CN106765451A - 一种无霜型溶液热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无霜型溶液热泵装置，分别将预冷/蒸发/除湿一体化和预热/冷凝/再生一体溶液式热质交换器、风机、水泵及溶液泵等主要部件组成。在构建溶液式热质交换化，并结合热泵原理和热回收技术，是一种节能高效的复合型热泵***装置，它由器的基础上，使用制冷剂对溶液进行预冷/预热，并对装置进行内冷/内热，利用除湿溶液吸收室外空气中水分凝结的潜热给制冷剂蒸发提供热量，采用热泵原理利用制冷剂凝结放热加热再生溶液，再由溶液对需处理的空气加热和加湿，这样既提高装置性能，又克服了传统空调冬季结霜的问题，使得***可以持续高效供热。

Description

一种无霜型溶液热泵装置

技术领域

本发明属于热泵、除湿再生和蓄能装置制造的技术领域，具体涉及一种无霜型溶液热泵装置。

背景技术

我国长江中下游地区夏季高温高湿，冬季阴冷潮湿，GDP和人口都占全国近半，随着我国城镇化加速发展和人们对居住环境要求日益提高，使得该地区供冷供热能耗巨大，冬季供暖需求迫切，但却不能照搬北方供暖模式。

目前，作为南方供暖常采用的模式有风冷热泵、燃气壁挂炉采暖及直接电采暖。燃气壁挂炉采暖需消耗大量天然气资源，这对日益紧张的化石能源供应提出挑战，并且运行费用较高。直接电取暖无疑是一种非常浪费的能源利用模式。相对而言，风冷热泵具有一定的节能潜力，但是在长江中下游地区面临冬季结霜除霜的难题，不能连续高效供暖。

将溶液除湿再生***和热泵***相结合能使热泵***在冬季连续高效运行，因此研发新型高效紧凑的溶液式热泵***对解决夏热冬冷地区供暖问题具有重要工程应用价值。

发明内容

传统的风冷热泵***冬季均会结霜，而除霜的间歇运作会导致效率下降；为将解决该问题可引入溶液除湿***，而传统溶液除湿/再生装置大都是绝热型，除湿/再生过程中效果会随着溶液温度变化而降低；另外单独设置溶液除湿再生***和风冷热泵装置会导致***结构复杂，同时对于机房面积也有较高要求。本发明提供一种无霜型溶液热泵装置及方法，能有效的解决上述问题。

本发明的一种无霜型溶液热泵装置包括空气回路、溶液回路和制冷剂回路。

空气回路由风机、风阀、热交换器、溶液式热质交换器等设备组成。一方面利用室外空气与1#溶液式热质交换器内溶液做热湿交换，另一方面从房间出来的回风和室外新风通过风阀调节流量混合后进入2#溶液式热质交换器进行处理，混合部分回风送入室内，***排风与制冷剂进行热交换后排出室外。

第一个空气子回路，风管A连接1#溶液式热质交换器的集风静压箱和第三风机；第二个空气子回路，2#溶液式热质交换器远离1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱接入混合风管J，混合风管J连接室外新风管E和回风管H，且室外新风管E上连接第二热交换器；2#溶液式热质交换器靠近1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱连接混合风出口F，混合风出口F连接送风管I和第四风阀，送风管I连接第一风机，第一风机1出风口连接安置于室内的送风口K，第四风阀左侧分别连接回风管G与风管D，回风管G和回风管H并联连接，后和第二风机连接，第二风机连接室内回风口L，风管D连接第一热交换器。

所述回风管H上设有第一风阀，送风管I上设有第二风阀，回风管G上设有第三风阀。

溶液回路由第一溶液泵、第二溶液泵、溶液管α、溶液管γ、1#溶液式热质交换器、2#溶液式热质交换器、溶液热回收器组成。1#溶液式热质交换器连接溶液管α和溶液管δ，溶液管α上设有第一溶液泵，2#溶液式热质交换器连接溶液管γ和溶液管β，溶液管γ上设有第二溶液泵，溶液管α、溶液管γ、溶液管δ、和溶液管β均连接进行显热交换的溶液热回收器。

制冷剂回路由制冷剂管a、制冷剂管b、制冷剂管c、制冷剂管d、制冷剂管e、制冷剂管f、制冷剂管g、压缩机、第一热交换器、第二热交换器、第一制冷剂阀、第二制冷剂阀、第三制冷剂阀、第四制冷剂阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀、四通换向阀、1#溶液式热质交换器、2#溶液式热质交换器组成，1#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱连接制冷剂管b，制冷剂管b连接四通换向阀，四通换向阀还连接有制冷剂管a、制冷剂管d和制冷剂管c，制冷剂管a连接压缩机回到制冷剂管c，制冷剂管d连接2#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱，2#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱和下部制冷剂储存箱依靠制冷剂套管连接，下部制冷剂储存箱通过制冷剂管g一路连接第三制冷剂阀，另一路连接第四制冷剂阀和第二热交换器，且制冷剂管g上设有第二膨胀阀，两路并联后通过制冷剂管f一路连接第二制冷剂阀，一路连接第一热交换器和第一制冷剂阀，两路并联后由制冷剂管e连接1#溶液式热质交换器中的下部制冷剂储存箱，且制冷剂管e上设有第一膨胀阀。

制冷剂在制冷剂套管内对溶液进行预冷/预热的同时，也在热质交换器中起着内冷/内热的作用。制冷剂在溶液式热质交换器、热交换器、膨胀阀、压缩机的环路中循环，完成整个回路工作。

所述溶液式热质交换器，包括热湿处理箱、溶液储液盘、集风静压箱、集液盘、制冷剂储存箱、溶液储存箱、溶液管、散装填料、制冷剂套管、网孔填料隔板、溶液通道、网孔布液板。

溶液式热质交换器顶部和底部均为溶液储存箱，上下溶液储存箱通过溶液管连通，且上下溶液储存箱之间为上下制冷剂储存箱，上下制冷剂储存箱中间为热湿处理箱，且热湿处理箱内设制冷剂套管，所述制冷剂套管包裹溶液管，热湿处理箱内填充散装填料，热湿处理箱左右为网孔填料隔板，分别外接集风静压箱，热湿处理箱前后为钢板，热湿处理箱内顶端设网孔布液板，溶液储存箱与溶液储液盘之间设有溶液通道。

无霜型溶液热泵***分别将预冷蒸发除湿一体化和预热冷凝再生一体化，是一种节能高效的复合型***装置，既可提高性能、节约能耗，又可节省装置所需空间，同时解决了传统空调冬季结霜的问题，使得***可以持续高效供热。

本发明的有益效果是：

1）利用两个溶液热质交换器内的制冷剂蒸发吸热量和冷凝放热量对溶液进行预冷/预热的同时，也对除湿器和再生器进行内冷/内热，极大程度上节约能耗；

2）通过采用两个溶液热质交换器分别实现预冷蒸发除湿一体化和预热冷凝再生一体化应用，在提高***性能的同时，不仅降低了***装置的复杂程度还节省了装置所需空间；

3）冬季运行时，溶液从室外空气中吸收水分凝结的潜热，既提高装置性能，又克服了传统空调冬季结霜的问题，使得***可以持续高效供热。

附图说明

图1 是本发明的无霜型溶液热泵装置及方法的原理示意图。

其中：第一风机1、第二风机2、第三风机3、第一风阀4、第二风阀5、第三风阀6、第四风阀7、压缩机8、第一热交换器9、第二热交换器10、第一制冷剂阀11、第二制冷剂阀12、第三制冷剂阀13、第四制冷剂阀14、第一膨胀阀15、第二膨胀阀16、第一溶液泵17、第二溶液泵18、四通换向阀19、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21、溶液热回收器22、集风静压箱23。

风管A、排风口B、排风口C、风管D、室外新风管E、混合风出口F、回风管G、回风管H、送风管I、混合风管J、送风口K、回风口L。

制冷剂管a、制冷剂管b、制冷剂管c、制冷剂管d、制冷剂管e、制冷剂管f、制冷剂管g。

溶液管α、溶液管β、溶液管γ、溶液管δ。

图2 是本发明的溶液式热质交换器详图。

其中：溶液储液盘24、集风静压箱25、集液盘26、制冷剂储存箱27、溶液储存箱28、溶液管29、散装填料30、制冷剂套管31、网孔填料隔板32、溶液通道33、网孔布液板34、热湿处理箱35。

具体实施方式

结合附图1和2对本发明的技术方案作进一步的描述，本发明的无霜型溶液热泵装置包括空气回路、溶液回路和制冷剂回路。

如图1所示，空气回路由第一风机1、第二风机2、第三风机3、第一风阀4、第二风阀5、第三风阀6、第四风阀7、第一热交换器9、第二热交换器10、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21和集风静压箱23组成，包括两个子回路。一方面利用室外空气与1#溶液式热质交换器内溶液做热湿交换，另一方面从房间出来的回风和室外新风通过风阀调节流量混合后进入2#溶液式热质交换器进行处理，混合部分回风送入室内，***排风与制冷剂进行热交换后排出室外。

第一个空气子回路，风管A连接1#溶液式热质交换器的集风静压箱25和第三风机3；第二个空气子回路，2#溶液式热质交换器远离1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱25接入混合风管J，混合风管J连接室外新风管E和回风管H，且室外新风管E上连接第二热交换器10；2#溶液式热质交换器靠近1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱25连接混合风出口F，混合风出口F连接送风管I和第四风阀4，送风管I连接第一风机1，第一风机1出风口连接安置于室内的送风口K，第四风阀4左侧分别连接回风管G与风管D，回风管G和回风管H并联连接，后和第二风机2连接，第二风机2连接室内回风口L，风管D连接第一热交换器9。

所述回风管H上设有第一风阀4，送风管I上设有第二风阀5，回风管G上设有第三风阀6。

第一个空气子回路的室外空气由1#溶液式热质交换器20的网孔填料隔板32进入1#溶液式热质交换器20，之后通过风管A流至第三风机3，最后由空气出口B排至室外；第二个空气子回路的室外新风经室外新风管E流入第二热交换器10后与回风管H中的回风混合并由混合风管J经网孔填料隔板32送入2#溶液式热质交换器21，然后2#溶液式热质交换器21内空气进入集风静压箱23并从混合风出口F流出，与通过回风管G、第四风阀7中的部分回风混合后从送风管I经第二风阀5和第一风机1由送风口K送入室内；室内回风由回风口L经第二风机2分成两部分，一部分经第一风阀4、回风管H与流经室外新风管E内空气混合后由混合风管J进入2#溶液式热质交换器21，另一部分经第三风阀6、回风管G后分两路，一路经第四风阀7与混合出风口F的空气混合，另一路经风管D通过第一热交换器9从排风口C排至大气。

溶液回路由第一溶液泵17、第二溶液泵18、溶液管α、溶液管γ、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21、溶液热回收器22组成。1#溶液式热质交换器20连接溶液管α和溶液管δ，溶液管α上设有第一溶液泵17，2#溶液式热质交换器21连接溶液管γ和溶液管β，溶液管γ上设有第二溶液泵18，溶液管α、溶液管γ、溶液管δ、和溶液管β均连接进行显热交换的溶液热回收器22。

溶液回路由第一溶液泵17、第二溶液泵18、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21、溶液热回收器22组成。溶液由1#溶液式热质交换器20中的集液盘26流出，通过溶液管路α由第一溶液泵17加压进入溶液热回收器22后经溶液管路β进入2#溶液式热质交换器21中的下部溶液储存箱28，然后从溶液管29上升至上部溶液储存箱28，随后从溶液管33向下流，聚集于溶液储液盘24并通过网孔布液板34均匀下渗沿散装填料30回到2#溶液式热质交换器20的集液盘26，随后通过溶液管路γ由第二溶液泵18输送到溶液热回收器22，之后通过溶液管路δ到达1#溶液式热质交换器20中的溶液储存箱28，然后从1#溶液式热质交换器20的溶液管29上升至其溶液储存箱28，随后从其溶液管29向下流，聚集于溶液储液盘24并通过网孔布液板34均匀下渗沿散装填料30回到1#溶液式热质交换器20的集液盘26，完成整个溶液循环。

制冷剂回路由制冷剂管a、制冷剂管b、制冷剂管c、制冷剂管d、制冷剂管e、制冷剂管f、制冷剂管g、压缩机8、第一热交换器9、第二热交换器10、第一制冷剂阀11、第二制冷剂阀12、第三制冷剂阀13、第四制冷剂阀14、第一膨胀阀15、第二膨胀阀16、四通换向阀19、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21组成。

1#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱27连接制冷剂管b，制冷剂管b连接四通换向阀19，四通换向阀19还连接有制冷剂管a、制冷剂管d和制冷剂管c，制冷剂管a连接压缩机8回到制冷剂管c，制冷剂管d连接2#溶液式热质交换器21的上部制冷剂储存箱27，2#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱27和下部制冷剂储存箱27依靠制冷剂套管31连接，下部制冷剂储存箱27通过制冷剂管g一路连接第三制冷剂阀13，另一路连接第四制冷剂阀14和第二热交换器10，且制冷剂管g上设有第二膨胀阀16，两路并联后通过制冷剂管f一路连接第二制冷剂阀12，一路连接第一热交换器9和第一制冷剂阀11，两路并联后由制冷剂管e连接1#溶液式热质交换器中的下部制冷剂储存箱27，且制冷剂管e上设有第一膨胀阀。

制冷剂在制冷剂套管内对溶液进行预冷/预热的同时，也在热质交换器中起着内冷/内热的作用。制冷剂在溶液式热质交换器、热交换器、膨胀阀、压缩机的环路中循环，完成整个回路工作。

制冷剂回路由制冷剂管a、制冷剂管b、制冷剂管c、制冷剂管d、制冷剂管e、制冷剂管f、制冷剂管g、压缩机8、第一热交换器9、第二热交换器10、制冷剂阀11、制冷剂阀12、制冷剂阀13、制冷剂阀14、第一膨胀阀15、第二膨胀阀16、四通换向阀19、1#溶液式热质交换器20、2#溶液式热质交换器21。冬季时，制冷剂由1#溶液式热质交换器20中制冷剂储存箱27流出经制冷剂管b流入四通换向阀19并由制冷剂管a流至压缩机8，接着流经制冷剂管c流入四通换向阀19并由制冷剂管d进入2#溶液式热质交换器21的上部制冷剂储存箱27，通过2#溶液式热质交换器21中的制冷剂套管31流至下部制冷剂储存箱27，然后流过第二膨胀阀16经制冷管g和制冷剂阀14进入第二热交换器10，随后流经制冷剂管路f和制冷剂阀12，后经制冷剂管e和第一膨胀阀15流入1#溶液式热质交换器20中的下部制冷剂储存箱27，再经1#溶液式热质交换器20的制冷剂套管31回到1#溶液式热质交换器20中的上部制冷剂储存箱27完成整个循环。夏季时，制冷剂由2#溶液式热质交换器21中上部制冷剂储存箱27流出经制冷剂管d流入四通换向阀19并由制冷剂管a流至压缩机8，接着流经制冷管c流入四通换向阀19并由制冷剂管b进入1#溶液式热质交换器20的上部制冷剂储存箱27，通过1#溶液式热质交换器20中的制冷剂套管31流至下部制冷剂储存箱27，然后流过第一膨胀阀15经制冷管e和制冷剂阀11进入第一热交换器9，随后流经制冷剂管f、制冷剂阀13、制冷剂管g、第二膨胀阀16流入2#溶液式热质交换器21中的下部制冷剂储存箱27，再经制冷剂套管31回到2#溶液式热质交换器21的上部制冷剂储存箱27完成整个循环。

如图2所示，溶液式热质交换器，包括溶液储液盘24、集风静压箱25、集液盘26、制冷剂储存箱27、溶液储存箱28、溶液管29、散装填料30、制冷剂套管31、网孔填料隔板32、溶液通道33、网孔布液板34、热湿处理箱35。

溶液式热质交换器顶部和底部均为溶液储存箱28，上下溶液储存箱28通过溶液管29连通，且上下溶液储存箱28之间为上下制冷剂储存箱27，上下制冷剂储存箱27中间为热湿处理箱35，且热湿处理箱35内设制冷剂套管31，所述制冷剂套管31包裹溶液管29，热湿处理箱35内填充散装填料30。热湿处理箱左右为网孔填料隔板32，分别外接集风静压箱25，热湿处理箱前后为钢板，热湿处理箱35内顶端设网孔布液板34。溶液储存箱28与溶液储液盘24之间设有溶液通道33。

无霜型溶液热泵***将预冷蒸发除湿一体化和预热冷凝再生一体化，是一种节能高效的复合型***装置，既可提高性能、节约能耗，又可节省装置所需空间，同时解决了传统空调冬季结霜的问题，使得***可以持续高效供热。

Claims (2)

1.一种无霜型溶液热泵装置，包括空气回路、溶液回路和制冷剂回路，其特征在于，

空气回路由第一风机、第二风机、第三风机、第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第一热交换器、第二热交换器、1#溶液式热质交换器、2#溶液式热质交换器和集风静压箱组成，其中第一个空气子回路，风管A连接1#溶液式热质交换器的集风静压箱和第三风机；第二个空气子回路，2#溶液式热质交换器远离1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱接入混合风管J，混合风管J连接室外新风管E和回风管H，且室外新风管E上连接第二热交换器；2#溶液式热质交换器靠近1#溶液式热质交换器一侧的集风静压箱连接混合风出口F，混合风出口F连接送风管I和第四风阀，送风管I连接第一风机，第一风机出风口连接安置于室内的送风口K，第四风阀左侧分别连接回风管G与风管D，回风管G和回风管H并联连接，后和第二风机连接，第二风机连接室内回风口L，风管D连接第一热交换器；所述回风管H上设有第一风阀，送风管I上设有第二风阀，回风管G上设有第三风阀；

溶液回路由第一溶液泵、第二溶液泵、溶液管α、溶液管γ、1#溶液式热质交换器、2#溶液式热质交换器、溶液热回收器组成，1#溶液式热质交换器连接溶液管α和溶液管δ，溶液管α上设有第一溶液泵，2#溶液式热质交换器连接溶液管γ和溶液管β，溶液管γ上设有第二溶液泵，溶液管α、溶液管γ、溶液管δ、和溶液管β均连接进行显热交换的溶液热回收器；

制冷剂回路由制冷剂管a、制冷剂管b、制冷剂管c、制冷剂管d、制冷剂管e、制冷剂管f、制冷剂管g、压缩机、第一热交换器、第二热交换器、第一制冷剂阀、第二制冷剂阀、第三制冷剂阀、第四制冷剂阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀、四通换向阀、1#溶液式热质交换器、2#溶液式热质交换器组成，1#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱连接制冷剂管b，制冷剂管b连接四通换向阀，四通换向阀还连接有制冷剂管a、制冷剂管d和制冷剂管c，制冷剂管a连接压缩机回到制冷剂管c，制冷剂管d连接2#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱，2#溶液式热质交换器的上部制冷剂储存箱和下部制冷剂储存箱依靠制冷剂套管连接，下部制冷剂储存箱通过制冷剂管g一路连接第三制冷剂阀，另一路连接第四制冷剂阀和第二热交换器，且制冷剂管g上设有第二膨胀阀，两路并联后通过制冷剂管f一路连接第二制冷剂阀，一路连接第一热交换器和第一制冷剂阀，两路并联后由制冷剂管e连接1#溶液式热质交换器中的下部制冷剂储存箱，且制冷剂管e上设有第一膨胀阀。

2.根据权利要求1所述的无霜型溶液热泵装置，其特征在于，所述溶液式热质交换器，包括热湿处理箱、溶液储液盘、集风静压箱、集液盘、制冷剂储存箱、溶液储存箱、溶液管、散装填料、制冷剂套管、网孔填料隔板、溶液通道、网孔布液板；

溶液式热质交换器顶部和底部均为溶液储存箱，上下溶液储存箱通过溶液管连通，且上下溶液储存箱之间为上下制冷剂储存箱，上下制冷剂储存箱中间为热湿处理箱，且热湿处理箱内设制冷剂套管，所述制冷剂套管包裹溶液管，热湿处理箱内填充散装填料，热湿处理箱左右为网孔填料隔板，分别外接集风静压箱，热湿处理箱前后为钢板，热湿处理箱内顶端设网孔布液板，溶液储存箱与溶液储液盘之间设有溶液通道。