基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统及应用的制作方法

1.本发明涉及深度除湿技术领域，尤其是一种基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统及应用。


背景技术：

2.热泵是一种能够高效集热并转移热量的装置，它通过消耗少量高品位能源，然后热力循环，把热量由低温移至中高温，具有明显的节能效果，并对于合理利用能源具有重要意义。跨临界二氧化碳热泵，由于其跨临界循环的特性，具有温度滑移大的特点，在供给高温热能方面具有超越常规热泵的性能。
3.在空气中，水蒸气的体积占比一般为0.01％～0.03％，虽然水蒸气含量很低，但湿度在很大程度上影响着人体的热舒适和工业中的生产工艺。在工业领域，潮湿空气能造成不容小觑的危害，在医疗、精密仪器等领域，湿度的控制要更加严格。除湿技术主要包括冷凝除湿、溶液除湿、转轮除湿及膜除湿。现有技术中，常规的除湿系统往往采用单一的除湿方式而无法达到深度除湿要求，在面对高湿环境时存在适应性差、除湿范围有限且低效等缺点。
4.目前，工业领域多采用转轮除湿技术满足空气湿度的调控要求。传统的转轮除湿技术具有除湿量大、无腐蚀性等特点，但是转轮除湿技术所需再生热源所需品味高，单位除湿量设备昂贵，存在再生能耗大，经济性低等缺点。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统及应用，目的是降低除湿能耗和提高除湿能效。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.本发明一方面，提供一种基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统，包括跨临界二氧化碳热泵和除湿转轮；
8.湿空气经所述跨临界二氧化碳热泵的冷端冷凝除湿后，进入除湿转轮的除湿区经吸附除湿后排出；
9.再生空气经所述跨临界二氧化碳热泵的热端加热升温后，进入除湿转轮的再生区以实现吸湿剂的再生。
10.进一步技术方案为：
11.所述再生空气经过测温和过滤后再经所述跨临界二氧化碳热泵的热端加热升温，升温后的空气再经测温，若温度满足吸湿剂的再生要求，则直接进入所述除湿转轮的再生区，若温度不满足吸湿剂的再生要求，则先经二次加热后再进入除湿转轮的再生区以实现吸湿剂的再生。
12.所述除湿转轮的再生区的入口端设有辅助再生加热器，用于对不满足吸湿剂再生要求的空气进行二次加热。
13.所述除湿转轮的再生区的出口端设有再生风机。
14.所述湿空气经过测温和过滤后再经所述跨临界二氧化碳热泵的冷端进行冷凝除湿，然后进入所述除湿转轮的除湿区经吸附除湿后，经过测温后排出。
15.所述除湿转轮的除湿区的出口端设有处理风机。
16.所述跨临界二氧化碳热泵包括蒸发器，回热器，气液分离器，压缩机，气体冷却器，膨胀阀和储液器；
17.制冷剂二氧化碳经所述压缩机压缩后形成跨临界的高温气体，经所述气体冷却器对所述再生空气进行加热，冷却后的二氧化碳气体经所述回热器进一步过冷，然后通过所述膨胀阀节流变成低压两相状态，再经所述储液器后进入所述蒸发器产生制冷作用，对所述湿空气降温至露点温度以下进行冷凝除湿，再经过所述回热器吸热，最后经过气液分离器分离后，二氧化碳气体再次进入压缩机，完成二氧化碳的跨临界循环。
18.本发明另一方面，提供一种所述的基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统在空气除湿中的应用。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明针对深度除湿要求和现有常规除湿方式能耗高的不足，将跨临界二氧化碳热泵与除湿转轮结合，分别利用跨临界二氧化碳热泵的蒸发器和除湿转轮对湿空气进行冷凝和转轮复合除湿，同时利用跨临界二氧化碳热泵高温热能对转轮再生空气加热，实现了高湿环境下的深度除湿，有效解决了传统除湿系统效能不足，耦合性低的问题。本发明还具有如下优点：
21.利用冷凝与转轮复合除湿，达到深度除湿的要求，拓宽了湿度处理范围与除湿系统适应性；
22.利用制冷剂二氧化碳跨临界循环，实现了二氧化碳热泵系统低温冷量和高温热能的充分利用，减少了再生能耗，大幅提升了除湿能效；
23.通过复合系统的联合运行，降低相同除湿能力下的系统总能耗和总投资。
附图说明
24.图1为本发明的系统结构示意图。
25.图中：1、第一温湿度传感器；2、第一过滤器；3、蒸发器；4、回热器；5、气液分离器；6、压缩机；7、气体冷却器；8、膨胀阀；9、储液器；10、除湿转轮；11、除湿区；12、再生区；13、第二温湿度传感器；14、处理风机；15、第三温湿度传感器；16、第二过滤器；17、第四温湿度传感器；18、辅助再生加热器；19、再生风机。
具体实施方式
26.以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
27.如图1所示，本实施例的基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统，包括跨临界二氧化碳热泵和除湿转轮10；
28.湿空气经跨临界二氧化碳热泵的冷端冷凝除湿后，进入除湿转轮10的除湿区11经吸附除湿后排出；
29.再生空气经跨临界二氧化碳热泵的热端加热升温后，进入除湿转轮10的再生区12
以实现吸湿剂的再生。
30.具体的，跨临界二氧化碳热泵的冷端与除湿区11入口、除湿区11出口与有除湿需求的环境之间分别通过管路连接；跨临界二氧化碳热泵的热端与除再生区12入口、再生区12出口与外部环境之间分别通过管路连接。
31.上述实施例中，跨临界二氧化碳热泵的冷端的进口端设有第一温湿度传感器1、第一过滤器2，除湿转轮10的除湿区11的出口端设有第二温湿度传感器13和处理风机14。
32.处理风机14驱动下，湿空气经过第一温湿度传感器1测温和第一过滤器2过滤后再经跨临界二氧化碳热泵的冷端进行冷凝除湿，然后进入除湿转轮10的除湿区11经吸附除湿后，经过第二温湿度传感器13测温后排出。
33.上述实施例中，跨临界二氧化碳热泵的热端的进口端设有第三温湿度传感器15、第二过滤器16，跨临界二氧化碳热泵的热端的出口端设有第四温湿度传感器17，除湿转轮10的再生区12的入口端设有辅助再生加热器18，再生区12的入口端设有再生风机19。
34.再生风机19驱动下，再生空气经过第三温湿度传感器15测温和第二过滤器16过滤后，再经跨临界二氧化碳热泵的热端加热升温，升温后的空气再经第四温湿度传感器17测温，经第四温湿度传感器17监测再生空气温度是否满足转轮再生要求，若满足要求，则关闭辅助再生加热器18，再生空气直接经过再生区12，吸收转轮硅胶吸湿剂中的水分完后转轮再生过程，再生空气温度降低湿度增大，最后排至外界环境；若再生空气温度不能满足转轮再生要求，开启辅助再生加热器18，再生空气经第四温湿度传感器17后，由辅助再生加热器18加热至所需再生温度通过再生区12，吸收转轮硅胶吸湿剂中的水分完后转轮再生过程，再生空气温度降低湿度增大，最后排至外界环境。
35.上述实施例中，跨临界二氧化碳热泵包括蒸发器3，回热器4，气液分离器5，压缩机6，气体冷却器7，膨胀阀8和储液器9。
36.制冷剂二氧化碳经压缩机6压缩后形成跨临界的高温气体，经气体冷却器7对再生空气进行加热，冷却后的二氧化碳气体经回热器4进一步过冷，然后通过膨胀阀8节流变成低压两相状态，再经储液器9后进入蒸发器3产生制冷作用，对湿空气降温至露点温度以下进行冷凝除湿，再经过回热器4吸热，最后经过气液分离器5分离后，二氧化碳气体再次进入压缩机6，完成二氧化碳的跨临界循环。
37.即气体冷却器7作为跨临界二氧化碳热泵的热端对再生空气加热，蒸发器3作为跨临界二氧化碳热泵的冷端，将湿空气冷却至露点温度以下，析出大于饱和含湿量的水汽，降低湿空气的绝对含湿量，达到高效除湿的目的。
38.上述实施例中，除湿转轮10由驱动装置驱动旋转，转轮上的吸湿剂采用硅胶吸湿剂。除湿转轮10的除湿区11和再生区12的面积比优选为7：3。
39.除湿转轮10在除湿过程中不断转动，待硅胶吸湿剂变成饱和状态后，转到再生区时进行再生。经气体冷却器7(必要时再经辅助再生加热器18)加热后，再生空气进入再生区，在高温状态下吸湿剂中水脱附，再生空气温度降低湿度增大，最后排至系统外部。通过跨临界二氧化碳热泵充分利用高温热能，减少了再生加热能耗，通过上述方式，吸湿剂吸附水分和被干燥的过程往复进行。
40.本技术针对深度除湿要求和现有常规除湿方式能耗高的不足，将冷凝除湿和转轮除湿相结合的复合除湿系统，可以进行大风量的深度除湿，除湿范围广，除湿效率高。相比
于传统的除湿系统，充分利用了跨临界二氧化碳热泵的高温热能，进一步提高了系统能效。
41.本技术实施例还提供一种所述的基于跨临界二氧化碳热泵再生的复合除湿系统在空气除湿中的应用。
42.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。