蒸发式冷凝/转轮吸附除湿耦合制冷空调系统的制作方法

本发明涉及一种空调制冷装置，尤其涉及一种平行流蒸发式冷凝/转轮除湿耦合一体化装置。

背景技术：

在制冷空调技术中，空气湿度对人体舒适度、产品质量、工艺过程和设备维护产生直接影响，同时是一个高耗能过程。利用湿空气能量的过程和设备，一类是以换热为目的的设备，传质的目的是带动传热，蒸发式冷却空调和蒸发式冷凝制冷空调设备即是这一类，另一类是以传质为直接目的的设备，即改变空气中的水蒸气含量，包括加湿除湿设备例如转轮除湿器，其目的是得到适合生活或工艺使用的空气。因为两者使用的目的不同，各自的运行原理有较大差异，而且两者均可独立使用，在各自的领域得到了广泛的应用，同时到目前为止，两者甚少有共同使用的场合。但两者均为利用湿空气能量的设备，有着基本的共同点，基本原理相同，两者的共同点是利用水的饱和蒸气压和空气中水蒸气分压的差值，通过改变水或空气的温度或速度形成传热传质推动力。前一类设备如蒸发式冷凝制冷空调的冷凝器需要移除热量，同时需要吸入干空气，后一类设备如转轮除湿设备的目的是得到干空气，同时转轮中的吸附剂需要热量再生，两者互为利用和需要，因此有必要对此做深入的研究，这对于节能节水有重要意义。

技术实现要素：

为了达到提升现有制冷空调系统性能、提高空气品质以增加人体舒适度的目的，集成现有技术的优点，提出和设计一种高效传热蒸发式冷凝制冷机组、转轮除湿和自身余热回收利用系统结合的制冷空调系统。

本发明采用如下技术方案：

所述蒸发式冷凝/除湿耦合制冷空调系统，包括一套完整的蒸发式冷凝制冷空调系统、两套吸附转轮除湿系统、一个热回收换热器，以及相连接上述设备的管件。

所述蒸发式冷凝制冷空调系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，所述压缩机与冷凝器之间设置热回收换热器，热回收器与冷凝器进风口之间以及热回收器与空调末端之间分别设置一套转轮除湿装置。

所述冷凝器为蒸发式冷凝器，包括箱体，所述箱体底部封闭为水槽，箱底顶部开口处设置风机，水槽与风机之间由上至下一次为进风格栅、换热盘管组、喷淋装置、挡水栅，所述进风格栅、换热盘管组、喷淋装置、挡水栅通过支架放置于箱体内。

所述换热盘管组采用平行流微孔管，将直径大于3mm的传统制冷剂圆管改为多个平行的直径接近甚至小于1mm的扁形微孔管道，制冷剂单位体积内的换热面积成倍增长。

所述盘管由集流管，多通道扁管组成。集流管将不同根数的扁管组合成一个行程，多个行程并列放置组成冷凝盘管组。所述换热盘管组取消散热片减小冷却水和空气的流动阻力，通过加大扁管密度来扩大热交换密度。

所述冷凝器还包括水泵、补水阀，所述水泵安装在水槽与喷淋装置之间。

上述除湿耦合制冷机组还包括储液罐和引风机，所述储液罐设置在膨胀阀与冷凝器之间。所述引风机与冷凝器相连。

所述转轮除湿装置包括除湿转轮、处理风机、再生风机、再生空气加热器和气体预冷器。所述气体预冷器设置于处理风机与再生风机之间。所述除湿转轮设置于气体预冷器与余热回收单元的热回收换热器之间。除湿转轮的处理湿空气端扇区与再生空气加热器相连，再生空气端扇区与空气预冷器相连。

所述空调制冷和转轮除湿一体化装置，其特征在于：

（1）贮存于制冷系统管道及设备内部的低温低压制冷剂（液态或汽态）经压缩机转换成高温高压的制冷剂蒸汽，进入热回收器换热管内部，向换热管外的冷水放热得到热水，换热管出来的制冷剂蒸汽进入蒸发式冷凝器换热盘管组的内部，放热并冷凝成液体，然后离开冷凝器进入管道内，再直接（或先经储液罐）进入膨胀阀，进行不可逆的绝热膨胀过程。膨胀后的低温低压制冷剂液体进入蒸发器中进行蒸发吸热制冷，冷量由循环冷冻水带走，蒸发得到的制冷剂蒸汽重新回到压缩机吸气状态，实现制冷剂的不断循环流动。

（2）上述制冷系统中：蒸发式冷凝器的工作过程为：水泵从集水槽中泵出冷却水经喷淋装置淋在换热盘管组表面，形成水膜，水膜从换热盘管内的制冷剂蒸汽中吸收热量，一部分水膜中水遇热变为水蒸汽，并与水膜外错向流动，气流由风机排出，同时带走水蒸汽和热量，未蒸发的水流回水槽中供循环使用。

（3）由蒸发冷却系统的热回收器出来的工艺热水进入转轮除湿装置的再生空气加热器，所述转轮除湿系统中，处理风机将室外空气引入空气预冷器与再生风机引入的室内低温低湿再生空气进行间接热交换，预冷后的湿空气通过转轮的除湿扇区湿度降低，脱湿后的干空气通入室内或蒸发式冷凝器进入口。在空气预冷器中再生空气得到预热，并进入再生空气加热器由余热回收系统来的工艺热水进一步加热，从空气加热器出来的热空气通过除湿转轮再生扇区吸收转轮水分使之实现再生，进而可以循环运转。

本发明的有益效果：

（1）在压缩机与蒸发式冷凝器之间设置热回收换热器，可以回收约10%一15%的热量，上述换热器排出热水温度可达50℃，可直接作为热水供应洗浴或生产工艺。本发明利用来自热回收器的工艺热水为除湿转轮再生提供热源，提高了能量利用效率，可以实现制冷与除湿的完美耦合。

（2）制冷空调系统在制冷时，每1kW制冷负荷可产生冷凝水0.4一0.8kg/h。冷凝水处理不当会对环境带来危害，特别是大型的中央空调系统，冷凝水的产量很大，冷凝水的回收具有很大的开发潜力。制冷量3500kW的空调系统，可节水1400-2800kg/h，冷凝水温度以17℃计算，则可回收冷量123一36kW,占制冷系统总制冷量的3.5一7.0%。

（3）在转轮除湿系统中设置空气预冷器；一方面可以充分回收利用制冷空调余冷，降低转轮处理湿空气的温度，相对湿度提高，使水分更容易被吸附剂吸附；另一方面室内排出的冷空气在空气预冷器中得到预热，相对湿度降低，在转轮再生扇区带走更多水分，提高转轮再生效果。两方面协同作用优化除湿转轮的传热传质效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中换热盘管管组的主视图；

图3为图2中B-B方向的截面图，截面图表示直管为普通管的结构；

图4为图1中除湿转轮结构示意图。

图中示出：

1-压缩机，2-热回收换热器，3-换热盘管机组，4-喷淋装置，5-排风机，6-挡水栅，7-水泵，8-水槽，9-蒸发式冷凝器，10-膨胀阀，11-储液罐，12-蒸发器，15-再生风机，16-处理风机，17-空气预冷器，18-除湿转轮，19-空气加热器，20-补水阀，18-1-处理区，18-2-再生区。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所述的蒸发式冷凝与转轮除湿耦合制冷空调系统，包括压缩机1、蒸发式冷凝9、储液罐11、膨胀阀10、蒸发器12、热回收换热器2、排风机5、喷淋系统以及两套转轮除湿系统，所述热回收换热器2设置在压缩机1与蒸发式冷凝器9之间。所述储液罐11设置在膨胀阀10和冷凝器9之间。

所述蒸发式冷凝器包括箱体，所述箱体底部封闭为水槽8，水槽8设置有补水阀20和循环水泵7，所述循环水泵与喷淋系统相连接。所述补水阀20浮于水槽8的水面，用于控制水位。所述箱体顶部开口处放置排风机5，水槽8与风机5之间由下至上依次为换热盘管组3、喷淋装置4、挡水栅6，均通过支架放置于箱体内。

所述换热盘管组3由上至下，随着制冷剂温度逐渐降低，降热量及热流密度逐步减小，从上到下逐步较少盘管数量，不仅可以提高换热效率和换热量，而且可以降低制冷剂的盘管内的流动阻力。

所述转轮除湿装置包括除湿转轮18、处理风机16、再生风机15、再生空气加热器19和气体预冷器17。所述气体预冷器17设置于处理风机16与再生风机15之间。所述除湿转轮18设置于气体预冷器15与余热回收单元的热回收换热器2之间。除湿转轮的处理湿空气端扇区与再生空气加热器19相连，再生空气端扇区与空气预冷器17相连。

上述蒸发式冷凝/转轮除湿耦合制冷空调的使用方法为:

贮存于制冷系统的管道及设备内部的低温低压制冷剂（液态或汽态）经压缩机1转换成高温高压的制冷剂蒸汽，进入热回收器2的换热管内部，向换热管外的冷水放热得到热水，可以作为工艺热水通往转轮除湿系统的再生空气加热器为转轮除湿系统提供热源，换热管内出来的制冷剂蒸汽进入蒸发式冷凝器9换热盘管3的内部，放热逐渐冷凝为液体，然后通过管道直接（或先进入储液罐）进膨胀阀10，进行不可逆的绝热膨胀过程，膨胀后的低温低压制冷剂液体通过管道进入蒸发器12中进行蒸发和制冷，冷量由循环冷冻水带走，制冷剂蒸汽重新回到压缩机吸气状态，实现制冷剂的不断循环流动。

由蒸发冷却系统的热回收器2出来的工艺热水进入转轮除湿装置的再生空气加热器19，处理风机16将室外空气引入空气预冷器17与再生风机15引入的空调末端的低温低湿再生空气进行间接热交换，预冷后的湿空气通过转轮18的除湿扇区湿度降低，脱湿后的干空气通入室内或蒸发式冷凝器进入口。在空气预冷器17中再生空气得到预热，并进入再生空气加热器19由余热回收系统来的工艺热水进一步加热，从空气加热器出来的热空气通过除湿转轮再生扇区吸收转轮水分使之实现再生，进而可以循环运转。除湿转轮18中除湿段扇区和再生段扇区的角度比例根据环境空气湿度可调整为1:1,2:1,3:1。两套转轮除湿系统运行原理相同，如图1所示。

当蒸发冷却系统的热回收器回收的热负荷明显高于两套除湿转轮所需热量时，可将热回收来的多余热水作为生活用水。

空调末端使用过的低温低湿的冷空气余冷回收：通过再生风机15引入空气预冷器17对逆向来的处理风机16引入的室外空气进行预冷，提高引入的新空气的相对湿度，提高转轮除湿效率。

使用转轮18除湿后的干空气作为蒸发式冷凝器的进风，促进气流与盘管3外水膜发生热质交换，以潜热为主，显热为辅的方式向气流传递热量，气流由风机5经风管排出，同时带走水蒸汽和热量，未蒸发的水流回集水箱供循环使用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。