半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统和方法与流程

本发明涉及一种除湿空调热泵技术领域的系统，具体地，涉及一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，建筑空调系统能耗已成为社会总能耗的主要来源。传统压缩式空调系统是目前建筑中广泛采用的系统，其通过冷凝除湿方法实现热湿负荷的集中处理，导致整体循环需在较低蒸发温度下运行，循环能效不高。对热湿负荷进行独立处理的循环由除湿空调子循环和传统压缩式空调子循环复合而成。除湿空调子循环仅处理空气中的湿负荷；压缩式空调子循环仅处理空气中的热负荷。此类循环中压缩式空调循环不再需要实现冷凝除湿过程，因而可以在相对较高的蒸发温度下运行，循环cop得以提高。然而，解耦式热湿独立处理系统仍存在一定的局限：一方面，此类系统由除湿空调子系统和压缩式空调子系统简单叠加而成，没有对热力过程进行优化，体积较大，成本较高；另一方面，此类系统需要一个稳定的辅助热源来驱动除湿子系统的再生。

经对现有技术的公开文献检索发现，为解决上述问题，中国专利申请号为201210232592.0、公开号为cn102721133b的“自冷式固体干燥剂降温除湿空调系统”专利文献，提出一种基于蒸发冷却内冷的除湿换热器循环，即是将再生式蒸发冷却产生的冷冻水引入除湿换热器构成自冷形式的低温内热源，冷却干燥剂除湿过程，在一定程度上实现了除湿换热表面动态吸附除湿过程的冷却，并将低品位热能产生的热水作为加热内热源引入干燥剂解析过程。然而此类系统的冷却极限是室外空气湿球温度，系统处理显热负荷的能力有限；中国专利申请号为201110318394.1、公开号为cn102506475a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”专利文献，提出一种基于制冷剂冷却的除湿换热器循环，循环采用涂覆有干燥剂材料的除湿蒸发/冷凝器代替传统压缩式循环中的蒸发/冷凝器，通过紧凑的结构实现了冷却降温和吸附除湿热力过程的优化，并采用冷凝废热为干燥剂的再生提供稳定的热源。然而，此类系统仍存在显热负荷处理能力不足的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统及方法。

根据本发明提供的一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统，包括闭式制冷剂系统；所述闭式制冷剂系统包括压缩机、第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一除湿换热器、第二除湿换热器、节流装置以及蒸发器；压缩机的出口通过第一四通换向阀形成的第一流道连接到第一除湿换热器和第二除湿换热器这两者中的一个除湿换热器的第一流道的一流道口；所述第一除湿换热器和第二除湿换热器这两者中的一个除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀形成的第一流道经节流装置与蒸发器的第一流道的一流道口相连；

蒸发器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀形成的第二流道连接到第一除湿换热器和第二除湿换热器这两者中的另一个除湿换热器的第一流道的一流道口；

所述第一除湿换热器和第二除湿换热器这两者中的另一个除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀形成的第二流道回到压缩机的进口。

优选地，当压缩机的出口通过第一四通换向阀形成的第一流道连接到第二除湿换热器的第一流道的一流道口；所述第二除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀的第一流道经节流装置与蒸发器的第一流道的一流道口相连；蒸发器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀的第二流道连接到第一除湿换热器的第一流道的一流道口；第一除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀形成的第二流道回到压缩机的进口，记为第一模式；当压缩机的出口通过第一四通换向阀形成的第一流道连接到第一除湿换热器的第一流道的一流道口；所述第一除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀的第一流道经节流装置与蒸发器的第一流道的一流道口相连；蒸发器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀的第二流道连接到第二除湿换热器的第一流道的一流道口，第二除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀形成的第二流道回到压缩机的进口，记为第二模式；第一模式与第二模式之间相互切换。

优选地，在第一模式中：压缩机的出口与第一四通换向阀的第一流道口相连；第一四通换向阀的第一流道口与第二流道口相连；第一四通换向阀的第二流道口与第二除湿换热器的第一流道口相连；第二除湿换热器的第二流道口与第二四通换向阀的第二流道口相连接；第二四通换向阀的第二流道口与第一流道口相连；第二四通换向阀的第一流道口与节流装置的第一流道口相连接；节流装置的第二流道口与蒸发器的第一流道口相连；蒸发器的第二流道口与第二四通换向阀的第三流道口相连；第二四通换向阀的第三流道口与第四流道口相连；第二四通换向阀的第四流道口与第一除湿换热器的第二流道口相连；第一除湿换热器的第一流道口与第一四通换向阀的第四流道口相连；第一四通换向阀的第四流道口与第三流道口相连；第一四通换向阀的第三流道口与压缩机的进口相连。

优选地，在第二模式中：压缩机的出口与第一四通换向阀的第一流道口相连；第一四通换向阀的第一流道口与第四流道口相连；第一四通换向阀的第四流道口与第一除湿换热器的第一流道口相连；第一除湿换热器的第二流道口与第二四通换向阀的第四流道口相连接；第二四通换向阀的第四流道口与第一流道口相连；第二四通换向阀的第一流道口与节流装置的第一流道口相连接；节流装置的第二流道口与蒸发器的第一流道口相连；蒸发器的第二流道口与第二四通换向阀的第三流道口相连；第二四通换向阀的第三流道口与第二流道口相连；第二四通换向阀的第二流道口与第二除湿换热器的第二流道口相连；第二除湿换热器的第一流道口与第一四通换向阀的第二流道口相连；第一四通换向阀的第二流道口与第三流道口相连；第一四通换向阀的第三流道口与压缩机的进口相连。

优选地，还包括第一待处理空气系统和第一再生空气系统。

优选地，还包括第二待处理空气系统和第二再生空气系统。

优选地，第一待处理空气系统包括第一风机、第一空气风道、分风阀、混风阀以及送风口；第一再生空气系统包括第二风机、第二空气风道；第一待处理空气系统与第一再生空气系统连接方式分别为：第一待处理空气系统：第一风机的出口依次经第一空气风道、第一除湿换热器连接至分风阀的入口；其中，在分风阀中处理空气分为多种路径，一种路径为分风阀的第一出口经过蒸发器连接至混风阀的第一入口；另一路径为分风阀的第二出口直接与混风阀的第二入口相连接；混风阀的出口与送风口相连接；第一再生空气系统：第二除湿换热器经第二空气风道与第二风机相连接。

优选地，第二待处理空气系统包括第二风机、第二空气风道、分风阀、混风阀以及送风口；第二再生空气系统包括第一风机、第一空气风道；第二待处理空气系统与第二再生空气系统连接方式分别为：第二待处理空气系统：第二风机的出口依次经第二空气风道、第二除湿换热器连接至分风阀的入口；其中，在分风阀中处理空气分为多种路径，一种路径为分风阀的第一出口经过蒸发器连接至混风阀的第一入口；另一路径为分风阀的第二出口直接与混风阀的第二入口相连接；混风阀的出口与送风口相连接。第二再生空气系统：第一除湿换热器经第一空气风道与第一风机相连接。

优选地，第一除湿换热器的第一流道口与第二流道口为冷流通道，第三流道口与第四流道口为热流通道；第二除湿换热器的第一流道口与第二流道口为热流通道，第三流道口与第四流道口为冷流通道。或，第一除湿换热器的第一流道口与第二流道口为热流通道，第三流道口与第四流道口为冷流通道；第二除湿换热器的第一流道口与第二流道口为冷流通道，第三流道口与第四流道口为热流通道。

本发明还提供了一种降温除湿与分级冷却的方法，半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统对空气进行除湿降温以及分级冷却的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.循环采用涂覆有干燥剂材料的除湿换热器，一方面克服了耦合集中处理空调循环需要在低蒸发温度下运行，能效低的不足，另一方面可以实现降温除湿热力过程，降低平衡吸附温度并维持干燥剂表面较低的水蒸气分压，提高系统除湿效率的同时降低了循环驱动热源温度。

2.循环又通过一个串联的蒸发器进行显热负荷处理的补充，可以通过流经蒸发器的空气流量分配实现不同显热和潜热负荷处理能力的配比，与只采用一个除湿蒸发器的循环相比具有更大的负荷处理范围。

3.循环采用冷凝侧的废热为对除湿材料进行解析再生，不仅为解析过程提供了稳定的热源，且实现了冷凝热的高效利用，缓解了城市热岛效应。

4.循环一方面采用除湿蒸发器耦合集中处理显热和潜热负荷，另一方面又通过一个普通显热蒸发器补充处理显热负荷，实现类似解耦式热湿独立控制，因此是一个区别于现有循环的半解耦式循环。

5.冬季可将再生风引入室内，实现加温加湿的效果，提高使用舒适性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的第一模式示意图。

图2为本发明的第二模式示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明提供的一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统，包括闭式制冷剂系统；

所述闭式制冷剂系统包括压缩机11、第一四通换向阀12、第二四通换向阀13、第一除湿换热器3、第二除湿换热器9、节流装置14以及蒸发器5；

压缩机11的出口通过第一四通换向阀12形成的第一流道连接到第一除湿换热器3和第二除湿换热器9这两者中的一个除湿换热器的第一流道的一流道口；

所述第一除湿换热器3和第二除湿换热器9这两者中的一个除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13形成的第一流道经节流装置14与蒸发器5的第一流道的一流道口相连；

蒸发器5的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13形成的第二流道连接到第一除湿换热器3和第二除湿换热器9这两者中的另一个除湿换热器的第一流道的一流道口；

所述第一除湿换热器3和第二除湿换热器9这两者中的另一个除湿换热器的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀12形成的第二流道回到压缩机11的进口。

如图1所示，当压缩机11的出口通过第一四通换向阀12形成的第一流道连接到第二除湿换热器9的第一流道的一流道口；所述第二除湿换热器9的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13的第一流道经节流装置14与蒸发器5的第一流道的一流道口相连；蒸发器5的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13的第二流道连接到第一除湿换热器3的第一流道的一流道口；第一除湿换热器3的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀12形成的第二流道回到压缩机11的进口，记为第一模式。

第一模式的连接方式为：压缩机11的出口与第一四通换向阀12的第一流道口相连，第一四通换向阀12的第一流道口与第二流道口相连；第一四通换向阀12的第二流道口与第二除湿换热器9的第一流道口相连，第二除湿换热器9的第二流道口与第二四通换向阀13的第二流道口相连接，第二四通换向阀13的第二流道口与第一流道口相连；第二四通换向阀13的第一流道口与节流装置14的第一流道口相连接，节流装置14的第二流道口与蒸发器5的第一流道口相连，蒸发器5的第二流道口与第二四通换向阀13的第三流道口相连，第二四通换向阀13的第三流道口与第四流道口相连；第二四通换向阀13的第四流道口与第一除湿换热器3的第二流道口相连，第一除湿换热器3的第一流道口与第一四通换向阀12的第四流道口相连，第一四通换向阀12的第四流道口与第三流道口相连；第一四通换向阀12的第三流道口与压缩机11的进口相连。

具体地说，制冷剂循环管路15中的循环介质可依次流经压缩机11，第一四通换向阀12，第二除湿换热器9，第二四通换向阀13，节流装置14，蒸发器5，第二四通换向阀13，第一除湿换热器3，第一四通换向阀12，再流回压缩机，构成一个闭式循环。制冷剂经压缩机11压缩后温度压力升高，经第一四通换向阀12流入第二除湿换热器9，在第二除湿换热器9中冷凝放热，接着经过第二四通换向阀13流入节流装置14降温降压后进入蒸发器5，在蒸发器5中蒸发吸热，后经第二四通换向阀13进入第一除湿换热器3进一步吸热，产生分级制冷效果，最后制冷剂通过第一四通换向阀12流回压缩机11。

如图1所示，本发明提供了一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统，还包括第一待处理空气系统和第一再生空气系统。

第一待处理空气系统包括第一风机1、第一空气风道2、分风阀4、混风阀6以及送风口7；

第一再生空气系统包括第二风机8以及第二空气风道10；

第一待处理空气系统与第一再生空气系统连接方式分别为：

第一待处理空气系统：第一风机1的出口依次经第一空气风道2、第一除湿换热器3连接至分风阀4的入口；

其中，在分风阀4中处理空气分为多种路径，一种路径为分风阀4的第一出口经过蒸发器5连接至混风阀6的第一入口；另一路径为分风阀4的第二出口直接与混风阀6的第二入口相连接；

混风阀6的出口与送风口7相连接。

具体地说，第一待处理空气依次流经第一风机1，第一除湿换热器3，分风阀4，蒸发器5，混风阀6，送风口7；其中，在分风阀4中处理空气分为两路，一路经蒸发器5达混风阀6，一路直接送至混风阀6，在混风阀6中上述两路气体均匀混合。被处理空气在第一风机1作用下流经第一除湿换热器3表面，被冷却除湿，后经分风阀4分离为一股经蒸发器5继续降温后送至混风阀6，一股直接送至混风阀6，在混风阀6中上述两股气体均匀混合后被送至室内。

第一再生空气系统：第二除湿换热器9经第二空气风道10与第二风机8相连接。

具体地说，第一再生空气依次流经第二除湿换热器9，第二风机8。再生空气在第二风机8作用下流经第二除湿换热器9表面，被加热同时带走解析出的水蒸气，高温高湿的再生空气再被排出。

如图2所示，当压缩机11的出口通过第一四通换向阀12形成的第一流道连接到第一除湿换热器3的第一流道的一流道口；所述第一除湿换热器3的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13的第一流道经节流装置14与蒸发器5的第一流道的一流道口相连；蒸发器5的第一流道的另一个流道口通过第二四通换向阀13的第二流道连接到第二除湿换热器9的第一流道的一流道口，第二除湿换热器9的第一流道的另一个流道口通过第一四通换向阀12形成的第二流道回到压缩机11的进口，记为第二模式。

第二模式连接方式为：压缩机11的出口与第一四通换向阀12的第一流道口相连，第一四通换向阀12的第一流道口与第四流道口相连；第一四通换向阀12的第四流道口与第一除湿换热器3的第一流道口相连，第一除湿换热器3的第二流道口与第二四通换向阀13的第四流道口相连接，第二四通换向阀13的第四流道口与第一流道口相连；第二四通换向阀13的第一流道口与节流装置14的第一流道口相连接，节流装置14的第二流道口与蒸发器5的第一流道口相连，蒸发器5的第二流道口与第二四通换向阀13的第三流道口相连，第二四通换向阀13的第三流道口与第二流道口相连；第二四通换向阀13的第二流道口与第二除湿换热器9的第二流道口相连，第二除湿换热器9的第一流道口与第一四通换向阀12的第二流道口相连，第一四通换向阀12的第二流道口与第三流道口相连；第一四通换向阀12的第三流道口与压缩机11的进口相连。

具体地说，制冷剂循环管路中的循环介质可依次流经压缩机11，第一四通换向阀12，第一除湿换热器3，第二四通换向阀13，节流装置14，蒸发器5，第二四通换向阀13，第二除湿换热器9，第一四通换向阀12，再流回压缩机，构成一个闭式循环。制冷剂经压缩机11压缩后温度压力升高，经第一四通换向阀12流入第一除湿换热器3，在第一除湿换热器3中冷凝放热，接着经过第二四通换向阀13流入节流装置14降温降压后进入蒸发器5，在蒸发器5中蒸发吸热，后经第二四通换向阀13进入第二除湿换热器9进一步吸热，产生分级制冷效果，最后制冷剂通过第一四通换向阀12流回压缩机11。

如图2所示，本发明提供了一种半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统，还包括第二待处理空气系统和第二再生空气系统。

第二待处理空气系统包括第二风机8、第二空气风道10、分风阀4、混风阀6以及送风口7；

第二再生空气系统包括第一风机1以及第一空气风道2；

第二待处理空气系统与第二再生空气系统连接方式分别为：

第二待处理空气系统：第二风机8的出口依次经第二空气风道10、第二除湿换热器9至分风阀4的入口；

其中，在分风阀4中处理空气分为多种路径，一种路径为分风阀4的第一出口经过蒸发器5连接至混风阀6的第一入口；另一路径为分风阀4的第二出口直接与混风阀6的第二入口相连接；

混风阀6的出口与送风口7相连接。

具体地说，第二待处理空气依次流经第二风机8，第二除湿换热器9，分风阀4，蒸发器5，混风阀6，送风口7；其中，在分风阀4中处理空气分为两路，一路经蒸发器5达混风阀6，一路直接送至混风阀6，在混风阀6中上述两路气体均匀混合。被处理空气在第二风机8作用下流经第二除湿换热器9表面，被冷却除湿，后经分风阀4分离为一股经蒸发器5继续降温后送至混风阀6，一股直接送至混风阀6，在混风阀6中上述两股气体均匀混合后被送至室内。

第二再生空气系统：第一除湿换热器3经第一空气风道2与第一风机1相连接。

具体地说，第二再生空气依次流经第一除湿换热器3，第一风机1。再生空气在第一风机1作用下流经第一除湿换热器3表面，被加热同时带走解析出的水蒸气，高温高湿的再生空气再被排出。

第一除湿换热器3的第一流道口与第二流道口为冷流通道，第三流道口与第四流道口为热流通道；第二除湿换热器9的第一流道口与第二流道口为热流通道，第三流道口与第四流道口为冷流通道。或，第一除湿换热器3的第一流道口与第二流道口为热流通道，第三流道口与第四流道口为冷流通道；第二除湿换热器9的第一流道口与第二流道口为冷流通道，第三流道口与第四流道口为热流通道。第一风机1与第二风机2均为双向风机。

所述第一待处理空气系统和所述第一再生空气系统为第一开式空气通道；

所述第二待处理空气系统和所述第二再生空气系统为第二开式空气通道。

本发明还提供一种降温除湿与分级冷却的方法，所述半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统对空气进行除湿降温以及分级冷却的步骤。

此外，第一模式与第二模式之间相互切换，循环通过第一模式和第二模式的相互切换可实现连续热湿处理。冬季工况下，采用再生侧流经除湿冷凝器的空气作为送风，处理风排出室外，可实现供暖加湿的目的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。