专利名称：一种溶液调温调湿空气处理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于能源工程技术领域，涉及一种溶液调温调湿空气处理系统，将溶液与
空气直接接触所实现的高效传热传质过程与热管节能技术、热泵节能技术有机结合，实现对空气进行调温调湿处理的高效节能系统。
背景技术：
空气处理系统广泛应用于工业、农业、商业及人们家庭生活等领域。如工农业生产过程中广泛应用的对流干燥过程，空气处理系统是其干燥动力源，每年用于干燥动力源的空气处理系统的能耗相当巨大；再如工业、商业领域的中央空调、人们家庭生活所用的各类空调也是空气处理系统，其能耗也非常巨大，据统计，2002年我国建筑能耗总量达3. 5亿吨标准煤，占社会总能耗的27.6% ;而其中全国各电网空调制冷负荷达4500X10lW，相当于2. 5个三峡电站的满负荷能力。随着国家建设的发展和人民生活水平的提高，建筑能耗所占比例还将持续大幅增长，按发达国家的经验，最终将达到总社会能耗的35%左右。预计到2020年，全国制冷电力高峰负荷比2010年还要再翻一番，相当于10个三峡电站的满负荷能力。建设每千瓦的电站和电网设施，平均约需8千元人民币的投资，也就是说，如果空调负荷全靠电力，那么电力建设总投资将高达1.4万亿元人民币左右。同时，燃煤发电也对资源与环境造成严重的影响，包括COx、 SOx、 NOx以及尘埃的排放、城市空调造成的热岛效应、噪声污染等，都危及到经济社会的可持续发展；未来，空气处理系统的方式必须革新；新型空调必须能够满足经济、社会、人与环境协调发展的要求。温度和湿度是空调过程必须控制的两个最重要参数。人们往往误以为空调只是调温，实际上，过高或过低的湿度都会使人体产生不舒适感，影响建筑环境质量。在一定温度下，降低湿度会使人们感觉更加凉爽、干燥和舒服，衣服穿着也更加舒适，人们主观上还会感到空气更加新鲜。此外，过高的湿度也是某些工业生产所不允许的，档案、烟草、军工等工业部门，以及地下或半地下建筑物内根据不同途径，对除湿有很高要求，特别是在纺织、医药等行业，空气相对湿度对生产过程中产品质量及产品储存会产生很大影响。所以除湿或加湿是空调过程的重要内容。除湿或加湿是一项高能耗工作，因为尽管空气中的水蒸气含量很少，每千克空气中只含有几十克水蒸气，但是由于水的汽化潜热很高，除湿或加湿的能耗要占到空调总能耗的20% 40%。所以研究开发高效节能的除湿与加湿技术，对全社会的能源与环境具有重要意义。
在现有的空气处理系统中，最重要的四个过程是冷却、除湿、加热和加湿过程，四个过程中除湿过程是最难以实现和能耗最大的过程。传统的空调方式通过对空气进行降温除湿处理，来去除室内显热负荷和潜热负荷，这种空调方式虽然能提供舒适的室内环境，但存在三个方面的弊端(l)传统空调方式对空气进行冷却和除湿联合处理，使本来可以利用高温冷源排走的热量与除湿一起共用低温冷源，造成能源利用品位上的浪费，这种浪费在空调湿负荷较大的热湿地区尤为突出；(2)对空气进行热湿联合处理时，热湿比只能在一定范围内变化，很难满足实际需要；当热湿比不满足需要时，通常牺牲对湿度的控制，只是满足所需的温度要求，从而造成空气相对湿度过高或过低，损害了空调房间的热舒适性；(3)传统空调利用冷却表面对空气进行降温除湿，而冷却表面潮湿或积水，容易滋生细菌和霉菌，造成空调送风品质下降。特别是我国在经历"SARS"(非典型肺炎)后，传统的空调方式受到人们质疑，全新风空调概念开始受到重视，增加新风的要求也对除湿技术提出了更高的要求，节能的、可靠的、小型化的独立除湿技术成为工业界和学术界的研究方向。液体调温调湿空气处理系统，从保护环境、节约能源等方面来看是一种很有发展潜力的绿色空调方式，也是目前业界专家正在探讨和研究的课题。溶液与空气直接接触所实现的高效传热传质过程不仅能够实现对空气的除湿，而且只要合理控制和调节除湿液体的温度和浓度，还能够实现对空气的降温、加湿、加热等过程；但采用何种系统才能够充分利用上述溶液与空气直接接触时发生高效传热传质过程的如此众多优势，从而实现高效节能的液体调温调湿空气处理过程。目前，有关液体除湿领域的研究工作在国内外很活跃。但纵观近几十年来的研究情况，绝大多数工作都是集中在特定部件、特定工况下的研究或实验，如除湿溶液的热物性，除湿器的除湿性能，再生器的再生能力，空气和除湿剂的流量比等等，而且理论研究较多，实验验证较少，对此类系统的整体性描述和整体性能的综合权衡做得更少，对系统循环形式和优化设计方面始终没有重大的突破。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种实现高效节能的溶液调温调湿空气处理系统。 为了实现上述目的，本发明将空气循环子系统、N级溶液处理子系统、溶液流动与储存子系统、M级溶液再生子系统、P级热管回热子系统、热泵供冷或供热子系统、L级(或L+l级)空气冷却塔子系统、冷却水循环流动子系统、温度控制子系统和湿度控制子系统与低温辅助热源有机连通组合为一体式溶液温调湿空气处理系统；其中，1《N《20， N = M=P = L ;空气循环子系统与N级溶液处理子系统组成本体功能区；溶液流动与储存子系统、M级溶液再生子系统、P级热管回热子系统及低温辅助热源组成溶液再生功能区；热泵供冷或供热子系统、L级(或L+l级)空气冷却塔子系统、冷却水循环流动子系统及低温辅助热源组成辅助功能区；温度控制子系统与湿度控制子系统组成控制功能区；本体功能区完成溶液对空气的调温调湿处理过程，即空气循环子系统中的回风与补充新风混合后，进入N级溶液处理子系统，混合空气与N级溶液处理子系统中的溶液直接接触实现高效的传热传质过程，使混合空气的温度、湿度处理到供风状态，由送风机送入空调房间或干燥室吸收热负荷与湿负荷后，部分空气由排风风机排出，另一部分由回风风机送入进风道与补充新风混合，再次进入N级溶液处理子系统，如此循环往复，实现对空气的调温调湿处理；溶液再生功能区完成对吸湿后形成的稀溶液的浓縮再生过程，由溶液流动与储存子系统将N级溶液处理子系统中流出的稀溶液送入M级溶液再生子系统中，在M级溶液再生子系统中，稀溶液与经过P级热管回热子系统的冷凝器预热，又经低温辅助热源加热后的热空气逆向流动，通过直接接触的方式完成传热传质过程后，稀溶液中的部分水分蒸发到空气中形成浓溶液，再由溶液流动与储存子系统送回到N级溶液处理子系统，形成一个循环不断的溶液再生过程；辅助功能区为本体功能区提供必要的冷、热源，其中L级或L+l级空气冷却塔子系统与冷却水循环流动子系统组合为本体功能区及热泵供冷子系统提供冷却水，热泵供冷或供热子系统根据季节需要为本体功能区提供冷量或热量；控制功能区完成本体功能区的温度与湿度控制，温度控制子系统和湿度控制子系统分别完成本体功能区的温度和湿度控制。 本发明作为干燥动力源时，还可以增加Q级热管回热子系统(1《Q《20)，即在空气处理段的N级溶液处理子系统前后串联布置Q级结构相同的热管回热子系统，按空气处理段的空气流动方向为准，N级溶液处理子系统前布置热管蒸发器，N级溶液处理子系统后布置热管冷凝器，该Q级热管回热子系统将N级溶液处理子系统前空气的热能回收起来，使进入N级溶液处理子系统前的空气得到预先冷却，有利于提高去湿过程效率，回收起来的热能再用于加热N级溶液处理子系统处理后的空气，使送风温度提高。
本发明按既有新风、又有回风、还有排风的通用型空气处理系统进行设计，或按无回风的全新风空气处理系统进行设计，此外在特殊场合，如作为干燥动力源时，按无新风、无排风的全回风系统进行设计。 本发明的溶液处理子系统是一个或多个，当溶液处理子系统为一个时，为单级溶液处理子系统；当溶液处理子系统为多个时，为多级溶液处理子系统。 本发明的溶液再生子系统是一个或多个，当溶液再生子系统为一个时，为单级再生子系统；当溶液再生子系统为多个时，为多级溶液再生子系统。 本发明热管回热子系统是一个或多个，当热管回热子系统为一个时，为单级热管回热子系统；当热管回热子系统为多个时，为多级热管回热子系统。 本发明的空气冷却塔子系统是一个或多个，当空气冷却塔子系统为一个时，为单
级空气冷却塔子系统；当空气冷却塔子系统为多个时，为多级空气冷却塔子系统。 本发明的N级溶液处理子系统能够同时实现对空气的调温调湿过程，使湿度调节
与温度调节过程合二为一。 本发明的再生功能区的空气在进入M级溶液再生子系统前，先采用P级热管回热子系统的冷凝器预热，然后再经低温辅助热源加热，使再生功能区的进口空气为具有较高温度的热空气，减少或避免再生过程中高温溶液对空气的传热，使溶液在再生过程中始终保持较高的温度，从而具有更大的传质驱动力；降低溶液再生温度，使再生过程能够采用更低温度的低温辅助热源；由于从M级溶液再生子系统排出的空气先进入P级热管回热子系统的蒸发器，热量被热管回热子系统回收，并用于预热再生空气，故不会因为再生过程中空气温度较高而弓I起热能损失。 本发明的L级或L+1级空气冷却塔子系统将室外空气冷却塔与排风冷却塔串联起来，采用直接接触的传热传质过程，冷却水达到与其接触的空气湿球温度；有效利用室外空气的自然冷能(包括由于湿球温度低而产生的传质过程冷能)和排风冷能(包括由于排风湿球温度低而产生的传质过程冷能)。 本发明的N级溶液处理子系统及M级溶液再生子系统的内部结构是填充床式、填料塔式、喷淋室式或喷淋盘管式；填料塔式内的填料是规整型填料或散装填料；根据性价比最优原则确定具体内部结构和材料。 本发明的控制系统通过调节除湿溶液的温度来调节供风温度，通过调节进入除湿器的浓溶液流量大小调节供风相对湿度；通过调节送风风量、改变气液流量比方式实现对空调区域的湿度或温度调节。 本发明的热泵供冷或供热子系统在进行供冷工作时，由L级或L+l级空气冷却塔子系统所提供的冷却水为热泵冷凝器提供冷量，其温度较大幅度地低于室外空气的干球温 度，可提高热泵效率；热泵供冷或供热子系统在进行供热工作时，能够同时从排风换热器和 天然热源蒸发器中吸收热能，提高热泵工作效率，节约能源。 本发明在春秋季节或在湿度较低地区的春、秋、夏三个季节使用时，若利用冷却塔 提供的冷却水就能满足溶液的降温要求，则无需打开热泵机组，进一步降低系统能耗。
本发明与现有技术相比，具有以下优点一是节约矿物质能源，减少污染物排放； 二是多种节能技术集成，结构新颖、简单；三是实现对空气的调温调湿过程合二为一，除湿 模块体积小，传质驱动力大；四是具有更大的传质驱动力，能量利用效率高；五是能够充分 利用排风的冷能和自然能，节省能源；六是热泵效率高；七是可广泛应用于工业、农业、商 业及人们家庭生活等领域。
图1为本发明的基本工作流程与结构原理示意图。 图2为本发明的作为干燥动力源时的基本工作流程与结构原理示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明。 本实施例涉及的空气循环子系统、N级溶液处理子系统(1《N《20)、溶液流动与 储存子系统、M级溶液再生子系统(1《M《20) 、 P级热管回热子系统(1《P《20)、热泵 供冷或供热子系统、L级(或L+l级)空气冷却塔子系统(1《L《20)、冷却水循环流动子 系统、温度控制子系统、湿度控制子系统等十个子系统及低温辅助热源为必备部分；主要部 件包括第1级室外空气冷却塔l，冷却塔水管路2，第2级室外空气冷却塔3，第L级室外空 气冷却塔4，排风冷却塔5，主排风风道6，回风风道7，空气用户(空调房间或干燥室)8，冷 却塔水泵9，排风风机10，热泵用排风热能回收蒸发器11，热泵主机与空气换热器、天然热 源蒸发器的连接管路12，支排风风道13，天然热源蒸发器(如室外空气能、海水热能、地下 水热能等)14，热泵冷凝器冷却水泵15，热泵冷凝器冷却水管路16，前几级溶液冷却水管路 17，末几级溶液冷却水管路18，热泵用水冷式冷凝器19，热泵与水冷冷凝器连接管路20，热 泵主机21，回风风机22，末几级溶液冷却水泵23，末几级溶液冷却换热器24，热泵主机与溶 液换热器连接管路25，温度控制线26，前几级工作溶液冷却水泵27，前几级工作溶液换热 器28，后几级工作溶液换热器29，温度控制器30，工作溶液槽31，第1级工作溶液处理分液 装置32，工作溶液分液管33，第N级工作溶液处理分液装置34，第1级再生溶液处理分液 装置35，第M级再生溶液处理分液装置36，挡液板37，新风风道38，新风风机39，空气处理 段40，稀溶液罐41，稀溶液管道42，工作溶液循环泵43，工作溶液循环供液管44，湿度发信 器45，温度发信器46，送风风机47，送风风道48，稀溶液泵49，浓溶液罐50，浓溶液供液泵 51，湿度控制线52，稀溶液与浓溶液换热器53，再生溶液用辅助热源管路54，再生溶液换热 器55，再生溶液循环供液管56，再生溶液分液管57，再生空气用辅助热源管路58，再生空气 用辅助换热器59，第1级热管回热器冷凝器60，第P级热管回热器冷凝器61，第P级热管回 热器蒸发器62，第1级热管回热器蒸发器63，再生风道64，再生风机65，第P级热管回热器 连接管路66，第1级热管回热器连接管路67，再生溶液循环泵68，再生溶液槽69，浓溶液回液管70，浓溶液回液泵71，温度控制器72，第Q级热管回热器蒸发器73，第1级热管回热器 蒸发器74，第1级热管回热器冷凝器75，第Q级热管回热器冷凝器76，第Q级热管回热器连 接管路77，第1级热管回热器连接管路78和热泵加热冷凝器79 ;各部件相互原理性连通组 合成一体式系统装置。 本实施例的空气循环子系统包括新风风道38、新风风机39、回风风道7、回风风机 22、空气处理段40、挡液板37、送风风机47、送风风道48 、空气用户(空调房间或干燥室)8、 主排风风道6、支排风风道13和排风风机IO(附图2的干燥动力源系统为封闭循环，故无新 风风道38、新风风机39、回风风道7、回风风机22);通过各种风机所提供的动力使空气在风 道、空气处理段和空气用户(空调房间或干燥室)间合理循环；根据室内外温湿度变化，合 理调节新风、回风及排风比例，实现科学的风量调节，满足卫生和节能要求。
本实施例的N级溶液处理子系统在空气处理段40中串联布置N级结构相同的溶 液处理子系统，溶液整体流动方向与空气流动方向互为逆流，每级溶液处理子系统包括工 作溶液槽31、工作溶液循环泵43、工作溶液供液管44、工作溶液换热器28、29、工作溶液分 液管33、溶液处理分液装置(内部结构是填充床式、填料塔式，喷淋室式或喷淋盘管式；填 料塔式内的填料是规整型填料或散装填料)32、34等组成；工作溶液循环泵43通过工作溶 液供液管44将工作溶液槽31中的工作溶液送入工作溶液换热器28、29，由工作溶液换热 器28、29对工作溶液冷却或加热处理后，送入工作溶液分液管33，使工作溶液均匀地分布 在具有较大传热传质面积的分液装置32、34的各个部分，被处理的空气均匀地通过传热传 质面，发生高效的传热传质；完成对空气的加热、冷却、加湿、除湿等处理过程。
本实施例的溶液流动与储存子系统包括稀溶液罐41、稀溶液泵49、稀溶液管道 42 、稀溶液与浓溶液换热器53 、浓溶液回液泵71 、浓溶液管道70 、浓溶液罐50和浓溶液供液 泵51 ;稀溶液泵49、浓溶液回液泵71与浓溶液供液泵51作为动力使溶液实现合理流动；稀 溶液与浓溶液换热器53按照传热原理使浓溶液的余热传递给较低温度的稀溶液；稀溶液 罐41与浓溶液罐50所具有的储存溶液的能力可实现储能功能；将N级溶液处理子系统中 流出的稀溶液送入M级溶液再生子系统中，并将M级溶液再生子系统形成的浓溶液送入到 N级溶液处理子系统中；在输送过程中，由稀溶液与浓溶液换热器回收利用浓溶液的余热；
另外，稀溶液罐与浓溶液罐还可实现储能功能。 本实施例的M级溶液再生子系统在再生风道64中串联布置M级结构相同的溶液 再生子系统，溶液整体流动方向与再生空气流动方向互为逆流，每级溶液再生子系统的主 要部件包括再生风道64、再生风机65、再生溶液槽69、再生溶液循环泵68、再生溶液循环管 56、再生溶液换热器55、再生溶液分液管57、再生处理分液装置(内部结构填充床式、填料 塔式、喷淋室式或喷淋盘管式；填料塔式内的填料是规整型填料或散装填料)35、36 ;再生 溶液循环泵68通过再生溶液循环管56将再生溶液槽69中的再生溶液送入再生溶液换热 器55，由再生溶液换热器55对再生溶液加热处理后，送入再生溶液分液管57，将再生溶液 均匀地分布在具有较大传热传质面积的再生分液装置35、36各个部分，使再生的空气均匀 地通过传热传质面，发生高效的传热传质；完成稀溶液转化为浓溶液的再生处理过程。
本实施例的P级热管回热子系统在再生功能区的M级溶液再生子系统前后串联布 置P级结构相同的热管回热子系统，按再生空气流动方向为准，M级溶液再生子系统前布置 热管冷凝器，M级溶液再生子系统后布置热管蒸发器，每级热管回热子系统的主要部件包括热管蒸发器60或61、热管冷凝器62或63、热管工质输送管路66或67 ;按常规的双循环可 控热管系统中的双循环系统的工作原理，实现高效的热管换热过程；将M级溶液再生子系 统的再生空气出口空气的热能回收起来，用于预热溶液再生子系统入口处的再生空气，达 到节能的目的。 本实施例的热泵供冷或供热子系统包括热泵主机21、热泵用水冷式冷凝器19、热 泵用排风热能回收蒸发器11、天然热源蒸发器14、热泵溶液换热器29、热泵连接管路12、20 和25 ;按热泵工作原理，通过尽可能降低蒸发温度和冷凝温度的差值来选择热源或冷源， 提高热泵工作效率；当工作溶液需要降温时，热泵主机21提供冷量，此时，热泵用水冷式冷 凝器19为冷凝器，热泵溶液换热器29为蒸发器，由热泵主机21、热泵用水冷式冷凝器19、 热泵溶液换热器29和热泵连接管路20、25组成热泵循环系统；当工作溶液需要升温时，热 泵主机21提供热量，此时，热泵用排风热能回收蒸发器11、天然热源蒸发器14为蒸发器， 热泵溶液换热器29为冷凝器，由热泵主机21、热泵用排风热能回收蒸发器11、天然热源蒸 发器14、热泵溶液换热器29和热泵连接管路12、25组成热泵循环系统；附图1的基本系统 中，通过高效热泵机组为N级溶液处理子系统中的溶液提供冷源或热源；附图2的干燥动力 源系统中，热泵机组从天然热源蒸发器14中获取热能，经热泵系统提高温度后将热量传递 给空气处理段40中的空气换热器79，提升送风温度。 本实施例的L级空气冷却塔子系统包括室外空气冷却塔1、3与4、排风冷却塔5， 冷却塔水泵9、冷却塔水管路2等，室外空气冷却塔1、3与4与排风冷却塔5串联起来共L+l 级(附图2的干燥动力源系统中无排风冷却塔5，故为L级)，按水流流动方向，冷却水依次 流过各个室外空气冷却塔1、3与4后，再进入排风冷却塔5，由排风冷却塔5提供低温冷却 水(附图2的干燥动力源系统中无排风冷却塔5，故由最后1级室外空气冷却4塔提供低温 冷却水)；利用水与空气直接接触所实现的高效传热传质原理，在理想情况下，冷却水温度 可达到所接触空气的湿球温度；高效利用室外空气的自然冷能(包括由于湿球温度低而产 生的传质过程冷能)，同时充分利用排风的冷能(包括由于排风湿球温度低而产生的传质 过程冷能)，节约能源。 本实施例的冷却水循环流动子系统包括冷却水管路16、 17与18和冷却水循环水 泵15、23和27 ;冷却水循环水泵5、23和27作为动力源，驱动冷却水流过各种换热器，实现 热量交换；共分三个小循环，实现三种功效；由冷却水循环水泵27和冷却水管路17构成的 小循环为N级溶液处理子系统的前几级溶液换热器提供冷却水；由冷却水循环水泵23和冷 却水管路18构成的小循环为N级溶液处理子系统的的后几级溶液换热器提供冷却水；由冷 却水循环水泵15和冷却水管路16构成的小循环为热泵用水冷式冷凝器19提供冷却水。
本实施例的温度控制子系统包括温度发信器46、温度控制器30、温度控制线26及 执行机构_热泵主机21，实现供风温度的控制。 本实施例的湿度控制子系统包括湿度发信器45、湿度控制器72、湿度控制线52及 执行机构 一 浓溶液供液泵51 ;实现供风相对湿度的控制。 本实施例的低温辅助热源包括低温辅助热源管路54、58和低温辅助热源换热器 55、59 ;将各种低温辅助热源(如太阳能、地热能、各类余热能等)的热量经低温辅助热源换 热器传递给相关工质，起到辅助加热的作用。 本实施例的Q级热管回热子系统在空气处理段的N级溶液处理子系统前后串联布置Q级结构相同的热管回热子系统，按空气处理段的空气流动方向为准，N级溶液处理 子系统前布置热管蒸发器，N级溶液处理子系统后布置热管冷凝器，每级热管回热子系统的 主要部件包括热管蒸发器73和74、热管冷凝器75和76、热管工质输送管路77和78 ;按常 规的双循环可控热管系统中的双循环系统的工作原理，实现高效的热管换热过程；将N级 溶液处理子系统前空气的热能回收起来，使进入N级溶液处理子系统前的空气得到预先冷 却，有利于提高去湿过程效率，回收起来的热能再用于加热N级溶液处理子系统处理后的
空气，使送风温度得以提高。
实施例1 : 本实施例的新风风道38、新风风机39、回风风道7、回风风机22、空气处理段40、挡 液板37 、送风风机47 、送风风道48 、空气用户(空调房间或干燥室)8 、主排风风道6 、支排风 风道13、排风风机10构成空气循环子系统，该子系统通过各种风机所提供的动力使空气在 风道、空气处理段和空气用户(空调房间或干燥室)间合理循环起来，根据室内外温湿度变 化，合理调节新风、回风及排风比例，实现科学的风量调节；该实施例的工作溶液槽31、工 作溶液循环泵43、工作溶液供液管44、工作溶液换热器28、29、工作溶液分液管33、溶液处 理分液装置(内部结构是填充床式、填料塔式、喷淋室式或喷淋盘管式；填料塔式内的填料 是规整型填料或散装填料)32、34构成N级溶液处理子系统，该子系统通过传热传质过程， 完成对空气的加热、冷却、加湿、除湿处理过程；该实施例的稀溶液罐41、稀溶液泵49、稀溶 液管道42、稀溶液与浓溶液换热器53、浓溶液管道70、浓溶液供液泵51、浓溶液罐50和浓 溶液回液泵71构成溶液流动与储存子系统，该子系统实现了稀溶液与浓溶液的输送和换 热过程，同时具有储能功能；该实施例的再生风道64、再生风机65、再生溶液槽69、再生溶 液循环泵68、再生溶液循环管56、再生溶液换热器55、再生溶液分液管57和再生处理分液 装置(内部结构是填充床式、填料塔式、喷淋室式或喷淋盘管式；填料塔式内的填料是规整 型填料或散装填料)35、36构成M级溶液再生子系统，该子系统完成稀溶液转化为浓溶液的 再生处理过程；该实施例的热管冷凝器60和61、热管蒸发器62和63、热管工质输送管路66 和67构成P级热管回热子系统，实现再生功能区的空气热能的高效回收利用；该实施例的 热泵主机21、热泵用水冷式冷凝器19、热泵用排风热能回收蒸发器11、天然热源蒸发器14、 热泵溶液换热器29、热泵连接管路12、20和25构成热泵供冷或供热子系统，通过热泵机组 为N级溶液处理子系统中的溶液提供冷源或热源；该实施例的室外空气冷却塔1、3与4、排 风冷却塔5，冷却塔水泵9、冷却塔水管路2构成L+l级空气冷却塔子系统(1《L《20)， 利用室外空气的自然冷能(包括由于湿球温度低而产生的传质过程冷能)和排风冷能(包 括由于排风湿球温度低而产生的传质过程冷能)；该实施例的冷却水管路16、17与18和冷 却水循环水泵15、23和27构成冷却水循环流动子系统，该子系统为溶液换热器28、29和热 泵用水冷式冷凝器19提供冷却水；该实施例的温度发信器46、温度控制器30、温度控制线 26及执行机构21构成温度控制子系统，实现供风温度的控制；该实施例的湿度发信器45、 湿度控制器72、湿度控制线52及执行机构51构成湿度控制子系统，实现供风相对湿度的 控制；该实施例的低温辅助热源管路54、58和低温辅助热源换热器55、59构成低温辅助热 源，将各种低温辅助热源(如太阳能、地热能、各类余热能等)的热量经低温辅助热源换热 器55、59传递给相关工质，起到辅助加热的作用。 本实施例先将各部件按附图1所示安装，将各个热泵、热管系统抽真空并充入适量的循环工质，将稀溶液罐41、浓溶液罐50中充入一定浓度、一定数量的工作溶液，启动空 气循环子系统中的送风风机47、新风风机39、回风风机22及相应的排风风机(冬季启动排 风风机10，其它季节启动排风冷却塔5内的排风机)，使空气按空调洁净度等要求合理循环 起来；再启动N级溶液处理子系统的工作溶液循环泵43，启动L+l级空气冷却塔子系统、热 泵供冷或供热子系统及冷却水循环流动子系统，同时启动溶液流动与储存子系统中的稀溶 液泵49和浓溶液回液泵71，启动M级溶液再生子系统和P级热管回热子系统，本发明的一 种溶液调温调湿空气处理系统便启动运行；一定时间后，上述各子系统在温度控制子系统、 湿度控制子系统的调节作用下达到稳定的工作状态。此时，空气循环子系统连续不断地将 达到要求的空气送入空气用户(空调房间或干燥室)8 ;N级溶液处理子系统通过高效的传 热传质过程，实现对空气的加热、冷却、加湿、除湿等处理过程；溶液流动与储存子系统实现 了稀溶液与浓溶液的输送和换热过程，并具有储能功能；M级溶液再生子系统和P级热管回 热子系统完成稀溶液转化为浓溶液的再生处理过程；L+1级空气冷却塔子系统和冷却水循 环流动子系统高效利用了室外空气的自然冷能，还充分利用了排风的冷能。
实施例2 : 本实施例的回风风道7、空气处理段40、挡液板37、送风风机47、送风风道48、空 气用户(空调房间或干燥室)8等构成空气循环子系统，该子系统通过送风风机所提供的动 力使空气在风道、空气处理段和空气用户(空调房间或干燥室)间合理循环起来；该实施 例的工作溶液槽31、工作溶液循环泵43、工作溶液供液管44、工作溶液换热器28、工作溶液 分液管33、溶液处理分液装置(内部结构可以是填充床式，可以是填料塔式，可以是喷淋室 式，也可以是喷淋盘管式；填料塔式内的填料可以是规整型填料，也可以是散装填料)32、 34等构成N级溶液处理子系统(1《N《20)，该子系统通过高效的传热传质过程，完成对 空气的加热、冷却、加湿、除湿等处理过程；该实施例的稀溶液罐41、稀溶液泵49、稀溶液管 道42、稀溶液与浓溶液换热器53、浓溶液管道70、浓溶液供液泵51、浓溶液罐50、浓溶液回 液泵71等构成溶液流动与储存子系统，该子系统完成稀溶液与浓溶液的输送和换热过程， 同时具有储能功能；该实施例的再生风道64、再生风机65、再生溶液槽69、再生溶液循环泵 68、再生溶液循环管56、再生溶液换热器55、再生溶液分液管57、再生处理分液装置(内部 结构可以是填充床式，可以是填料塔式，可以是喷淋室式，也可以是喷淋盘管式；填料塔式 内的填料可以是规整型填料，也可以是散装填料)35、36等构成M级溶液再生子系统，该子 系统完成稀溶液转化为浓溶液的再生处理过程；该实施例的热管冷凝器60和61、热管蒸发 器62和63、热管工质输送管路66和67等构成P级热管回热子系统(1《P《20)，该子系 统实现了再生功能区的空气热能的高效回收利用；该实施例的热泵主机21、天然热源蒸发 器14、热泵连接管路12、25等构成热泵供热子系统，通过高效热泵机组为N级溶液处理子系 统处理后的空气进行再热，使其达到供风温度；该实施例的室外空气冷却塔1、3与4，冷却 塔水泵9、冷却塔水管路2等构成L级空气冷却塔子系统(1《L《20)，该子系统高效利用 室外空气的自然冷能(包括由于湿球温度低而产生的传质过程冷能)，获取冷却水；该实施 例的冷却水管路17和冷却水循环水泵27等构成冷却水循环流动子系统，该子系统将L级 空气冷却塔子系统获取的冷却水提供给工作溶液换热器；该实施例的温度发信器46、温度 控制器30、温度控制线26及执行机构21等构成温度控制子系统，实现供风温度的控制；该 实施例的湿度发信器45、湿度控制器72、湿度控制线52及执行机构51等构成湿度控制子系统，能够实现供风相对湿度的控制；该实施例的低温辅助热源管路54、58和低温辅助热 源换热器55、59等构成低温辅助热源，将各种低温辅助热源(如太阳能、地热能、各类余热 能等)的热量经低温辅助热源换热器传递给相关工质，起到辅助加热的作用；该实施例的 热管蒸发器73和74、热管冷凝器75和76、热管工质输送管路77和78等构成Q级热管回 热子系统(1《Q《20)，该子系统将N级溶液处理子系统前空气的热能回收起来，使空气得 到预先冷却，有利于提高去湿过程效率，回收起来的热能再用于加热N级溶液处理子系统 处理后的空气，以提高送风温度。 本实施例先将各部件按附图2所示安装，将各个热泵、热管系统抽真空并充入适 量的循环工质，将稀溶液罐41、浓溶液罐50中充入一定浓度、一定数量的工作溶液，启动空 气循环子系统中的送风风机47，使空气合理循环起来；再启动N级溶液处理子系统，启动L 级空气冷却塔子系统、热泵供热子系统及冷却水循环流动子系统，同时启动溶液流动与储 存子系统中的稀溶液泵49和浓溶液回液泵71，启动M级溶液再生子系统、P级热管回热子 系统及Q级热管回热子系统，本发明的一种溶液调温调湿空气处理系统作为干燥动力源时 的系统便启动运行；一定时间后，上述各子系统在温度控制子系统、湿度控制子系统的调节 作用下达到稳定的工作状态。此时，空气循环子系统连续不断地将达到要求的空气送入空 气用户(空调房间或干燥室)8 ;N级溶液处理子系统通过高效的传热传质过程，实现对空 气的加热、冷却、加湿、除湿等处理过程；溶液流动与储存子系统实现了稀溶液与浓溶液的 输送和换热过程，并具有储能功能；M级溶液再生子系统和P级热管回热子系统完成稀溶液 转化为浓溶液的再生处理过程；L级空气冷却塔子系统和冷却水循环流动子系统高效利用 了室外空气的自然冷能；Q级热管回热子系统将N级溶液处理子系统前空气的热能回收起 来，使空气得到预先冷却，提高去湿过程效率的同时，将回收起来的热能再用于加热N级溶 液处理子系统处理后的空气，以提高送风温度。
权利要求
一种溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于将空气循环子系统、N级溶液处理子系统、溶液流动与储存子系统、M级溶液再生子系统、P级热管回热子系统、热泵供冷或供热子系统、L级(或L+1级)空气冷却塔子系统、冷却水循环流动子系统、温度控制子系统和湿度控制子系统与低温辅助热源有机连通组合为一体式溶液温调湿空气处理系统；其中，1≤N≤20，N＝M＝P＝L；空气循环子系统与N级溶液处理子系统组成本体功能区；溶液流动与储存子系统、M级溶液再生子系统、P级热管回热子系统及低温辅助热源组成溶液再生功能区；热泵供冷或供热子系统、L级(或L+1级)空气冷却塔子系统、冷却水循环流动子系统及低温辅助热源组成辅助功能区；温度控制子系统与湿度控制子系统组成控制功能区；本体功能区完成溶液对空气的调温调湿处理过程，即空气循环子系统中的回风与补充新风混合后，进入N级溶液处理子系统，混合空气与N级溶液处理子系统中的溶液直接接触实现传热传质过程，使混合空气的温度、湿度处理到供风状态，由送风机送入空调房间或干燥室吸收热负荷与湿负荷后，部分空气由排风风机排出，另一部分由回风风机送入进风道与补充新风混合，再次进入N级溶液处理子系统，如此循环往复，实现对空气的调温调湿处理；溶液再生功能区完成对吸湿后形成的稀溶液的浓缩再生过程，由溶液流动与储存子系统将N级溶液处理子系统中流出的稀溶液送入M级溶液再生子系统中，在M级溶液再生子系统中，稀溶液与经过P级热管回热子系统的冷凝器预热，又经低温辅助热源加热后的热空气逆向流动，通过直接接触的方式完成传热传质过程后，稀溶液中的部分水分蒸发到空气中形成浓溶液，再由溶液流动与储存子系统送回到N级溶液处理子系统，形成一个循环不断的溶液再生过程；辅助功能区为本体功能区提供冷、热源，其中L级或L+1级空气冷却塔子系统与冷却水循环流动子系统组合为本体功能区及热泵供冷子系统提供冷却水，热泵供冷或供热子系统根据季节需要为本体功能区提供冷量或热量；控制功能区完成本体功能区的温度与湿度控制，温度控制子系统和湿度控制子系统分别完成本体功能区的温度和湿度控制。
2. 根据权利要求1所述的溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于作为干燥动力源 时，增加Q级热管回热子系统，其中，1《Q《20，即在空气处理段的N级溶液处理子系统前 后串联布置Q级结构相同的热管回热子系统，按空气处理段的空气流动方向为准，N级溶液 处理子系统前布置热管蒸发器，N级溶液处理子系统后布置热管冷凝器，Q级热管回热子系 统将N级溶液处理子系统前空气的热能回收起来，使进入N级溶液处理子系统前的空气得 到预先冷却，回收起来的热能再用于加热N级溶液处理子系统处理后的空气，使送风温度 提高。
3. 根据权利要求1所述的溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于再生功能区的空气 在进入M级溶液再生子系统前，先采用P级热管回热子系统的冷凝器预热，然后再经低温辅 助热源加热，使再生功能区的进口空气为热空气，减少或避免再生过程中高温溶液对空气 的传热，使溶液在再生过程中始终保持较高的温度，具有传质驱动力；降低溶液再生温度， 使再生过程能够采用更低温度的低温辅助热源；由于从M级溶液再生子系统排出的空气先 进入P级热管回热子系统的蒸发器，热量被热管回热子系统回收，并用于预热再生空气。
4. 根据权利要求1所述的溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于L级或L+l级空气 冷却塔子系统将室外空气冷却塔与排风冷却塔串联起来，采用直接接触的传热传质过程， 冷却水达到与其接触的空气温度；有效利用室外空气的自然冷能和排风冷能。
5. 根据权利要求1所述的溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于N级溶液处理子系 统及M级溶液再生子系统的内部结构是填充床式、填料塔式、喷淋室式或喷淋盘管式；填料 塔式内的填料是规整型填料或散装填料；根据性价比最优原则确定具体内部结构和材料。
6. 根据权利要求1所述的溶液调温调湿空气处理系统，其特征在于控制系统通过调节 除湿溶液的温度来调节供风温度，通过调节进入除湿器的浓溶液流量大小调节供风相对湿 度；通过调节送风风量、改变气液流量比方式实现对空调区域的湿度或温度调节。
全文摘要
本发明属于能源工程技术领域，涉及一种溶液调温调湿空气处理系统，将传热传质过程与热管节能技术、热泵节能技术结合，实现对空气进行调温调湿处理的高效节能系统，将空气循环、N级溶液处理、溶液流动与储存、M级溶液再生、P级热管回热、热泵供冷或供热、L级(或L+1级)空气冷却塔、冷却水循环流动、温度控制和湿度控制十个子系统与低温辅助热源有机连通组合为一体式溶液温调湿空气处理系统；其中，1≤N≤20，N＝M＝P＝L；具有节约矿物能源，污染物少；结构新颖、简单；调温调湿过程合一，除湿模块体积小，传质驱动力大，能量利用效率高，节省能源，热泵效率高，应用广泛等优点。
文档编号F24F12/00GK101706136SQ20091023049
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月21日 优先权日2009年11月21日
发明者刘瑞景, 孙晖, 王兆俊, 田小亮, 魏彦丹 申请人:青岛大学