CN106594908A - 一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵*** - Google Patents

一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，包括制冷剂环路、室内侧空气环路、室外侧空气环路以及连接室内侧与室外侧的除湿转轮；通过除湿转轮将室外空气的水蒸气送入室内，一方面减小了室外换热器表面空气的湿度，实现无霜空气源热泵；另一方面，对室内空气进行加湿，在抑制结霜的同时，提高了供暖房间的含湿量，一举两得。在夏季时，除湿转轮可将室内的湿度带出，实现室内除湿，利用室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生。新型循环式除霜***，主要是在除霜的过程中减少表面对流散热的损失，提高除霜效率，缩短除霜时间，减低除霜能耗。同时除湿转轮可以将除霜过程中产生的水蒸气送入室内，提高室内空气品质。

Description

一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***
技术领域
本发明涉及无霜空气源热泵技术领域，具体是一种带有转轮除湿的无霜空气源热泵装置。
背景技术
空气源热泵具有兼顾供冷供热、占用空间小、节能环保、方便安装等优点，近年来受到越来越多的青睐。但空气源热泵室外侧换热器在冬季运行时存在结霜问题，导致其运行效果并不理想。并且伴随着室外换热器壁面霜层厚度的增加，导致室外换热器蒸发温度下降、机组制热量降低、风机性能衰减、供热性能系数降低等问题，严重时会出现压缩机停机，从而导致机组不能正常工作。因此，结霜问题成为了影响热泵机组正常制热的首要因素。
国内学者研究表明，空气源热泵在-5℃～5℃之间，相对湿度在70％以上的气象条件下运行时其室外换热器表面是最易结霜的；日本学者研究也表明，室外干球温度在-12.8℃～5.8℃之间，相对湿度在65％以上的范围内，室外换热器可能出现结霜，又称结霜区。在空气相对湿度低于65％时，结霜很难发生。因此在温度一定的情况下，湿度对于结霜的影响最大，降低湿度可以有效的避免结霜，若除湿后室外空气露点温度低于制冷剂蒸发温度，则不会发生结露和结霜现象。基于此，本发明提出一种新型带有转轮除湿的无霜空气源热泵***。
但是，在室外空气除湿后其露点温度仍高于制冷剂蒸发温度的情况下，空气源热泵可能还是会存在结霜问题。为了保证空气源热泵机组的正常运行，结霜后需要进行除霜，目前逆循环除霜是应用最广泛的除霜方法之一。应用逆循环除霜时，室外换热器变为冷凝器，室内换热器变为蒸发器。机组从室内环境取热融化霜层，造成了室内环境的恶化；另一方面，除霜能耗大，除霜能耗占整个供暖季总能耗的10.2％，且除霜效率普遍偏低，一般低于50％。除霜能量损失主要包括散失到环境中的热量和节流损失，为了提高除霜效率，减少除霜时间，降低除霜能耗，本发明提出一种新型带有转轮除湿循环式除霜***。专利CN102384539A提出一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调***，该复合空调***与室内辐射供暖和供冷相结合，除湿转轮用于对夏季室内新风除湿，并未考虑冬季结霜工况，需要对制冷剂环路进行修改，还需要加入热交换转轮，***形式较为复杂。专利CN103017332A提出一种蓄热除湿耦合型无霜空气源热泵热水器，该***可以实现无霜空气源热泵，但需要添加固体吸湿和相变蓄热模块，并且需要对制冷剂环路进行修改，***形式较为复杂，且存在两种运行模式，对于控制精度要求较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，克服现有技术中先结霜后除霜的思路，原有需对制冷剂管路进行改造、***运行及控制复杂的问题。
本发明采用的技术方案是：一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，包括制冷剂环路、室内侧空气环路、室外侧空气环路以及连接室内侧与室外侧的除湿转轮；
所述制冷剂环路包括压缩机、四通换向阀、蒸发器、电子膨胀阀、冷凝器组成的环路；
所述室外侧空气环路包括室外侧风机、除湿转轮、室外引风管、室外送风管、室外机可控风口部分；供热工况时，室外中温高湿空气经室外引风管进入除湿转轮除湿区，经过除湿后变为高温低湿空气，通过室外送风管由室外侧风机送入蒸发器，在其中冷却后，变为低温高湿空气，最后由室外机可控风口送至室外大气；制冷工况时，室外空气环路反向运行，即利用室外换热器加热后的空气对除湿转轮进行再生；
所述室内侧空气环路包括室内侧风机、除湿转轮、室内回风口、室内送风口、室内回风管、室内送风管部分；供热工况时，室内低温低湿空气经室内回风口进入冷凝器，在其中加热后，变为高温低湿空气，通过室内侧风机，由室内回风管进入除湿转轮再生区，经过加湿后变为中温中湿空气，再由室内送风管送入室内送风口，最终进入室内；制冷工况时，室内空气在除湿转轮处是被除湿干燥的，利用室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生；
所述除湿转轮包括除湿转轮再生区、除湿转轮除湿区；供热工况时，为了避免室外侧换热器结霜，需要降低进入室外侧换热器空气的相对湿度，通过除湿转轮除湿区将室外侧空气除湿，与此同时，利用除湿转轮再生区对室内侧空气加湿，完成吸湿剂的再生；制冷工况时，为了降低室内空气湿度，利用除湿转轮除湿区对室内空气除湿，可实现温湿度独立控制，同时利用室外换热器排出的高温空气来对除湿转轮再生区的吸湿剂进行再生。
所述室外引风管与蒸发器之间设置有室外循环管，室外循环管上设有电动阀I，室外引风管上设有电动阀II。
所述室外机可控风口与电动阀I、电动阀II联动，实现无霜运行以及循环除霜的切换。
所述室内侧空气环路回风由新风代替。
本发明的有益效果是：本发明的新型无霜空气源热泵***，通过除湿转轮将室外空气的水蒸气送入室内，一方面减小了室外换热器表面空气的湿度，实现无霜空气源热泵；另一方面，对室内空气进行加湿，在抑制结霜的同时，提高了供暖房间的含湿量，一举两得。在夏季时，除湿转轮可将室内的湿度带出，实现室内除湿，利用室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生。
新型循环式除霜***，主要是在除霜的过程中减少表面对流散热的损失，提高除霜效率，缩短除霜时间，减低除霜能耗。同时除湿转轮可以将除霜过程中产生的水蒸气送入室内，提高室内空气品质。
附图说明
图1为带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵冬季运行原理图；
图2为带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵夏季运行原理图；
图3为带有转轮除湿的新型循环式除霜***原理图；
图4为无霜空气源热泵冬季空气处理过程详图；
图5为无霜空气源热泵冬季空气处理过程焓湿图；
其中：1.压缩机；1-1.四通换向阀；2.蒸发器(室外侧换热器)；3.电子膨胀阀；4.冷凝器(室内侧换热器)；5.室内侧风机；6.室外侧风机；7.除湿转轮；7-1.除湿转轮再生区；7-2.除湿转轮除湿区；8.室内回风口；9.室内送风口；10.室内回风管；11.室内送风管；12.室外引风管；13.室外送风管；14.室外机可控风口；15.室外循环管；16.电动阀I；17.电动阀II；18.室外引风口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的无霜空气源热泵***包括制冷剂环路、室内侧空气环路、室外侧空气环路以及连接室内侧与室外侧的除湿转轮。
制冷剂环路包括压缩机1、四通换向阀1-1、蒸发器2、电子膨胀阀3、冷凝器4等部分。供热工况的流向为：1→1-1→4→3→2→20→1；制冷工况的流向为：1→1-1→2→3→4→20→1。
室外侧空气环路包括室外侧风机6、除湿转轮7、室外引风管12、室外送风管13、室外机可控风口14等部分。供热工况时，室外中温高湿空气(OA)经室外引风管12进入除湿转轮除湿区7-2，经过除湿后变为高温低湿空气(DA)，通过室外送风管13由室外侧风机6送入蒸发器2，在其中冷却后，变为低温高湿空气(EA)，最后由室外机可控风口14送至室外大气；制冷工况时，室外空气环路反向运行，即利用室外换热器加热后的空气对除湿转轮7进行再生。
室内侧空气环路包括室内侧风机5、除湿转轮7、室内回风口8、室内送风口9、室内回风管10、室内送风管11等部分。供热工况时，室内低温低湿空气(IA)经室内回风口8进入冷凝器4，在其中加热后，变为高温低湿空气(HA)，通过室内侧风机5，由室内回风管10进入除湿转轮再生区7-1，经过加湿后变为中温中湿空气(CA)，再由室内送风管11送入室内送风口9，最终进入室内，处理过程空气焓湿图如图5所示；制冷工况时，室内空气在除湿转轮7处是被除湿干燥的，利用室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生。
除湿转轮7包括除湿转轮再生区7-1、除湿转轮除湿区7-2。供热工况时，为了避免室外侧换热器结霜，需要降低进入室外侧换热器空气的相对湿度，通过除湿转轮除湿区7-2将室外侧空气除湿，与此同时，利用除湿转轮再生区7-1对室内侧空气加湿，完成吸湿剂的再生；制冷工况时，为了降低室内空气湿度，利用除湿转轮除湿区7-2对室内空气除湿，可实现温湿度独立控制，同时利用室外换热器排出的高温空气来对除湿转轮再生区7-1的吸湿剂进行再生。
如图3所示，本发明带有转轮除湿的新型循环式除霜***是新型无霜空气源热泵***的补充，主要是考虑在恶劣天气状况时，即在除湿后室外空气露点温度依然高于制冷剂蒸发温度的情况下，空气源热泵可能还是会存在结霜问题，此时***需要除霜。为了提高除霜效率，本发明中添加了室外循环管15，将电动阀I16打开，关闭电动阀II17，同时关闭室外机可控风口14，实现室外空气进行循环除霜，除霜过程中产生的水蒸气由除湿转轮7转移至室内，对室内空气进行加湿处理。
上述方案中，室外机可控风口14与电动阀I16、电动阀II17联动，实现无霜运行以及循环除霜的切换。
上述方案中，无霜空气源热泵***室内侧空气环路可以为但并不局限于回风，满足要求的新风也可作为除湿转轮的室内侧空气环路。
上述方案中，采用的除湿转轮除湿的方式来避免结霜，但由于转轮也可进行热回收，若排风的热回收量足够时，可直接利用对室外空气升温的方式来避免结霜，此时的转轮即为热回收转轮。
上述方案中，采用的除湿转轮热容应尽量小，避免将室外的冷量过多的带入室内；
上述方案中，在循环式除霜时，利用的是室内空气来进行再生，但由于此时四通换向阀换向，室内侧进入制冷模式，室内风机应关闭或小风速运行，因此此时可利用经过处理的室外空气(或新风)来进行再生；
上述方案中在室外盘管无结霜(冬季)以及室内无须除湿(夏季)时，可将除湿转轮***关闭，恢复为正常的空气源热泵***。
***运行转换：
无霜***：冷凝器将室内空气加热后，由管道送至除湿转轮处，对室内空气进行加湿处理的同时，将转轮上的固体吸湿剂进行再生，从而实现对进入室外蒸发器的空气进行连续除湿，避免结霜；若室外环境恶劣，出现结霜，则采用循环式除霜***；
循环式除霜***:在除霜时，将室外换热器与室外空气隔绝，采用循环空气除霜，而对于除霜过程中产生的高湿度空气，借助除湿转轮将水蒸气带入室内，并利用室内空气对除湿转轮来进行再生，同时对室内进行加湿。
在制热工况下，除湿转轮在无须额外装置和热量的情况下，可同时实现室外换热器的无霜和室内空气的加湿。由于空调制热时空调设计低于28℃防冷风吹出保护，高于56℃过热保护或降频，所以室内最佳的冷凝温度选取设计值也是50℃，而且硅胶的再生温度在(40-50℃)之间，故该***可连续正常运转。在制冷工况下，除湿转轮用于对室内空气进行除湿，由室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，其特征在于，包括制冷剂环路、室内侧空气环路、室外侧空气环路以及连接室内侧与室外侧的除湿转轮；
所述制冷剂环路包括压缩机、四通换向阀、蒸发器、电子膨胀阀、冷凝器组成的环路；
所述室外侧空气环路包括室外侧风机、除湿转轮、室外引风管、室外送风管、室外机可控风口部分；供热工况时，室外中温高湿空气经室外引风管进入除湿转轮除湿区，经过除湿后变为高温低湿空气，通过室外送风管由室外侧风机送入蒸发器，在其中冷却后，变为低温高湿空气，最后由室外机可控风口送至室外大气；制冷工况时，室外空气环路反向运行，即利用室外换热器加热后的空气对除湿转轮进行再生；
所述室内侧空气环路包括室内侧风机、除湿转轮、室内回风口、室内送风口、室内回风管、室内送风管部分；供热工况时，室内低温低湿空气经室内回风口进入冷凝器，在其中加热后，变为高温低湿空气，通过室内侧风机，由室内回风管进入除湿转轮再生区，经过加湿后变为中温中湿空气，再由室内送风管送入室内送风口，最终进入室内；制冷工况时，室内空气在除湿转轮处是被除湿干燥的，利用室外换热器排出的高温空气来对吸湿剂进行再生；
所述除湿转轮包括除湿转轮再生区、除湿转轮除湿区；供热工况时，为了避免室外侧换热器结霜，需要降低进入室外侧换热器空气的相对湿度，通过除湿转轮除湿区将室外侧空气除湿，与此同时，利用除湿转轮再生区对室内侧空气加湿，完成吸湿剂的再生；制冷工况时，为了降低室内空气湿度，利用除湿转轮除湿区对室内空气除湿，可实现温湿度独立控制，同时利用室外换热器排出的高温空气来对除湿转轮再生区的吸湿剂进行再生。
2.根据权利要求1所述带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，其特征在于，所述室外引风管与蒸发器之间设置有室外循环管，室外循环管上设有电动阀I，室外引风管上设有电动阀II。
3.根据权利要求2所述带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，其特征在于，所述室外机可控风口与电动阀I、电动阀II联动，实现无霜运行以及循环除霜的切换。
4.根据权利要求1所述带有转轮除湿的新型无霜空气源热泵***，其特征在于，所述室内侧空气环路回风由新风代替。
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