一种空间热湿环境控制装置的制作方法

本发明涉及空调技术领域，可用于室内降温、供暖以及空气除湿、加湿。

背景技术：

温度和湿度是影响室内热舒适的主要参数。目前，夏季为保持室内凉爽宜人，往往需要利用空调机等人工冷源为室内空气降温，与此同时，在降温过程中室内空气中所含的水蒸汽也被冷凝后排除，室内空气湿度得以保持在适当水平，从而维持室内热舒适。这种空调技术简单有效，但由于空调机需要较低的工作温度，故能源效率较低，能耗较大，虽然可以维持局部室内环境的舒适，但是由于其较高的能耗，也带来了温室气体、有害气体及固体颗粒等污染物的排放增加，产生对自然环境的破坏和能源的大量消耗，随着空调使用的日益普及，这一问题已引起广泛的关注，促使人们研究提高空调供暖能效，减少由此带来的污染和能源消耗。、

为此，研究者提出了热湿独立处理、温湿度独立控制的空调技术思路，并开展了大量研究开发工作。采用温度、湿度分别控制的思路，通过吸湿溶液、固体吸附剂干燥除湿等技术对室内空气进行除湿，以维持室内空气湿度，而采用干式风机盘管、辐射表面为房间降温，由于不必用低温冷源除湿，降温所需的冷源温度可以提高，从而可以大大提高空调制冷效率，也为利用天然冷源创造了条件。由于常见的除湿溶液多具有腐蚀性，空气与除湿溶液直接接触易使有腐蚀性的液滴带入空气中，可能对人体健康和设备产生不利影响，近年来研究人员提出了基于膜技术的液体除湿思路，使除湿液体与空气通过透气膜进行热质传递和交换，避免了除湿液滴携带可能产生的危害。但是，膜的存在固然避免了液滴携带进入空气，却也为空气与溶液间的热、质交换增加了传质阻力，与直接接触的吸收式除湿设备相比，降低了除湿过程的热质交换效率，可能使设备体积更庞大。

此外，虽然温湿度独立控制、热湿独立处理空调技术能显著提高空调系统能源效率，但是由于降温、除湿需要采用两套系统分别进行，使得空调系统变得复杂性，成本也增加。而且采用空气源热泵采暖供热时，热泵从空气中吸热，室外换热器容易结霜，会严重影响热泵性能；频繁的除霜操作也影响室内舒适性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可通过较低成本和能耗实现热湿控制的空间热湿环境控制装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种空间热湿环境控制装置，包括供液集管、回液集管以及具有防水透气透湿特性的若干毛细管，所述若干毛细管连接在供液集管和回液集管之间，所述供液集管连接输液管路，所述输液管路连接有输送泵，吸湿溶液由输送泵送出，经输液管路进入供液集管，再分配至毛细管内，最后进入回液集管，吸湿溶液在毛细管内流动与室内空间环境之间进行热、湿交换。

优选的，所述吸湿溶液的温度、浓度调节通过热泵及热源塔实现。

优选的，所述热泵包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、膨胀阀以及蒸发器，高温高压制冷剂从压缩机排出，进入冷凝器放热，加热溶液，冷凝为液体，经干燥过滤器过滤去除颗粒物杂质和水分后，再经膨胀阀节流降压，进入蒸发器蒸发，从吸湿溶液中吸热，变为气体后被压缩机吸入，压缩为高温高压气体后排出，再次进入冷凝器冷凝放热。

优选的，所述热源塔为填充有填料的开式填料塔，吸湿溶液在塔内填料表面与外界环境空气接触，进行热质交换；或者为闭式塔，塔内布置防水透气材料制成的管束，吸湿溶液在管束内流动，与外界环境空气进行热、质交换。

优选的，所述空间热湿环境控制装置还包括对吸湿溶液进行换热的换热器，

空调工况下，吸湿溶液从回液集管进入换热器，与来自热源塔的浓溶液换热后，进入冷凝器，在冷凝器中被加热后，经三通阀进入热源塔，在热源塔内与外界环境空气进行热质交换，溶液被浓缩、再生后，从热源塔底部流出，经过滤器滤除杂质后由输送泵送出，经三通阀进入换热器，与来自毛细管的吸湿溶液换热，温度降低后从换热器流出，进入蒸发器，在蒸发器内被制冷剂冷却降温后，经三通阀由输送泵送出，并进入毛细管，吸湿溶液在毛细管内流动与室内环境进行热、湿交换，对室内环境进行热湿控制；

供热工况下，吸湿溶液从回液集管流出后，先进入换热器，从换热器流出后再进入冷凝器，在冷凝器中被加热后，从冷凝器流出，经三通阀由输送泵送出，经过滤器滤除杂质后进入毛细管，吸湿溶液在毛细管内流动与室内环境进行热、湿交换，对室内环境进行热湿控制；进入蒸发器的溶液被制冷剂的蒸发吸热冷却，放出热量、温度降低后，经三通阀进入热源塔，在热源塔内与外界环境空气进行热、质交换，从空气中吸热后，从热源塔底部流出，经过滤器滤除杂质后由输送泵送出，经三通阀进入蒸发器，与蒸发器内制冷剂换热，放出热量、温度降低后从蒸发器流出，经三通阀再次进入热源塔，在塔内与外界环境空气进行热、质交换，从空气中吸热后，从塔底流出。

优选的，所述空间热湿环境控制装置还包括水力透平，吸湿溶液在冷凝器中被加热后，经三通阀进入水力透平，在水力透平内膨胀作功、回收压力能后再进入热源塔。

优选的，所述供液集管、回液集管上设有均匀分布的联接接头，联接接头与联结接管密封联接，若干毛细管集合成束，毛细管束两端与联接接管密封联结。

优选的，所述毛细管采用中空纤维渗透膜制作而成。

优选的，所述若干毛细管呈网状铺设或悬挂安装。

优选的，所述若干毛细管进行编织。

本发明采用的技术方案，采用中空纤维渗透膜或其他防水透湿材料制作成毛细管，毛细管内通以吸湿溶液在管内流动，毛细管与管外环境中的壁面、管外空气间以辐射、对流方式进行热质交换与传递，一方面可以消除湿内余热，降低室内温度，另一方面，室内空气中的水蒸汽又可通过毛细管壁面扩散、渗透进入毛细管内而被管内吸湿溶液吸收，从而又消除了室内余湿，维持室内热舒适，由于壁材的防水透气/透湿特性，毛细管内液体并不能透过壁面向外渗出。与常规空调和温湿度独立控制、热湿独立处理空调相比，结构上并不复杂，能耗和成本却相对较低。

由于可以通过热泵及热源塔实现吸湿溶液的温度、浓度调节，为进一步提高降温、除湿能力，空调工况时可通过降低溶液温度来增强毛细管与管外空气、室内壁面间的换热，提高空调供冷能力。当溶液温度低于空气露点温度时，毛细管壁周围空气可被冷却至露点温度或以下，空气中水蒸汽凝结在毛细管壁面，由于渗透压的作用，管壁外液态水可渗入毛细管内，由毛细管内溶液带走，从而避免了常规空调系统中，壁面凝露带来的问题。

同时，毛细管内溶液温度较低、空气中水蒸汽凝结在毛细管壁面时，凝结水在渗透压作用下进入毛细管形成阻尼渗透效应，使毛细管内压力升高，空调冷源的冷能(冷量火用)转化为吸湿溶液的压力能(压力火用)，这部分能量可以通过水力透平回收利用，降低溶液泵送能耗，因此，本发明的空调系统还具有能量回收功能，进一步提高了系统能效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明中毛细管与供液集管/回液集管的联结结构示意图；

图2是本发明的系统原理图；

图3是毛细管编织示意图。

图中1.联结接头侧壁，2.密封胶，3.联结接头孔板，4.毛细管，5.供液集管，6.联结接管，7.回液集管，8，14，18.过滤器，9，19.输送泵，10，16，21.三通阀，11.蒸发器，12.冷凝器，13.压缩机，15.膨胀阀，17.热源塔，20.换热器，22.水力透平。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1，本发明提供一种空间热湿环境控制装置，其基本组成是毛细管，如图1所示，毛细管4成束与联接接头连接，联接接头具有联结接头侧壁1和联结接头孔板，毛细管4的一端从联结接头孔板3内侧伸出，毛细管4与联结接头侧壁1之间，毛细管4与联结接头孔板之间以及毛细管之间用密封胶2压实、封填，以保持密封性和足够的联结强度。毛细管具有防水透气透湿特性，优选采用中空纤维渗透膜作为毛细管4，中空纤维渗透膜内侧疏水、外侧亲水。当然也可以采用其他防水透湿材料制作而成。

毛细管内通以温度较低的吸湿溶液在管内流动，毛细管与管外环境中的壁面、管外空气间以辐射、对流方式进行热质交换与传递，一方面可以消除湿内余热，降低室内温度，另一方面，室内空气中的水蒸汽又可通过毛细管壁面扩散、渗透进入毛细管内而被管内吸湿溶液吸收，从而又消除了室内余湿，维持室内热舒适，由于壁材的防水透气/透湿特性，毛细管内液体并不能透过壁面向外渗出。

如图2所示，若干毛细管组成毛细管束，毛细管束连接在供液集管5和回液集管7之间。供液集管5、回液集管7上有均匀分布的联结接管6，联结接管6与联结接头侧壁1密封联结，毛细管两端通过联结接头侧壁1与联结接头6的联结分别与供液集管5、回液集管7联结，形成供、回液回路。吸湿溶液由输送泵9送出，经过滤器8滤除颗料物等杂质后，进入供液集管5，再通过联结接管6分配至毛细管内，最后进入回液集管7，吸湿溶液在毛细管内流动，与室内空间环境之间进行热、湿交换，实现室内热湿环境的控制。

吸湿溶液的温度、浓度调节通过热泵及热源塔17实现。热泵为吸收式、蒸汽喷射式或吸附式。

热泵包括压缩机13、冷凝器12、干燥过滤器14、膨胀阀15以及蒸发器11。高温高压制冷剂从压缩机13排出，进入冷凝器12放热，加热溶液，冷凝为液体，经干燥过滤器14过滤去除颗粒物杂质和水分后，再经膨胀阀15节流降压，进入蒸发器11蒸发，从吸湿溶液中吸热，变为气体后被压缩机13吸入，压缩为高温高压气体后排出，再次进入冷凝器13冷凝放热。

热源塔17为一气、液热质交换装置，可为开式填料塔，溶液在塔内填料表面与外界环境空气接触，进行热质交换；也可为闭式塔，塔内布置防水透气材料制成的管束，溶液在管束内流动，与外界环境空气进行热、质交换。

空调工况下，吸湿溶液从回液集管7进入换热器20，与来自热源塔17的浓溶液换热后，进入冷凝器12，在冷凝器12中被加热后，经三通阀16(b端打开)进入水力透平22，在水力透平内膨胀作功、回收压力能后再进入热源塔17，在热源塔17内与外界环境空气进行热质交换，溶液被浓缩、再生后，从热源塔17底部流出，经过滤器18滤除杂质后由输送泵19送出，经三通阀21(a端打开)进入换热器20，与来自毛细管系统的溶液换热，温度降低后从换热器20流出，进入蒸发器11，在蒸发器11内被制冷剂冷却降温后，经三通阀10(a端打开)由输送泵9送出，进入毛细管系统，与室内环境进行热、湿交换，对室内环境进行热湿控制。

供热工况下，吸湿溶液从回液集管7流出后，先进入换热器20，从换热器20流出后再进入冷凝器12，在冷凝器12中被加热后，从冷凝器12流出，经三通阀16(a端打开)由输送泵9送出，经过滤器8滤除杂质后进入毛细管系统，与室内环境进行热、湿交换，对室内环境进行热湿控制；进入蒸发器11的溶液被制冷剂的蒸发吸热冷却，放出热量、温度降低后，经三通阀10(b端打开)进入热源塔，在热源塔内与外界环境空气进行热、质交换，从空气中吸热后，从热源塔17底部流出，经过滤器18滤除杂质后由输送泵19送出，经三通阀21(b端打开)进入蒸发器11，与蒸发器11内制冷剂换热，放出热量、温度降低后从蒸发器流出，经三通阀10(b端打开)再次进入热源塔17，在塔内与外界环境空气进行热、质交换，从空气中吸热后，从塔底流出。

为提高效率，扩大毛细管面积，毛细管可通过集管并联，形成毛细管网、毛细管席，毛细管网铺装于墙面、顶棚或地面，或悬挂于室内空间。夏季空调时，集管内通入低温的溴化锂或氯化锂等吸湿溶液，在溶液泵的驱动下，低温吸湿溶液在毛细管内流动，空气中的水蒸汽通过毛细管壁与毛细管内的溶液进行质交换、被溶液吸收外，毛细管网还以对流、辐射方式与室内环境进行热交换，吸收室内余热，维持室内热舒适。吸湿后的溶液经热泵冷凝器加热后，通过水力透平回收压力能后，进入热源塔，在热源塔内与外界空气进行热质交换，溶液被浓缩后，与来自毛细管的稀溶液换热，被预冷后，进入热泵蒸发器，被进一步冷却后，由泵送入室内毛细管网；冬季，溶液在热源塔内与外界空气进行热质交换，从空气中吸收热量后，进入热泵蒸发器。根据需要，毛细管网表面可以用透气材料予以装饰。

为进一步提高降温、除湿能力，空调时可通过降低溶液温度来增强毛细管与管外空气、室内壁面间的换热，提高空调供冷能力。当溶液温度低于空气露点温度时，毛细管壁周围空气可被冷却至露点温度或以下，空气中水蒸汽凝结在毛细管壁面，由于渗透压的作用，管壁外液态水可渗入毛细管内，由毛细管内溶液带走，从而避免了常规空调系统中，壁面凝露带来的问题。

此外，本实施例中利用水力透平22实现空调冷能及冷凝热的回收。吸湿溶液在冷毛细管内溶液温度较低、空气中水蒸汽凝结在毛细管壁面时，凝结水在渗透压作用下进入毛细管形成阻尼渗透效应，使毛细管内压力升高，空调冷源的冷能(冷量火用)转化为吸湿溶液的压力能(压力火用)，这部分能量可以通过水力透平回收利用，降低溶液泵送能耗，因此，本发明的空调系统还具有能量回收功能，进一步提高了系统能效。

实施例2，如图3所示，将毛细管4进行编织，以图3所示为例，两根供液集管5平行，两根回液集管7平行，而供液集管5与回液集管7垂直，第一根供液集管5与第一根回液集管7之间设有第一组毛细管，第二根供液集管5与第二根回液集管7之间设有第二组毛细管，第一组毛细管合第二组毛细管进行编制。当然，也可以设置更多组毛细管组，供液集管5与回液集管7之间也不限于垂直关系。通过毛细管的编制，一方面可以周期性改变毛细管流动通道几何结构和流动方向，强化毛细管内液体与毛细管壁面的传热、传质，同时也扩展了毛细管与室内空气接触面，有助于强化传热、传质，还可以形成一定纹理图案，起到装饰、美化效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。