CN101105347A - 可调节湿度的热泵空调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种制冷技术领域的可调节湿度的热泵空调器。包括相互连接的压缩热泵系统和转轮除湿系统，转轮除湿系统包括：皮带或齿轮、除湿转轮、加热器、回热器、室外风机、电动机，室内风机，它们的连接关系是：电动机通过皮带或齿轮与除湿转轮连接，除湿转轮在新风区通过风管分别与加热器和回热器连接，回热器在新风侧通过风管与室内换热器连接，室内换热器与室内风机连接，在室外换热器分区通过风管与加热器连接，该分区另一侧通过风管与压缩热泵系统的室外换热器连接等。本发明结构简单、系统运行自动化，能有效地利用空调冷凝排热，无环境污染，是一种绿色节能型制冷机组。

Description

可调节湿度的热泵空调器

技术领域

本发明涉及的是一种制冷技术领域的空调器，具体是一种可调节湿度的热泵空调器。

背景技术

利用低品位热源的转轮除湿/加湿技术吻合了当前能源、环境协调发展的总趋势。固体转轮除湿可采用冷凝余热驱动干燥转轮除去空调中的潜热负荷，由电驱动蒸汽压缩制冷系统除去空气中显热负荷，能够大幅提高电空调的效能，对电力供应的紧张趋势可起到减缓作用。另外，转轮除湿减少采用氯氟烃类制冷剂，无CFCS问题也无温室效应作用，是一种环境友好型的制冷方式。最新研究还发现，经过转轮处理的空气，能去除其中的有害气体及成分，提高空气品质。转轮除湿/加湿与蒸汽压缩式热泵结合的热泵空调器应用主要集中在家用及商用空调等领域，特别适合湿热、湿冷气候，与单纯电驱动空调机比较，具有供热、供冷高效节能、可处理更多新鲜空气且空气处理质量好、环保等优点。

电驱动蒸汽压缩制冷系统同时处理潜热及显热负荷，其中潜热负荷需达到露点温度，一般能耗较高，特别在湿热季节，大量能耗用于潜热负荷，造成用电紧张。另外在冬季取暖季节，蒸汽压缩式空调系统处于热泵循环，室外机由室外吸热，  在气温较低，相对湿度较高时易结霜，严重影响热泵的正常运行及使用范围。而且由于室内相对湿度低，室内机需要达到较高的冷凝温度才能达到合适的取暖效果，也影响空调系统的效率。目前结合转轮除湿/加湿及压缩式制冷/取暖，并利用冷凝热驱动转轮除湿及防止结霜的空调尚没有见到。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：CN1587863，专利名称为：“跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统”，该专利公开了利用二氧化碳做制冷剂的压缩制冷系统与转轮除湿相结合，其二氧化碳空调系统复杂，有两个冷凝换热器，无新风功能及热回收装置，无冬季加湿功能，仅依靠冷凝器再生，在有些情况下能效低。而且目前二氧化碳空调系统仅初步试用于汽车空调领域，规模化用于建筑空调领域未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可调节湿度的热泵空调器。在不同季节，根据需要能够进行湿度调节，并能够处理新风及回收室内热能的热泵空调器；通过利用压缩空调余热或太阳能等可再生能源驱动转轮除湿组件，使潜热负荷及显热负荷分别得到高效处理，提高空气调节的能量效率，降低电能这一高品位能源的消耗；利用转轮除湿系统，在热泵冬季运行时，减少系统结霜可能，从而使得系统的运行可靠性显著提高。本发明具有结构简单，系统运行易于实现自动化等特点，能有效地利用热泵空调系统冷凝排热，无环境污染，是一种绿色节能型制冷机组。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，本发明包括相互连接的压缩热泵系统和转轮除湿系统，通过这两个系统相互配合，对室外新风或室内回风进行湿度及温度处理，其中湿度处理主要由转轮除湿系统完成，温度处理主要由压缩热泵系统完成，且将室内回风与室外新风进行热量交换，回收室内回风的热量(冷量)。提高了整体系统的能效，实现了常规压缩热泵系统或转轮除湿系统不具备的多项功能。

所述压缩热泵系统包括：压缩机、四通阀、室外换热器、室内换热器、节流装置、制冷剂管道，并构成封闭循环系统。压缩机通过制冷剂管道与四通阀连接，四通阀再通过制冷剂管道分别与室内换热器及室外换热器连接，室内换热器与节流装置连接，节流装置另一端与室外换热器连接。所述的封闭循环系统，压缩机驱动制冷剂在系统中循环。通过四通阀切换，夏季室外换热器作为冷凝器，室内换热器作为蒸发器，为室内提供冷却功能。冬季室外换热器作为蒸发器，室内换热器作为冷凝器，为室内提供供暖功能。回热器，在供新风时可回收排风的余冷(或余热)。所述的室内换热器，可以是常规分体空调的室内换热器，也可以采用辐射板形式的室内换热器。

所述压缩热泵系统，使用常规制冷剂，如R22，R134a等。

所述转轮除湿系统包括：皮带(或齿轮)、除湿转轮、加热器、回热器、室外风机、电动机，室内风机。电动机通过皮带(或齿轮)与除湿转轮连接，带动转轮转动。所述除湿转轮在新风区通过风管分别与加热器和回热器的新风侧连接，回热器的新风侧通过室内换热器连接风管与室内换热器连接，室内换热器与室内换热器风机连接。除湿转轮另一分区(即在室外换热器分区)通过风管与加热器连接，该分区另一侧通过风管与压缩热泵系统的室外换热器连接。(此压缩热泵系统的室外换热器的一侧通过风管与转轮除湿系统的室外风机连接)。所述室外风机具有根据需要驱动气流向相反方向流动的功能。回热器的回风侧，其一边与室内引出的回风管连接，其另一边通过风管与处理回风阀及回风出口风阀分别连接，处理回风阀再与新风进口连接。所述回热器可以是逆流换热器或者叉流换热器。所述的除湿转轮，其用于转轮再生的辅助加热器可以是电加热器，也可以是太阳能热水换热器。

所述转轮除湿系统与现有技术中常规转轮除湿系统的区别在于，常规转轮的处理区与再生区是固定的，本发明中，处理区与再生区在夏季及冬季对调。新风区在夏季应用时，是处理区域，起到除湿的功能。在冬季是再生区域，起增加空气中含湿量的功能。使用的除湿剂可采用低再生温度(50～70℃)予以再生，因此可使用冷凝器余热或太阳能热水、太阳能热空气等再生。所述除湿剂包括硅胶、氯化锂、复合除湿剂。

本发明的作用原理是：(1)压缩系统制冷运行时，利用低品位热源驱动转轮除湿，去除空气中的潜热负荷，再利用压缩制冷系统降低空气的温度，去除空气中的显热负荷，大幅提高系统能效。(2)压缩系统热泵运行时，利用辅助加热器加热新风，通过转轮再生区域增加含湿量，起到加温加湿的效果。同时通过转轮处理区域除去通过室外换热器的空气的水分，降低室外换热器冬季结霜的可能性。

相对现有技术本发明具有如下的优点及效果：(1)夏季热湿分开处理，利用冷凝器余热，能提高蒸发温度，提高系统能源效率，节省电能。(2)压缩系统不需低温除湿，蒸发温度高，送风更加舒适。(3)能向室内输入新风，并对新风进行有效热湿处理。(4)冬季具有一定加湿功能，并能利用太阳能的可再生能源。(5)具有一定防止结霜功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：压缩机-1，压缩机出口管-2，制冷剂管-3，室外换热器风机-4，室外换热器进口风管-5，室外换热器-6，转轮辅助加热器-7，室外换热器与转轮连接风管-8，转轮再生风出风管-9，除湿转轮-10，转轮与回热器连接风管-11，新风进口管-12，新风阀-13，新风辅助加热器-14，处理回风管-15，除湿转轮电动机-16，处理回风阀-17，室外换热器与节流阀间制冷剂管道-18，回风出口风阀-19，回热器出口风管-20，回热器-21，节流阀-22，制冷剂管道-23，回热器与室内换热器连接风管-24，回风管-25，室内换热器-26，室内换热器风机-27，室内换热器出风口-28，四通阀-29，制冷剂管道-30，压缩机进口管-31。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：压缩机1，压缩机出口管2，制冷剂管3，室外换热器风机4，室外换热器进口风管5，室外换热器6，转轮辅助加热器7，室外换热器与转轮连接风管8，转轮再生风出风管9，除湿转轮10，转轮与回热器连接风管11，新风进口管12，新风阀13，新风辅助加热器14，处理回风管15，除湿转轮电动机16，处理回风阀17，室外换热器与节流阀间制冷剂管道18，回风出口风阀19，回热器出口风管20，回热器21，节流阀22，制冷剂管道23，回热器与室内换热器连接风管24，回风管25，室内换热器26，室内换热器风机27，室内换热器出风口28，四通阀29，制冷剂管道30，压缩机进口管31。

各个部分的连接方式为：

以下各部件按顺序连接：压缩机1与压缩机进口管31及压缩机出口管2分别连接，这两条制冷剂管道再与四通阀29连接，四通阀29通过制冷剂管3与室外换热器6连接，四通阀29第四个接口通过制冷剂管道30与室内换热器26连接，室外换热器6通过制冷剂管道18连接节流阀22，节流阀22通过制冷剂管道23与室内换热器连接，形成封闭回路，制冷剂按顺序流经各个部件，组成压缩制冷系统，压缩机驱动制冷剂按以上顺序流动方式为压缩制冷系统运行方式。

转轮除湿系统由风管及部件组成，风的流动有三条路径，分别为新风侧、室外换热器侧及回风通道，连接方式分别为：

新风侧--新风阀13与新风进口管12连接，新风辅助加热器14一侧与新风进口管12连接，另一侧与除湿转轮10连接。除湿转轮10通过回热器连接风管11与回热器21连接，回热器21通过室内换热器连接风管24与室内换热器26连接，室内换热器26与室内换热器风机27及室内换热器出风口28按顺序连接。

室外换热器侧--室外换热器风机4通过室外换热器进口风管5与室外换热器6连接，室外换热器6通过转轮连接风管8与转轮辅助加热器7连接，除湿转轮10一侧与转轮辅助加热器7连接，另一侧与转轮再生风(夏季)出风管9连接。

回风通道--回风管25与回热器21连接，回热器21分别与处理回风阀17及回风出口风阀19连接，处理回风阀通过处理回风管15与新风进口管12连接。

本实施例特点如下：在夏季热湿分开处理，利用冷凝器余热，能提高蒸发温度，提高系统能源效率，节省电能。压缩系统不需低温除湿，蒸发温度高，送风更加舒适。本实施例能向室内输入新风，并对新风进行有效热湿处理。冬季具有一定加湿功能，并能利用太阳能的可再生能源。本实施例具有一定防止结霜功能。

本实施例春夏季运行有通新风，回风，混合，除湿四种模式。

新风(制冷)模式：

压缩制冷系统运行，新风阀13开启，处理回风阀17关闭，回风出口风阀19开启，新风由新风进口管12被吸进，其中水分被除湿转轮10去除，再经过回热器21适度降温，进入室内换热器26(蒸发器)，再被室内换热器26冷却达到要求的温度，为室内提供合适的温湿度。再生风由环境吸进，用于冷却室外换热器6(冷凝器)，被室外换热器6加热后的气流进入除湿转轮10，用于除湿转轮10再生。室内回风由回风管25进入回热器21回收冷量，再经过回风出口风阀19排出室外。

回风(制冷)模式：

压缩制冷系统运行，处理回风阀17开启，新风阀13关闭，回风出口风阀19关闭，室内回风由回风管25进入新风进口管12，被除湿转轮除湿，再经过回热器21适度降温，进入室内换热器26(蒸发器)，被室内换热器26冷却达到要求的温度，为室内提供合适的温湿度。当室内空气湿度不高时，室内回风可直接进入蒸发器冷却，而不需经过室外转轮除湿。再生风由环境吸进，用于冷却室外换热器6，被室外换热器6加热后用于除湿转轮10再生。

混合(制冷)模式：

压缩制冷系统运行，新风阀13开启，新风由新风进口管12被吸进，其中水分被除湿转轮10去除，再经过回热器21适度降温，进入室内换热器26(蒸发器)，再通过室内换热器26冷却达到要求的温度，为室内提供合适的温湿度。室内回风处理根据其湿度情况。若湿度较高，可开启处理回风阀17，关闭回风出口风阀19，经过回风管25，回热器21后，与新风混合后通过转轮除湿10，再通过室内换热器26(蒸发器)降温。若湿度不高，可与新风在进入室内机前混合，再通过室内换热器26(蒸发器)去除显热负荷。再生风由环境吸进，用于冷却室外换热器6(冷凝器)，被室外换热器6加热后的气流进入转轮，用于除湿转轮10再生。

除湿模式：

压缩制冷系统运行，但主要应用其冷凝热。新风(或回风，或混合风，阀门开闭分别如前三种模式)进入新风进口管12，被转轮10除湿，再经过回热器21适度降温，进入室内换热器26(蒸发器)，为室内提供合适的湿度。这时室内机工作温度不需太低，从而达到节能的目的。若需达到更低的含湿量，室内换热器26可继续除湿，经过两级除湿，可达到常规家用空调难以达到的低湿度状态。

本实施例以上四种运行模式主要用于春夏季空气调节。蒸汽压缩制冷系统一般处于室内制冷工作状态。通新风模式主要用于处理新风，同时制冷，转轮除掉新风的潜热负荷，蒸汽压缩系统蒸发器承担显热负荷。采用新风模式可向室内大量补充新鲜空气，克服了目前分体空调没有补充新鲜空气的缺点，并采用潜热、显热分开处理的方法，提高制冷机的蒸发温度，以达到节能的目的。回风模式主要用于不需新风的情况下，处理室内回风的热湿负荷。采用潜热、显热分开处理的方法，提高蒸汽压缩空调器的蒸发温度，以达到提高整个空调系统能量效率和节能的目的。混合模式是同时处理新风及回风，湿负荷主要由转轮处理，显热负荷由压缩系统的蒸发器承担。除湿模式用于高湿及房间温度不需调节的情况，可利用电加热器，或制冷机冷凝余热，或太阳能再生转轮除湿。当利用电加热器、太阳能再生转轮时，可除掉潜热负荷而压缩制冷系统不用开启。当利用冷凝器再生转轮时，转轮除湿与蒸发器除湿同时进行，可以去除更多的湿负荷。

实施例2

本实施例为冬季热泵运行，以下各部件按顺序连接：压缩机进口管31，压缩机1，压缩机出口管2，四通阀29，制冷剂管30，室内换热器26，制冷剂管道23，节流阀22，制冷剂管道18，室外换热器6，制冷剂管3，四通阀29，再与压缩机进口管31连接，形成封闭回路。制冷剂按以上顺序流经各个部件，组成压缩热泵系统。压缩机驱动制冷剂按以上部件顺序流动方式为压缩热泵系统运行方式。

冬季工作时，转轮除湿系统由风管及部件组成，风的流动有三条路径，分别为新风侧、室外换热器侧及回风通道路径，连接方式分别为：

新风侧--新风阀13与新风进口管12连接，新风辅助加热器14一侧与新风进口管12连接，另一侧与除湿转轮10连接。除湿转轮10通过回热器连接风管11与回热器21连接，回热器21通过室内换热器连接风管24与室内换热器26连接。室内换热器26与室内换热器风机27及室内换热器出风口28按顺序连接。

室外换热器侧--室外换热器风机4通过室外换热器进口风管5与室外换热器6连接，室外换热器6通过转轮连接风管8与转轮辅助加热器7连接，除湿转轮10一侧与转轮辅助加热器7连接，另一侧与转轮再生风(夏季)出风管9连接。

回风通道--回风管25与回热器21连接，回热器21分别与处理回风阀17及回风出口风阀19连接，处理回风阀通过处理回风管15与新风进口管12连接。

冬季运行有通新风供暖，加湿供暖二种运行模式。这时，压缩系统一般处于热泵工作状态。室外机作为蒸发器，而室内机作为冷凝器。

通新风供暖模式：

压缩热泵系统运行，新风由新风进口管12被吸进，经过新风辅助加热器14，除湿转轮10，回热器21(加热器14，转轮10，回热器21均不工作)，进入室内换热器26与室内回风混合，再通过室内换热器26加热达到要求的温度，为室内供暖。这样克服了普通分体空调不能提供新风的缺点。冬季运行时，除湿侧(室外换热器侧)空气流动方向与夏季相反。室外气流由环境经过转轮再生风出风管9吸进，经过除湿转轮10除湿，温度略有上升，再用于加热室外换热器6，最后通过风机4排出。以下加湿供暖模式、通新风供暖模式中，再生风流动都与此模式相同。在室外气温或蒸发温度低于摄氏0度时，除湿侧低湿气流用于加热压缩系统的室外换热器部分将大大降低系统结霜的可能，从而使这种空调比常规空调能够再更恶劣的气候条件(更低气温)下运行，从而提高了热泵空调的工作温度范围。

加湿供暖模式：

压缩热泵系统运行，新风(或室内回风)由新风进口管12被吸进，被新风辅助加热器14加热，经过除湿转轮10成为热湿空气，通过回热器21(不工作)，进入室内换热器26与室内回风混合，再通过室内换热器26加热达到要求的温度，为室内提供舒适的温湿度。由于输入室内的气流湿度有所增加，不需要较高的室内温度就可以满足室内舒适性要求，因此，室内换热器26的冷凝温度可适当降低，从而提高系统的能源利用效率。除湿侧(室外换热器侧)空气流动过程与通新风供暖模式相同。

本实施例的通新风供暖，加湿供暖二种运行模式主要是冬季运行。压缩系统处于热泵工作状态。通新风供暖模式用于处理新风，同时通过室内冷凝器加热。采用新风模式可向室内大量补充新鲜空气，克服了目前分体空调没有补充新鲜空气的缺点。加湿供暖模式利用辅助加热器使新风侧成为转轮除湿的再生侧，通过转轮获得环境空气中的水分，加入新风中，送入室内，克服了目前分体空调冬季供暖时热风过于干燥的缺点。通过辅助加热器提供再生热，降低环境空气的含湿量，再将较为干燥的空气用于热泵的室外机(蒸发器)，可减少室外机结霜的机会，降低除霜的能耗，提高热泵的工作温度范围及能量效率。

Claims (7)

1.一种可调节湿度的热泵空调器，包括相互连接的压缩热泵系统和转轮除湿系统，所述压缩热泵系统包括：压缩机、四通阀、室外换热器、室内换热器、节流装置、制冷剂管道，并构成封闭循环系统，其特征在于，所述转轮除湿系统包括：皮带或齿轮、除湿转轮、加热器、回热器、室外风机、室内风机、电动机，电动机通过皮带或齿轮与除湿转轮连接，除湿转轮在新风区通过风管分别与加热器和回热器连接，回热器在新风侧通过风管与室内换热器连接，室内换热器与室内风机连接，在室外换热器分区通过风管与加热器连接，该分区另一侧通过风管与压缩热泵系统的室外换热器连接，回热器的回风侧，其一边与室内引出的回风管连接，其另一边通过风管与处理回风阀及回风出口风阀分别连接，处理回风阀再与新风进口连接。

2.如权利要求1所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述的室外换热器的一侧通过风管与转轮除湿系统的室外风机连接。

3.如权利要求1所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述的室内换热器，是分体空调的室内换热器，或是辐射板形式的室内换热器。

4.如权利要求1所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述的封闭循环系统，压缩机驱动制冷剂在该系统中循环。

5.如权利要求1或4所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述的封闭循环系统，其内部的连接关系为：压缩机通过制冷剂管道与四通阀连接，四通阀再通过制冷剂管道分别与室内换热器及室外换热器连接，室内换热器与节流装置连接，节流装置另一端与室外换热器连接。

6.如权利要求1所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述的除湿转轮，其用于转轮再生的辅助加热器是电加热器，或是太阳能热水换热器。

7.如权利要求1所述的可调节湿度的热泵空调器，其特征是，所述回热器是逆流换热器或者叉流换热器。

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