CN104197565A - 一种叠加式空气源供热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叠加式空气源供热装置，包括：维护架构箱体，设置在维护架构箱体内的中高温制冷***、电气控制***，所述中高温制冷***包括至少一台中高温制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀、高压储液器、干燥过滤器、气液分离器，中高温制冷压缩机的排气口与冷凝器的进气口相连、回气口与气液分离器的出气口相连；与现有技术不同的是：还包括低温制冷压缩机组，所述低温制冷压缩机组包括至少一台低温制冷压缩机，所述低温制冷压缩机的排气口与冷凝器的进气口相连、回气口与气液分离器的出气口相连，且在中高温制冷压缩机、低温制冷压缩机的排气管路上分别设有单向阀。与现有技术相比，本发明环保、节能、安装简单、模块化。

Description

一种叠加式空气源供热装置

技术领域

本发明涉及通过制冷方法获取热量的供热装置，特别是涉及一种叠加式空气源供热装置，能够在-30℃至17℃的环境温度下，为人们冬季采暖从环境大气中获取充足的热量。

技术背景

煤炭并不是一种清洁能源，而且能效比很低。天然气尽管是一种清洁能源，但是能效比仍然很低不理想，因此，如果能够研制、开发一种清洁能源、高能效比的供热产品，且投资费用低，在寒冷地区能够安全有效工作，为人们提供充足的热量，对于应对气候变暖，解决雾霾日趋严重的问题，具有非常重要的意义。

为此，早在几十年以前人们就通过各种途径就开始研究通过制冷的方法从大气和土壤中获取热量，以满足需要，也开发出水源热泵机组、地源热泵机组和空气源热泵机组等产品。但是，由于水源热泵机组回灌水不过关，且污染地下水源，明显是不可取的。地源热泵机组由于地埋管工程量巨大，投资费用很高，且地埋管维修困难，在实际应用中难以被人没所接受，且由于地源侧需要较高的扬程，实际运行中节能效果也是大打折扣。

空气源供热装置作为清洁能源，由于安装简单，不需要打井、埋管已经广泛地被人们所接受，但是，空气源热泵机组由于受环境温度、湿度影响较大，在我国寒冷、高湿地区并不适用。

我们知道，目前空气源供热装置均采用中高温制冷压缩机，而这种中高温的最低极限蒸发温度通常在 -25℃左右，就是说，通过制冷的方式从环境大气中获取热量，理论上，只能满足-15℃的环境温度条件下工作。事实上，由于蒸发器的结霜、融霜不及时等因素的影响，在长江流域，乃至浙江省，虽然冬季自然环境温度在-10℃左右，但是由于湿度较大，蒸发器结霜很快，引起制冷压缩机偏离工况运行，或者由于融霜频繁，导致采暖量不足。即使采用温度调节器以适应北方寒冷地区，这种状况仍不能克服，并且为了适应北方寒冷地区必然需要配备更高功率的制冷压缩机，存在大马拉小车的状况，拉高成本，并且制冷压缩机时开时停，因而温度波动较大。因此，单独一个制冷压缩机无论是在我国北方寒冷地区还是在长江流域高湿地区都无法正常工作，由此限制了空气源供热装置的工作应用范围。

公开号为CN103277930A的发明专利公开了一种双压缩机节能空调，包括第一空调***、第二空调***和保温容器；第一空调***主要由第一压缩机、第一四通阀、第一散热器、第一毛细管和第一换热盘管连接而成；第二空调***主要由第二压缩机、第二四通阀、第二散热器、第二换热盘管、第二毛细管和第一室内蒸发器连接构成。它将空气源空调与水源空调进行结合，该申请人宣称可大幅提高制冷或制热的效率，缩短制冷和制热的时间，降低能耗。但这种空调的第一空调***和第二空调***不能单独工作，节能效果并不显著，并不能解决在北方寒冷地区适用的技术问题。

综上所述，目前亟待一种能够彻底解决上述技术问题的新技术，从根本上解决空气源供热装置的技术问题，以打破空气源供热装置应用的局限性，造福人类。

发明内容

本发明的目的在于解决空气源热泵机组寒冷、高湿地区无法提供充足热量及温度波动大的技术问题，本发明另一目的是在此基础上解决融霜时间长、霜层脱落困难的技术问题。

为了解决上述第一个发明目的，本发明提供了一种叠加式空气源供热装置，包括：维护架构箱体30，设置在维护架构箱体30内的中高温制冷***10、电气控制***40，所述中高温制冷***10包括至少一台中高温制冷压缩机101、冷凝器102、蒸发器103、节流阀104、高压储液器105、干燥过滤器106、气液分离器107，中高温制冷压缩机101的排气口与冷凝器102的进气口相连、回气口与气液分离器107的出气口相连；与现有技术不同的是：还包括低温制冷压缩机组20，所述低温制冷压缩机组20包括至少一台低温制冷压缩机201，所述低温制冷压缩机201的排气口与冷凝器102的进气口相连、回气口与气液分离器107的出气口相连，且在中高温制冷压缩机101、低温制冷压缩机201的排气管路上分别设有单向阀109与202。

为了解决上述第二个发明目的，本发明所述的蒸发器103包括空气强制对流的翅片式换热器、风机，其翅片式蒸发器采用宽翅片式换热器或者变片距式翅片换热器。

作为优选方案，干燥过滤器106与蒸发器103之间的管路上设置电磁阀108。

中高温制冷压缩机101和低温制冷压缩机201共用一个空气强制对流式油冷却器205。

本发明还涉及包含这种叠加式空气源供热装置的供暖***以及包含这种叠加式空气源供热装置的中央空调***。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、环保。该装置利用制冷原理从环境大气中提取热量的方法，为人们冬季采暖提供热量，无任何可能对环境产生污染的物质排放，因此，装置运行过程中不会对环境产生任何污染。

2、节能。该装置在运行过程中，即使在环境温度-30℃时，其能效比＞2，远高于电、煤、燃气采暖的性能系数。

3、安装简单。无需建设机房，无需打井、埋管，无需添置其它设备，只要将该装置与采暖末端连接起来，形成一个封闭***，通电后即可投入工作。

4、模块化。从根本上解决了传统的空气源供热机组在长江流域湿度较大地区和北方寒冷地区使用时，由于受压缩机极限运行工况的限制，故障率高，甚至无法运行的问题。因此，该装置南北通用，便于模块化生产和使用，对于缓解气候变暖，解决雾霾问题具有非常重要的意义。

本发明的其它方面和特征及其优点，将在下面结合附图中的具体实施例通过举例的方式在说明书中进行更为详细的介绍。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

结合附图1和2。一种叠加式空气源供热装置，包括：维护架构箱体30，设置在维护架构箱体30内的中高温制冷***10、电气控制***40，所述中高温制冷***10包括至少一台中高温制冷压缩机101、冷凝器102、蒸发器103、节流阀104、高压储液器105、干燥过滤器106、气液分离器107等，中高温制冷压缩机101的排气口与冷凝器102的进气口相连、回气口与气液分离器107的出气口相连；还包括低温制冷压缩机组20，所述低温制冷压缩机组20包括至少一台低温制冷压缩机201，所述低温制冷压缩机201的排气口也与冷凝器102的进气口相连、回气口也与气液分离器107的出气口相连，也就是所述低温制冷压缩机与中高温制冷***的中高温制冷压缩机并联；且在中高温制冷压缩机101、低温制冷压缩机201的排气口管路上分别设有单向阀109、202，通过电气控制***控制其工作状态。

蒸发器103包括空气强制对流翅片式换热器、风机，其翅片式蒸发器采用翅片片距大于3mm宽翅片换热器，或者变片距式翅片换热器，翅片换热器进风侧的翅片片距大于3mm，出风侧的翅片片距小于3mm。

中高温制冷压缩机101的出油管和回油管上分别设置电磁阀113、114，低温制冷压缩机201的出油管和回油管上分别设置电磁阀203、204。

当然还包括图中示出或未示出的与现有技术相似的保障该装置正常工作、维护、保养的所需要的阀件、管路和电气控制***所需的相关元件及程序。

中高温制冷压缩机101作为热量输送的动力，将空气强制循环式翅片式蒸发器103从环境大气中采集的热量，以及在输送制冷剂热量的同时所消耗的能量一起输送至冷凝器102，并通过冷凝器102将热量传递给采暖***或中央空调***，放出热量的制冷剂被冷却成高压制冷剂液体，通过节流阀104节流降压继续输送至空气强制循环式翅片式蒸发器103采集环境空气的热量。

高压贮液器105主要作用就是贮存制冷***工作过程中多余的制冷剂，过滤干燥器106则是用于除去循环的制冷剂中杂质及水分，气液分离器107的主要作用是将蒸发器103中没有吸热的制冷剂液体分离下来，中高温制冷压缩机101和低温制冷压缩机201共同使用同一个油冷却器，通过电磁阀113、114、203、204予以控制润滑油回路，其主要作用是控制压缩机的油温，防止压缩机排气温度过高时引起油温过高焦化问题，以保障压缩机连续稳定运行。

当环境温度较高时，也就是在17℃至-10℃——中高温制冷压缩机在最佳的工作范围内，在这种情况下，低温制冷压缩机201停止工作，中高温制冷***投入工作，电磁阀108通电打开，中高温制冷压缩机101通电工作，这样环境空气在风机的作用下掠过强制循环式翅片式蒸发器103后，蒸发器103内部的低压制冷剂液体吸收环境空气中的热量蒸发成气体，经过吸气管路进入气液分离器107，将部分未蒸发的制冷剂液体分离下来，气体被中高温制冷压缩机101吸入，通过消耗能量将低压的制冷剂气体压缩成高压的制冷剂气体，将从蒸发器103中吸收的热量，连同压缩机所消耗的能量通过制冷剂，经过排气管路上的单向阀109进入冷凝器102，并将热量传递给采暖***的水或者中央空调***的空气，使需要采暖的区域温度得到提升，而制冷剂则被冷却成高压制冷剂液体进入高压贮液器105，从高压贮液器105中出来的高压制冷剂液体经过干燥过滤器106除去制冷剂中的水分和杂质后，经过电磁阀108进入节流阀104节流降压后，进入蒸发器103继续吸收环境空气的热量，制冷剂如此不断地连续循环，实现了连续不断地从环境大气中吸收热量，从而达到连续不断地为采暖***提供热量的目的。

当环境温度较低时，也就是在-10℃以下时——已经接近或者达到中高温制冷压缩机的极限工作范围时，在这种情况下，中高温制冷压缩机101停止工作，电磁阀104通电打开，低温制冷压缩机201接通电源投入工作，这样低温环境空气在风机的作用下掠过强制循环式翅片式蒸发器103后，蒸发器103内部的低压制冷剂液体吸收环境空气中的热量蒸发成气体，经过吸气管路进入气液分离器107，将部分未蒸发的制冷剂液体分离下来，气体被低温制冷压缩机201吸入，通过消耗能量将低压的制冷剂气体压缩成高压的制冷剂气体，将从蒸发器103中吸收的热量，连同压缩机所消耗的能量通过制冷剂，经过排气管路上单向阀202进入冷凝器102，并将热量传递给采暖***的水或者中央空调***的空气，使需要采暖的区域温度得到提升，而制冷剂则被冷却成高压制冷剂液体进入高压贮液器105，从高压贮液器105中出来的高压制冷剂液体经过干燥过滤器106除去制冷剂中的水分和杂质后，经过电磁阀108进入节流阀104节流降压后，进入蒸发器103继续吸收环境空气的热量，制冷剂如此不断地连续循环，实现了连续不断地从低温环境大气中吸收热量，从而达到连续不断地为采暖***提供热量的目的。

油冷却器是否投入工作，由设置在排气管路上的温度传感器或者设置在润滑油回油管路上的温度传感器检测的排气温度或者油温自动控制油冷却器启停。

根据环境温度的不同，中高温制冷压缩机与低温制冷压缩机接班式交替工作，从而确保该叠加式空气源供热装置在-30℃至17℃之间的环境条件下为采暖***或空调***提供充足的热量，保证需要采暖的区域的温度由于外界环境温度的急剧变化产生大的波动，并且两个压缩机能交替工作，不仅节省能源，并且有利于延长使用寿命和安全、可靠的使用。

本发明叠加式空气源供热装置技术方案中，其工作原理是：在环境温度较高的条件下，低温压缩机停止工作，采用中高温制冷***工作，解决了低温压缩机在高温工况下工作时超极限工作，而导致压缩机损坏的问题，并为采暖***提供充足的热量，同时有效地降低了制冷***工作过程中从空气中获取热量时的能耗；在环境温度较低的条件，中高温制冷压缩机停止运行，由低温制冷压缩机取代中高温制冷压缩机投入工作，高低温制冷***的转换均有电气控制***自动完成，从而解决了中高温压缩机低温工况下工作时超极限问题，以及由此导致压缩机损坏的问题，确保了低温条件下装置的安全运行，使之在低温条件下能够连续不断地从环境大气中提取热量，满足采暖的热量需求，提高了装置的能效比，并为采暖***提供充足的热量。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下突出的实质性特点：

1、环保。该装置利用制冷原理从环境大气中提取热量的方法，为人们冬季采暖提供热量，无任何可能对环境产生污染的物质排放，因此，装置运行过程中不会对环境产生任何污染。

2、节能。该装置在分别在如下不同温度下进行开机试验，其能效比实验结果如下：

从上表可以看出，本发明在不同温度条件下的能效比均＞2，远高于电、煤、燃气采暖的性能系数。

3、安装简单。无需建设机房，无需打井、埋管，无需添置其它设备，只要将该装置与采暖末端连接起来，形成一个封闭***，通电后即可投入工作。

4、模块化。从根本上解决了传统的空气源供热机组在长江流域湿度较大地区和北方寒冷地区使用时，由于受压缩机极限运行工况的限制，故障率高，甚至无法运行的问题。因此，该装置南北通用，便于模块化生产和使用，对于缓解气候变暖，解决雾霾问题具有非常重要的意义。

    在此需要指出的是，本发明的叠加式空气源供热装置是一个***装置，只要采用本说明书的工作原理，任何设备及阀件的增减所形成的叠加式空气源供热装置均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种叠加式空气源供热装置，包括：维护架构箱体（30），设置在维护架构箱体（30）内的中高温制冷***（10）、电气控制***（40），所述中高温制冷***（10）包括至少一台中高温制冷压缩机（101）、冷凝器（102）、蒸发器（103）、节流阀（104）、高压储液器（105）、干燥过滤器（106）、气液分离器（107），中高温制冷压缩机（101）的排气口与冷凝器（102）的进气口相连、回气口与气液分离器（107）的出气口相连；其特征在于：还包括低温制冷压缩机组（20），所述低温制冷压缩机组（20）包括至少一台低温制冷压缩机（201），所述低温制冷压缩机（201）的排气口与冷凝器（102）的进气口相连、回气口与气液分离器（107）的出气口相连，且在中高温制冷压缩机（101）、低温制冷压缩机（201）的排气管路上分别设有单向阀（109、202）。

2.根据权利要求1所述一种叠加式空气源供热装置，其特征在于：所述的蒸发器（103）包括空气强制对流的翅片式换热器、风机，其翅片式蒸发器采用宽翅片式换热器或者变片距式翅片换热器。

3.根据权利要求1所述一种叠加式空气源供热装置，其特征在于：干燥过滤器（106）与蒸发器（103）之间的管路上设置电磁阀（108）。

4.根据权利要求1所述一种叠加式空气源供热装置，其特征在于：中高温制冷压缩机（101）和低温制冷压缩机（201）共用一个空气强制对流式油冷却器（205）。

5.包含根据权利要求1-4任一所述一种叠加式空气源供热装置的供暖***。

6.包含根据权利要求1-4任一所述一种叠加式空气源供热装置的中央空调***。