CN101231047A - 高温热泵和除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统 - Google Patents

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张于峰
胡晓微
邓娜
马洪亭
孙凯
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Abstract

本发明公开了一种高温热泵，包括依次相通的压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器以及循环介质，所述循环介质是一氯二氟乙烷。本发明高温热泵由于采用一氯二氟乙烷作为循环介质，冷凝放热提供的风温达到75～80℃。本发明还公开了一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统，送风机的出风口与除湿转轮的工作区相通，除湿转轮工作区的出风口与高温热泵蒸发器的进风口相通，高温热泵冷凝器的进风口与再生空气相通，高温热泵冷凝器的出风口与除湿转轮的除湿区相通，除湿转轮除湿区的出风口与再生风机相通，所述高温热泵的循环介质是一氯二氟乙烷。本发明由于采用了一氯二氟乙烷作为循环介质的高温热泵与吸附转轮联合运行，无需额外增加再生用加热装置。

Description

高温热泵和除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统
技术领域
本发明涉及一种空调、供暖用冷热源设备，特别涉及一种高温热泵。本发明还涉及一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统。
背景技术
目前空调领域备受关注和致力解决的问题是改善室内空气品质与节约能源，而随着能源问题的日益突出，解决空调系统的节能问题，更是具有了重大意义。转轮除湿空调系统中的除湿转轮能有效捕集空气中的微小尘粒以及附着在尘粒上的微生物、细菌、病毒等，使室内空气品质得到明显改善。但转轮除湿空调系统的再生能耗较大，能否有效地解决再生能耗的来源问题就成为了转轮除湿空调系统节省能源、稳定运行以及推广应用的关键问题。
热泵作为一种高效集热并转移热量的装置，它以消耗少量高质能(机械能、电能等)或高温位热能为代价，通过热力循环，把热能由低温位移至高温位，它最适合用于低位热能的回收和利用。但现有的热泵技术冷凝放热所提供的风温或水温较低，无法满足转轮除湿空调系统再生能源所需温度要求；不适合用于回收低位热能并应用于集中供热和供热水。
转轮除湿空调系统是将转轮的除湿性能与常规冷却、蒸发冷却或其他冷却方式相结合实现空调制冷的新型空调系统。现有的转轮除湿空调系统的运行包括除湿冷却和再生两部分。在除湿冷却过程中，被处理的空气经除湿转轮中的吸附剂吸附除去其中的水分，由于此吸附过程为放热过程，所以被干燥后的热空气再经由其他冷却装置等降温至送风状态点后送入室内；在再生过程中，室外空气或其他来源空气经再生加热器升温至要求的再生温度后，通入除湿轮进行解吸，使吸附剂再生，最后排至环境。对于整个系统而言，既需要对再生空气加热，同时又要对干燥后的热空气降温，系统的能耗很大，现有的转轮除湿空调系统无法解决空调的节能问题。
常规的再生能源解决办法有：以下三个方面：①利用天然气直接驱动的发动机尾气的废热或天然气热电联产后的废热等作为再生能源；②利用太阳能等自然能源从而减小对大气环境的影响；③利用显热换热器回收的热量或制冷系统冷凝器释放的热量对再生空气进行预热。
上述方法虽然可以取得一定的节能效果，但是从适用性、经济性及能源利用角度分析，仍存在以下问题：①以废热作为再生热源，若其品质较好且品位较高，则能得到很好的经济效益，但仅仅适用于有废热产生的场合；②以太阳能作为再生能源具有系统运行费用低，对除湿空调系统材料的抗高温能力要求不高等优点，但由于太阳能集热系统造价昂贵，势必增大系统的初投资，而且系统的工作效果受气候影响和区域影响较大；③以回收处理空气的热量作为再生热源也是目前较为典型的运行方式之一，但显热换热器和现有热泵凝器释放的热量仅能提供50℃左右的热源，需额外附加再生加热器。
实用新型内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种高温热泵，该高温热泵冷凝放热提供的风温能够达到75～80℃。此外本发明的另外一个目的是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种高温热泵，包括依次相通的压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器以及循环介质，所述循环介质是一氯二氟乙烷。
一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统，包括送风机，送风机的出风口与除湿转轮的工作区相通，除湿转轮工作区的出风口与高温热泵蒸发器的进风口相通，高温热泵冷凝器的进风口与再生空气相通，高温热泵冷凝器的出风口与除湿转轮的除湿区相通，除湿转轮除湿区的出风口与再生风机相通，所述高温热泵的循环介质是一氯二氟乙烷。
本发明的有益效果是：高温热泵由于采用一氯二氟乙烷作为循环介质，冷凝放热提供的风温达到75～80℃，完全能满足除湿转轮再生空气的温度和再生负荷的要求。进一步将此高温热泵技术运用于集中供热、供热水系统，提取低位废热或余热用于集中供热、供热水系统，经济效益非常显著，具有很广阔的市场前景。
除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统，由于采用了一氯二氟乙烷作为循环介质的高温热泵与吸附转轮联合运行，高温热泵出风温度达到75～80℃，满足除湿转轮再生空气的温度和再生负荷的要求，从而达到了在热泵蒸发端对室内送风进行降温的同时，利用热泵的冷凝端提高室外空气的温度，无需额外增加再生用加热装置。同时利用热泵的蒸发吸热冷却转轮除湿后的空气满足空调系统的送风要求。经过高温热泵的置换，使本来需要对系统分别实施的加热和冷却，在系统内部互相抵消，极大降低空调系统的能耗，提高系统的综合能效比。同时由于热泵运转所需要的能量只是它提供的全部能量的一小部分，因此它具有显著的节能效果，并对于合理利用能源、减轻环境污染具有重大的意义。
附图说明
图1是本发明高温热泵的结构示意图；
图2是本发明除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统的结构示意图。
附图标记：1、压缩机，2、冷凝器，3、节流机构，4、蒸发器，5、再生风机，6、送风机，7、除湿转轮，8、高温热泵，9、空调房间。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种高温热泵，包括依次相通的压缩机1、冷凝器2、节流机构3和蒸发器4以及循环介质，循环介质是一氯二氟乙烷即R142b。
请参见图2，本发明是一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统，包括送风机6，送风机的出风口与除湿转轮7的工作区相通，除湿转轮7工作区的出风口与高温热泵8蒸发器的进风口相通，高温热泵8冷凝器的进风口与再生空气相通，高温热泵8冷凝器的出风口与除湿转轮7的除湿区相通，除湿转轮7除湿区的出风口与再生风机5相通，所述高温热泵8的循环介质是一氯二氟乙烷。
本发明一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统由空调送风循环系统、再生空气系统和高温热泵组成，其中空调送风循环系统包括经风管路相通的送风机6、除湿转轮7、高温热泵8、空调房间9，工作原理为：空调系统的回风和室外新风混合后经送风机6进入除湿转轮7的工作区，由于吸附剂吸湿放热，变成干热空气，流经高温热泵的蒸发器，被冷却降温达到直接向空调房间送风的温度标准，进入空调房间；再生空气系统由：包括经风管路相通的再生空气、高温热泵8、除湿转轮7和再生风机5，再生空气流经高温热泵的冷凝器，被加热达到吸附剂再生的温度要求，进入除湿转轮的再生区对吸附剂进行再生处理，形成的热湿废气由再生风机排至室外；高温热泵包括依次相通的压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器以及循环介质，循环介质是一氯二氟乙烷即R142b。
本发明一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统由于采用高温热泵与吸附转轮联合运行，高温热泵采用一氯二氟乙烷作为循环介质，冷凝放热提供的风温达到75～80℃，利用热泵的蒸发器对除湿后的热空气进行降温处理，达到直接向室内送风的温度标准；同时利用热泵获取的冷凝热作为吸附材料的再生热。热泵的这种高效集热和能量转移方式解决了转轮除湿空调系统再生能源，同时这种空调系统采用潜热、显热分开处理的运行方式，实现温、湿度独立控制，对于有温、湿度控制精度要求的空调系统，不需要进行空气的再热，因此，可避免冷量被热量抵消，节省再热能源。解决了转轮除湿空调系统再生能源。
现以额定制冷量为3200W的除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统为例详细说明如下：
改进了原有的热泵系统，采用适宜在中高温区间运行的制冷剂R142b作为热泵工质；设计选用更适合热泵循环的蒸发器和冷凝器；根据改进后的热泵系统的尺寸和形式，计算并确定在满足除湿转轮再生所需温度的工况下与两器匹配的毛细管。
试验选用的是科荣公司生产的型号为KFR-32Q/DF的热泵型壁挂式空调器，额定制冷量为3200W。实验只是利用该空调器的室外机和压缩机，该空调器的换热面积约为3m2，重新设计配置热泵的室内侧冷凝器，换热面积约为2.2～2.7m2，更换了热泵的工质，采用适宜在中高温区间运行的制冷剂R142b作为热泵工质，在此基础上试制确定在满足除湿转轮再生所需温度的工况下与两器匹配的毛细管，选用内径为Φ1.0、长度为160mm的铜管做毛细管，最终完成高温热泵的样机试制。采用空气焓值法来测定高温热泵的性能，在标准焓差实验室完成对样机的性能测试。试验数据如下：
  测量项目   物理单位   平均值
  蒸发器进风干球温度   ℃   40.06   45.04   50.03
  蒸发器进风湿球温度   ℃   21.84   24.12   26.69
  冷凝器进风干球温度   ℃   27.04   27.07   27.05
  冷凝器进风湿球温度   ℃   19.00   19.00   19.01
  冷凝器出风干球温度   ℃   79.96   79.21   75.78
  冷凝器出风湿球温度   ℃   41.12   42.58   51.22
  冷凝器工质入口温度   ℃   118.48   120.57   120.78
  冷凝器工质出口温度   ℃   94.92   90.44   84.18
  蒸发器工质温度   ℃   38.38   41.12   49.00
  冷凝器处理风量   m3/h   208   262   335
  标准工况下冷凝器处理风量   m3/h   169   214   270
  热泵制热量   kW   3.020   3.753   4.421
  热泵输入功率   kW   1.467   1.500   1.505
  热泵能效比   kW/kW   2.059   2.502   2.938
实验情况分析结论如下：
1、蒸发器吸热，相当于从除湿后的热空气(温度为40～50℃)中提取热量，三组实验蒸发器的吸风温度分别为40℃、45℃、50℃，蒸发器送出的风温即为室内送风温度；冷凝器放热，加热再生空气使其达到再生温度。在上述实验条件下测试样机的性能，三组实验得到的样机冷凝器出风温度为79.96℃、79.21℃、75.78℃，均达到除湿转轮所需要的再生温度，这已经远远超过常规热泵使用R22工质时所能达到的最大出风温度(46℃)。因此，从上述试验结果可以得出结论：在转轮除湿空调系统中采用此高效集热并转移热量的高温热泵，一方面对转轮出来的干热空气进行降温冷却，达到空调送风要求；另一方面对再生空气进行加热升温处理，使其满足转轮的再生风温要求。
2、使用R142b工质，工作时的吸排气压力分别为0.42MPa、25.5MPa，这样使得压缩机在相对较低的压力范围内工作，有利于充分地发挥压缩机的性能，同时也使热泵系统各部件的工作压力较低，降低设备材料造价。主要源于采用适宜在中高温区间运行的制冷剂R142b作为热泵工质，其物性优于R22。
改进后的空调系统完全克服了现有技术的缺点，涉及的高温热泵满足除湿转轮再生空气的温度和再生负荷的要求，解决了除湿转轮的再生能耗问题；同时由于经过高温热泵的置换，使本来需要对系统分别实施的加热和冷却，在系统内部互相抵消，极大降低空调系统的能耗，提高系统的综合能效比，解决了现有转轮除湿空调系统的节能问题。
本发明上述实施例只是示意性的，任何在本发明技术方案的启示下所作的与本发明相同的设计，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高温热泵，包括依次相通的压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器以及循环介质，其特征是所述循环介质是一氯二氟乙烷。
2.一种除湿转轮与高温热泵耦合的空调系统，包括送风机，送风机的出风口与除湿转轮的工作区相通，除湿转轮工作区的出风口与高温热泵蒸发器的进风口相通，高温热泵冷凝器的进风口与再生空气相通，高温热泵冷凝器的出风口与除湿转轮的除湿区相通，除湿转轮除湿区的出风口与再生风机相通，其特征是所述高温热泵的循环介质是一氯二氟乙烷。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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