专利名称：同时除湿和降温的空气调节方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同时除湿和降温空气调节方法和设备，即利用除湿液除湿，同时利用压缩式热泵冷却除湿液，进而使除湿液在除湿的同时，冷却空气；压缩式热泵排出的冷凝热用于除湿液的再生。该设备包括压缩机、除湿(冷却)器、再生器、蒸发热交换器、冷凝热交换器及膨胀阀等。
现有的空气调节方法分为两种情形一种是先将空气冷却到露点，再沿饱和线除湿，此后一般还需再热空气。如
图1中1→2→3→4所示。另一种是采用固体或液体除湿法，先将空气等焓除湿或非完全等焓除湿；再采用间接蒸发冷却和(或)外来的冷源使空气等湿降温，或者再采用直接蒸发冷却加湿降温。如图2中5→6(6’)→7→8所示。
专利文献“空气调节方法及其设备”(中国专利97115278.0)和“空气调节(制冷和制热)方法及其设备”(中国专利01141371.9)涉及的液体除湿方法及设备具有等温除湿或近等温除湿的特征。如图3中9→10(10’)所示。与前述等焓除湿或非完全等焓除湿相比，等温除湿或近等温除湿过程中温度不升高或略有升高，但仍未实现降温。其中“空气调节(制冷和制热)方法及其设备”(中国专利01141371.9)由于采用了多级分段“微分除湿”，其等温除湿过程较易实现。
上述两种情形及上述专利均未实现同时除湿和降温。对于前一种情形，是先降温，再除湿，一般还需再升温。其最大的缺点是热和湿不能独立处理，除湿能力不强，除湿效率较低；要求的除湿温度低，往往需要对空气再热，这既增大了热负荷，又降低了能效比，还需多余的再热能量。对于后一种情形及上述专利，由于没有降温冷却，其再生温度高。由于除湿和降温在不同的设备内进行，导致设备复杂程度增加。其除湿液的再生均需要一套加热系统。
专利文献“除湿器装置”(中国专利98811237.X)披露了一种同时除湿与降温的设备。该设备含有除湿器，再生器和压缩热泵等。除湿器利用经压缩热泵蒸发器冷却的除湿液处理空气，空气同时得到除湿和降温。再生器利用压缩热泵的冷凝热再生除湿液。该设备的缺陷在于除湿器和再生器中均未形成均匀的传热传质梯度，即未实现逆流传热传质，使得其除湿和降温的潜力未得到充分利用，其除湿和降温的幅度有限，如图4中11→12所示。
本发明的目的是提供一种能够同时除湿降温的空气调节方法和设备，以获得能满足空调温度、湿度及空气质量的空气。本发明涉及的方法和设备具有除湿、降温、热和湿独立处理及空气净化等功能。本发明的蒸发热交换器、冷凝热交换器的除湿液与制冷剂易于实现高效换热，而对于难以换热的空气与液体的换热，则采用了气液直接接触的方式实现高效换热。本发明的除湿冷却器和再生器具有基本相同的结构，具有如下显著特征多级分段“微分除湿”和“微分再生”，气液直接接触传热传质，充分的逆流传热传质，除湿冷却器融除湿和降温为一体，无需任何外来的冷却空气和冷却水，再生器利用压缩热泵的冷凝热再生，因而无需任何外来的热源。本发明的压缩热泵采用非共沸混合工质，与除湿(冷却)器和再生器多级分段“微分除湿”和“微分再生”相对应。
一种同时除湿和降温的空气调节方法，利用液体除湿，压缩热泵降温，并利用压缩热泵冷凝热再生除湿液。其特征在于所述的液体除湿方法为将除湿冷却器分为若干段，每段填充有多孔介质，并在段和段之间留有空隙。通过溶液泵或其它方法将不同温度和浓度的溶液分布在各段多孔介质的表面，使各段之间形成一定的浓度和温度梯度。空气流过多孔介质的表面，依次与不同温度和浓度的溶液接触，空气中水蒸汽在溶液表面凝结，被逐渐干燥并得到冷却。另一种液体除湿方法为除湿器的若干段用气液分离器分开，在每段中分别喷淋不同温度和浓度的溶液，使各段之间形成一定的浓度和温度梯度。空气依次流过除湿器的各段，与分布在各段空间中的喷淋液滴的表面相接触，空气中水蒸汽在液滴表面凝结，被逐渐干燥并得到冷却。所述的溶液再生方法为再生器有与除湿器相同的多级分段结构，溶液与空气也是直接接触进行传热传质。所不同的是传质传热过程的方向相反，即溶液中的热量与水分逐渐向空气中转移，空气被逐渐加热加湿，溶液被逐渐浓缩并降温。所述的压缩热泵循环为压缩热泵采用非共沸工质，其蒸发和冷凝均是在一个温度区间内进行的。在蒸发侧，工质按照温度对应的原则依次与不同温度的溶液进行换热，溶液得到冷却。在冷凝侧，工质同样按照温度对应的原则依次与不同温度的溶液进行换热，溶液得到加热。
一种同时除湿和降温的空气调节设备，如图5所示，包括风机(图中未示出)、多级泵(图中未示出)、除湿(冷却器)13、再生器14、冷凝热交换器15、蒸发热交换器16、溶液热交换器17、压缩机18、膨胀阀19及空气预热器(图中未示出)等。其中15、16、18、19、20等构成压缩式热泵。冷凝热交换器15与再生器14相连，两者之间有溶液的循环。空气预热器也与再生器14相连，两者之间有空气的联系。蒸发热交换器16与除湿(冷却)器13相连，两者之间有溶液的循环。冷凝热交换器15与蒸发热交换器16通过溶液热交换器17相连。
图1为常规空气调节的空气处理焓湿2为固体(或液体)除湿冷却的空气处理焓湿3为等温或近等温液体除湿的空气处理焓湿4为压缩热泵驱动的液体除湿降温的空气处理焓湿5本发明的一种典型实现形式图6除湿(冷却)器(再生器)的二种结构图7本发明空气处理焓湿8除湿(冷却)器的传热梯度分布图9除湿(冷却)器的传质梯度分布图10蒸发热交换器的传热梯度分布由图5可知，本发明牵涉到两个循环，即压缩热泵循环和液体除湿及再生循环，两者复合。同时也牵涉到三种工作物质，即制冷剂、除湿液和空气。图中短划线为制冷剂，细实线为液体除湿剂，点划线为空气。非共沸的制冷剂流过蒸发热交换器，依次与相互隔离的不同温度和浓度的除湿液换热，除湿液得到冷却，冷却后的除湿液能过多级泵分别输送到除湿(冷却)器的各段中(I-V)，图中标出了5段，但不限于5段，以3-6段为宜。多级泵分为相互隔离的多级，每级有一个进液管和一个出液管，各级之间液体不发生混合。多级泵用一个电机驱动。在除湿冷却器中，空气依次经过各段，通过填料或溶液喷淋(如图6所示)与除湿液接触，实现除湿和降温，如图7中31→32所示。除湿冷却器分为若干段，其传热、传质梯度分布如图8、图9所示。蒸发热交换器中的传热梯度分布如图10所示。
从蒸发交换器中流出的制冷剂，流过压缩机压缩，进入空气预热器和冷凝热交换器，在空气预热器中，对进入再生器的空气进入预热。在冷凝热交换器中，制冷剂依次与相互隔离的不同浓度与温度的除湿液换热，除湿液被加热后通过多级泵输送到再生器中，除湿液得到再生。再生器与除湿(冷却)器有相同的结构，其传热传质梯度分布与除湿冷却器类似，冷凝交换器中的传热梯度分布与蒸发热交换器类似。
本发明的另一种情形是不采用非共沸工质，采用普通工质，除湿冷却器和再生器各段中的除湿液的温度相同或相近，但各段中除湿液的浓度不同。
本发明的另一种情形是用吸收式热泵或其它热泵替代压缩式热泵。
本发明的另一种情形是再生器不采用与除湿(冷却)器相同的多级分段结构，而采用任何其它的结构。
本发明的另一种情形是再生器可使用其它的辅助热源。
在图6-A中，20为外壳，21为溶液分布装置，22为填料，分为若干段，在段与段之间有微小的间隙，将除湿(冷却)器分为若干段。填料表面分布有均匀的液膜。23为进气口，24出气口。
在图6-B中，25为外壳，26为喷淋管，27为气液分离器，气液分离器将除湿(冷却)器分为若干段，28为喷淋液，29为进气口，30为出气口。
在图7中，空气得到干燥与冷却，即31→32，32的焓值低于室内空气的焓值，即32状态点的空气具有室内净制冷能力。而图4中12的焓值与室内焓值相当或略低，其主要制冷能力体现为对新风的制冷能力。
图8为除湿(冷却)器中温度梯度分布，A为空气温度，LM为除湿液最高温度，Lm为除湿液最低温度，LA为除湿液平均温度。t为温度，I-V分别对应不同段。除湿(冷却)器中基本形成逆流的传热分布。
图9为除湿(冷却)器的浓度梯度分布，a为空气中水蒸汽分压，1M为除湿液对应的最高水蒸汽分压。1m为除湿液对应的最低水蒸汽分压。1a为除湿液对应的平均水蒸汽分压。p为水蒸汽分压，I-V分别对应不同段。除湿(冷却)器中基本形成逆流传质分布。
图10为蒸发热交换器中的传热梯度分布，R为制冷剂温度。LM为除湿液最高温度，Lm为除湿液最低温度，LA为除湿液平均温度。t为温度，I-V分别对应不同段。蒸发热交换器中基本形成逆流传热分布。
权利要求
1.一种液体除湿方法和设备，其特征在于除湿器13采用多级分段(≥2)结构，空气经过除湿器，分别与不同浓度和(或)温度的除湿液接触，空气被干燥。
2.如权力要求1所述的方法，其特征在于再生器14采用多级分段(≥2)结构，空气经过再生器，分别与不同浓度和(或)温度的除湿液接触，除湿液被再生。
3.如权力要求1、2所述的方法，其特征在于除湿器和再生器中的气液接触是通过填料或除湿液喷淋来实现的。
4.如权力要求1、2、3所述的方法，除湿器和再生器中的溶液循环是通过多级泵来实现的。多级泵的特征在于多级泵分为相互隔离的多级，每级有一个进液管和一个出液管，各级之间液体不发生混合。多级泵用一个电机驱动。
5.如权力要求1、2、3所述的方法其特征在于除湿液进入除湿器前预先被冷却，在除湿器中吸热并冷却处理空气。
6.一种空气调节方法其特征在于采用上述权力要求所述的方法处理空气，并采用热泵回收除湿和(或)冷却过程中产出的热量再生除湿液。
7.如权力要求6所述的方法其特征要于除湿液在进入再生器前，被预先加热，热的除湿液在再生器中蒸发水分，被浓缩。
8.如权力要求6、7所述的方法，其特征在于空气在进入再生器前，先被预热。
9.如权力要求6、7、8所述的方法，其特征在于除湿器与再生器之间的溶液交换须经过溶液热交换器，实现换热。
10.如权力要求6、7、8、9所述的方法，其特征在于除湿器中浓溶液段(I)与再生器中的浓溶液段(I’)相连接，除湿器中的稀缩液段(V)与再生器中的稀溶液段(V’)相连接。
11.如权力要求5、6、7、8、9所述的方法，其特征在于，热泵为压缩式热泵，且采用电驱动。
12.应用上述权力要求所述方法的设备，其特征在于包括风机、多级泵、除湿(冷却)器13、再生器14、冷凝热交换器15、蒸发热交换器16、溶液热交换器17、压缩机18、膨胀阀19及空气预热器等。其中15、16、18、19、20等构成压缩式热泵。冷凝热交换器15与再生器14相连，两者之间有溶液的循环。空气预热器也与再生器14相连，两者之间有空气的联系。蒸发热交换器16与除湿(冷却)器13相连，两者之间有溶液的循环。冷凝热交换器15与蒸发热交换器16通过溶液热交换器17相连。
全文摘要
本发明涉及一种同时除湿和降温空气调节方法和设备，即利用除湿液除湿，同时利用压缩式热泵冷却除湿液，进而使除湿液在除湿的同时，冷却空气；压缩式热泵排出的冷凝热用于除湿液的再生。该设备包括压缩机、除湿(冷却)器、再生器、蒸发热交换器、冷凝热交换器及膨胀阀等。本发明同时涉及一种多级分段的除湿(冷却)器和再生器，实现逆流传热传质，提高效率。
文档编号F24F3/147GK1428564SQ0113860
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者袁一军 申请人:袁一军