非共沸混合工質(zhì)，與除濕(冷卻)器和再生器多級(jí)分段“微分除濕”和“微分再生”相對應(yīng)。
一種同時(shí)除濕和降溫的空氣調(diào)節(jié)方法，利用液體除濕，壓縮熱泵降溫，并利用壓縮熱泵冷凝熱再生除濕液。其特征在于所述的液體除濕方法為將除濕冷卻器分為若干段，每段填充有多孔介質(zhì)，并在段和段之間留有空隙。通過溶液泵或其它方法將不同溫度和濃度的溶液分布在各段多孔介質(zhì)的表面，使各段之間形成一定的濃度和溫度梯度。空氣流過多孔介質(zhì)的表面，依次與不同溫度和濃度的溶液接觸，空氣中水蒸汽在溶液表面凝結(jié)，被逐漸干燥并得到冷卻。另一種液體除濕方法為除濕器的若干段用氣液分離器分開，在每段中分別噴淋不同溫度和濃度的溶液，使各段之間形成一定的濃度和溫度梯度?？諝庖来瘟鬟^除濕器的各段，與分布在各段空間中的噴淋液滴的表面相接觸，空氣中水蒸汽在液滴表面凝結(jié)，被逐漸干燥并得到冷卻。所述的溶液再生方法為再生器有與除濕器相同的多級(jí)分段結(jié)構(gòu)，溶液與空氣也是直接接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。所不同的是傳質(zhì)傳熱過程的方向相反，即溶液中的熱量與水分逐漸向空氣中轉(zhuǎn)移，空氣被逐漸加熱加濕，溶液被逐漸濃縮并降溫。所述的壓縮熱泵循環(huán)為壓縮熱泵采用非共沸工質(zhì)，其蒸發(fā)和冷凝均是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的。在蒸發(fā)側(cè)，工質(zhì)按照溫度對應(yīng)的原則依次與不同溫度的溶液進(jìn)行換熱，溶液得到冷卻。在冷凝側(cè)，工質(zhì)同樣按照溫度對應(yīng)的原則依次與不同溫度的溶液進(jìn)行換熱，溶液得到加熱。
一種同時(shí)除濕和降溫的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，如圖5所示，包括風(fēng)機(jī)(圖中未示出)、多級(jí)泵(圖中未示出)、除濕(冷卻器)13、再生器14、冷凝熱交換器15、蒸發(fā)熱交換器16、溶液熱交換器17、壓縮機(jī)18、膨脹閥19及空氣預(yù)熱器(圖中未示出)等。其中15、16、18、19、20等構(gòu)成壓縮式熱泵。冷凝熱交換器15與再生器14相連，兩者之間有溶液的循環(huán)?？諝忸A(yù)熱器也與再生器14相連，兩者之間有空氣的聯(lián)系。蒸發(fā)熱交換器16與除濕(冷卻)器13相連，兩者之間有溶液的循環(huán)。冷凝熱交換器15與蒸發(fā)熱交換器16通過溶液熱交換器17相連。
圖1為常規(guī)空氣調(diào)節(jié)的空氣處理焓濕2為固體(或液體)除濕冷卻的空氣處理焓濕3為等溫或近等溫液體除濕的空氣處理焓濕4為壓縮熱泵驅(qū)動(dòng)的液體除濕降溫的空氣處理焓濕5本發(fā)明的一種典型實(shí)現(xiàn)形式圖6除濕(冷卻)器(再生器)的二種結(jié)構(gòu)圖7本發(fā)明空氣處理焓濕8除濕(冷卻)器的傳熱梯度分布圖9除濕(冷卻)器的傳質(zhì)梯度分布圖10蒸發(fā)熱交換器的傳熱梯度分布由圖5可知，本發(fā)明牽涉到兩個(gè)循環(huán)，即壓縮熱泵循環(huán)和液體除濕及再生循環(huán)，兩者復(fù)合。同時(shí)也牽涉到三種工作物質(zhì)，即制冷劑、除濕液和空氣。圖中短劃線為制冷劑，細(xì)實(shí)線為液體除濕劑，點(diǎn)劃線為空氣。非共沸的制冷劑流過蒸發(fā)熱交換器，依次與相互隔離的不同溫度和濃度的除濕液換熱，除濕液得到冷卻，冷卻后的除濕液能過多級(jí)泵分別輸送到除濕(冷卻)器的各段中(I-V)，圖中標(biāo)出了5段，但不限于5段，以3-6段為宜。多級(jí)泵分為相互隔離的多級(jí)，每級(jí)有一個(gè)進(jìn)液管和一個(gè)出液管，各級(jí)之間液體不發(fā)生混合。多級(jí)泵用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在除濕冷卻器中，空氣依次經(jīng)過各段，通過填料或溶液噴淋(如圖6所示)與除濕液接觸，實(shí)現(xiàn)除濕和降溫，如圖7中31→32所示。除濕冷卻器分為若干段，其傳熱、傳質(zhì)梯度分布如圖8、圖9所示。蒸發(fā)熱交換器中的傳熱梯度分布如圖10所示。
從蒸發(fā)交換器中流出的制冷劑，流過壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入空氣預(yù)熱器和冷凝熱交換器，在空氣預(yù)熱器中，對進(jìn)入再生器的空氣進(jìn)入預(yù)熱。在冷凝熱交換器中，制冷劑依次與相互隔離的不同濃度與溫度的除濕液換熱，除濕液被加熱后通過多級(jí)泵輸送到再生器中，除濕液得到再生。再生器與除濕(冷卻)器有相同的結(jié)構(gòu)，其傳熱傳質(zhì)梯度分布與除濕冷卻器類似，冷凝交換器中的傳熱梯度分布與蒸發(fā)熱交換器類似。
本發(fā)明的另一種情形是不采用非共沸工質(zhì)，采用普通工質(zhì)，除濕冷卻器和再生器各段中的除濕液的溫度相同或相近，但各段中除濕液的濃度不同。
本發(fā)明的另一種情形是用吸收式熱泵或其它熱泵替代壓縮式熱泵。
本發(fā)明的另一種情形是再生器不采用與除濕(冷卻)器相同的多級(jí)分段結(jié)構(gòu)，而采用任何其它的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一種情形是再生器可使用其它的輔助熱源。
在圖6-A中，20為外殼，21為溶液分布裝置，22為填料，分為若干段，在段與段之間有微小的間隙，將除濕(冷卻)器分為若干段。填料表面分布有均勻的液膜。23為進(jìn)氣口，24出氣口。
在圖6-B中，25為外殼，26為噴淋管，27為氣液分離器，氣液分離器將除濕(冷卻)器分為若干段，28為噴淋液，29為進(jìn)氣口，30為出氣口。
在圖7中，空氣得到干燥與冷卻，即31→32，32的焓值低于室內(nèi)空氣的焓值，即32狀態(tài)點(diǎn)的空氣具有室內(nèi)凈制冷能力。而圖4中12的焓值與室內(nèi)焓值相當(dāng)或略低，其主要制冷能力體現(xiàn)為對新風(fēng)的制冷能力。
圖8為除濕(冷卻)器中溫度梯度分布，A為空氣溫度，LM為除濕液最高溫度，Lm為除濕液最低溫度，LA為除濕液平均溫度。t為溫度，I-V分別對應(yīng)不同段。除濕(冷卻)器中基本形成逆流的傳熱分布。
圖9為除濕(冷卻)器的濃度梯度分布，a為空氣中水蒸汽分壓，1M為除濕液對應(yīng)的最高水蒸汽分壓。1m為除濕液對應(yīng)的最低水蒸汽分壓。1a為除濕液對應(yīng)的平均水蒸汽分壓。p為水蒸汽分壓，I-V分別對應(yīng)不同段。除濕(冷卻)器中基本形成逆流傳質(zhì)分布。
圖10為蒸發(fā)熱交換器中的傳熱梯度分布，R為制冷劑溫度。LM為除濕液最高溫度，Lm為除濕液最低溫度，LA為除濕液平均溫度。t為溫度，I-V分別對應(yīng)不同段。蒸發(fā)熱交換器中基本形成逆流傳熱分布。
權(quán)利要求
1.一種液體除濕方法和設(shè)備，其特征在于除濕器13采用多級(jí)分段(≥2)結(jié)構(gòu)，空氣經(jīng)過除濕器，分別與不同濃度和(或)溫度的除濕液接觸，空氣被干燥。
2.如權(quán)力要求1所述的方法，其特征在于再生器14采用多級(jí)分段(≥2)結(jié)構(gòu)，空氣經(jīng)過再生器，分別與不同濃度和(或)溫度的除濕液接觸，除濕液被再生。
3.如權(quán)力要求1、2所述的方法，其特征在于除濕器和再生器中的氣液接觸是通過填料或除濕液噴淋來實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)力要求1、2、3所述的方法，除濕器和再生器中的溶液循環(huán)是通過多級(jí)泵來實(shí)現(xiàn)的。多級(jí)泵的特征在于多級(jí)泵分為相互隔離的多級(jí)，每級(jí)有一個(gè)進(jìn)液管和一個(gè)出液管，各級(jí)之間液體不發(fā)生混合。多級(jí)泵用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)力要求1、2、3所述的方法其特征在于除濕液進(jìn)入除濕器前預(yù)先被冷卻，在除濕器中吸熱并冷卻處理空氣。
6.一種空氣調(diào)節(jié)方法其特征在于采用上述權(quán)力要求所述的方法處理空氣，并采用熱泵回收除濕和(或)冷卻過程中產(chǎn)出的熱量再生除濕液。
7.如權(quán)力要求6所述的方法其特征要于除濕液在進(jìn)入再生器前，被預(yù)先加熱，熱的除濕液在再生器中蒸發(fā)水分，被濃縮。
8.如權(quán)力要求6、7所述的方法，其特征在于空氣在進(jìn)入再生器前，先被預(yù)熱。
9.如權(quán)力要求6、7、8所述的方法，其特征在于除濕器與再生器之間的溶液交換須經(jīng)過溶液熱交換器，實(shí)現(xiàn)換熱。
10.如權(quán)力要求6、7、8、9所述的方法，其特征在于除濕器中濃溶液段(I)與再生器中的濃溶液段(I’)相連接，除濕器中的稀縮液段(V)與再生器中的稀溶液段(V’)相連接。
11.如權(quán)力要求5、6、7、8、9所述的方法，其特征在于，熱泵為壓縮式熱泵，且采用電驅(qū)動(dòng)。
12.應(yīng)用上述權(quán)力要求所述方法的設(shè)備，其特征在于包括風(fēng)機(jī)、多級(jí)泵、除濕(冷卻)器13、再生器14、冷凝熱交換器15、蒸發(fā)熱交換器16、溶液熱交換器17、壓縮機(jī)18、膨脹閥19及空氣預(yù)熱器等。其中15、16、18、19、20等構(gòu)成壓縮式熱泵。冷凝熱交換器15與再生器14相連，兩者之間有溶液的循環(huán)。空氣預(yù)熱器也與再生器14相連，兩者之間有空氣的聯(lián)系。蒸發(fā)熱交換器16與除濕(冷卻)器13相連，兩者之間有溶液的循環(huán)。冷凝熱交換器15與蒸發(fā)熱交換器16通過溶液熱交換器17相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)除濕和降溫空氣調(diào)節(jié)方法和設(shè)備，即利用除濕液除濕，同時(shí)利用壓縮式熱泵冷卻除濕液，進(jìn)而使除濕液在除濕的同時(shí)，冷卻空氣；壓縮式熱泵排出的冷凝熱用于除濕液的再生。該設(shè)備包括壓縮機(jī)、除濕(冷卻)器、再生器、蒸發(fā)熱交換器、冷凝熱交換器及膨脹閥等。本發(fā)明同時(shí)涉及一種多級(jí)分段的除濕(冷卻)器和再生器，實(shí)現(xiàn)逆流傳熱傳質(zhì)，提高效率。
文檔編號(hào)F24F3/147GK1428564SQ0113860
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者袁一軍 申請人:袁一軍