專利名稱：二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，屬于暖通空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中，一般采用冷凝除濕的方法調(diào)節(jié)空氣的濕度，這種除濕方式需要將空氣冷卻到露點溫度以下才能實現(xiàn)除濕的任務(wù)，在很多情況下還需要進(jìn)一步再熱才能使得送風(fēng)參數(shù)達(dá)到要求，這種方式雖能較精確的控制送風(fēng)的溫、濕度，但處理過程存在過度冷卻和再熱的雙重能量浪費。而在很多建筑中，空調(diào)系統(tǒng)中不設(shè)置再熱裝置，經(jīng)過冷凝除濕后的低溫空氣直接送入室內(nèi)，造成室內(nèi)呈現(xiàn)低溫高濕的狀況，人員的熱舒適性較差，即這種常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)無法同時滿足室內(nèi)溫度與濕度的控制要求。此外，冷凝除濕產(chǎn)生的冷凝水附著在空調(diào)系統(tǒng)的表面，容易滋生各種霉菌，惡化室內(nèi)空氣品質(zhì)。出現(xiàn)這些問題的根本原因是把空氣的降溫和除濕同時處理，由于降溫和除濕過程的本質(zhì)不同，容易出現(xiàn)很多矛盾和問題。
溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)是一種很有潛力的新型空調(diào)系統(tǒng)，由于其“熱、濕獨立處理”的優(yōu)勢，近年來得到了較快的發(fā)展。在新型空調(diào)系統(tǒng)中，溶液除濕系統(tǒng)用于去除建筑的潛熱(濕)負(fù)荷，高溫的冷水(15～18℃)用于去除建筑的顯熱負(fù)荷。由于去除潛熱的任務(wù)由溶液除濕系統(tǒng)承擔(dān)，這樣去除顯熱負(fù)荷的冷水溫度比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高出約10℃。此溫度的冷源可以采用地下水等天然冷源，在沒有天然冷源可以采用的情況下，即使使用機(jī)械制冷方式，制冷機(jī)的性能系數(shù)(COP)也有明顯提高。這樣，在空調(diào)系統(tǒng)中，需要有15～18℃的冷源、以及80～90℃的熱源用于溶液的濃縮再生。在沒有低溫?zé)嵩吹牡胤?，該系統(tǒng)的使用受到一定的限制。
常用的制冷(或熱泵)系統(tǒng)，采用R134a、R22等工質(zhì)，其臨界溫度在100℃左右，所以制冷(熱泵)系統(tǒng)冷凝溫度較低(約40～50℃)，否則冷凝溫度接近臨界溫度，系統(tǒng)的COP顯著下降。由于二氧化碳的臨界溫度僅為31.1℃，因而以二氧化碳為工質(zhì)的熱泵高壓側(cè)處于超臨界狀態(tài)，該熱泵可以得到溫度較高(可達(dá)到90℃)的熱源，可作為空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕系統(tǒng)相結(jié)合的新型空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵的蒸發(fā)器提供溫度較高的冷水(15～18℃)，其制冷量用于滿足建筑的供冷要求；熱泵可以提供80～90℃溫度的熱源，其排熱量用于除濕溶液的濃縮再生。在這種新型的系統(tǒng)中，采用溶液除濕系統(tǒng)控制室內(nèi)濕度、采用二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵控制室內(nèi)溫度，從而實現(xiàn)了溫濕度的獨立調(diào)節(jié)與控制。此外，二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵的蒸發(fā)器的制冷量和冷卻器(類似制冷機(jī)的冷凝器)的排熱量均得到了有效的利用，整個系統(tǒng)的COP很高。
本發(fā)明提出的一種二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)裝置組成，所述循環(huán)熱泵系統(tǒng)含有壓縮機(jī)(1)、熱泵冷卻器(2)、內(nèi)部熱交換器(3)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(5)、儲液罐(6)，所述熱泵冷卻器(2)通過管道與內(nèi)部熱交換器(3)及壓縮機(jī)(1)相連，所述儲液罐(6)通過管道與蒸發(fā)器(5)及壓縮機(jī)(1)相連，所述蒸發(fā)器(5)一端通過節(jié)流閥(4)及管道與內(nèi)部熱交換器(3)相連，另一端與冷凍供水和冷凍回水相連；所述溶液再生循環(huán)裝置(7)含有熱泵冷卻器(2)，氣液噴淋模塊(8)、溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)，所述氣液噴淋模塊(8)通過管道與溶液泵(9)、熱泵冷卻器(2)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)相連。
在上述的空調(diào)系統(tǒng)中，所述在溶液再生循環(huán)裝置(7)中，室外新風(fēng)首先經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)，回收排風(fēng)的熱量，預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入分級再生器III、II、I內(nèi)，在氣液噴淋模塊(8)中與加熱后的高溫溶液接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣不斷吸收來自溶液中的水分，自身的溫度和濕度不斷增大，最后熱濕的排風(fēng)經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)后直接排出。
在上述的空調(diào)系統(tǒng)中，所述在每一級分級再生器I、II、III中，溶液先經(jīng)過熱泵冷卻器(2)被直接加熱，升溫后的溶液在氣液噴淋模塊(8)中與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液中的水分不斷進(jìn)入空氣中，溶液的濃度不斷升高，從溶液再生循環(huán)裝置(7)流出的濃溶液可以供給除濕器使用，或者存儲起來備用，在溶液再生裝置(7)中，設(shè)有板換換熱器(11)，以預(yù)熱進(jìn)入分級再生器I的稀溶液。
本發(fā)明提出的另一種二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)裝置組成，所述循環(huán)熱泵系統(tǒng)含有壓縮機(jī)(1)、熱泵冷卻器(2)、內(nèi)部熱交換器(3)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(5)、儲液罐(6)，所述熱泵冷卻器(2)通過管道與內(nèi)部熱交換器(3)及壓縮機(jī)(1)相連，所述儲液罐(6)通過管道與蒸發(fā)器(5)及壓縮機(jī)(1)相連，所述蒸發(fā)器(5)一端通過節(jié)流閥(4)及管道與內(nèi)部熱交換器(3)相連，另一端與冷凍供水和冷凍回水相連；所述溶液再生循環(huán)裝置(7)含有氣液噴淋模塊(8)、溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)，所述氣液噴淋模塊(8)通過管道與溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)相連。
在上述空調(diào)系統(tǒng)中，所述在溶液再生循環(huán)裝置(7)中，室外新風(fēng)首先經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)，回收排風(fēng)的熱量，預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入分級再生器III、II、I內(nèi)，在氣液噴淋模塊(8)中與加熱后的高溫溶液接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣不斷吸收來自溶液中的水分，自身的溫度和濕度不斷增大，最后熱濕的排風(fēng)經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)后直接排出。
在上述空調(diào)系統(tǒng)中，所述在每一級分級再生器I、II、III中，溶液先經(jīng)過板式換熱器(11)與熱水換熱，升溫后的溶液在氣液噴淋模塊(8)中與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液中的水分不斷進(jìn)入空氣中，溶液的濃度不斷升高，從溶液再生循環(huán)裝置(7)流出的濃溶液可以供給除濕器使用，或者存儲起來備用，在溶液再生裝置(7)中，設(shè)有板換換熱器(11)，以預(yù)熱進(jìn)入分級再生器I的稀溶液。
在這種空調(diào)系統(tǒng)中，采用溶液系統(tǒng)控制室內(nèi)濕度、采用二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵控制室內(nèi)溫度，從而實現(xiàn)了溫濕度的獨立調(diào)節(jié)與控制。二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵中蒸發(fā)器的制冷量和冷卻器的排熱量均得到了有效的利用，而且熱泵的蒸發(fā)溫度提高了約10℃，兩方面的原因使得整個系統(tǒng)的COP很高。


圖1為本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)原理圖1-熱泵冷卻器的排熱量直接加熱除濕溶液。其中圖a為溶液除濕系統(tǒng)與二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵原理圖，b為再生器原理圖。
圖2為本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)原理圖2-熱泵冷卻器的排熱量用于加熱水。其中圖a溶液除濕系統(tǒng)與二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵原理圖，b為再生器原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明參看圖1與圖2，本空調(diào)系統(tǒng)包括二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液循環(huán)系統(tǒng)。二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量用于制取高溫的冷凍水(15～18℃)，去除建筑的顯熱負(fù)荷；冷卻器的排熱量用于加熱溶液或熱水(溫度為80～90℃)，提供溶液濃縮再生的熱量；濃溶液用于去除建筑的潛熱負(fù)荷，從而實現(xiàn)了溫濕度的獨立調(diào)節(jié)與控制，本發(fā)明所使用的除濕溶液采用溴化鋰、氯化鋰等。
圖1與圖2是二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖，其中圖1中熱泵冷卻器的排熱量直接加熱除濕溶液、再用于溶液的濃縮再生，圖2中熱泵冷卻器的排熱量用于加熱水、再用于溶液的濃縮再生，圖中虛線表示二氧化碳循環(huán)工質(zhì)。整個空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)組成，熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、冷卻器2、內(nèi)部熱交換器3、節(jié)流閥4、蒸發(fā)器5、儲液罐6，溶液再生裝置7包括氣液噴淋模塊8、溶液泵9、空氣回?zé)崞?0以及板式換熱器11。
二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量用于制取高溫的冷凍水(15～18℃)，去除建筑的顯熱負(fù)荷；冷卻器的排熱量用于加熱溶液(圖1)或熱水(圖2)，加熱溫度為80～90℃，提供溶液濃縮再生的熱量。熱泵冷卻器中由于二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，冷卻器中的排熱過程為一變溫過程，而不是常規(guī)制冷系統(tǒng)冷凝器中的接近等溫過程，因而在冷卻器中二氧化碳與溶液(或熱水)的換熱過程更加接近逆流。在溶液再生裝置7中(圖1b與圖2b)，室外新風(fēng)首先經(jīng)過空氣回?zé)崞?0，回收排風(fēng)的熱量，預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入分級再生器內(nèi)(圖示為三級裝置III、II、I，也可采用其他級數(shù))，在氣液噴淋模塊8中與加熱后的高溫溶液接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣不斷吸收來自溶液中的水分，自身的溫度和濕度不斷增大，最后熱濕的排風(fēng)經(jīng)過空氣回?zé)崞?0后直接排出。
在每一級再生裝置中，溶液先經(jīng)過冷卻器2被直接加熱(圖1)或經(jīng)過板式換熱器11與熱水換熱(圖2)，升溫后的溶液在氣液噴淋模塊8中與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液中的水分不斷進(jìn)入空氣中，溶液的濃度不斷升高，從再生器7流出的濃溶液可以供給除濕器使用，或者存儲起來備用。另外，在溶液再生裝置7中，設(shè)有溶液熱回收器(板換換熱器11)，以預(yù)熱進(jìn)入再生裝置I的稀溶液。
由于使用的溶液具有一定的腐蝕性，因而圖1的使用方法對冷卻器2的材質(zhì)有較高的要求。當(dāng)冷卻器2的材質(zhì)難以滿足要求或價格過高的情況下，可以采用圖2的方式，冷卻器的排熱量加熱水，再將水的熱量通過板式換熱器11傳遞給溶液，溶液與水的換熱采用不銹鋼材質(zhì)的板式換熱器即可滿足要求。但圖2所述的方法，由于熱量的傳遞環(huán)節(jié)較多，因而效率低于圖1所述的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)裝置組成，所述循環(huán)熱泵系統(tǒng)含有壓縮機(jī)(1)、熱泵冷卻器(2)、內(nèi)部熱交換器(3)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(5)、儲液罐(6)，所述熱泵冷卻器(2)通過管道與內(nèi)部熱交換器(3)及壓縮機(jī)(1)相連，所述儲液罐(6)通過管道與蒸發(fā)器(5)及壓縮機(jī)(1)相連，所述蒸發(fā)器(5)一端通過節(jié)流閥(4)及管道與內(nèi)部熱交換器(3)相連，另一端與冷凍供水和冷凍回水相連；所述溶液再生循環(huán)裝置(7)含有熱泵冷卻器(2)，氣液噴淋模塊(8)、溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)，所述氣液噴淋模塊(8)通過管道與溶液泵(9)、熱泵冷卻器(2)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述在溶液再生循環(huán)裝置(7)中，室外新風(fēng)首先經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)，回收排風(fēng)的熱量，預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入分級再生器III、II、I內(nèi)，在氣液噴淋模塊(8)中與加熱后的高溫溶液接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣不斷吸收來自溶液中的水分，自身的溫度和濕度不斷增大，最后熱濕的排風(fēng)經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)后直接排出。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述在每一級分級再生器I、II、III中，溶液先經(jīng)過熱泵冷卻器(2)被直接加熱，升溫后的溶液在氣液噴淋模塊(8)中與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液中的水分不斷進(jìn)入空氣中，溶液的濃度不斷升高，從溶液再生循環(huán)裝置(7)流出的濃溶液可以供給除濕器使用，或者存儲起來備用，在溶液再生裝置(7)中，設(shè)有板換換熱器(11)，以預(yù)熱進(jìn)入分級再生器I的稀溶液。
4.二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)裝置組成，所述循環(huán)熱泵系統(tǒng)含有壓縮機(jī)(1)、熱泵冷卻器(2)、內(nèi)部熱交換器(3)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(5)、儲液罐(6)，所述熱泵冷卻器(2)通過管道與內(nèi)部熱交換器(3)及壓縮機(jī)(1)相連，所述儲液罐(6)通過管道與蒸發(fā)器(5)及壓縮機(jī)(1)相連，所述蒸發(fā)器(5)一端通過節(jié)流閥(4)及管道與內(nèi)部熱交換器(3)相連，另一端與冷凍供水和冷凍回水相連；所述溶液再生循環(huán)裝置(7)含有氣液噴淋模塊(8)、溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)，所述氣液噴淋模塊(8)通過管道與溶液泵(9)、空氣回?zé)崞?10)、板式換熱器(11)相連。
5.按照權(quán)利要求4所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述在溶液再生循環(huán)裝置(7)中，室外新風(fēng)首先經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)，回收排風(fēng)的熱量，預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入分級再生器III、II、I內(nèi)，在氣液噴淋模塊(8)中與加熱后的高溫溶液接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，空氣不斷吸收來自溶液中的水分，自身的溫度和濕度不斷增大，最后熱濕的排風(fēng)經(jīng)過空氣回?zé)崞?10)后直接排出。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述在每一級分級再生器I、II、III中，溶液先經(jīng)過板式換熱器(11)與熱水換熱，升溫后的溶液在氣液噴淋模塊(8)中與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液中的水分不斷進(jìn)入空氣中，溶液的濃度不斷升高，從溶液再生循環(huán)裝置(7)流出的濃溶液可以供給除濕器使用，或者存儲起來備用，在溶液再生裝置(7)中，設(shè)有板換換熱器(11)，以預(yù)熱進(jìn)入分級再生器I的稀溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，屬于暖通空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。所述空調(diào)系統(tǒng)由二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵和溶液再生循環(huán)裝置組成，所述循環(huán)熱泵系統(tǒng)含有壓縮機(jī)、冷卻器、內(nèi)部熱交換器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、儲液罐；所述溶液再生循環(huán)裝置含有氣液噴淋模塊、溶液泵、空氣回?zé)崞?、板式換熱器。在該空調(diào)系統(tǒng)中，由于采用溶液系統(tǒng)控制室內(nèi)濕度、采用二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵控制室內(nèi)溫度，從而實現(xiàn)了溫濕度的獨立調(diào)節(jié)與控制。二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵中蒸發(fā)器的制冷量和冷卻器的排熱量均得到了有效的利用，而且熱泵的蒸發(fā)溫度提高了約 10℃，兩方面的原因使得整個系統(tǒng)的COP很高。
文檔編號F24F3/12GK1818486SQ20061001150
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者江億, 劉曉華, 李震, 陳曉陽 申請人:清華大學(xué), 北京高億溶液除濕空調(diào)設(shè)備有限公司