CN101936601A - 采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，包括空气源热泵和冷凝器风机，空气源热泵蒸发器由一组工作蒸发器和至少一组备用蒸发器组成，各组蒸发器工质输入端和输出端由歧管并联连接，各组备用蒸发器工质输入端由电磁阀控制；冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值在5.6-13.5m2/kw之间；冷凝器风机全压在80-400Pa之间。本发明充分发挥了空气源热泵的制热潜能，提高了系统的能效比，满足了烘干物料或生活取暖的需要。提高了热泵热风机的工作能力和对环境温变化的适应能力，系统运行平稳。使空气源热泵的应用范围得到了极大的拓展。而且本发明适用的地域或气候范围广，对节约能源、保护环境具有积极意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气源热泵热风机，尤其是一种采用并联式蒸发器提高能效的空气源热泵热风机。
背景技术
空气源热泵主要由压缩机、蒸发器、节流装置、冷凝器、工质循环管道等几部分组成。它根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过传热工质把空气中无法被利用的低品位热能有效吸收，并将其提升至可用的高品位热能加以利用。其工作过程：①传热工质进入蒸发器，在蒸发器中工质吸热蒸发，此时工质从低温热源中吸收热量后进入压缩机；②工质经过压缩机的压缩、升温后，变成高温、高压的工质排出压缩机；③工质进入冷凝器，在冷凝器中将从蒸发器中吸收的热量和压缩机本身功耗所产生的那部分热量传递给其他介质；④高压工质经过节流装置节流降压后再次进入蒸发器，依此不断地循环工作。为了系统长期稳定运行，热泵还包括一些公知的辅助装置，如储液罐、气液分离器、过滤器等。
以空气源热泵作为热源的典型运用是空调制热，在27℃环境温度下，国家标准一级空调制热的能效比为3.2左右。在环境温度2℃时，其能效比只有0.8左右，无法满足人们的取暖要求，只能靠电辅助加热来满足人们取暖要求，造成很大的电能浪费。
人们的生产和生活中，要求在40-72℃左右对物料进行干燥的烘干活动很多，采用燃煤、油锅炉加热浪费能源，污染环境。电加热运行成本高，能效比只有接近0.9左右，电能浪费严重。因此人们都在寻求一种护环境，节约能源的替代供热设备。
发明内容
为了解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，充分发挥空气源热泵的制热潜能，提供一种满足烘干物料或生活取暖的需要的空气源热泵热源，在不同的环境温度下都具有相对较高的能效比。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，包括空气源热泵和冷凝器风机，所述空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置组成，并依序用工质循环管道连接，所述蒸发器由一组工作蒸发器和至少一组备用蒸发器组成，各组蒸发器工质输入端和输出端由歧管并联连接，各组备用蒸发器工质输入端由电磁阀控制；所述冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值在5.6-13.5m2/kw之间；所述冷凝器风机全压在80-400pa之间。
所述工作蒸发器未设置电磁阀，处于常通状态，便于进行除霜或制冷。当环境温度为28℃或以上时，仅有该组蒸发器工作；当环境温度低于上述温度，一组备用蒸发器的电磁阀开启，两组蒸发器同时工作，以增大换热面积，提高能效比；环境温度在零度左右时，其它备用蒸发器的电磁阀开启，多组蒸发器同时工作。
作为本发明的一种改进，所述空气源热泵热风机设有智能控制装置。根据设定的排气压力/温度来调节电磁阀开度：当排气压力/温度接近压缩机保护停机的设定值时，智能控制装置自动控制电磁阀，使备用蒸发器组的工质流量变小或关闭电磁阀，控制机组平稳运行，使机组工况在接近三十度(15-43℃)的环境温度变化范围中，都能达到或接近压缩机排气压力最佳运行状态范围，获得高或较高的能效比。
使用本发明技术方案，在不同的环境温度下都具有相对较高的能效比，其能效比分布状态为：仅有一组工作蒸发器运行时，环境温度28-30℃时能效比在4.0左右，环境温度32-42℃内的能效比在4.1-4.5之间；两组蒸发器同时工作，环境温度15-27℃内的能效比在4.0-4.7之间，环境温度8-14℃内的能效比在3.2-3.9的范围，随着环境温度降低，机组的能效比也逐渐降低。为了拓展空气源热泵在零下以下温度的应用，采用设置多组蒸发器为机组提供更多的热量，在环境温度零下8℃左右时，机组的能效比仍要超过电阻加热方式。
按传统方式增大蒸发器面积不但会造成工质管路增长，工质流动阻力增大，压缩机负荷增大，增加电耗使能效比降低；而且难以兼顾冬天、夏天两种极端工况条件下的实际需要。而以并联式多组蒸发器换热，在27℃以下的环境温度时，第二组蒸发器工作，机组从增大蒸发器换热面积中获得热量，机组的能效比高于一组蒸发器工作时环境温度28-30℃时的能效比；过量的热量由工质排气压力/温度信号反馈给智能控制装置，控制电磁阀进行调节工质流量而达到动态平衡。
作为一种优选，本发明每组蒸发器换热面积与压缩机输入功率比值在5.6-9.6m2/kw之间，不易接近压缩机保护停机的设置范围，又有很高或较高的能效比。
并联式多组蒸发器换热，可以根据不同工况选择相应的换热面积，从而实现不同工况的吸热主动控制，确保机组在不同环境温度工况下，获得相对高的能效比。
作为一种改进，在所述备用蒸发器工质输出端，设置了单向阀，避免当机组除霜或制冷时工质反向流向电磁阀，而对电磁阀带来消极影响。
为了使空气源热泵输出到冷凝器的热量得以有效释放，经大量实验优选，本发明的技术方案选择性增大冷凝器的换热面积至5.6-13.5m2/kw之间，使其载热能力提高。冷凝器换热面积与压缩机额定功率的比值超出13.5m2/kw后，增大的冷凝器换热面积对提高换热效率和出风口温度没有明显作用，会因为面积增加、工质管道增长、工质用量增加，导致压缩机负荷增大、系统能效比有一定降低，还会增大风阻。
同时，本发明的技术方案选择性提高风机风速至8.0-22m/之间，使其换热能力得以提高；机组的回气温度降低，工质温度降低，有利于提高机组的能效比。当用于物料于燥时，风速提高，有利于水份蒸发，提高物料的干燥速度。
作为本发明的一种改进，所述热风机还设有泄压分流阀和副节流装置，所述泄压分流阀的输入端连接在压缩缩机和冷凝器之间的工质循环管道上，泄压分流阀的输出端连接副节流装置输入端，副节流装置输出端连接在蒸发器和压缩机之间的工质循环管道上。
本改进设置的泄压分流阀，当工质压力达到设定值时，泄压分流阀开启，分流部分工质经副节流装置冷却，绕过蒸发器返回压缩机输入端的工质循环管道，以减少流入蒸发器工质量，降低压缩机的进气压力，从而平稳减小工质循环系统的压力；同理，当工质压力回落到设定值时，泄压分流阀关闭，维持工质压力在正常范围内。以相对简单易行的设计，进一步解决了在环境温度较高时，蒸发器换热面积较大带来的系统压力过高的问题。
作为本发明的优选方案，蒸发器风机为调速风机。当工质压力低于设定值时，风机转速提高，当工质压力高于设定值时，风机转速降低。以此来调节蒸发量，优化工质吸热。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图为本发明空气源热泵热风机结构原理图。
具体实施方式
参见附图，反映本发明的一种优选结构，所述空气源热泵热风机包括空气源热泵和冷凝器风机2，所述空气源热泵主要由蒸发器、压缩机3、冷凝器1、节流装置12组成，并依序用工质循环管道14连接。所述蒸发器由一组工作蒸发器5和第一备用蒸发器4、第二备用蒸发器8组成；各组蒸发器工质管道由输入端歧管10和输出端歧管6并联连接；两组备用蒸发器；第一备用蒸发器4的工质输入端由一个电磁阀16控制，输出端设置了单向阀15；第二备用蒸发器8的工质输入端由一个电磁阀9控制，工质输出端设置了单向阀7。所述冷凝器1换热面积与压缩机3输入功率的比值在5.6-13.5m2/kw之间。所述冷凝器风机2全压在80-400pa之间。所述热风机还设有泄压分流阀13和副节流装置11，所述泄压分流阀13的输入端连接在压缩机3和冷凝器1之间的工质循环管道14上，泄压分流阀13的输出端连接副节流装置11输入端，副节流装置11输出端连接在蒸发器和压缩机3之间的工质循环管道14上。
实施例1：为了说明本发明实际效果，在环境温度7℃下，用所述空气源热泵热风机对设有保温层的干燥室采用循环风方式加热。干燥室尺寸：长4.92m宽3.64m，高2.2m；空气源热泵热风机机组总额定功率5.37kw，压缩机功率4.68kw，冷凝器风机功率0.37kw，蒸发器风机0.3kw，冷凝器换热面积37.5m2，工质采用417A。
采用一组换热面积32.8m2的蒸发器，干燥室内温度只能到达50℃；增加一组换热面积30.8m2的蒸发器吸热，干燥室温度到达64℃。
实施例2：使用空气源热泵加热，在环境温度25℃-36℃时烘烤中部烟叶，干燥室规格为：长4.2m，宽2.7m，高3.4m，冷凝器风机为一台功率1.5KW的双速吸入式风机，压缩机输入功率6KW，蒸发器面积36m2，蒸发器风机250W，冷凝器换热面积为48.6m2，烘烤时间104小时，耗电531度，烘干的烟叶155kg，烘烤一千克干烟叶电耗为3.42度/kg。
为了对比上述发明效果，在同一干燥室的条件下仅仅采用电阻元件发热进行供热，烘烤时间为102小时，耗电达到923度，烘干的烟叶156kg，烘烤一千克干烟叶电耗为6.23度/kg。
为了对比上述发明效果，在同一干燥室的条件下仅仅使用燃煤加热，烘干的烟叶154kg，烘烤时间105小时，风机耗电110度，耗7800大卡的煤245kg，按照每吨7000大卡热量的煤发电3000度进行折算，其烘烤一千克干烟叶电耗为5.35度/kg，加上风机耗电0.7度/kg，总计为6.05度/kg。
由于烤烟工艺分为变黄、定色、干筋三个阶段，各阶段都有不同的温度要求：变黄温度34℃-42℃之间，43℃-54℃左右为定色阶段，55℃-72℃为干筋阶段。使用空气源热泵热风机进行加热，不但方便快捷地达到了最高达72℃的升温要求，而且大大地节约了能源，减少了污染。
实施例3：为了检验不同环境温度下的加热效果，将采用上述技术方案的空气源热泵置放在冷冻室中进行实验，空气源热泵压缩机的输入功率5.75kw，整机总功率6.3kw，第一组蒸发器换热面积49.5m2，第二组蒸发器换热面积46m2，第三组蒸发器换热面积41.4m2，冷凝器换热面积44.8m2，出风口风量为5450m3/h。为排除循环加热对实验数据的干扰，冷凝器及其风机放置在冷冻室外空旷的厂房内，环境温度35℃。实验结果如下：
一、冷冻室温度为6℃时，仅仅启用第一组蒸发器，经25分钟，热风温度达到42℃；第一组和第二组蒸发器同时工作，经25分钟，热风温度达到45.5℃；三组蒸发器同时工作，经25分钟，热风温度达到48℃。
二、冷冻室温度为25℃时，仅仅启用第一组蒸发器，经25分钟，热风温度达到47℃；第一组和第二组蒸发器同时工作，经25分钟，热风温度达到53℃。
三、冷冻室温度与环境温度相同为35℃时，仅仅启用第一组蒸发器，经25分钟，热风温度达到50℃。
由上可知，多组蒸发器能够有效提高机组能效比。
实施例4：以所述的空气源热泵热风机为热源烘干花炮物料电光花，使用两组蒸发器的情况下，其具体数据为：环境温度11℃，干燥室面积18.2m2、高2.2m，烘干电光花360kg，冷凝器换热面积32.2m2，蒸发器换热面积一组40m2，另一组35.6m2，压缩机输入功率5.75kw，总输入功率6.3kw，干燥温度50℃，干燥时间总计14小时，耗电量71kwh。
在相同环境温度下采用相同干燥室烘干相同重量的同种电光花物料，以锅炉燃煤加热方式供热，水蒸气经管道输送到干燥室的散热片内。干燥温度55-57℃，干燥时间总计12小时，消耗热值7200大卡的燃煤160kg，根据1吨标煤发电3000度的标准，折合耗电量493kwh。
需要说明的是，烟花行业锅炉距烘房的安全距离必须在200m以上，故而供热管道较长，热能浪费较大。使用空气源热泵则可大幅缩短供热距离。
关于换热面积计算的说明：
1、蒸发器，冷凝器管片式换热器换热面积计算公式：
F＝2(a×b×L/S-π/4×d2×T)+πdST
[式中：F-换热面积 T-翅片总孔数 L-翅片管的长度(mm) S-翅片间距(mm) L/S-翅片片数 a-翅片长度(mm) b-翅片宽度(mm) d-翅片孔成型后直径(mm)]
2、翅片的有效换热面积：工质通过铜管与翅片换热，蒸发器、冷凝器翅片的有效换热面积是：铜管内工质流动截面面积的9.2倍的范围以内。
3、本发明所述换热面积都是指管片式换热器的换热面积。
采用本发明的技术方案，充分发挥了空气源热泵的制热潜能，提高了系统的能效比，尤其是从零度以下至27℃的能效比。在环境温度28℃以上时有高的能效比，环境温度14℃时也有4.0左右的能效比；环境温度在-3℃至-4℃时，能效比也能大于1.5，在不使用电辅助加热的条件下满足了烘干物料或生活取暖的需要。通过智能控制，对蒸发器换热面积和流入的工质进行调节，提高了热泵热风机的工作能力和对环境温变化的适应能力，系统运行平稳。本发明使空气源热泵的应用范围得到了极大的拓展。而且本发明适用的地域或气候范围广，在零下12℃到零上42℃环境温度范围内均适应。对节约能源、保护环境具有积极意义。完全实现了发明目的。
本发明描述的上述实施方式仅是为了清楚地说明本发明的技术方案，而不能理解为对本发明做出任何的限制。本发明在本技术领域具有公知的多种替代方式或变形，在不脱离本发明实质意义的前提下，均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，包括空气源热泵和冷凝器风机，所述空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置组成，并依序用工质循环管道连接，其特征在于，所述蒸发器由一组工作蒸发器和至少一组备用蒸发器组成，各组蒸发器工质输入端和输出端由歧管并联连接，各组备用蒸发器工质输入端由电磁阀控制；所述冷凝器换热面积与压缩机输入功率的比值在5.6-13.5m2/kw之间；所述冷凝器风机全压在80-400pa之间。
2.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于，所述空气源热泵热风机设有智能控制装置。
3.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于，每组工作蒸发器或备用蒸发器的蒸发器换热面积与压缩机输入功率的比值在5.6-9.6m2/kw之间。
4.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于在所述备用蒸发器工质输出端设置单向阀。
5.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于，所述热风机还设有泄压分流阀和副节流装置，所述泄压分流阀的输入端连接在压缩缩机和冷凝器之间的工质循环管道上，泄压分流阀的输出端连接副节流装置输入端，副节流装置输出端连接在蒸发器和压缩机之间的工质循环管道上。
6.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于，所述蒸发器的风机为调速风机。
7.如权利要求1所述的采用并联式蒸发器的空气源热泵热风机，其特征在于，所述备用蒸发器的数量为两组。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110105 |