CN102506475A

CN102506475A - 冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统

Info

Publication number: CN102506475A
Application number: CN2011103183941A
Authority: CN
Inventors: 王如竹; 葛天舒; 代彦军; 李勇; 江宇
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明的冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，包括第一风机、第二风机、第一除湿换热器、第二除湿换热器、第一调风阀、第二调风阀、压缩机、膨胀阀、双向四通阀、第一空气风道、第二空气风道和制冷剂循环管路，其中，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面设置有固体除湿材料。在本发明中，通过设置在除湿换热器表面的固体除湿材料处理空气中的湿负荷，通过传统蒸发器冷却的方式实现空气热负荷的处理，本发明只采用了一个设备就实现了热湿负荷的分开处理和独立控制，比起传统的复合型热湿独立控制热泵空调系统，本发明具有构造简单、造价便宜的显著优势。

Description

冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统

技术领域

本发明涉及制冷空调系统的技术领域，特别涉及一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高和极端环境在全球各地的频繁出现，广泛使用的传统蒸气压缩式热泵空调系统已经成为整个社会电力消耗的主要来源。此外，蒸气压缩热泵空调系统在蒸发器侧制冷获得室内的凉爽的同时，会在冷凝器侧产生高于环境温度的废热并排入到外界空气，从而造成较显著的城市热岛效应。因此，在制冷空调领域发展低能耗技术具有重要意义。并且，若能利用产生的部分冷凝废热去部分驱动热泵空调系统的运行，则可通过废热的回收利用降低传统热泵空调系统的能耗。

目前，国内外学者普遍采用复合型温湿度独立控制热泵空调实现热、湿负荷的分开处理和控制。系统由除湿子系统和传统热泵空调子系统复合而成。除湿子系统除去外界湿空气中湿负荷（即水蒸气）产生干燥空气，传统热泵空调系统继续对获得干燥空气的热负荷处理。由于热泵空调系统只需对热负荷进行处理，其可在相对较高的蒸发温度下运行，系统性能系数COP提高，能耗降低。但是，此类复合系统存在以下缺陷：

1、通过除湿子系统与传统制冷系统的简单叠加构成，组建而成的系统体积较大、成本较高；

2、复合系统需要一个外界附加的热源提供除湿子系统再生过程所需的热量。

发明内容

本发明目的在于提供一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，以解决现有技术中现有的复合型温湿度独立控制热泵空调系统由除湿子系统与传统制冷系统的简单叠加构成，存在系统体积较大、成本较高的缺陷的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，包括第一风机、第二风机、第一除湿换热器、第二除湿换热器、第一调风阀、第二调风阀、压缩机、膨胀阀、双向四通阀、第一空气风道、第二空气风道和制冷剂循环管路，其中，

所述制冷剂循环管路上依次连接有所述压缩机、所述双向四通阀、所述第一除湿换热器、所述膨胀阀和所述第二除湿换热器，所述双向四通阀分别与压缩机、所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器连接；

第一空气风道上依次设有所述第一风机、所述第一除湿换热器、所述第一调风阀和送风口；

第二空气风道上依次设有所述第二风机、所述第二除湿换热器、所述第二调风阀和回风口；

所述第一调风阀还可与所述回风口连接，所述第二调风阀还可与所述送风口连接；

所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面设置有固体除湿材料。

优选地，所述第一风机和所述第二风机均为双向风机。

较佳地，所述双向四通阀通过2个管路与所述压缩机连接。

较佳地，所述制冷剂循环管路中的循环介质可流经所述压缩机、所述双向四通阀、所述第二除湿换热器、所述膨胀阀、所述第一除湿换热器、所述双向四通阀，再流回所述压缩机。

较佳地，所述制冷剂循环管路中的循环介质可流经所述压缩机、所述双向四通阀、所述第一除湿换热器、所述膨胀阀、所述第二除湿换热器、所述双向四通阀，再流回所述压缩机。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、在本发明中，通过设置在除湿换热器表面的固体除湿材料处理空气中的湿负荷，通过传统蒸发器冷却的方式实现空气热负荷的处理，本发明只采用了一个设备就实现了热湿负荷的分开处理和独立控制，比起传统的复合型热湿独立控制热泵空调系统，本发明具有构造简单、造价便宜的显著优势。

2、本发明采用除湿冷凝侧的废热对固体除湿材料进行解吸再生，此循环不仅可以实现冷凝废热的有效利用，而且可以为湿负荷的处理提供稳定的热源，实现连续的除湿制冷过程。

3、本发明的除湿换热器内的流经的制冷剂直接蒸发制冷是一种内冷型除湿器，可以比转轮除湿具有更高的效率，同时采用这种除湿换热器不需要二次换热，减小了吸附/再生的传热温差。

4、本发明的开发是以除湿换热器作为固体除湿材料附着的基质，与传统除湿系统例如除湿转轮相比较，本发明采用相对简单的金属表面干燥剂涂层技术，具有装置结构紧凑、制作工艺简单、投资费用低、易于安装等特点，在不增加系统体积和构造复杂性的同时达到冷凝废热回收和节能的效果。

附图说明

图1为本发明的第一种工作模式的流程示意图；

图2为本发明的第二种工作模式的流程示意图。

具体实施方式

在本发明中，通过设置在除湿换热器表面的固体除湿材料处理空气中的湿负荷，通过传统蒸发器冷却的方式实现空气热负荷的处理，本发明只采用了一个设备就实现了热湿负荷的分开处理和独立控制，比起传统的复合型热湿独立控制热泵空调系统，本发明具有构造简单、造价便宜的显著优势。

以下结合附图，详细说明本发明。

请参阅图1、2，本发明的冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，包括第一风机6、第二风机10、第一除湿换热器4、第二除湿换热器3、第一调风阀8、第二调风阀12、压缩机1、膨胀阀5、双向四通阀2、第一空气风道7、第二空气风道11和制冷剂循环管路14，其中，第一风机6和第二风机10均为双向风机。

制冷剂循环管路14上依次连接有压缩机1、双向四通阀2、第一除湿换热器4、膨胀阀5和第二除湿换热器3，双向四通阀2分别与压缩机1、第一除湿换热器4和第二除湿换热器3连接，双向四通2通过2个管路与压缩机1连接。

第一空气风道7上依次设有第一风机6、第一除湿换热器4、第一调风阀8和送风口9；

第二空气风道11上依次设有第二风机10、第二除湿换热器3、第二调风阀12和回风口13；

第一调风阀8还可与回风口13连接，第二调风阀12还可与送风口9连接；

第一除湿换热器4和第二除湿换热器3的表面设置有固体除湿材料。

请参阅图1，为本发明的第一种工作模式的流程示意图。工作过程为：制冷剂循环管路14中的循环介质可流经压缩机1、双向四通阀2、第二除湿换热器3、膨胀阀5、第一除湿换热器4、双向四通阀2，再流回压缩机1，形成一个流动循环回路。工作原理为：循环介质经过压缩机1压缩后温度升高，然后经过双向四通阀2进入第二除湿换热器3，循环介质放热温度降低，接着经过膨胀阀5循环介质的温度继续下降，再经过第一除湿换热器4循环介质吸热温度升高、产生制冷效果，最后循环介质通过双向四通阀2回到压缩机1，形成一个封闭回路。

被处理空气依次流经第一风机6、第一除湿换热器4、第一调风阀8、送风口9。工作过程为：调整第一调风阀8使通向送风口9的风管处于开启状态，由室外全新风或新风与回风的混合风组成的被处理空气在第一风机6的驱动下流经第一除湿换热器4的表面，被处理风被冷却除湿，然后经过送风口9送入被调空间，形成一个开环回路。

再生空气依次流经回风口13、第二调风阀12、第二除湿换热器3、第二风机10。工作过程为：调整第二调风阀12使通向回风口13的风管处于开启状态，由室内回风或回风与新风的混合风组成的再生空气在第二风机10的驱动下，通过回风口13流经第二除湿换热器3的表面，再生风被加热加湿，然后排入大气空间，形成一个开环回路。

请参阅图2，为本发明的第二种工作模式的流程示意图。工作过程为：制冷剂循环管路14中的循环介质可流经压缩机1、双向四通阀2、第一除湿换热器4、膨胀阀5、第二除湿换热器3、双向四通阀2，再流回压缩机1。工作原理为：循环介质经过压缩机1压缩后温度升高，然后经过双向四通阀2进入第一除湿换热器4，循环介质放热温度降低，接着经过膨胀阀5循环介质的温度继续下降，再经过第二除湿换热器3循环介质吸热温度升高、产生制冷效果，最后循环介质通过双向四通阀2回到压缩机1，形成一个封闭回路。

被处理空气依次流经第二风机10、第二除湿换热器3、第二调风阀12、送风口9。工作过程是：调整第二调风阀12使通向送风口9的风管处于开启状态，由室外全新风或新风与回风的混合风组成的被处理空气在第二风机10的驱动下流经第二除湿换热器3的表面，被处理风被冷却除湿，然后经过送风口9送入被调空间，形成一个开环回路。

再生空气依次流经回风口13、第一调风阀8、第一除湿换热器4、第一风机6。工作过程是：调整第一调风阀8使通向回风口13的风管处于开启状态，由室内回风或回风与新风的混合风组成的再生空气在第一风机6的驱动下，通过回风口13流经第一除湿换热器4的表面，再生风被加热加湿，然后排入大气空间，形成一个开环回路。在此工作过程中，本发明采用第一除湿换热器4侧的废热对固体除湿材料进行解吸再生，此循环不仅可以实现冷凝废热的有效利用，而且可以为湿负荷的处理提供稳定的热源，实现连续的除湿制冷过程。还可对回风进行加热加湿，之后再排入大气中，可避免出现城市热岛效应。

通过上述的第一种工作模式和第二种工作模式相互切换可以实现连续热湿复合处理。

冬季，本发明可通过将再生风引入室内，处理风排出室外，实现向室内被调空间供暖增湿的目的。

本发明的除湿换热器内流经的循环介质直接蒸发制冷是一种内冷型除湿器，可以比转轮除湿具有更高的效率，同时采用这种除湿换热器不需要二次换热，减小了吸附/再生的传热温差。

本发明的开发是以除湿换热器作为固体除湿材料附着的基质，与传统除湿系统例如除湿转轮相比较，本发明采用相对简单的金属表面干燥剂涂层技术，具有装置结构紧凑、制作工艺简单、投资费用低、易于安装等特点，在不增加系统体积和构造复杂性的同时达到冷凝废热回收和节能的效果。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，其特征在于，包括第一风机、第二风机、第一除湿换热器、第二除湿换热器、第一调风阀、第二调风阀、压缩机、膨胀阀、双向四通阀、第一空气风道、第二空气风道和制冷剂循环管路，其中，

2.如权利要求1所述的一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，其特征在于，所述第一风机和所述第二风机均为双向风机。

3.如权利要求1所述的一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，其特征在于，所述双向四通阀通过2个管路与所述压缩机连接。

4.如权利要求1所述的一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，其特征在于，所述制冷剂循环管路中的循环介质可流经所述压缩机、所述双向四通阀、所述第二除湿换热器、所述膨胀阀、所述第一除湿换热器、所述双向四通阀，再流回所述压缩机。

5.如权利要求1所述的一种冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统，其特征在于，所述制冷剂循环管路中的循环介质可流经所述压缩机、所述双向四通阀、所述第一除湿换热器、所述膨胀阀、所述第二除湿换热器、所述双向四通阀，再流回所述压缩机。