专利名称：溶液吸收式除湿与压缩制冷循环复合的空调方法
技术领域：
本发明涉及一种溶液吸收式除湿循环与压缩制冷循环复合的空调方法，特别适用于低湿(高除湿)、低温(高降温)的空调工况。
背景技术：
在常规的压缩制冷空调方法中，先将通过盘管的空气冷却至低于空气露点，达到送风需要控制的湿度，再将空气升温至送风温度。当处理空气出口露点在0℃以下，冷凝水会在盘管表面结冰，堵塞盘管和管肋片之间的间隙，以致设备不能处于工作状态，除湿难以进行。因此常规的压缩制冷难以实现低温低湿空调工况的处理要求。中国专利CN 97115278.0和CN 01141371.9涉及的溶液吸收式除湿方法及设备具有等温除湿或近似等温除湿的特征。除湿过程温度不升高或略有升高，未实现空气降温。美国专利US 4939906、US 4635446、US 4691530和US 4723417介绍了几种溶液循环除湿装置。其中US 4939906专利介绍了一种使用氯化锂除湿剂循环除湿溶液的设备，提出了一种高效再生器形式。在这些专利和以美国Ross Air Systems公司的产品为代表的现有溶液吸收式除湿系统中，作为独立过程的除湿循环，一般包括除湿部分、再生部分，其循环过程如图2所示低温高浓度的吸收液A在吸收器1对进入的空气1a降温除湿，除湿溶液温度升高，浓度降低；吸收器出口的吸收液B与来自再生部分的浓溶液C混合后分为两路，一路溶液进入吸收液冷却器2由外部冷却机组3提供冷量降温，再返回吸收器1入口。另一路溶液经换热器6升温后与再生器5出口的再生液D混合后分流为两路溶液D1和D2；D1回除湿部分循环，D2经再生液加热器4，由外部提供的热量升温成高温低浓度的再生液，从顶部进入再生器5与进入的再生空气3a逆流接触，空气升温增湿，转变为变成排出的空气4a。再生液温度降低，浓度升高，恢复除湿能力，然后与来自吸收器的稀溶液混合继续循环。该流程除湿部分吸收液冷却器需要的冷负荷需由外部的压缩式冷水机组提供，再生部分再生液加热器的热负荷则由外部的蒸汽或其他外部的热源提供。外部消耗能源较大，此外作为独立的除湿系统，空气的除湿、制冷不是一步同时实现。
中国专利CN 98811237.X提出了一种同时除湿与降温的设备，设备含有除湿器、再生器和压缩式热泵，除湿器利用压缩热泵的蒸发器冷却的除湿液处理空气，空气同时得到除湿和降温。再生器利用压缩热泵的冷凝热再生除湿液。该专利是空气湿度独立控制系统，实现了空气的除湿，温度略有降低，需要额外的制冷设备提供冷源才能完全实现空气的除湿降温。
发明内容
本发明提出了一种溶液吸收式除湿与压缩制冷循环复合的空调方法，利用压缩制冷循环将溶液吸收式除湿循环的冷负荷“泵热”作为其再生器热负荷，不但克服了传统空调除湿露点零度下结霜的问题，而且使空气的降温除湿可以一步同时实现，并使系统的能量得到充分的利用，大幅度节约能源。
本发明提出的复合循环方法包括由除湿部分和再生部分组成的除湿循环以及压缩制冷循环，其中除湿循环与制冷循环复合，即用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收液冷却器所需要的冷量，同时低温、液态制冷剂吸取除湿后溶液的热量汽化；较高温度的气态制冷剂引入制冷循环冷凝器，由冷凝器向再生循环的加热器提供所需热量，制冷剂本身经进一步冷却、减压至低温液态，继续制冷循环。
上述的除湿循环中的溶液工质是含氯或溴盐的水溶液。
上述的方法中用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收液冷却器冷量，是根据除湿循环所需要的冷量，将制冷循环蒸发器作为吸收液的冷却器使用。
上述的方法中由制冷循环的蒸发器向再生循环的加热器提供热量，是根据再生循环所需热量，把制冷循环冷凝器的一部分或全部作为再生循环的加热器使用。
上述的压缩制冷循环的制冷工质包括通常的制冷单组分工质，例如四氟乙烷(R134a)等卤代烃，或多组分混合工质，优选四氟乙烷与二氯氟乙烷(R134a-R141b)二元混合工质。
本发明的效果由于压缩制冷循环与除湿循环和再生循环的复合，一步完成制冷和除湿过程；同时由于将溶液吸收式除湿循环的吸收器冷负荷“泵热”作为其再生器热负荷，可以减少，甚至完全节省系统的再生器热负荷；压缩制冷循环中的蒸发温度可以较大幅度提高，使制冷循环的性能系数提高，动力消耗下降；特别是采用多组分混合工质可以进一步改善制冷循环的性能系数，获得更好节能效果；此方法的空气减湿幅度大，经过一种处理过程就可以使空气达到较低含湿量的送风状态，而无需将空气先冷却到机器露点后再加热，从而避免了冷热抵消的高能耗处理方式，实现露点零度以下空气的除湿；同时明显降低设备初投资和系统运行费用，具有更好的经济性。
图1本发明循环的流程示意2现有溶液吸收式除湿循环的流程示意图
具体实施例方式如图1所示本发明包括除湿循环和与之复合的制冷循环，其中除湿循环含常规的除湿部分和再生部分，在除湿部分低温高浓度的吸收液A从顶部进入吸收器1，经过布液器分散，与从底部进入的空气1a逆流接触，空气降温除湿，转变为达到空调条件的空气2a。除湿溶液温度升高，浓度降低；吸收器出口的吸收液B进入储槽8，与来自再生部分的浓溶液C(相对于吸收液B)混合；吸收液循环泵9从储槽8抽取混合溶液增压，其出口分流为两路溶液；一路溶液进入吸收液冷却器2降温，再返回吸收器上部入口。另一路溶液经换热器6升温后进入储槽10。在再生部分高温低浓度的再生液从顶部进入再生器5，经过布液器分散，与从底部进入的经过预热的再生空气3a逆流接触(再生空气3a通过制冷循环的冷却冷凝过程排出热来预热)，空气升温度增湿，转变为排出的空气4a。再生液温度降低，浓度升高，恢复除湿能力。再生器5出口的再生液D进入储槽10，与稀溶液(相对于再生液D)混合；再生液循环泵11从储槽10抽取溶液增压，其出口分流为溶液D1和D2；溶液D1经换热器6降温后送往储槽8；而溶液D2进入再生液加热器4成为高温低浓度再生液，再返回再生器5上部入口。本发明上述的除湿部分所需冷量和再生部分所需热量均由复合制冷循环提供，用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收液冷却器所需要的冷量，由制冷循环冷凝器向再生循环的加热器提供热量，具体实施方法是根据除湿部分所需冷量，将制冷循环蒸发器作为吸收液的冷却器2使用(见图2)，低温、液态制冷剂E经过制冷循环蒸发器(即吸收液冷却器2)向吸收循环提供冷量，制冷剂本身吸取除湿循环溶液的热量汽化；根据再生部分所需热量，利用常规的控制方法，将制冷循环冷凝器的一部分或全部作为再生循环的加热器4使用，气态制冷剂流过压缩机12升压，较高温度的制冷剂先进入制冷剂冷凝器(即再生液加热器4)，向再生循环提供热量，制冷剂进一步经空气冷凝器13冷却，经过节流阀14减压至低温、液态，如此反复进行制冷循环。
除湿溶液工质是常用的含氯或溴盐的水溶液，如氯化锂、溴化锂、氯化钙和氯化锌等盐中的一种，或几种所形成的水溶液。
压缩制冷循环的制冷工质采用通常的制冷单组分或多组分混合工质，例如R134a(四氟乙烷制冷剂产品牌号)等卤代烃，优选R134a与R141b(二氯氟乙烷产品牌号)的二元混合工质。
实施例本实施例基于40000m3/h的空气处理量，比较图2所示现有循环方法与图1所示本发明循环工艺方法的运行性能，现有循环采用以氯化锂溶液作为溶液吸收式除湿循环的除湿溶液工质，所需吸收冷量由以R134a为制冷剂的压缩式制冷循环提供，所需的热量则专门由外部供给。本发明以制冷剂R134a和制冷剂R141b的混合物作为压缩制冷循环的制冷工质，其中R134a的摩尔分数为0.82，比较如下通过系统的空气各状态点参数如表1所示。其中，状态点1a为新风与循环风的混合风，2a为送往室内的空气。3a为进过预热室外的空气，4a为排弃的空气。
表1 循环处理的空气各状态点参数
参照图1和图2的工艺流程现有循环方法和本发明的溶液吸收式除湿循环各状态点的溶液参数基本相同，数值如表2所示。
表2 溶液吸收式除湿循环各状态点的溶液参数
参照图1和图2的工艺流程现有循环方法和本发明的压缩制冷循环各状态点的制冷剂参数如表3所示。
表3 压缩制冷循环各状态点的制冷剂参数
表4 现有循环方法与本发明的运行性能比较
基于40000m3/h的空气处理量，比较现有循环方法与本发明的运行性能结果(见表4)，可以发现，同样为了满足循环的吸收液冷却器H4的负荷347.8kW，由于本发明通过溶液吸收式除湿与压缩制冷循环复合运行，制冷循环的性能系数较现有循环方法降低了8.5％，现有循环方法的压缩制冷耗功105.5kW，本发明的压缩制冷耗功115.3kW，但是本发明完全实现了再生器热量的自给，系统消耗外部输入热负荷为零，而现有循环方法再生液加热器H2的负荷410kW，则完全要靠外部输入，因此大大节省了外部能耗。
综上所述，本发明提出的溶液吸收式除湿循环与压缩制冷循环复合的空调方法，采用R134a与R141b混合制冷工质，一步完成制冷和除湿过程，实现再生部分的热量完全自给，不再需要外界单独提供热源。支付少量的电功，实现了制冷循环热能量的完全回收利用。
权利要求
1.一种溶液吸收式除湿与压缩制冷循环复合的空调方法，包括除湿循环和压缩制冷循环，其中除湿循环由除湿部分和再生部分组成，其特征在于，除湿循环与压缩制冷循环复合，即用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收冷却器所需要的冷量；用低温、液态制冷剂吸取除湿后溶液的热量，通过制冷循环冷凝器向再生循环的加热器提供热量。
2.根据权利要求1所述的空调方法，其特征在于，溶液吸收式除湿循环所用的除湿溶液工质是含氯或溴盐的水溶液。
3.根据权利要求1所述的空调方法，其特征在于，压缩制冷循环的制冷工质包括单组分工质和多组分混合工质。
4.根据权利要求1所述的空调方法，其特征在于，压缩制冷循环的制冷工质采用四氟乙烷与二氯氟乙烷的混合工质。
5.根据权利要求1所述的空调方法，其特征在于，用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收液冷却器所需要的冷量，是将制冷循环蒸发器作为吸收液的冷却器使用。
6.根据权利要求1所述的空调方法，其特征在于，由制冷循环的蒸发器向再生循环的加热器提供热量，是把制冷循环冷凝器的一部分或全部为再生循环的加热器使用。
全文摘要
本发明涉及一种溶液吸收式除湿与压缩制冷循环复合的空调方法，由除湿循环和压缩制冷循环复合实现，除湿循环包括除湿循环部分和再生循环部分，其中，用压缩制冷循环的制冷蒸发器提供除湿循环吸收冷却器所需要的冷量，同时低温、液态制冷剂吸取除湿后溶液的热量汽化；较高温度的气态制冷剂引入制冷循环冷凝器，由冷凝器向再生循环的加热器提供热量。一步完成制冷和除湿过程，由于将溶液吸收式除湿循环的吸收器冷负荷“泵热”作为其再生器热负荷，系统的再生器热负荷可以减少，甚至完全节省。压缩制冷循环中的蒸发温度可以较大幅度提高，动力消耗下降。设备费用和运行成本大大下降。
文档编号F24F3/14GK101033874SQ20061005673
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者郑丹星, 唐家伟, 金红光 申请人:北京化工大学