CN106895570A - 一种用于空气调节的热能利用方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于空气调节的热能利用系统，系统包括有源流体回路，回路中具有节点，节点上连接有第一类换热器，成分B在节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过节点回到有源流体回路，与有源流体回路中的非B成分进行换热；通过该系统，可以采用较小的管路和低能耗实现热能的长距离高密度的输送，同时能够利用通用的末端实现高效换热，且可以实现蓄能功能并有效调节负荷。本发明还提出了基于上述系统的热能利用方法，具有高效、舒适、环保、节能、灵活、简单，经济等特点，可以替代目前主流的各种空气调节方法，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型用于空气调节的热能利用系统与方法，尤其涉及一种带源的环路，且环路上连接有空气处理末端的空气调节系统及利用此系统进行空气调节的方法。
背景技术
目前主流的集中空调系统主要有两种形式，其一为基于冷水机组或者热泵的空调系统，其二为基于冰蓄冷的空调系统。
传统的基于冷水机组的集中空调系统，虽然冷水机组效率随着技术的进步，其性能系数已有大幅度的提高，但是由于冷水或者热水的温差不能太大，采用水作为传输热流体的系统，水泵能耗高，尤其是大型空调系统，如区域制冷制热系统；同时大型系统的负荷调节也不方便，往往有大马拖小车的现象，此外，空调负荷的变化较大，对电网的负荷平衡不利，而一般的空调系统往往没有蓄能空调，以调节负荷，平衡电网。
冰蓄冷系统，具有蓄能功能，但是其系统复杂，制冷剂的性能系数低，大部分系统还是利用冰制取冷水后送到末端，所以与冷水机系统一样存在水作为传输热流体密度低等问题。
也有研究试图采用相变流体，如相变乳化液体替代水实现热能的传输，但是由于其思路是相变流体直接进入到换热器，包括各个末端的空气换热器，这样对相变流体的要求苛刻，如换热性能，相变流体的均一性等，相变流体变化后还往往导致换热器的堵塞等。
鉴于上述情况，需要开发一种能够采用较小的管路和低能耗实现热能的长距离高密度的输送，同时能够利用通用的末端实现高效换热，且可以实现蓄能功能并有效调节负荷系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种高效、舒适、环保、节能、蓄能、灵活、简单，经济的用于空气调节的热能利用系统及方法，可以替代目前主流的各种空气调节系统，具有广阔的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于空气调节的热能利用方法，该方法通过有源流体回路实现，所述有源流体回路上含有节点，节点上连接有第一类换热器；有源流体回路中有流体A在回路中循环，所述的流体A为B流体与具有潜热变化的物质的混合体；包括蒸汽与液态水的混合物、冰与液态水的混合物、水与相变物质的混合物、或液体与相变物质的混合物，所述的B流体为液体，包括液态水、其他液体，如油等；成分B在节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过节点回到有源流体回路，与有源流体回路中的非B成分进行换热；所述有源流体回路的源为热源、冷源或冷热源，如锅炉、冷水机组、制冰机或热泵等。
进一步地，所述回路上的节点为第一类节点，成分B在第一类节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过同一个第一类节点回到有源流体回路；或为第二类节点，成分B在第二类节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过另一第二类节点回到有源流体回路。
进一步地，所述的回路上还有第二类换热器或第三类换热器或同时有两种，有源流体回路中的流体A通过第二类换热器与成分B进行换热；有源流体回路中的流体A通过第三类换热器直接与流体C(待处理空气或其他物质)进行换热。
进一步地，所述的源与有源流体回路中的A流体的换热通过成分B实现，当流体A流经节点时，成分B从流体A中分离，并与源进行换热，然后回到有源流体回路。
进一步地，所述的A流体为冰水混合物或水和相变物资的混合物，所述的源为热泵，所述的B流体为单相流体(水)。
一种用于空气调节的热能利用系统，所述系统包括有源流体回路和第一类换热器，所述有源流体回路上含有节点，节点处开有进出口，进出口设置有分离装置，且与所述第一类换热器相连，有源流体回路中具有由B流体和具有潜热变化的物质组成的流体A。
进一步地，所述节点为第一类节点，所述第一类节点处具有多个进出口，每个进出口均与同一个第一类换热器相连，构成B流体回路。
进一步地，所述第一类节点处还设置有第二类换热器，所述第二类换热器中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。
进一步地，所述节点为第二类节点，所述第二类节点处设置有一个进出口，每个第一类换热器与多个第二类节点处的进出口相连，构成B流体回路。
进一步地，还包括第二类换热器，所述第二类换热器中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。
本发明具有高效、舒适、环保、节能、灵活、控制简化等特点，可灵活适应各种建筑和使用场合，既高效节能蓄能，又具有高舒适性和空气精确调节功能，同时经济实用、安装维护简单。
附图说明
图1为本发明的基本原理图；
图2为源通过节点与环路相连的系统图；
图3为多个环路的系统图；
图4为处理末端与环路连接方式一；
图5为处理末端与环路连接方式二；
图6为处理末端与环路连接方式三；
图7为处理末端与环路连接方式四；
图8为处理末端与环路连接方式五；
图9为处理末端与环路连接方式六；
图10为处理末端与环路连接方式七；
图11为处理末端与环路连接方式八；
图12为处理末端与环路连接方式九；
图中，有源流体回路10、有源流体回路中的泵11、第一类节点12、第二类节点13、第三类换热器14、管道15、两个第二个类节点之间的第二类换热器16、第一类换热器20、B流体回路中的泵31、第二类节点的进出口131、位于第一节点中的第二类换热器120、压缩机42、节流阀43、蒸发器或冷凝器41，冷凝器或蒸发器44。
具体实施方式
本发明提供一种用于空气调节的热能利用方法，该方法通过有源流体回路实现，所述有源流体回路上含有节点，节点上连接有第一类换热器；有源流体回路中有流体A在回路中循环，所述的流体A为B流体与具有潜热变化的物质的混合体；包括蒸汽与液态水的混合物、冰与液态水的混合物、水与相变物质的混合物、或液体与相变物质的混合物，所述的B流体为液体，包括液态水、其他液体，如油等；成分B在节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过节点回到有源流体回路，与有源流体回路中的非B成分进行换热；所述有源流体回路的源为热源、冷源或冷热源，如锅炉、冷水机组、制冰机或热泵等。
如图1所示，所述系统包括有源流体回路10和第一类换热器20，所述有源流体回路上含有节点，节点处开有进出口，进出口设置有分离装置，且与所述第一类换热器相连，有源流体回路中具有由B流体和具有潜热变化的物质组成的流体A。泵11驱动流体A在环路上循环；成分B在节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过节点回到有源流体回路，与有源流体回路中的非B成分进行换热；
图1中所示的节点包括第一类节点12和第二类节点13，节点之间为管道15，针对第一类节点12，其具有多个进出口，每个进出口均与第一类换热器相连，构成B流体回路。成分B在第一类节点12的一个进出口121处从流体A中分离，并通过第一类换热器20与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过同一个第一类节点12的另一个进出口122回到有源流体回路；针对第二类节点13，其设置有一个进出口131，每个第一类换热器20与多个第二类节点13处的进出口相连，构成B流体回路，成分B在第二类节点13处从流体A中分离，并通过第一类换热器20与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过另一第二类节点13回到有源流体回路。
节点可通过过滤，密度差等实现流体A中的成分B与非B成分的分离，使B进入到第一类换热器。
当用于空调目的，第一类换热器即为空气末端(包括空调箱、风机盘管即辐射板等)的一部分。
由于只有液体如水进入第一类换热器，所以可以采用通用的换热器和空气处理末端，也不存在堵塞，传热性能恶化等问题。
回路上还可以包括第二类换热器212，用于流体A与流体B换热；第二类换热器212可以位于第一节点12内，如图3和图6中的120所示；位于第一节点12中的第二类换热器120中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。或者位于两个第二类节点13之间，如图3和图11中的16所示，两个第二类节点13之间的第二类换热器16中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。来自环路的流体B进入第一换热器与待处理空气换热后，再通过第二类换热器与回路中的流体换热，然后再回到第一换热器与待处理空气进行再换热。
回路上还可以包括第三类换热器14，第三类换热器14位于环路上，与流体C换热，流体C与流体A不相通，流体C可用于空调目的或者其他目的，也可以直接使用，如卫生热水，工艺热水等。
有源流体回路的源为热源、冷源或冷热源，如锅炉、冷水机组、制冰机或热泵等。
A流体为B流体与具有潜热变化的物质的混合体，包括蒸汽与液态水的混合物、冰与液态水的混合物、水与相变物资(如石蜡)的混合物、或液体与相变物资的混合物，所述的B流体为液体，包括液态水、其他液体，如油等。
所谓的具有潜热变化的物资。不仅仅包括常规意义上的相变物资，如石蜡等，也包括其他在热能应用领域内的潜热变化的物资，如制冷循环时，可利用低沸点的有机物的蒸发潜热；所谓的潜热变化物资可以直接与B流体混合，也可以将其包裹在壳内，再与流体B混合，如相变物资胶囊等，甚至可以将低沸点的有机液体封装在小球内再与流体B混合；所谓的潜热变化物资，即可以微米级的微粒，与B流体混合形成乳化液，也可以毫米机甚至更大的颗粒，也流体B混合。
图2显示的情况是，源与A流体的换热通过B流体实现，即B流体在源与环路循环，源与环路上的节点相连。当然源与连接在环路上的空气末端等内的换热器不同，一是其数量少，二是其换热器大，可以通过专门的设计，让A流体直接进入到源中进行换热，如源为冷水机或热泵，即让A流体直接进入到冷水机或热泵的蒸发器或冷凝器。
图2中采用的通过B流体连接源与环路，其好处是可以采用通用的冷水机。图2中只显示了冷水机或热泵的基本结构，即压缩机42、节流阀43、蒸发器或冷凝器41，冷凝器或蒸发器44。
图3显示的是具有多个有源流体回路，即回路10与10A。
从图1至图3可见，B流体的循环，既可以是采用泵31实现，也可以不需要泵，即利用环路上的压力差来实现。
对于图7所示的情况，泵是必要的，因为B流体的流动方向与A流体相反，不仅不能利用环路的压力，还需要克服环路的压力。
当B流体的流动方向与A流体相同时，可以利用环路的压力，但如果B流体流动阻力大，仍需要增加泵，如图4所示。
减少B流体的阻力，可以通过减小B流体流量，同时B流体多次在环路与第一换热器之间换热，这样即可以减少B流体阻力，又可以保证换热量，如图5所示，简单地说，图4与图5相比，图5中为图4中的1/2,因为图5中B流体在环路之间循环了两次。同样流量，换热量为2倍，一半流量，换热量一样。如果循环次数增加，流量可以更小。
图5中增加循环次数是通过增加了节点的进出口来实现，图4为两个进出口，图5中为四个。当然还需要保证节点之间的压差，使流体B流动。
图6中增加循环次数是通过在节点内增加了第二换热器120来实现的。
图4至图6为第一类节点的情况。
图7至图12为第二类节点的情况。
图8与图7不同，B流体的流动方向与A流体相同时，可以利用环路的压力，同时还可以通过调整两个节点的相对位置，调节压差。
图9中，第一类换热器与多于两个(图中显示为四个)节点相连，其基本原理与图5相同，通过增加循环次数，减小B流体阻力。
图10中显示，第一类换热器，不一定要与相邻的两个节点相连，可以与不相邻的节点相连，这样可以调节压差。
图11显示的节点之间还有第二类换热器16，其目的与手段与图6相同，通过换热器增加循环换热次数。
图12在图11的基础上更进一步的增加循环次数，即换热器16本身有多次循环，而图11中换热器只在第一换热器与环路之间进行一次循环。
Claims (10)
1.一种用于空气调节的热能利用方法，其特征在于，该方法通过有源流体回路实现，所述有源流体回路上含有节点，节点上连接有第一类换热器；有源流体回路中有流体A在回路中循环，所述的流体A为B流体与具有潜热变化的物质的混合体；包括蒸汽与液态水的混合物、冰与液态水的混合物、水与相变物质的混合物、或液体与相变物质的混合物，所述的B流体为液体，包括液态水、其他液体，如油等；成分B在节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过节点回到有源流体回路，与有源流体回路中的非B成分进行换热；所述有源流体回路的源为热源、冷源或冷热源，如锅炉、冷水机组、制冰机或热泵等。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回路上的节点为第一类节点，成分B在第一类节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过同一个第一类节点回到有源流体回路；或为第二类节点，成分B在第二类节点处从流体A中分离，并通过第一类换热器与待处理空气或其他物质进行换热，然后通过另一第二类节点回到有源流体回路。
3.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于，所述的回路上还有第二类换热器或第三类换热器或同时有两种，有源流体回路中的流体A通过第二类换热器与成分B进行换热；有源流体回路中的流体A通过第三类换热器直接与流体C(待处理空气或其他物质)进行换热。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的源与有源流体回路中的A流体的换热通过成分B实现，当流体A流经节点时，成分B从流体A中分离，并与源进行换热，然后回到有源流体回路。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的A流体为冰水混合物或水和相变物资的混合物，所述的源为热泵，所述的B流体为单相流体(水)。
6.一种用于空气调节的热能利用系统，其特征在于，所述系统包括有源流体回路和第一类换热器，所述有源流体回路上含有节点，节点处开有进出口，进出口设置有分离装置，且与所述第一类换热器相连，有源流体回路中具有由B流体和具有潜热变化的物质组成的流体A。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述节点为第一类节点，所述第一类节点处具有多个进出口，每个进出口均与同一个第一类换热器相连，构成B流体回路。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一类节点处还设置有第二类换热器，所述第二类换热器中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述节点为第二类节点，所述第二类节点处设置有一个进出口，每个第一类换热器与多个第二类节点处的进出口相连，构成B流体回路。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括第二类换热器，所述第二类换热器中的一个热通道与B流体回路相连，另一个热通道与有源流体回路相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170627 |