一种船舶余热驱动的循环再生转轮除湿空调系统及优化方法与流程

本发明涉及转轮除湿和余热利用技术领域，具体涉及一种船舶余热驱动的循环再生转轮除湿空调系统及优化方法。

背景技术：

船舶密闭舱室内空气温度、相对湿度较高，较高的湿度易引起船体腐蚀、降低电缆绝缘性能，造成严重的安全隐患，因此亟需深度除湿设备控制舱室内的空气湿度。目前，船舶舱室大气环境控制系统中通常采用空调除湿和海水直接冷凝除湿两种方式，其原理为当换热器表面温度低于空气露点温度时，空气中的水分析出，但降低空气温度会导致除湿能耗增加。

应用转轮除湿技术既能达到深度除湿效果，又可以回收利用船舶余热，显著降低除湿过程能耗。而船舶航行过程中存在大量中、高品位的余热，例如柴油主机、柴油发电机和辅助锅炉等，其中柴油主机的排烟温度普遍在400℃左右，约占总输入热量的30％，常规空调除湿系统对船舶余热的利用率较低。专利cn203940546u和cn202216343u公开了两种转轮除湿系统，均将船舶余热作为除湿转轮的再生热源，降低了除湿能耗，但其中再生风由舱室回风和新风混合加热获得，不适用于密闭舱室。因此，需要对船舶舱室转轮除湿系统再生风源进行改进，由部分舱室回风直接回收余热并循环作为再生风，并通过参数优化提高除湿效果。

基于上述，有必要开发一种利用船舶余热并提高除湿效果的内部循环转轮除湿系统及优化方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种船舶余热驱动的循环再生转轮除湿空调系统及优化方法，其中舱室回风分流一股空气作为再生风，它可以通过调节再生风的分流比例，提高系统除湿效果，同时能够有效利用船舶余热，降低转轮除湿空调系统的能耗，提高能源利用率；再生风经过空气换热器进行加热后进入转轮再生区，空气换热器中的热量来自船舶余热，其中余热量决定最佳分流比例；最终冷却后的空气送回舱室完成内部循环。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用船舶余热的循环再生转轮除湿空调系统，船舶舱室的出风口与三通阀相连，三通阀分别和除湿转轮、空气换热器的进风口通过风管串接，所述的除湿转轮包括除湿区和再生区，三通阀和除湿区的进风口通过风管串接，除湿区的出风口和冷凝装置的进风口通过风管串接，空气换热器的出风口和再生区的进风口通过风管串接，其中再生区的进风口装有压力补偿器，再生区的出风口和冷凝装置的进风口通过风管串接，冷凝装置的出风口和船舶舱室进风口通过风管串接，储水箱用于收集冷凝后的水并待其冷却后重新作为冷凝水使用。

所述的船舶舱室的出风口和三通阀通过风管串接。

所述的除湿转轮上设置有为其提供动力的转轮电机，除湿转轮通过齿轮或皮带与所述电机连接。

所述的除湿转轮的除湿材料须具有耐高温、较好吸水性能的特点，如硅胶、分子筛等。

所述的除湿转轮的转速为8-12r/h。

所述的除湿转轮的再生风度为130～180℃，湿空气最佳分流比为50％～70％。

所述系统的空气分流比采用更精准的电控调节阀调控，即三通阀为控制更精准的电控阀门。

所述系统的湿空气最佳分流比以测量转轮除湿区出风口的含湿量与分流比乘积为标准，当乘积达到极值时分流比达到最佳。

所述除湿转轮除湿区和再生区由于空气压力较大导致串风，需在再生区进风口增设压力补偿器使两区域压力达到平衡。

所述的空气换热器利用船舶设备产生的废热对再生风进行加热。

所述的冷凝装置端部设置有用于提供冷凝水的水泵。

所述的冷凝装置可采用板式换热器，其具有换热效率高、占地面积小、使用寿命长等特点，使冷凝水和高温空气分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

所述的转轮除湿系统为闭式循环结构，冷凝后的空气送回舱室。

使用时，通过三通阀对来自舱室的高温高湿空气进行分流，一股经过转轮除湿区除湿，另一股经过空气换热器被加热，不断调控换热量使空气换热器出口空气温度逐渐达到转轮除湿剂的再生温度，测量转轮除湿区的出口空气含湿量和三通阀的分流比例算出当前分流比例下的系统除湿效果，不断调控三通阀的分流比例算出不同工况下的除湿效果，比较得出最优除湿效果下对应的最佳分流比例。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明船舶舱室回风分流一股空气作为再生风，可以通过调节再生风的分流比例，提高系统除湿效果，同时能够有效利用船舶余热，降低转轮除湿空调系统的能耗，提高能源利用率；再生风经过空气换热器进行加热后进入转轮再生区，空气换热器中的热量来自船舶余热，其中余热量决定最佳分流比例；最后冷凝后的空气送回舱室完成循环。综上，本发明通过回收船舶设备的丰富余热作为除湿转轮的再生热源，可显著降低船舶空调系统的除湿能耗；本发明可根据余热品位及数量灵活调控再生风的分流比例，使系统达到最佳除湿性能。

附图说明

图1是本发明的系统流程原理图。

其中，1、船舶舱室；2、水泵；3、冷凝装置；4、三通阀；5、除湿转轮；5-1、除湿区；5-2、再生区；6、转轮电机；7、空气换热器；8、压力补偿器；9、储水箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明是一种利用船舶余热的循环再生转轮除湿空调系统，它包括船舶舱室1、水泵2、冷凝装置3、三通阀4、除湿转轮5、转轮电机6、空气换热器7，压力补偿器8，储水箱9。

船舶舱室1的出风口和三通阀4通过风管串接，转轮电机6和除湿转轮5通过齿轮或皮带串接，三通阀4分别和除湿转轮5的除湿区5-1、空气换热器7的进风口通过风管串接，除湿转轮5除湿区5-1的出风口和冷凝装置3进风口通过风管串接，空气换热器7的出风口和除湿转轮5再生区5-2的进风口通过风管串接，再生区5-2的进风口装有压力补偿器8，再生区5-2的出风口和冷凝装置3的进风口通过风管串接，冷凝装置3的出风口和船舶舱室1进风口通过风管串接，冷凝装置3的入水口和水泵2出水口通过水管串接。

本发明的工作原理：

来自船舶舱室1的回风进入转轮除湿空调系统后，首先通过三通阀4调节分流，一股空气进入除湿转轮5的除湿区5-1，除湿通道上的干燥剂对湿空气进行除湿，除湿后的空气进入冷凝装置3冷却；另一股空气进入空气换热器7被加热，空气换热器7中的热量来自船舶余热，被加热后的空气进入除湿转轮5的再生区5-2，实现干燥剂的脱附再生，再生区出口的高湿空气进入冷凝装置3进行冷却，冷凝装置3中的冷凝水由水泵2提供，冷却后的两股空气送回舱室1实现闭式循环，储水箱9收集冷凝后的水，待其冷却后重新作为冷凝水使用。

本发明通过回收利用船舶设备运行产生的余热作为转轮再生热源。舱室回风分流一股空气被空气换热器7加热后，作为再生风进入转轮再生区5-2，其中空气换热器7中的热量来自船舶余热。

利用船舶余热的转轮除湿空调系统可显著降低舱室空气除湿能耗，通过余热量调整再生风的最佳分流比例进而提高除湿效果；系统中再生风由舱室回风直接分流而得，使系统流程更简化。

本发明的工作过程包括舱室空气的除湿过程和转轮干燥剂的再生过程。

舱室回风的除湿过程：舱室的高湿空气进入转轮除湿空调系统后，通过三通阀4分为两股空气，一股空气进入转轮的除湿区5-1进行除湿，转轮干燥剂对湿空气中的水分进行吸附，除湿后的空气进入冷凝装置3。

转轮干燥剂的再生过程：分流后的另一股空气被空气换热器7加热，空气换热器7中的热量来自船舶余热，湿空气达到转轮干燥剂再生所需的温度后，进入转轮的再生区5-2，对吸湿量达到饱和的干燥剂进行加热，完成干燥剂的脱附再生过程，再生后的空气进入冷凝装置。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：

取典型工况下温度为35℃、相对湿度90％的舱室湿空气风量为1，1-γ部分进入除湿转轮被除湿，γ部分先经空气换热器7进行加热，空气换热器7出口空气温度为180℃，然后进入转轮再生区实现转轮再生，最后两部分空气经过冷凝装置3冷却至25℃，最终返回船舶舱室。可计算出该工况下分流系数γ为何值时转轮系统除湿能力达到最优。

舱室空气含湿量d1＝33.13g/kg，25℃时的饱和湿空气含湿量d0＝20.32g/kg，系统分流系数为γ。

该系统利用转轮材料的深度除湿能力，获得湿度较低的空气。而再生后的高温空气，其除湿仍需要在海水冷凝装置中完成，该股气流的除湿效果与常规除湿系统相同。故系统除湿能力的评价指标为转轮系统的除湿率：

表1转轮系统不同分流系数条件下的除湿率

由表1可知该工况下的最佳分流系数γopt约为67％，使得转轮系统除湿能力达到最大。

当再生风温度变化时，最佳分流系数的变化如表2所示。

表2不同再生风温度下的最佳分流系数

所述系统中除湿转轮的再生风温度为130～180℃，湿空气最佳分流系数为50％～70％。

因此，需要根据待处理舱室空气的含湿量、船舶设备余热量，灵活调节阀门开度，以获得最佳分流系数。