專利名稱：溶液吸收式除濕與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種溶液吸收式除濕循環(huán)與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法，特別適用于低濕(高除濕)、低溫(高降溫)的空調(diào)工況。
背景技術：
在常規(guī)的壓縮制冷空調(diào)方法中，先將通過盤管的空氣冷卻至低于空氣露點，達到送風需要控制的濕度，再將空氣升溫至送風溫度。當處理空氣出口露點在0℃以下，冷凝水會在盤管表面結冰，堵塞盤管和管肋片之間的間隙，以致設備不能處于工作狀態(tài)，除濕難以進行。因此常規(guī)的壓縮制冷難以實現(xiàn)低溫低濕空調(diào)工況的處理要求。中國專利CN 97115278.0和CN 01141371.9涉及的溶液吸收式除濕方法及設備具有等溫除濕或近似等溫除濕的特征。除濕過程溫度不升高或略有升高，未實現(xiàn)空氣降溫。美國專利US 4939906、US 4635446、US 4691530和US 4723417介紹了幾種溶液循環(huán)除濕裝置。其中US 4939906專利介紹了一種使用氯化鋰除濕劑循環(huán)除濕溶液的設備，提出了一種高效再生器形式。在這些專利和以美國Ross Air Systems公司的產(chǎn)品為代表的現(xiàn)有溶液吸收式除濕系統(tǒng)中，作為獨立過程的除濕循環(huán)，一般包括除濕部分、再生部分，其循環(huán)過程如圖2所示低溫高濃度的吸收液A在吸收器1對進入的空氣1a降溫除濕，除濕溶液溫度升高，濃度降低；吸收器出口的吸收液B與來自再生部分的濃溶液C混合后分為兩路，一路溶液進入吸收液冷卻器2由外部冷卻機組3提供冷量降溫，再返回吸收器1入口。另一路溶液經(jīng)換熱器6升溫后與再生器5出口的再生液D混合后分流為兩路溶液D1和D2；D1回除濕部分循環(huán)，D2經(jīng)再生液加熱器4，由外部提供的熱量升溫成高溫低濃度的再生液，從頂部進入再生器5與進入的再生空氣3a逆流接觸，空氣升溫增濕，轉變?yōu)樽兂膳懦龅目諝?a。再生液溫度降低，濃度升高，恢復除濕能力，然后與來自吸收器的稀溶液混合繼續(xù)循環(huán)。該流程除濕部分吸收液冷卻器需要的冷負荷需由外部的壓縮式冷水機組提供，再生部分再生液加熱器的熱負荷則由外部的蒸汽或其他外部的熱源提供。外部消耗能源較大，此外作為獨立的除濕系統(tǒng)，空氣的除濕、制冷不是一步同時實現(xiàn)。
中國專利CN 98811237.X提出了一種同時除濕與降溫的設備，設備含有除濕器、再生器和壓縮式熱泵，除濕器利用壓縮熱泵的蒸發(fā)器冷卻的除濕液處理空氣，空氣同時得到除濕和降溫。再生器利用壓縮熱泵的冷凝熱再生除濕液。該專利是空氣濕度獨立控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了空氣的除濕，溫度略有降低，需要額外的制冷設備提供冷源才能完全實現(xiàn)空氣的除濕降溫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種溶液吸收式除濕與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法，利用壓縮制冷循環(huán)將溶液吸收式除濕循環(huán)的冷負荷“泵熱”作為其再生器熱負荷，不但克服了傳統(tǒng)空調(diào)除濕露點零度下結霜的問題，而且使空氣的降溫除濕可以一步同時實現(xiàn)，并使系統(tǒng)的能量得到充分的利用，大幅度節(jié)約能源。
本發(fā)明提出的復合循環(huán)方法包括由除濕部分和再生部分組成的除濕循環(huán)以及壓縮制冷循環(huán)，其中除濕循環(huán)與制冷循環(huán)復合，即用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收液冷卻器所需要的冷量，同時低溫、液態(tài)制冷劑吸取除濕后溶液的熱量汽化；較高溫度的氣態(tài)制冷劑引入制冷循環(huán)冷凝器，由冷凝器向再生循環(huán)的加熱器提供所需熱量，制冷劑本身經(jīng)進一步冷卻、減壓至低溫液態(tài)，繼續(xù)制冷循環(huán)。
上述的除濕循環(huán)中的溶液工質(zhì)是含氯或溴鹽的水溶液。
上述的方法中用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收液冷卻器冷量，是根據(jù)除濕循環(huán)所需要的冷量，將制冷循環(huán)蒸發(fā)器作為吸收液的冷卻器使用。
上述的方法中由制冷循環(huán)的蒸發(fā)器向再生循環(huán)的加熱器提供熱量，是根據(jù)再生循環(huán)所需熱量，把制冷循環(huán)冷凝器的一部分或全部作為再生循環(huán)的加熱器使用。
上述的壓縮制冷循環(huán)的制冷工質(zhì)包括通常的制冷單組分工質(zhì)，例如四氟乙烷(R134a)等鹵代烴，或多組分混合工質(zhì)，優(yōu)選四氟乙烷與二氯氟乙烷(R134a-R141b)二元混合工質(zhì)。
本發(fā)明的效果由于壓縮制冷循環(huán)與除濕循環(huán)和再生循環(huán)的復合，一步完成制冷和除濕過程；同時由于將溶液吸收式除濕循環(huán)的吸收器冷負荷“泵熱”作為其再生器熱負荷，可以減少，甚至完全節(jié)省系統(tǒng)的再生器熱負荷；壓縮制冷循環(huán)中的蒸發(fā)溫度可以較大幅度提高，使制冷循環(huán)的性能系數(shù)提高，動力消耗下降；特別是采用多組分混合工質(zhì)可以進一步改善制冷循環(huán)的性能系數(shù)，獲得更好節(jié)能效果；此方法的空氣減濕幅度大，經(jīng)過一種處理過程就可以使空氣達到較低含濕量的送風狀態(tài)，而無需將空氣先冷卻到機器露點后再加熱，從而避免了冷熱抵消的高能耗處理方式，實現(xiàn)露點零度以下空氣的除濕；同時明顯降低設備初投資和系統(tǒng)運行費用，具有更好的經(jīng)濟性。


圖1本發(fā)明循環(huán)的流程示意2現(xiàn)有溶液吸收式除濕循環(huán)的流程示意圖
具體實施例方式如圖1所示本發(fā)明包括除濕循環(huán)和與之復合的制冷循環(huán)，其中除濕循環(huán)含常規(guī)的除濕部分和再生部分，在除濕部分低溫高濃度的吸收液A從頂部進入吸收器1，經(jīng)過布液器分散，與從底部進入的空氣1a逆流接觸，空氣降溫除濕，轉變?yōu)檫_到空調(diào)條件的空氣2a。除濕溶液溫度升高，濃度降低；吸收器出口的吸收液B進入儲槽8，與來自再生部分的濃溶液C(相對于吸收液B)混合；吸收液循環(huán)泵9從儲槽8抽取混合溶液增壓，其出口分流為兩路溶液；一路溶液進入吸收液冷卻器2降溫，再返回吸收器上部入口。另一路溶液經(jīng)換熱器6升溫后進入儲槽10。在再生部分高溫低濃度的再生液從頂部進入再生器5，經(jīng)過布液器分散，與從底部進入的經(jīng)過預熱的再生空氣3a逆流接觸(再生空氣3a通過制冷循環(huán)的冷卻冷凝過程排出熱來預熱)，空氣升溫度增濕，轉變?yōu)榕懦龅目諝?a。再生液溫度降低，濃度升高，恢復除濕能力。再生器5出口的再生液D進入儲槽10，與稀溶液(相對于再生液D)混合；再生液循環(huán)泵11從儲槽10抽取溶液增壓，其出口分流為溶液D1和D2；溶液D1經(jīng)換熱器6降溫后送往儲槽8；而溶液D2進入再生液加熱器4成為高溫低濃度再生液，再返回再生器5上部入口。本發(fā)明上述的除濕部分所需冷量和再生部分所需熱量均由復合制冷循環(huán)提供，用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收液冷卻器所需要的冷量，由制冷循環(huán)冷凝器向再生循環(huán)的加熱器提供熱量，具體實施方法是根據(jù)除濕部分所需冷量，將制冷循環(huán)蒸發(fā)器作為吸收液的冷卻器2使用(見圖2)，低溫、液態(tài)制冷劑E經(jīng)過制冷循環(huán)蒸發(fā)器(即吸收液冷卻器2)向吸收循環(huán)提供冷量，制冷劑本身吸取除濕循環(huán)溶液的熱量汽化；根據(jù)再生部分所需熱量，利用常規(guī)的控制方法，將制冷循環(huán)冷凝器的一部分或全部作為再生循環(huán)的加熱器4使用，氣態(tài)制冷劑流過壓縮機12升壓，較高溫度的制冷劑先進入制冷劑冷凝器(即再生液加熱器4)，向再生循環(huán)提供熱量，制冷劑進一步經(jīng)空氣冷凝器13冷卻，經(jīng)過節(jié)流閥14減壓至低溫、液態(tài)，如此反復進行制冷循環(huán)。
除濕溶液工質(zhì)是常用的含氯或溴鹽的水溶液，如氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣和氯化鋅等鹽中的一種，或幾種所形成的水溶液。
壓縮制冷循環(huán)的制冷工質(zhì)采用通常的制冷單組分或多組分混合工質(zhì)，例如R134a(四氟乙烷制冷劑產(chǎn)品牌號)等鹵代烴，優(yōu)選R134a與R141b(二氯氟乙烷產(chǎn)品牌號)的二元混合工質(zhì)。
實施例本實施例基于40000m3/h的空氣處理量，比較圖2所示現(xiàn)有循環(huán)方法與圖1所示本發(fā)明循環(huán)工藝方法的運行性能，現(xiàn)有循環(huán)采用以氯化鋰溶液作為溶液吸收式除濕循環(huán)的除濕溶液工質(zhì)，所需吸收冷量由以R134a為制冷劑的壓縮式制冷循環(huán)提供，所需的熱量則專門由外部供給。本發(fā)明以制冷劑R134a和制冷劑R141b的混合物作為壓縮制冷循環(huán)的制冷工質(zhì)，其中R134a的摩爾分數(shù)為0.82，比較如下通過系統(tǒng)的空氣各狀態(tài)點參數(shù)如表1所示。其中，狀態(tài)點1a為新風與循環(huán)風的混合風，2a為送往室內(nèi)的空氣。3a為進過預熱室外的空氣，4a為排棄的空氣。
表1 循環(huán)處理的空氣各狀態(tài)點參數(shù)

參照圖1和圖2的工藝流程現(xiàn)有循環(huán)方法和本發(fā)明的溶液吸收式除濕循環(huán)各狀態(tài)點的溶液參數(shù)基本相同，數(shù)值如表2所示。
表2 溶液吸收式除濕循環(huán)各狀態(tài)點的溶液參數(shù)

參照圖1和圖2的工藝流程現(xiàn)有循環(huán)方法和本發(fā)明的壓縮制冷循環(huán)各狀態(tài)點的制冷劑參數(shù)如表3所示。
表3 壓縮制冷循環(huán)各狀態(tài)點的制冷劑參數(shù)

表4 現(xiàn)有循環(huán)方法與本發(fā)明的運行性能比較

基于40000m3/h的空氣處理量，比較現(xiàn)有循環(huán)方法與本發(fā)明的運行性能結果(見表4)，可以發(fā)現(xiàn)，同樣為了滿足循環(huán)的吸收液冷卻器H4的負荷347.8kW，由于本發(fā)明通過溶液吸收式除濕與壓縮制冷循環(huán)復合運行，制冷循環(huán)的性能系數(shù)較現(xiàn)有循環(huán)方法降低了8.5％，現(xiàn)有循環(huán)方法的壓縮制冷耗功105.5kW，本發(fā)明的壓縮制冷耗功115.3kW，但是本發(fā)明完全實現(xiàn)了再生器熱量的自給，系統(tǒng)消耗外部輸入熱負荷為零，而現(xiàn)有循環(huán)方法再生液加熱器H2的負荷410kW，則完全要靠外部輸入，因此大大節(jié)省了外部能耗。
綜上所述，本發(fā)明提出的溶液吸收式除濕循環(huán)與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法，采用R134a與R141b混合制冷工質(zhì)，一步完成制冷和除濕過程，實現(xiàn)再生部分的熱量完全自給，不再需要外界單獨提供熱源。支付少量的電功，實現(xiàn)了制冷循環(huán)熱能量的完全回收利用。
權利要求
1.一種溶液吸收式除濕與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法，包括除濕循環(huán)和壓縮制冷循環(huán)，其中除濕循環(huán)由除濕部分和再生部分組成，其特征在于，除濕循環(huán)與壓縮制冷循環(huán)復合，即用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收冷卻器所需要的冷量；用低溫、液態(tài)制冷劑吸取除濕后溶液的熱量，通過制冷循環(huán)冷凝器向再生循環(huán)的加熱器提供熱量。
2.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)方法，其特征在于，溶液吸收式除濕循環(huán)所用的除濕溶液工質(zhì)是含氯或溴鹽的水溶液。
3.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)方法，其特征在于，壓縮制冷循環(huán)的制冷工質(zhì)包括單組分工質(zhì)和多組分混合工質(zhì)。
4.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)方法，其特征在于，壓縮制冷循環(huán)的制冷工質(zhì)采用四氟乙烷與二氯氟乙烷的混合工質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)方法，其特征在于，用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收液冷卻器所需要的冷量，是將制冷循環(huán)蒸發(fā)器作為吸收液的冷卻器使用。
6.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)方法，其特征在于，由制冷循環(huán)的蒸發(fā)器向再生循環(huán)的加熱器提供熱量，是把制冷循環(huán)冷凝器的一部分或全部為再生循環(huán)的加熱器使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶液吸收式除濕與壓縮制冷循環(huán)復合的空調(diào)方法，由除濕循環(huán)和壓縮制冷循環(huán)復合實現(xiàn)，除濕循環(huán)包括除濕循環(huán)部分和再生循環(huán)部分，其中，用壓縮制冷循環(huán)的制冷蒸發(fā)器提供除濕循環(huán)吸收冷卻器所需要的冷量，同時低溫、液態(tài)制冷劑吸取除濕后溶液的熱量汽化；較高溫度的氣態(tài)制冷劑引入制冷循環(huán)冷凝器，由冷凝器向再生循環(huán)的加熱器提供熱量。一步完成制冷和除濕過程，由于將溶液吸收式除濕循環(huán)的吸收器冷負荷“泵熱”作為其再生器熱負荷，系統(tǒng)的再生器熱負荷可以減少，甚至完全節(jié)省。壓縮制冷循環(huán)中的蒸發(fā)溫度可以較大幅度提高，動力消耗下降。設備費用和運行成本大大下降。
文檔編號F24F3/14GK101033874SQ20061005673
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權日2006年3月7日
發(fā)明者鄭丹星, 唐家偉, 金紅光 申請人:北京化工大學