CN116294542A - 一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统 - Google Patents
一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，包括热泵干燥系统，转轮除湿系统以及再生预热系统。热泵干燥系统对空气进行降温干燥，显著降低空气的绝对含湿量；转轮除湿系统对空气进行深度除湿，以达到更低露点的干燥空气；再生预热系统用于提高再生空气的温度，包括冷凝器预热和热管冷凝端预热，热管冷凝端预热的热量源于热管蒸发端对高温余热的回收，热管蒸发端和冷凝端通过气体管和液体管连接形成循环回路。本发明实现了冷热量的高效利用及余废热的有效回收，可以三种除湿模式运行，有效应对高温高湿、中温高湿和低温高湿工况，实现悬索桥全工况下高效除湿，显著减缓主缆钢结构腐蚀速率，提高主缆防护的可靠性及安全性。
Description
技术领域
本发明涉及悬索桥主缆除湿防腐技术领域，尤其涉及一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统。
背景技术
主缆由高强度钢丝捆扎而成，是悬索桥的主要承力构件，有效保证主缆免受腐蚀至关重要。主缆除湿系统通过制取干燥空气通入主缆的内部，降低主缆内部的相对湿度，营造出不利于腐蚀的干燥环境，提高主缆的耐久性和安全性。
国内外现有悬索桥中采用的除湿设备几乎全部为转轮除湿机，当进风温度升高时，转轮除湿机的除湿量会受到限制，无法满足主缆送风的湿度要求，同时，转轮除湿依靠电加热再生，能耗大、运行经济性差。
由于悬索桥主缆防护的特殊性，应用至该领域的除湿设备应能够连续不断运行，且能够应对悬索桥一年四季所面临的各种温湿度环境。而单一除湿技术的除湿范围和除湿量均有限，往往工况适应性较差。目前，空调领域已对热泵与转轮的耦合进行了相关的研究，但这些研究结果并不能直接照搬到桥梁除湿防腐领域。因此，如何根据悬索桥的特点耦合出与之匹配的复合除湿系统，如何根据悬索桥能源禀赋对余废热进行有效回收利用从而提高除湿能效，如何根据悬索桥温湿度的变化切换适合的除湿模式，成为了主缆防护领域技术人员迫切需要解决的技术难题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，以解决悬索桥原有的转轮除湿系统在夏季除湿能力差、工况适应范围小、除湿能耗高等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：包括热泵干燥系统、转轮除湿系统、处理风管路和再生风管路；所述热泵干燥系统包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀，所述蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器依次相连形成循环回路；所述转轮除湿系统包括除湿转轮，所述除湿转轮上设置有除湿区和再生区；所述处理风管路包括第一单向阀、第二单向阀、第五单向阀、第六单向阀、处理风机，所述第二单向阀、蒸发器、第六单向阀、除湿区、处理风机依次相连，所述第一单向阀并联于第二单向阀入口和蒸发器出口之间，所述第五单向阀并联于所述第六单向阀入口和除湿区出口之间，所述第二单向阀的入口与主缆外部大气连通，所述处理风机的出口与主缆内部连通；所述再生风管路包括第三单向阀、第四单向阀、再生风机、第七单向阀，所述第三单向阀、冷凝器、再生风机、第七单向阀、再生区依次相连，所述第四单向阀并联于所述第三单向阀入口和冷凝器出口之间，所述第三单向阀入口和再生区出口均与主缆外部大气连通。
进一步的，所述处理风管路还包括罗茨风机，所述罗茨风机的入口连接所述处理风机出口，罗茨风机的出口与主缆内部连通。
进一步的，还包括再生预热系统，所述再生预热系统包括热管循环回路、第八单向阀、第九单向阀、第十单向阀，所述热管循环回路包括依次相连形成循环回路的热管冷凝端、液体管、热管蒸发端、气体管，所述第八单向阀和热管冷凝端串联，第八单向阀的入口和热管冷凝端的出口分别并联在所述第七单向阀的入口和出口处，所述罗茨风机的出口、第九单向阀、热管蒸发端依次相连，所述第十单向阀并联于所述第九单向阀的入口和热管蒸发端的出口之间。
进一步的，所述转轮除湿系统还包括电加热器，所述电加热器设置在所述热管冷凝端和再生区之间。
进一步的，还包括第十一单向阀，所述第十一单向阀的入口与所述再生风机出口相连，第十一单向阀的出口连通主缆外部大气。
进一步的，所述除湿区和再生区的面积之比为3:1。
进一步的，所述处理风管路还包括第一过滤器，所述第一过滤器的入口连接主缆外部大气，出口连接所述第一单向阀入口。
进一步的，所述再生风管路还包括第二过滤器，所述第二过滤器的入口连接主缆外部大气，出口连接所述第三单向阀入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明耦合了热泵干燥与转轮除湿两种技术，显著提高了设备的除湿能力，具有三种除湿模式，可有效应对高温高湿、中温高湿和低温高湿工况，实现悬索桥全工况下的高效除湿，保证了主缆防护的安全性和可靠性。2、本发明同时利用蒸发器冷量和冷凝器热量，利用热管来回收罗茨风机后的高温余废热，实现了冷热量的高效利用以及余废热的有效回收，大大提高了系统运行的经济性和节能性。3、本发明中的热管依靠重力驱动，无需消耗额外能量，进一步提高了余废热回收的经济性。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图；
其中：1-第一过滤器；2-第二过滤器；3-蒸发器；4-冷凝器；5-压缩机；6-膨胀阀；7-除湿转轮；8-除湿区；9-再生区；10-热管冷凝端；11-热管蒸发端；12-液体管；13-气体管；14-处理风机；15-再生风机；16-罗茨风机；17-电加热器；18第一单向阀；19第二单向阀；20-第三单向阀；21-第四单向阀；22-第五单向阀；23-第六单向阀；24-第七单向阀；25-第八单向阀；26-第九单向阀；27-第十单向阀；28-第十一单向阀。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图1示出了一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统的具体实施例，包括热泵干燥系统、转轮除湿系统、再生预热系统、处理风管路和再生风管路。
热泵干燥系统包括蒸发器3、冷凝器4、压缩机5和膨胀阀6，蒸发器3位于处理风管路，冷凝器4位于再生风管路。转轮除湿系统包括电加热器17和除湿转轮7，除湿转轮7包括除湿区8和再生区9。再生预热系统包括热管循环回路、第八单向阀25、第九单向阀26、第十单向阀27，其中的热管循环回路包括热管冷凝端10、热管蒸发端11、液体管12和气体管13。热管冷凝端10通过液体管12和气体管13与热管蒸发端11相连。
处理风管路中，第一过滤器1、第二单向阀19、蒸发器3、第六单向阀23、除湿区8、处理风机14、罗茨风机16依次相连，第一过滤器1位于管路入口与主缆外部大气连通，第一单向阀18并联于第二单向阀19入口和蒸发器3出口之间，第五单向阀22并联于第六单向阀23入口和除湿区8出口之间。
再生风管路中，第二过滤器2、第三单向阀20、冷凝器4、再生风机15、第七单向阀24、电加热器17、再生区9依次相连，第二过滤器2位于管路入口与主缆外部大气连通，第四单向阀21并联于第三单向阀20入口和冷凝器4出口之间。第十一单向阀28的入口与再生风机15出口相连，第十一单向阀28的出口连通主缆外部大气。
热泵干燥系统中，蒸发器3、压缩机5、冷凝器4和膨胀阀6、蒸发器3依次相连形成循环回路。
转轮除湿系统中，转轮再生区9与主缆外部大气联通。
再生预热系统中，热管冷凝端10位于再生风管路，热管蒸发端11位于处理风管路。第八单向阀25和热管冷凝端10串联，第八单向阀25的入口和热管冷凝端10的出口分别并联在第七单向阀24的入口和出口处，罗茨风机16的出口、第九单向阀26、热管蒸发端11依次相连，第十单向阀27并联于第九单向阀26的入口和热管蒸发端11的出口之间。
优选的，转轮除湿系统中，除湿转轮7的除湿区8的面积和再生区9的面积比为3:1。
第一过滤器1与主缆外界大气相连，第二过滤器2与主缆外界大气相连，第十一单向阀28与主缆外部大气相连。
上述实施例的热泵干燥系统的工作原理如下：
热泵干燥系统中制冷剂的循环流程：制冷剂在蒸发器3中吸热蒸发成为低压制冷剂蒸气，压缩机5将低压制冷剂蒸气压缩成高压制冷剂蒸气，高压制冷剂蒸气进入到冷凝器4中放热凝结成制冷剂液体，制冷剂液体在膨胀阀6中节流降压后进入到蒸发器3中完成循环。
热泵干燥的原理：利用蒸发器3冷却外部空气，将其温度降低至露点温度，从而使空气中的水蒸气凝结，此时空气绝对含湿量降低，达到除湿目的。
上述实施例的中转轮除湿系统的工作原理如下：
除湿转轮7上附着有大量干燥剂，除湿过程中，当空气经过除湿区8时，由于空气中水蒸气分压力大于干燥剂表面水蒸气分压力，空气中的水蒸气被干燥剂吸附，空气绝对含湿量降低。再生过程中，空气首先被电加热器17加热，当高温空气经过转轮再生区9时，再生区干燥剂的温度升高，干燥剂表面水蒸气分压力大于空气中水蒸气分压力，干燥剂表面水蒸气解析进入到空气中，从而完成再生过程。当转轮除湿系统工作时，除湿转轮7连续转动，从而使得除湿过程和再生过程同时进行。
上述实施例的中再生预热系统的工作原理如下：
罗茨风机16在对外部送入的大气进行加压送风给主缆时，会产生大量热量，经过热管循环回路后，可以通过回路中的介质蒸发与冷凝，回收罗茨风机16后的高温余废热，实现了冷热量的高效利用以及余废热的有效回收，大大提高了系统运行的经济性和节能性。
基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统可针对高温高湿、中温高湿和低温高湿工况采取不同的除湿模式，实现悬索桥主缆全工况下的高效除湿。
除湿模式一：夏季时，悬索桥附近空气温度和湿度均很高，属于高温高湿工况，此时需同时采用热泵干燥系统和转轮除湿系统的复合除湿系统运行。具体操作为：打开第二单向阀19、第三单向阀20、第六单向阀23、第八单向阀25和第九单向阀26，关闭第一单向阀18、第四单向阀21、第五单向阀22、第七单向阀24、第十单向阀27和第十一单向阀28。此时，外部空气经过蒸发器3后温度和湿度均下降一定程度，再经过除湿转轮7的除湿区8后进一步降低送风的湿度。
除湿模式二：过渡季节时，悬索桥附近空气温度有所降低，但湿度很高，属于中温高湿工况，此时单独采用热泵干燥系统运行。具体操作为：打开第二单向阀19、第三单向阀20、第五单向阀22、第十单向阀27和第十一单向阀28，关闭第一单向阀18、第四单向阀21、第六单向阀23、第七单向阀24、第八单向阀25和第九单向阀26。
除湿模式三：冬季时，悬索桥附近空气温度很低，但湿度很高，属于低温高湿工况，此时单独采用转轮除湿系统运行。具体操作为：打开第一单向阀18、单向阀第四21、第六单向阀23、第八单向阀25和第九单向阀26，关闭第二单向阀19、第三单向阀20、第五单向阀22、第七单向阀24、第十单向阀27和第十一单向阀28。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：包括热泵干燥系统、转轮除湿系统、处理风管路和再生风管路；所述热泵干燥系统包括蒸发器(3)、冷凝器(4)、压缩机(5)和膨胀阀(6)，所述蒸发器(3)、压缩机(5)、冷凝器(4)、膨胀阀()、蒸发器(3)依次相连形成循环回路；所述转轮除湿系统包括除湿转轮(7)，所述除湿转轮(7)上设置有除湿区(8)和再生区(9)；所述处理风管路包括第一单向阀(18)、第二单向阀(19)、第五单向阀(22)、第六单向阀(23)、处理风机(14)，所述第二单向阀(29)、蒸发器(3)、第六单向阀(23)、除湿区(8)、处理风机(14)依次相连，所述第一单向阀(18)并联于第二单向阀(19)入口和蒸发器(3)出口之间，所述第五单向阀(22)并联于所述第六单向阀(23)入口和除湿区(8)出口之间，所述第二单向阀(19)的入口与主缆外部大气连通，所述处理风机(14)的出口与主缆内部连通；所述再生风管路包括第三单向阀(20)、第四单向阀(21)、再生风机(15)、第七单向阀(24)，所述第三单向阀(20)、冷凝器(4)、再生风机(15)、第七单向阀(24)、再生区(9)依次相连，所述第四单向阀(21)并联于所述第三单向阀(20)入口和冷凝器(4)出口之间，所述第三单向阀(20)入口和再生区(9)出口均与主缆外部大气连通。
2.根据权利要求1所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：所述处理风管路还包括罗茨风机(16)，所述罗茨风机(16)的入口连接所述处理风机(14)出口，罗茨风机(16)的出口与主缆内部连通。
3.根据权利要求2所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：还包括再生预热系统，所述再生预热系统包括热管循环回路、第八单向阀(25)、第九单向阀(26)、第十单向阀(27)，所述热管循环回路包括依次相连形成循环回路的热管冷凝端(10)、液体管(12)、热管蒸发端(11)、气体管(13)，所述第八单向阀(25)和热管冷凝端(10)串联，第八单向阀(25)的入口和热管冷凝端(10)的出口分别并联在所述第七单向阀(24)的入口和出口处，所述罗茨风机(16)的出口、第九单向阀(26)、热管蒸发端(11)依次相连，所述第十单向阀(27)并联于所述第九单向阀(26)的入口和热管蒸发端(10)的出口之间。
4.根据权利要求3所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：所述转轮除湿系统还包括电加热器(17)，所述电加热器(17)设置在所述热管冷凝端(10)和再生区(9)之间。
5.根据权利要求1所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：还包括第十一单向阀(28)，所述第十一单向阀(28)的入口与所述再生风机(15)出口相连，第十一单向阀(28)的出口连通主缆外部大气。
6.根据权利要求1所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：所述除湿区(8)和再生区(9)的面积之比为3:1。
7.根据权利要求1所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：所述处理风管路还包括第一过滤器(1)，所述第一过滤器(1)的入口连接主缆外部大气，出口连接所述第一单向阀(18)入口。
8.根据权利要求1所述一种基于余热回收的悬索桥主缆用全工况复合除湿系统，其特征在于：所述再生风管路还包括第二过滤器(2)，所述第二过滤器(2)的入口连接主缆外部大气，出口连接所述第三单向阀(20)入口。
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