CN212108773U - 一种宽温区空气制水装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽温区空气制水装置，包括压缩机，冷凝器，经济器，吸附材料，电加热装置，节流元件，接水盘，蒸发器，空气换热器，空气过滤单元，送风风机，冷凝风机，外置水箱，净水单元，水泵，集水箱、管路和风道及维护结构等，分别形成制冷循环系统、水处理系统和空气循环系统，具有新风模式和内循环模式两种功能模式。本实用新型采用制冷凝露原理和吸附解吸原理耦合的系统设计，对空气中水分二次提取，大幅提高出水率，适用温度范围可扩大至5℃～46℃，相对湿度范围可适用于10%～100%；采用空气换热器预冷和经济器过冷双重冷量回收，使空气制水装置功率大幅降低节能效果显著；系统高度集成，可实现装置轻量化和小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及空气调节装置领域，具体是一种宽温区空气制水装置。
背景技术
随着全球水资源的日益匮乏和有限淡水资源不断被污染，为应对海岛和沙漠等缺水地区淡水运输难题、战时供水恐怖袭击后的紧急救援、野战部队行军供水问题和突发性水污染事件，基于制冷结露原理和吸附解吸原理的非常规空气制水技术得到不断发展。制冷结露法制水是蒸汽压缩制冷系统中的蒸发器将湿空气温度降到露点温度以下，使其中的水蒸气结露而得到的液态水。吸附法制水是利用环境空气中水蒸气压与吸附剂表面水蒸气压的差值作为吸湿动力，再利用外界热量提高吸附剂表面的水蒸气压来解吸再生，解吸的同时冷凝水汽得到淡水。
基于制冷凝露原理的空气制水装置存在的不足有：①热交换速度慢，换热效率低，出水率低；②风量和制冷量无法调节，不能适应环境工况的变化，仅适用于15℃～35℃，适用温区小；③环境温度低时，蒸发器表面结霜时无法出水；④装置体积庞大、运行所需功率较大，运行费用较高，系统能效比低且不便于操作。
基于吸附解吸原理的空气制水装置存在的不足：①吸附剂解吸的过程中需要大量的热量；②剂吸附/解吸过程持续较长，出水率较低；③适用温区较小，不适用于较为恶劣的环境工况，适用环境相对湿度需大于35%
另外，空气制水装置的噪声也倍受关注，压缩机、风机和泵等运转过程都会产生噪声。小排量变频压缩机和无级调速风机的使用可实现产品低噪声运行。
实用新型内容 本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种适用于宽温区的空气制水装置。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种宽温区空气制水装置，其特征在于：包括由压缩机、配置有冷凝风机的冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器构成的制冷循环系统，以及空气换热器、风室、风阀、水处理系统，制冷循环系统中的经济器表面涂覆有吸附材料并集成有电加热装置，经济器、空气换热器、蒸发器分别设置于风室内部，所述空气换热器内部具有水平通道和垂直通道，所述风室中具有进风风道和出风风道，进风风道的内部设有送风风机，进风风道的进风侧连通至外部环境，进风风道的出风侧仅与空气换热器的水平通道的进风侧连通，空气换热器的水平通道的出风侧仅与蒸发器的进风侧连通，蒸发器的出风侧、空气换热器的垂直通道的进风侧分别与风室内部同一片区域连通，空气换热器的垂直通道的出风侧仅与经济器的进风侧连通，经济器的出风侧仅与风室中出风风道的进风侧连通，风室中出风风道的出风侧仅与风阀的进风侧连通，风阀的出风侧可切换连通风室中进风风道、外部环境，由此构成空气循环系统；
空气循环系统中，进风风道中通过送风风机将外部环境的风首先送入至空气换热器的水平通道，再依次经过蒸发器、风室内部区域后进入空气换热器的垂直通道，再经过经济器后由出风风道进入风阀的进风侧，当风阀的出风侧连通至外部环境时工作于新风模式，当风阀的出风侧连通至进风风道时工作于内循环模式；
同时，制冷循环系统中，压缩机中制冷剂依次经过冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器后返回至压缩机，由经济器涂覆的吸附材料吸收空气中的水分，并由经济器集成的电加热装置为吸附材料提供解吸所需能量；
所述水处理系统包括接水盘，接水盘设于风室中并同时承接蒸发器、空气换热器表面凝结的水分。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：制冷循环系统中，压缩机的制冷剂出口通过管路依次与冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器、压缩机的制冷剂返回口连通，由此形成制冷剂循环回路。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述经济器中，吸附材料涂覆于经济器换热肋片上，电加热装置嵌入在经济器中，由外部PID结合可控硅对电加热装置进行加热量无级调节。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述风阀由可控的三通阀实现，三通阀进口作为进风侧始终保持仅与风室中出风风道的出风侧连通，三通阀的一个出口与风室中进风风道内部连通，三通阀的另一个出口与外部环境连通，通过控制三通阀内部阀芯使进口切换连通两个出口。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述水处理系统还包括外置水箱、净水单元、水泵、集水箱，所述接水盘通过管路与集水箱内部连通，水泵的进水口通过管路与集水箱内部连通，水泵的出水口通过管路与净水单元的进水口连通，净水单元的出水口通过管路与外置水箱连通。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述集水箱设有水位检测装置，并容积按需求设计，水位达设定值即开启水泵将集水箱中收集的水通过水泵送至净水单元进行水质处理后贮存在外置水箱中。
所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述风室的进风风道中还设置有空气过滤单元。
本实用新型中，经济器为集成有吸附材料和电加热装置的换热器。具有高效吸水能力的吸附材料涂覆在经济器换热肋片上，经济器对空气换热器垂直通道的出风侧的冷空气进行冷量的二次回收；吸附材料对蒸发器制水处理后的空气中残留的水分进行二次的吸收。电加热装置嵌入在经济器中，通过PID结合可控硅进行加热量无级调节，为低温工况蒸发器表面的除霜和吸附材的解析提供最佳热量。经济器可采用用翅片式换热器，但不排除经济器采用无翅片的盘管形式等效取代。
本实用新型中，空气换热器为互相垂直的双通道结构，是系统中的冷量回收装置。空气换热器的水平通道的进风侧连接进风风道的出风侧，水平通道的出风侧连接蒸发器的进风侧，将待处理的空气经预冷送入蒸发器；空气换热器的垂直风道进风侧、蒸发器的出风侧连通至风室内同一片区域，空气换热器的垂直风道的出风侧连通经济器的进风侧，二者在空气换热器中进行热交换，实现系统冷量的回收，水平通道有冷凝水时可流入接水盘。
本实用新型工作于新风模式时，风阀的出风侧连通至外部环境，制冷循环系统中的制冷剂经压缩机、冷凝器、经济器、节流元件进入蒸发器，完成对输入的新风的冷却后返回压缩机。水处理系统是将蒸发器和空气换热器凝结出的水通过接水盘收集后接入集水箱，需要时通过水泵将水送往净水单元进行处理输出至外置水箱中进行存储。空气循环系统通过送风风机吸入环境空气，经空气过滤单元过滤空气中的杂质送入空气换热器的水平通道，经蒸发器制冷凝露制水后低温空气进入空气换热器的垂直通道，与水平通道中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后进入经济器，在经济器中，空气中残留的水分被吸附材料进一步吸收，同时与经济器管内的高温制冷剂进行热交换，为管内制冷剂提供过冷度，完成系统冷量的二次回收，随后空气排出至外部环境。
本实用新型工作于内循环模式时，风阀的出风侧连通至风室的进风风道，制冷循环系统和水处理系统工作，电加热装置启动为吸附材料提供解吸所需能量，吸附材料中的水分被解吸至内循环空气中，形成的高温高湿空气经送风风机，空气换热器的水平通道送至蒸发器，经蒸发器制冷凝露制水后低温空气进入空气换热器的垂直通道，与水平通道中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后回到经济器，循环往复直至吸附材料中的水分完全被解吸。
本实用新型通过风阀，可基于不同环境工况调节风阀进行新风模式和内循环模式切换；本实用新型可采用变频压缩机、无级调速风机、开度可调节流元件和无级调节电加热装置，在宽环温工况下可实现装置的精确控制和系统参数最优化匹配；本实用新型采用模块化设计，可依据需求实现空气制水、空气除湿和空气温度调节等诸多功能，实现多功能化。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型采用制冷凝露原理和吸附解吸原理耦合的制水系统，具有新风模式和内循环模式两种工作模式，其中内循环模式可用于对新风模式制水量的补偿，有效提高了制水率和空气利用率。同时可用于融化在环境温度较低的工况下蒸发器表面出现的霜层，且不破坏蒸发器表面的温度场，又对融霜时损失的水分进行回收。也可用于解决高温低湿环境工况下出水率低的问题，大大降低了系统的功耗。使本装置的适用温度范围可扩大至5℃～46℃，相对湿度范围可适用于10%～100%；
2、本实用新型采用空气换热器预冷和经济器过冷双重冷量回收，使空气制水装置功率大幅降低节能效果显著；
3、本实用新型采用多功能模块化设计，各模块可单独拆分独立运行，可推广至除湿和空气调节等领域。
4、本实用新型系统高度集成，可实现装置轻量化和小型化。
5、本实用新型采用变频压缩机、无级变速风机、开度可调节流元件和无级电加热装置，可实现装置的精确控制和系统参数最优化匹配，有效提高系统效率。
6、本实用新型技术成熟、容易实现。
附图说明
图1为本实用新型系统工作于新风模式时结构原理图。
图2为本实用新型系统工作于内循环模式时结构原理图。
图中标号：1-压缩机，2-冷凝器，3-经济器，4-吸附材料，5-电加热装置，6-节流元件，7-接水盘，8-蒸发器，9-空气换热器，10-送风风机，11-空气过滤单元，12-风阀，13-冷凝风机，14-外置水箱，15-净水单元，16-水泵，17-集水箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、图2所示，图1、图2中
表示制冷剂流向，
表示空气流向，
表示水流向。本实用新型一种宽温区空气制水装置，包括由压缩机1、配置有冷凝风机13的冷凝器2、经济器3、节流元件6、蒸发器8构成的制冷循环系统，以及空气换热器9、风室、风阀12、水处理系统。
制冷循环系统中，压缩机1的制冷剂出口通过管路与冷凝器2的进口端连通，冷凝器2的出口端通过管路与经济器3的进口端连通，经济器3的出口端通过管路与节流元件6的进口端连通，节流元件6的出口端通过管路与蒸发器8的进口端连通，蒸发器8的出口端通过管路与压缩机1的制冷剂返回口连通，由此形成制冷剂循环回路。
经济器3中，吸附材料4涂覆于经济器3换热肋片上，电加热装置5嵌入在经济器3中，由外部PID结合可控硅对电加热装置5进行加热量无级调节。
经济器3、空气换热器9、蒸发器8分别设置于风室内部，空气换热器9内部具有水平通道和垂直通道，风室中具有进风风道和出风风道，进风风道的内部按进风方向依次设有空气过滤单元11、送风风机10，进风风道的进风侧连通至外部环境，进风风道的出风侧仅与空气换热器9的水平通道的进风侧连通，空气换热器9的水平通道的出风侧仅与蒸发器8的进风侧连通，蒸发器8的出风侧、空气换热器9的垂直通道的进风侧分别与风室内部同一片区域连通，空气换热器9的垂直通道的出风侧仅与经济器3的进风侧连通，经济器3的出风侧仅与风室中出风风道的进风侧连通，风室中出风风道的出风侧仅与风阀12的进风侧连通，风阀12的出风侧可切换连通风室中进风风道、外部环境，由此构成空气循环系统。
风阀12由可控的三通阀实现，三通阀进口作为进风侧始终保持仅与风室中出风风道的出风侧连通，三通阀的一个出口与风室中进风风道内部连通，三通阀的另一个出口与外部环境连通，通过控制三通阀内部阀芯使进口切换连通两个出口。
空气循环系统中，进风风道中通过送风风机10将外部环境的风首先送入至空气换热器9的水平通道，再依次经过蒸发器8、风室内部区域后进入空气换热器9的垂直通道，再经过经济器3后由出风风道进入风阀12的进风侧，当风阀12的出风侧连通至外部环境时工作于新风模式，当风阀12的出风侧连通至进风风道时工作于内循环模式。
同时，制冷循环系统中，压缩机1中制冷剂依次经过冷凝器2、经济器3、节流元件6、蒸发器8后返回至压缩机1，由经济器3涂覆的吸附材料4吸收空气中的水分，并由经济器3集成的电加热装置5为吸附材料4提供解吸所需能量。
水处理系统包括接水盘7、外置水箱14、净水单元15、水泵16、集水箱17，接水盘7设于风室中并同时承接蒸发器8、空气换热器9表面凝结的水分。接水盘7通过管路与集水箱17内部连通，水泵16的进水口通过管路与集水箱17内部连通，水泵16的出水口通过管路与净水单元15的进水口连通，净水单元15的出水口通过管路与外置水箱14连通。集水箱17设有水位检测装置，并容积按需求设计，水位达设定值即开启水泵16将集水箱17中收集的水通过水泵16送至净水单元15进行水质处理后贮存在外置水箱14中。
本实用新型具有新风模式和内循环模式两种功能模式。
如图1为新风模式原理图，风阀12打开，制冷循环系统制冷剂通过压缩机1形成高温高压制冷剂蒸汽，经冷凝器2释放部分热量，在经济器3中进一步释放潜热形成具有一定的过冷度的低温高压液态制冷剂，经节流元件6节流降压成为低温低压液态制冷剂，送入蒸发器8对管外的空气进行降温，管内制冷剂吸热蒸发形成制冷剂蒸汽回到压缩机1中。空气循环系统通过送风风机10吸入环境空气，经空气过滤单元11过滤空气中的杂质后送入空气换热器9水平通道，经蒸发器8制冷凝露制水后低温空气进入空气换热器9垂直通道，与水平通道中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后进入经济器3，在经济器3中，空气中残留的水分被吸附材料4进一步吸收，同时与经济器3管内的高温制冷剂进行热交换，为管内制冷剂提供过冷度和冷凝所需冷量，完成系统冷量的二次回收，随后空气排出。水处理系统是将蒸发器8和空气换热器9凝结出的水通过结水盘7收集后接入集水箱17，需要时通过水泵16将水送往净水单元15进行处理输出至外置水箱14中进行存储。
如图2为内循环模式，风阀12关闭，制冷循环系统和水处理系统工作，电加热5装置启动为吸附材料4提供解吸所需能量，吸附材料4中的水分被解吸至内循环空气中，形成的高温高湿空气经送风风机10，空气换热器9水平通道送至蒸发器8，经蒸发器8制冷凝露制水后低温空气进入空气换热器9垂直通道，与水平通道中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后回到经济器3，循环往复直至吸附材料4中的水分完全被解吸。内循环模式可用于对新风模式制水量的补偿，有效提高了制水率和空气利用率。在低温工况，内循环模式可用于融化蒸发器8表面出现的霜层，并且不破坏蒸发器8表面的温度场，又对融霜时损失的水分进行回收。也可用于解决高温低湿环境工况下出水率低的问题，大大降低了系统功耗。
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型不限于上述实施方式，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种宽温区空气制水装置，其特征在于：包括由压缩机、配置有冷凝风机的冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器构成的制冷循环系统，以及空气换热器、风室、风阀、水处理系统，制冷循环系统中的经济器表面涂覆有吸附材料并集成有电加热装置，经济器、空气换热器、蒸发器分别设置于风室内部，所述空气换热器内部具有水平通道和垂直通道，所述风室中具有进风风道和出风风道，进风风道的内部设有送风风机，进风风道的进风侧连通至外部环境，进风风道的出风侧仅与空气换热器的水平通道的进风侧连通，空气换热器的水平通道的出风侧仅与蒸发器的进风侧连通，蒸发器的出风侧、空气换热器的垂直通道的进风侧分别与风室内部同一片区域连通，空气换热器的垂直通道的出风侧仅与经济器的进风侧连通，经济器的出风侧仅与风室中出风风道的进风侧连通，风室中出风风道的出风侧仅与风阀的进风侧连通，风阀的出风侧可切换连通风室中进风风道、外部环境，由此构成空气循环系统；
空气循环系统中，进风风道中通过送风风机将外部环境的风首先送入至空气换热器的水平通道，再依次经过蒸发器、风室内部区域后进入空气换热器的垂直通道，再经过经济器后由出风风道进入风阀的进风侧，当风阀的出风侧连通至外部环境时工作于新风模式，当风阀的出风侧连通至进风风道时工作于内循环模式；
同时，制冷循环系统中，压缩机中制冷剂依次经过冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器后返回至压缩机，由经济器涂覆的吸附材料吸收空气中的水分，并由经济器集成的电加热装置为吸附材料提供解吸所需能量；
所述水处理系统包括接水盘，接水盘设于风室中并同时承接蒸发器、空气换热器表面凝结的水分。
2.根据权利要求1所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：制冷循环系统中，压缩机的制冷剂出口通过管路依次与冷凝器、经济器、节流元件、蒸发器、压缩机的制冷剂返回口连通，由此形成制冷剂循环回路。
3.根据权利要求1所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述经济器中，吸附材料涂覆于经济器换热肋片上，电加热装置嵌入在经济器中，由外部PID结合可控硅对电加热装置进行加热量无级调节。
4.根据权利要求1所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述风阀由可控的三通阀实现，三通阀进口作为进风侧始终保持仅与风室中出风风道的出风侧连通，三通阀的一个出口与风室中进风风道内部连通，三通阀的另一个出口与外部环境连通，通过控制三通阀内部阀芯使进口切换连通两个出口。
5.根据权利要求1所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述水处理系统还包括外置水箱、净水单元、水泵、集水箱，所述接水盘通过管路与集水箱内部连通，水泵的进水口通过管路与集水箱内部连通，水泵的出水口通过管路与净水单元的进水口连通，净水单元的出水口通过管路与外置水箱连通。
6.根据权利要求5所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述集水箱设有水位检测装置，并容积按需求设计，水位达设定值即开启水泵将集水箱中收集的水通过水泵送至净水单元进行水质处理后贮存在外置水箱中。
7.根据权利要求1所述的一种宽温区空气制水装置，其特征在于：所述风室的进风风道中还设置有空气过滤单元。
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| CN202020316676.2U CN212108773U (zh) | 2020-03-15 | 2020-03-15 | 一种宽温区空气制水装置 |
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Family Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113899068A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-07 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种用于厨房空调的冷凝水处理组件、方法和厨房空调 |
-
2020
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111336601A (zh) * | 2020-03-15 | 2020-06-26 | 合肥天鹅制冷科技有限公司 | 一种宽温区空气制水装置 |
| CN111336601B (zh) * | 2020-03-15 | 2024-12-06 | 合肥天鹅制冷科技有限公司 | 一种宽温区空气制水装置 |
| CN113899068A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-07 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种用于厨房空调的冷凝水处理组件、方法和厨房空调 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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