專利名稱：一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于暖通空調技術應用領域，涉及室內熱舒適度調節和系統節能過程，特別涉及一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統。
背景技術：
近年來，極端惡劣天氣不斷加劇，人們對室內環境的熱舒適性要求也越來越高。尤其是我國南方高溫高濕地區，在夏季，高溫和高濕氣候嚴重影響人體與環境的熱濕平衡，人們生活環境的熱舒適性大大降低。根據人體熱舒適性指標PMV，溫度和濕度參數是影響人體熱舒適性的重要關鍵因素，對于南方高溫高濕地區，濕度對人體的熱舒適度影響更大。鑒于此，各種除濕空調設備應運而生，常見的除濕技術有吸附式除濕、溶液除濕、冷凝除濕等等。節能減排是近年來全世界的又一項戰略任務，也是我國“十二五”規劃的重要內容。我國建筑能耗占社會總能耗的比例已達到25%，這其中，空調設備的能耗占很大比重， 因此，在保證人體熱舒適性的前提下，實現空調設備的節能減排是空調設備的重要發展方向。溫濕度獨立控制系統已被證明可以提高制冷系統的性能系數，降低能耗，改善室內環境的有效途徑，其核心思想是將空氣中的溫度和濕度參數進行獨立控制，提高制冷系統蒸發溫度，提高系統的制冷效率，提高室內空氣參數的可控性。目前研究較多的是基于溶液除濕的溫濕度獨立控制系統。新風通過噴淋的除濕溶液進行熱質交換，除濕后的空氣再經過蒸發器或風機盤管送至室內；溶液再生過程多采用余熱、廢熱或回收制冷系統冷凝器的熱量對溶液進行預熱。專利《二氧化碳超臨界循環熱泵與溶液除濕相結合的空調裝置》(專利申請號 200620022837. 7)公開了一種二氧化碳超臨界循環熱泵與溶液除濕相結合的空調裝置，該系統采用二氧化碳熱泵的蒸發器提供較高溫度的冷水(15-18°C )滿足建筑的供冷要求， 二氧化碳熱泵的冷凝器產生的較高溫度(80-90°C)的熱量用于溶液的再生，這種技術方案中，由于二氧化碳的超臨界循環，系統的COP本身就比較低，而且，二氧化碳冷卻器的放熱屬于顯熱放熱，其冷卻器的面積較大，再者，系統的高壓力對二氧化碳壓縮機的要求非常高，系統成本較高。專利《一種溫濕度獨立控制空調系統》(專利申請號200710092891.8) 公布了一種溫濕度獨立控制空調系統，該系統將空氣源熱泵機組冷凝器散熱量進行回收， 用作溶液再生的熱量，實現除濕溶液的再生，減少溶液再生對其它廢熱量的需求，這種技術方案雖然可以提高能量的利用率，但仍然需要外熱源，系統比較復雜。專利《一種溶液除濕結合制冷壓縮機冷熱雙側能量進行空氣調節的方法》(專利申請號200510018081. 9)公布了一種溶液除濕結合制冷壓縮機利用冷熱雙側能量進行空氣調節的方法，利用壓縮機蒸發側處理空氣顯熱，調節空氣溫度，利用壓縮機冷凝側放出的熱量對吸濕后濃度降低的溶液進行濃縮再生，這種方法存在著系統能量匹配和隨著室外空氣參數變化可控性的問題。以上技術方案都比較好的解決了空氣溫濕度參數的獨立控制問題，但大部分仍然需要外熱源，導致系統結構復雜，限制了系統的可推廣性。
從室內濕度控制的核心機理來看，室外新風或滲風進入室內，必然將水蒸氣帶入， 而室內人體散發的水蒸氣和其他途徑所散發的水蒸氣，對于室內濕度的控制而言，必須將室內多余的水蒸氣送至室外。從能量輸送的角度來看，溶液除濕的方法是將室內水蒸氣的潛熱吸收后，水蒸氣變為液態水，再通過溶液再生的方式輸入相應的潛熱量，將液體水汽化后，變為水蒸氣再輸送至室外，因此，要實現濕度的真正獨立控制，必須在溶液除濕階段和溶液再生階段分別匹配相應的能量。

發明內容
本發明的目的在于從室內空氣的溫、濕度控制機理出發，對溫度控制過程與除濕和再生過程中的能量進行獨立匹配，達到溫濕度的獨立控制。即，溫度控制過程中對空氣的降溫過程采用獨立的制冷系統進行，濕度控制過程中對于除濕和再生過程采用獨立的熱泵系統來進行。具體來說，溶液除濕過程中溶液所吸收的水蒸氣潛熱由熱泵系統的蒸發器來補償，而溶液再生過程中水蒸氣的汽化潛熱由熱泵系統的冷凝器來補償；而對空氣的溫度控制過程由制冷系統的蒸發器來進行，制冷系統的冷凝器的熱量用于預熱除濕稀溶液。為達到上述目的，本發明擬通過以下技術方案來解決系統由溶液除濕模塊I、溶液再生模塊II、熱泵模塊III和制冷模塊IV四個部分組成，形成溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統。其中溶液除濕模塊I含有降膜吸收器11，溶液泵9、溶液分布器14和預防霧沫夾帶器13 ；溶液再生模塊II含有降膜再生器12，溶液泵9、溶液分布器14和預防霧沫夾帶器13 ；熱泵模塊III含有熱泵壓縮機5， 冷凝器6，膨脹閥7和蒸發器8 ；制冷模塊IV含有制冷壓縮機1，冷凝器2，膨脹閥3和蒸發器4。溶液除濕模塊I用于去除新風或新風與回風混合空氣中的部分水蒸氣，降低空氣濕度；溶液再生模塊II用于除濕溶液的再生；熱泵模塊III的冷凝器6用于溶液再生模塊II 中溶液再生的熱源，蒸發器8用于溶液除濕模塊I中除濕溶液的降溫；制冷模塊IV的蒸發器4用于冷卻經過溶液除濕模塊I中較低濕度的空氣，冷凝器2用于加熱溶液除濕模塊I 中濃溶液。溶液除濕模塊I中流出的濃溶液與溶液再生模塊II中流出的稀溶液之間設置有溶液熱交換器10，目的是進行熱量交換和熱量回收。溶液除濕模塊I中流出的濃溶液經過溶液熱交換器10后，通過制冷模塊IV的冷凝器2的預熱，然后進入溶液再生模塊II中的溶液泵9中，與溶液再生模塊II中的溶液混合后進入熱泵模塊III中的冷凝器6中，經過加熱后送入溶液再生模塊II中的溶液分布器 14中。室外全新風或者室外新風與室內回風的混合空氣經過溶液除濕模塊I的除濕后， 再經過制冷模塊IV的蒸發器4的降溫后被送至室內。室內回風或者室內回風與室外新風的混合空氣經過溶液再生模塊II后，濕度增加，然后被排空。除濕模塊和再生模塊中所使用的溶液為溴化鋰溶液、氯化鋰溶液、氯化鈣溶液等。圖1所示為本發明對于一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統的描述。室外新風或室外新風與室內回風組成的混合空氣進入除濕模塊I，與從溶液布液器14流下來的除濕濃溶液在降膜吸收器11的表面形成逆流流動方式，二者進行熱質交換， 其結果是除濕濃溶液吸收了空氣中的水蒸氣，而空氣被除濕。除濕后的空氣再經過制冷模塊IV的蒸發器4進行降溫后被送至室內。被稀釋后的除濕溶液通過溶液泵9與來自于再生模塊II的再生濃溶液混合，被熱泵模塊III的蒸發器8冷卻后，送入溶液分布器14中， 如此完成一個除濕循環。室內回風或室內回風與室外新風的混合空氣進入再生模塊II中，與從溶液分布器14流下來的再生稀溶液在降膜再生器12的表面形成逆流流動方式，二者進行熱質交換， 其結果是再生溶液釋放了水蒸氣，而空氣被增濕。增濕后的空氣被排出至室外。被濃縮后的再生溶液通過溶液泵9與來自于除濕模塊I的稀溶液混合，被熱泵模塊III的冷凝器6 加熱后，送入溶液分布器14中，如此完成一個再生循環。熱泵模塊III的蒸發器8用于冷卻來自于除濕模塊I溶液泵9出口的除濕濃溶液。 熱泵模塊III的冷凝器6用于加熱來自于再生模塊II溶液泵9出口的再生稀溶液。制冷模塊IV的蒸發器4用于冷卻除濕模塊I除濕后的空氣，制冷模塊IV的冷凝器2用于預熱來自于除濕模塊I的稀溶液。本發明利用溶液除濕系統控制室內空氣的濕度；利用制冷系統的蒸發器控制室內空氣的溫度，制冷系統的冷凝器來預熱除濕溶液；利用熱泵系統的蒸發器和冷凝器實現溶液除濕和溶液再生過程的能量需求；系統無需外熱源，系統節能，結構簡單、緊湊。


圖1是本發明的結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。參照圖1，本發明的原理為室外新風或室外新風與室內回風組成的混合空氣進入除濕模塊I，與從溶液布液器14流下來的除濕濃溶液在降膜吸收器11的表面形成逆流流動方式，二者進行熱質交換，其結果是除濕濃溶液吸收了空氣中的水蒸氣，而空氣被除濕。 除濕后的空氣再經過制冷模塊IV的蒸發器4進行降溫后被送至室內。被稀釋后的除濕溶液通過溶液泵9與來自于再生模塊II的再生濃溶液混合，被熱泵模塊III的蒸發器8冷卻后，送入溶液分布器14中，如此完成一個除濕循環。室內回風或室內回風與室外新風的混合空氣進入再生模塊II中，與從溶液分布器14流下來的再生稀溶液在降膜再生器12的表面形成逆流流動方式，二者進行熱質交換， 其結果是再生溶液釋放了水蒸氣，而空氣被增濕。增濕后的空氣被排出至室外。被濃縮后的再生溶液通過溶液泵9與來自于除濕模塊I的稀溶液混合，被熱泵模塊III的冷凝器6 加熱后，送入溶液分布器14中，如此完成一個再生循環。熱泵模塊III的蒸發器8用于冷卻來自于除濕模塊I溶液泵9出口的除濕濃溶液。 熱泵模塊III的冷凝器6用于加熱來自于再生模塊II溶液泵9出口的再生稀溶液。制冷模塊IV的蒸發器4用于冷卻除濕模塊I除濕后的空氣，制冷模塊IV的冷凝器2用于預熱來自于除濕模塊I的稀溶液。其中，除濕模塊I流出的稀溶液分別經過了溶液熱交換器10的換熱，再經過制冷模塊IV的冷凝器2的預熱，然后和再生模塊II的溶液混合，被溶液泵9送至熱泵模塊III 的冷凝器進行加熱，實現了各種能量的梯級利用。而再生模塊II流程的濃溶液經過了溶液熱交換器10的換熱，和除濕模塊I的溶液混合后，被溶液泵9送至熱泵模塊III的蒸發器進行冷卻，也實現了能量的梯級利用。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于該系統由溶液除濕模塊(I)、溶液再生模塊(II)、熱泵模塊(III)和制冷模塊(IV)四個部分組成；所述溶液除濕模塊(I)含有降膜吸收器(11)，溶液泵(9)、溶液分布器(14)和預防霧沫夾帶器 (13)；所述溶液再生模塊(II)含有降膜再生器(12)，溶液泵(9)、溶液分布器(14)和預防霧沫夾帶器(1 ；所述熱泵模塊(III)含有熱泵壓縮機(5)，冷凝器(6)，膨脹閥(7)和蒸發器(8)；所述制冷模塊(IV)含有制冷壓縮機(1)，冷凝器0)，膨脹閥C3)和蒸發器； 所述溶液除濕模塊(I)用于去除新風或新風與回風混合空氣中的部分水蒸氣，降低空氣濕度；所述溶液再生模塊(II)用于除濕溶液的再生；所述熱泵模塊(III)的冷凝器(6)用于溶液再生模塊(II)中溶液再生的熱源，蒸發器(8)用于溶液除濕模塊(I)中除濕溶液的降溫；所述制冷模塊(IV)的蒸發器⑷用于冷卻經過溶液除濕模塊⑴中較低濕度的空氣， 冷凝器( 用于加熱溶液除濕模塊(I)中濃溶液。
2.根據權利要求1所述的一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于溶液除濕模塊(I)中流出的濃溶液與溶液再生模塊(II)中流出的稀溶液之間設置有溶液熱交換器(10)。
3.根據權利要求1所述的一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于溶液除濕模塊(I)中流出的濃溶液經過溶液熱交換器(10)后，通過制冷模塊(IV) 的冷凝器O)的預熱，然后進入溶液再生模塊(II)中的溶液泵(9)中，與溶液再生模塊 (II)中的溶液混合后進入熱泵模塊(III)中的冷凝器(6)中，經過加熱后送入溶液再生模塊(II)中的溶液分布器(14)中。
4.根據權利要求1所述的一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于室外全新風或者室外新風與室內回風的混合空氣經過溶液除濕模塊(I)的除濕后，再經過制冷模塊(IV)的蒸發器的降溫后被送至室內。
5.根據權利要求1所述的一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于室內回風或者室內回風與室外新風的混合空氣經過溶液再生模塊(II)后，濕度增加，然后被排空。
6.根據權利要求1所述的一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，其特征在于除濕模塊和再生模塊中所使用的溶液為溴化鋰溶液、氯化鋰溶液或氯化鈣溶液。
全文摘要
本發明公開了一種溫度和濕度獨立控制的制冷-熱泵復合能量系統，溫度控制過程中對空氣的降溫過程采用獨立的制冷系統進行，濕度控制過程中對于除濕和再生過程采用獨立的熱泵系統來進行；具體來說，溶液除濕過程中溶液所吸收的水蒸氣潛熱由熱泵系統的蒸發器來補償，而溶液再生過程中水蒸氣的汽化潛熱由熱泵系統的冷凝器來補償；而對空氣的溫度控制過程由制冷系統的蒸發器來進行，制冷系統的冷凝器的熱量用于預熱除濕稀溶液。本發明從室內空氣的溫、濕度控制機理出發，對溫度控制過程與除濕和再生過程中的能量進行獨立匹配，達到溫濕度的獨立控制目的。
文檔編號F24F13/30GK102563786SQ20121000949
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者馮詩愚, 孟祥兆, 王贊社, 羅昔聯, 趙民, 顧兆林 申請人:西安交通大學