CN103776113A - 一种除湿空气调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除湿空气调节装置，包括由压缩机、空气冷却器及膨胀机组成的开式膨胀制冷温度调节装置，由两个间歇工作在吸附和脱附状态的平板吸附器组构成湿度调节单元，外界空气通过开式膨胀制冷将温度调整到合适的范围，而通过湿度调节单元将空气中的水分去除，脱附所需的主要能量来自于压缩机，同时设置辅热器来提高脱附空气的温度，从而在高湿度情况下也能正常工作。本发明中将空气膨胀制冷和平板吸附除湿，温湿度可独立控制，且设备简单，结构紧凑，综合能效比高，维护工作量小。

Description

一种除湿空气调节装置

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，涉及一种空气温湿度独立调节装置，特别涉及一种除湿空气调节装置。

背景技术

对于空气的冷却和调节是改善人们生活环境或保证设备正常运行的必要手段，通常可采用强制通风或采用合适的制冷技术实现，但是前者主要由外界环境所决定，无法从根本上加以解决，而后者是目前空气调节所采用的主要手段，常见的有采用氟利昂工质的机械压缩式制冷方法、采用热能驱动的吸收式或喷射式制冷方法，但是这些方法均存在能耗大或维护保养困难的缺点。特别是目前常用于城市办公建筑的空调排热排湿系统，如果湿度和温度都需要满足要求，大多采用表冷器去除潜热，采用氟利昂制冷机去除显热，但是其存在几个问题：1）潜热和显热负荷不一致，为了去除潜热，需要将冷却水或蒸发器管内温度将至空气露点温度下，然后再采用回热达到所需的送风温度，能量浪费严重，且换热器表面容易滋生有害物；2）氟利昂制冷机存在ODP和GWP问题。

温湿度独立调节空调技术的核心是把对温度和湿度两个参数的控制由原来常规空调系统的一个处理手段改为两个处理手段，即通过新风除湿来控制室内湿度，高温冷水（16～18℃）降温控制室内温度。该方法能显著提高室内温湿度的控制精度，使空调系统的综合能效比得到进一步提高，达到节能、舒适、提高空气洁净度的目的。其核心在于除湿技术，吸附除湿法是采用吸附材料动态吸附空气中的水蒸气，分为湿式液体吸收式除湿和固体吸附式除湿，其中以固体吸附剂为核心成分的转轮吸附式除湿因其具有除湿效率高、运行连续、湿度可控、结构紧凑、节能节材等特点，且还可利用太阳能、工业废热等低品位的热源，而具有广阔的应用前景。例如申请号为200710045901.2的专利“可利用低品位热源的两级转轮除湿空调装置”和申请号为200710045902.7的专利“太阳能驱动的单个转轮两级除湿空调器”都采用了这种方式。

气体膨胀制冷是利用高压气体的绝热膨胀以达到低温，并利用膨胀后的气体在低压下的复热过程来制冷。气体制冷机的工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个基本过程。它与蒸气压缩式制冷过程基本上是相同的，但它所采用的工质主要是空气，但根据不同的使用目的，循环工质也可采用氮气、氦气、二氧化碳、氧气等其它相似气体。由于其采用空气，因此其不存在环境温度，但是其效率低，大多用于特殊的行业，例如飞行器空气调节中。

气体膨胀制冷中，当气体在压缩机升压后，由于空气绝热指数高，其温升十分可观，大多在100度以上，通常的做法是将高温高压的气体通入换热器由外界环境空气冷却后通入膨胀机，很自然的可以想到，如果将吸附除湿与气体膨胀制冷结合在一起，用高温高压的空气对吸附材料进行再生，则可充分发挥两者的优点，例如“Analysis of an air cycle refrigerator driving air conditioningsystem integrated desiccant system”（2006，International Journal of Refrigeration）就提出一种将两者结合在一起的方式，研究结果显示其综合性能高于常规的制冷除湿方式。但是，转轮由于转速慢，无效体积占用大，因此整个设备不紧凑。而平板间歇吸附除湿方式虽然设备投资大，但是其体积紧凑，适应性好。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种将气体膨胀制冷和平板吸附除湿结合在一起的除湿空气调节装置，该装置用平板吸附方法去除来自外界环境空气中潜热，然后用开式空气膨胀方法将空气温度降低到合适值从而去除湿热，以达到空气调节的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括依次相连的预冷器7、采用平板吸附方法去除来自外界环境空气中潜热的湿度调节单元3以及采用开式空气膨胀方法去除湿热的温度调节装置；预冷器7热侧通道的入口与外界环境连通，预冷器7热侧通道的出口与湿度调节单元3的入口相连通，湿度调节单元3的出口与温度调节装置的入口相连通，温度调节装置的出口与三通调节阀6的入口相连接，三通调节阀6的一个出口与房间11相连通。

所述的温度调节装置包括依次连通的第一空气冷却器2、压缩机1、第二空气冷却器4以及膨胀机5；第一空气冷却器2的入口与湿度调节单元3的出口相连通，膨胀机5的出口与三通调节阀6的入口相连通。

所述的湿度调节单元3包括辅热器8、换热器9、第一平板吸附器组31以及第二平板吸附器组32；换热器9设置于压缩机1和第二空气冷却器4之间，且换热器8的热侧通道与压缩机1和第二空气冷却器4相连通；换热器9冷侧通道的入口与外界环境连通，出口与辅热器8的入口相连通；预冷器7的出口和辅热器8的出口均分为两路；其中，预冷器7的一路出口与辅热器8的一路出口汇合后与第一平板吸附器31的入口相连通，预冷器7的另一路出口与辅热器8的另一路出口汇合后与第二平板吸附器32的入口相连通；

第一平板吸附器组31的出口和第二平板吸附器组32的出口均分为两路；其中，第一平板吸附器组31的一路出口与第二平板吸附器组32的一路出口汇合后与第一空气冷却器2的入口相连通，第一平板吸附器组31的另一路出口与第二平板吸附器组32的另一路出口汇合后与外界环境连通。

所述的预冷器7的出口与第一平板吸附器31之间的管道上设置有第一阀门36，预冷器7的出口与第二平板吸附器32之间的管道上设置有第二阀门34；辅热器8的出口与第一平板吸附器31之间的管道上设置有第三阀门35，辅热器8的出口与第二平板吸附器32之间的管道上设置有第四阀门33；

第一平板吸附器31的出口与第一空气冷却器2入口之间的管道上设置有第五阀门37，第二平板吸附器32的出口与第一空气冷却器2入口之间的管道上设置有第六阀门39；第一平板吸附器31的出口通过第七阀门38与外界环境相连通，第二平板吸附器32的出口通过第八阀门40与外界环境相连通。

所述的预冷器7、第一空气冷却器2、第二空气冷却器4以及换热器9均为板式换热器。

所述的预冷器7、第一空气冷却器2、第二空气冷却器4以及换热器9均为换热管外表面附加有翅片的翅片管换热器，且换热管均为光管。

所述的压缩机1和膨胀机5均为无油速度式流体输送机械，结构形式为离心式、轴流式或混流式。

所述的第一平板吸附器组31和第二平板吸附器组32均为由至少一块吸附板构成的吸附器组。

所述三通调节阀6的另一个出口与预冷器7冷侧通道的入口相连通，预冷器7冷侧通道的出口与外界环境相连通。

还包括控制器10、设置在预冷器7出口处管道上的第一温湿度传感器101、设置在辅热器8出口处管道上的第二温湿度传感器102以及设置在第一空气冷却器2入口处管道上的第三温湿度传感器103；第一温湿度传感器101、第二温湿度传感器102和第三温湿度传感器103的信号输出端均通过信号线连接到控制器10的信号输入端上，控制器10的信号输出端通过控制电缆分别与三通调节阀6的控制端以及辅热器8的控制端相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过依次连通的湿度调节单元、温度调节装置以及三通调节阀，将从预冷器进来的外界空气送入房间中，由于吸附除湿的能耗是影响系统性能关键因素，气体膨胀制冷方法中，首先需要用压缩机将空气的压力提高到合适的范围，而此过程中空气的温度也会升高，本发明中将这个高温的空气作为脱附再生的主能量，因此再生近似于免费，因此性能系数高，而采用平板吸附方法使除湿设备的紧凑型大大提高，同时可以通过预冷技术达到吸附出口湿度的稳定。本发明将空气膨胀制冷和平板吸附除湿技术有机的结合在了一起，温湿度可独立控制，且设备简单，结构紧凑，综合能效比高，维护工作量小。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

其中，1为压缩机；2为第一空气冷却器；3为湿度调节单元；4为第二空气冷却器；5为膨胀机；6为三通调节阀；7为预冷器；8为辅热器；9为换热器；10为控制器；11为房间；31为第一平板吸附组；32为第二平板吸附组；33为第四阀门；34为第二阀门；35为第三阀门；36为第一阀门；37为第五阀门；38为第七阀门；39为第六阀门；40为第八阀门；101为第一温湿度传感器；102为第二温湿度传感器；103为第三温湿度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

参见图1，本发明包括依次相连的预冷器7、采用平板吸附方法去除来自外界环境空气中潜热的湿度调节单元3以及采用开式空气膨胀方法去除湿热的温度调节装置；预冷器7热侧通道的入口与外界环境连通，预冷器7热侧通道的出口与湿度调节单元3的入口相连通，湿度调节单元3的出口与温度调节装置的入口相连通，温度调节装置的出口与三通调节阀6的入口相连接，三通调节阀6的一个出口与房间11相连通；三通调节阀6的另一个出口与预冷器7冷侧通道的入口相连通，预冷器7冷侧通道的出口与外界环境相连通。

温度调节装置包括依次连通的第一空气冷却器2、压缩机1、第二空气冷却器4以及膨胀机5；第一空气冷却器2的入口与湿度调节单元3的出口相连通，膨胀机5的出口与三通调节阀6的入口相连通。

湿度调节单元3包括辅热器8、换热器9、第一平板吸附器组31以及第二平板吸附器组32；换热器9设置于压缩机1和第二空气冷却器4之间，且换热器8的热侧通道与压缩机1和第二空气冷却器4相连通；换热器9冷侧通道的入口与外界环境连通，出口与辅热器8的入口相连通；预冷器7的出口和辅热器8的出口均分为两路；其中，预冷器7的一路出口与辅热器8的一路出口汇合后与第一平板吸附器31的入口相连通，预冷器7的另一路出口与辅热器8的另一路出口汇合后与第二平板吸附器32的入口相连通；第一平板吸附器组31的出口和第二平板吸附器组32的出口均分为两路；其中，第一平板吸附器组31的一路出口与第二平板吸附器组32的一路出口汇合后与第一空气冷却器2的入口相连通，第一平板吸附器组31的另一路出口与第二平板吸附器组32的另一路出口汇合后与外界环境连通。第一平板吸附器组31和第二平板吸附器组32均为由至少一块吸附板构成的吸附器组。

预冷器7、第一空气冷却器2、第二空气冷却器4以及换热器9均为板式换热器。预冷器7、第一空气冷却器2、第二空气冷却器4以及换热器9均为换热管外表面附加有翅片的翅片管换热器，且换热管均为光管。压缩机1和膨胀机5均为无油速度式流体输送机械，结构形式为离心式、轴流式或混流式。

预冷器7的出口与第一平板吸附器31之间的管道上设置有第一阀门36，预冷器7的出口与第二平板吸附器32之间的管道上设置有第二阀门34；辅热器8的出口与第一平板吸附器31之间的管道上设置有第三阀门35，辅热器8的出口与第二平板吸附器32之间的管道上设置有第四阀门33；第一平板吸附器31的出口与第一空气冷却器2入口之间的管道上设置有第五阀门37，第二平板吸附器32的出口与第一空气冷却器2入口之间的管道上设置有第六阀门39；第一平板吸附器31的出口通过第七阀门38与外界环境相连通，第二平板吸附器32的出口通过第八阀门40与外界环境相连通。

本发明还包括控制器10、设置在预冷器7出口处管道上的第一温湿度传感器101、设置在辅热器8出口处管道上的第二温湿度传感器102以及设置在第一空气冷却器2入口处管道上的第三温湿度传感器103；第一温湿度传感器101、第二温湿度传感器102和第三温湿度传感器103的信号输出端均通过信号线连接到控制器10的信号输入端上，控制器10的信号输出端通过控制电缆分别与三通调节阀6的控制端以及辅热器8的控制端相连。

本发明的工作过程：

在进行空气调节时，包括以下几个方面：

1、空气状态调节

外界环境空气通过预冷器7由来自膨胀机5的部分低温空气冷却后，进入湿度调节单元3通过吸附将空气中的水分调节到合适的湿度，在吸附过程中，空气的温度提高，将升温后的空气送入第一空气冷却器2由外界环境空气冷却，由压缩机1增压，增压后且温度升高的空气流经换热器9热侧通道，与来自于外界环境且流过换热器9冷侧通道的空气换热，降温后的空气由第二空气冷却器4进一步降温后，在膨胀机5降压膨胀从而达到合适的温度，降温后的空气在三通调节阀6中分为两路，一路流过预冷器7冷侧通道，与来自外界环境且流经预冷器7热侧通道的空气换热后，直接排放至外界环境，另外一路直接送入房间11中，达到温湿度调节的目的；

2、吸附器的吸附和脱附

第一平板吸附器组31和第二平板吸附器组32通过阀门切换分别间歇地工作在吸附和再生两个状态下，当第四阀门33和第一阀门36开启，同时第二阀门34和第三阀门35关闭时，第一平板吸附器组31工作在吸附状态，而第二平板平吸附器组32工作在脱附状态，反之，当第四阀门33和第一阀门36关闭，同时第二阀门34和第三阀门35开启时，第一平板吸附器组31工作在脱附状态，而第二平板平吸附器组32工作在吸附状态。第一平板吸附器组31和第二平板吸附器组32通过上述阀门切换间歇地工作在吸附和脱附状态。

3、系统控制

第一温湿度传感器101获取湿度调节单元3吸附入口空气的温度和湿度，第二温湿度传感器102获取湿度调节单元3脱附入口空气的温度和湿度，第三温湿度传感器103获取湿度调节单元3吸附出口空气的温度和湿度，其控制包含以下几种控制模式：

模式1：当第一温湿度传感器101测得的湿度在正常范围，控制器10关闭辅热器8；

模式2：当第二温湿度传感器102测得的湿度大于设定的最大值，控制器10开启辅热器8，并根据第二温湿度传感器102测得的湿度将流出辅热器8的空气调节至设定的温度；

模式3：当第一温湿度传感器101湿度与第三温湿度传感器103之间差值减少时，控制器10调节三通调节阀6，使流过预冷器7冷侧通道的空气增加，从而降低进入湿度调节单元3吸附侧空气的温度，直至湿度差达到合适范围；

上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。

Claims (10)

1.一种除湿空气调节装置，其特征在于：包括依次相连的预冷器（7）、采用平板吸附方法去除来自外界环境空气中潜热的湿度调节单元（3）以及采用开式空气膨胀方法去除湿热的温度调节装置；预冷器（7）热侧通道的入口与外界环境连通，预冷器（7）热侧通道的出口与湿度调节单元（3）的入口相连通，湿度调节单元（3）的出口与温度调节装置的入口相连通，温度调节装置的出口与三通调节阀（6）的入口相连接，三通调节阀（6）的一个出口与房间（11）相连通。

2.根据权利要求1所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的温度调节装置包括依次连通的第一空气冷却器（2）、压缩机（1）、第二空气冷却器（4）以及膨胀机（5）；第一空气冷却器（2）的入口与湿度调节单元（3）的出口相连通，膨胀机（5）的出口与三通调节阀（6）的入口相连通。

3.根据权利要求2所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的湿度调节单元（3）包括辅热器（8）、换热器（9）、第一平板吸附器组（31）以及第二平板吸附器组（32）；换热器（9）设置于压缩机（1）和第二空气冷却器（4）之间，且换热器（8）的热侧通道与压缩机（1）和第二空气冷却器（4）相连通；换热器（9）冷侧通道的入口与外界环境连通，出口与辅热器（8）的入口相连通；预冷器（7）的出口和辅热器（8）的出口均分为两路；其中，预冷器（7）的一路出口与辅热器（8）的一路出口汇合后与第一平板吸附器（31）的入口相连通，预冷器（7）的另一路出口与辅热器（8）的另一路出口汇合后与第二平板吸附器（32）的入口相连通；

第一平板吸附器组（31）的出口和第二平板吸附器组（32）的出口均分为两路；其中，第一平板吸附器组（31）的一路出口与第二平板吸附器组（32）的一路出口汇合后与第一空气冷却器（2）的入口相连通，第一平板吸附器组（31）的另一路出口与第二平板吸附器组（32）的另一路出口汇合后与外界环境连通。

4.根据权利要求3所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的预冷器（7）的出口与第一平板吸附器（31）之间的管道上设置有第一阀门（36），预冷器（7）的出口与第二平板吸附器（32）之间的管道上设置有第二阀门（34）；辅热器（8）的出口与第一平板吸附器（31）之间的管道上设置有第三阀门（35），辅热器（8）的出口与第二平板吸附器（32）之间的管道上设置有第四阀门（33）；

第一平板吸附器（31）的出口与第一空气冷却器（2）入口之间的管道上设置有第五阀门（37），第二平板吸附器（32）的出口与第一空气冷却器（2）入口之间的管道上设置有第六阀门（39）；第一平板吸附器（31）的出口通过第七阀门（38）与外界环境相连通，第二平板吸附器（32）的出口通过第八阀门（40）与外界环境相连通。

5.根据权利要求3所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的预冷器（7）、第一空气冷却器（2）、第二空气冷却器（4）以及换热器（9）均为板式换热器。

6.根据权利要求3或5所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的预冷器（7）、第一空气冷却器（2）、第二空气冷却器（4）以及换热器（9）均为换热管外表面附加有翅片的翅片管换热器，且换热管均为光管。

7.根据权利要求3所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的压缩机（1）和膨胀机（5）均为无油速度式流体输送机械，结构形式为离心式、轴流式或混流式。

8.根据权利要求3或4所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述的第一平板吸附器组（31）和第二平板吸附器组（32）均为由至少一块吸附板构成的吸附器组。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的除湿空气调节装置，其特征在于：所述三通调节阀（6）的另一个出口与预冷器（7）冷侧通道的入口相连通，预冷器（7）冷侧通道的出口与外界环境相连通。

10.根据权利要求3或4所述的除湿空气调节装置，其特征在于：还包括控制器（10）、设置在预冷器（7）出口处管道上的第一温湿度传感器（101）、设置在辅热器（8）出口处管道上的第二温湿度传感器（102）以及设置在第一空气冷却器（2）入口处管道上的第三温湿度传感器（103）；第一温湿度传感器（101）、第二温湿度传感器（102）和第三温湿度传感器（103）的信号输出端均通过信号线连接到控制器（10）的信号输入端上，控制器（10）的信号输出端通过控制电缆分别与三通调节阀（6）的控制端以及辅热器（8）的控制端相连。

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