CN102141279A - 一种溶液喷淋型空调热泵机组 - Google Patents
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Abstract
一种溶液喷淋型空调热泵机组，属于制冷空调设备领域。本发明的技术特点是：使用溶液喷淋实现机组夏季向环境散发冷凝热，冬季从室外空气环境中取热，并利用压缩机的排气或机组制出的热水对溶液进行再生。与空气源热泵机组相比，具有制冷效率高，冬季勿需除霜可实现不间断制热运行和制热效率高的显著特点，且机组结构紧凑、设备初投资低。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶液喷淋型空调热泵机组，使用溶液喷淋实现机组夏季向环境散发冷凝热，冬季从环境空气中取热，属于制冷空调设备领域。
背景技术
随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对生活品质的追求日益增长，建筑空调能耗在能源消耗总量中占有很大的份额，据统计，中央空调每年的耗电量约占建筑物总耗电量的60％左右。因此空调系统的节能意义重大。
图1所示的空气源热泵机组是一种常用的空调与供热装置。空气源热泵机组在夏季制冷时，机组的制冷能效比COPc远小于水冷式机组，在极端高温工况下机组的制冷能效比COPc更低，而且在冬季制热时存在蒸发器表面结霜问题，蒸发器表面结霜使得空气源热泵的制热能效比COPh降低，为消除蒸发器表面的霜层，需要从制取的热水中或从房间中取热，导致供热不连续，影响室内的舒适性。此外，空气源换热器换热系数低，体积大，耗材多，不仅增大了设备初投资，而且对机组的放置空间等运行条件提出了更高的要求，限制了空气源热泵机组的使用。
采用蒸发式冷凝器可以大大提高机组的制冷能效比COPc，目前已提出如图2所示的蒸发冷却式机组方案，但该方案仅能实现制冷，尚难以实现冬季制热。因此，提出一种全年高效运行、且冬季实现连续供热的热泵机组，是目前亟待解决的问题。
发明内容
基于上述背景，本发明提出了一种溶液喷淋型空调热泵机组，使用溶液喷淋实现机组夏季向环境散发冷凝热，冬季从环境中取热，并利用压缩机的排气或机组制出的热水对溶液进行再生，从而实现全年连续高效运行。
本发明的具体技术方案如下：
一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：包括压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器、设置在第二换热器上方的溶液再生器、分别设置在第二换热器和溶液再生器上方的第一喷淋器和第二喷淋器、溶液收集盘、四通阀和溶液泵；所述的溶液收集盘、第二换热器、第一喷淋器、溶液再生器和第二喷淋器从下至上依次设置在换热器壳体内；
换热器壳体中下部设置空气入口，室外空气在风机的作用下流过第二换热器和溶液再生器后从换热器壳体上部流出；
所述压缩机排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀、第一换热器、节流装置和第二换热器换热后，再次经过四通阀回到压缩机，形成蒸气压缩式热泵循环回路；
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-制冷剂换热器、热气旁通阀、以及设置在溶液泵出口处的第一阀门和第二阀门，所述溶液-制冷剂换热器的制冷剂侧入口通过管路和热气旁通阀与压缩机的排气口连接，制冷剂侧出口通过管路与节流装置的入口连接；所述的溶液泵进口与溶液收集盘连接，第一喷淋器通过第二阀门与溶液泵的出口连接，第二喷淋器通过溶液-制冷剂换热器和第一阀门与溶液泵的出口相连。
本发明提供的另一种溶液喷淋型空调热泵机组，一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：包括压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器、设置在第二换热器上方的溶液再生器、分别设置在第二换热器和溶液再生器上方的第一喷淋器和第二喷淋器、溶液收集盘、四通阀和溶液泵；所述的溶液收集盘、第二换热器、第一喷淋器、溶液再生器和第二喷淋器从下至上依次设置在换热器壳体内；
换热器壳体中下部设置空气入口，室外空气在风机的作用下流过第二换热器和溶液再生器后从换热器壳体上部流出；
所述压缩机排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀、第一换热器、节流装置和第二换热器换热后，再次经过四通阀回到压缩机，形成蒸气压缩式热泵循环回路；
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-水换热器、水泵、设置在水泵出口处的第三阀门以及设置在溶液泵出口处的第一阀门和第二阀门；所述的水泵设置在第一换热器的水侧出口，溶液-水换热器的水侧入口通过管路和第三阀门与水泵的出口连接，水侧出口与第一换热器的水侧入口连接；所述的溶液泵进口与溶液收集盘连接，第一喷淋器通过第二阀门与溶液泵的出口连接，第二喷淋器通过溶液-水换热器和第一阀门与溶液泵的出口连接。
在本发明的第一种技术方案中，所述第一换热器为制冷剂-空气换热器或制冷剂-水换热器；所述第一换热器设置在室内；所述的溶液-制冷剂换热器为套管式或板式换热器。
在本发明的第二种技术方案中，所述第一换热器和溶液-水换热器设置在室内；所述的溶液-水换热器为套管式或板式换热器。
上述两种技术方案中，所述溶液喷淋型空调热泵机组中所用溶液为水、有机溶液或无机溶液；所述的有机溶液为凝固点低于0℃的乙二醇、丙二醇或丙三醇；所述无机溶液为氯化钙、氯化钠或醋酸钠的溶液；所述第二换热器中的制冷剂管道外侧和溶液再生器内设置多孔填料。
采用上述技术方案具有下列显著优点：
①采用带有溶液喷淋及风机的换热器，换热系数高，与空气源热泵相比，制冷时冷凝温度更低、制热时蒸发温度更高，可实现夏季高效制冷和冬季高效制热，提高了制冷能效比COPc和制热能效比COPh；
②可在低温环境下实现连续制热运行，避免了空气源热泵的除霜问题，保证了室内环境的舒适性；
③溶液喷淋型换热器的换热系数大，结构紧凑，与同等换热能力的风冷式换热器相比，其传热面积较小，故所需金属材料大大减少，降低了机组的初投资。
附图说明
图1是现有技术的空气源热泵机组的结构原理图。
图2是现有技术的蒸发冷凝式冷水机组的结构原理图。
图3是本发明提供的一种溶液喷淋型空调热泵机组采用压缩机排气作为溶液再生热源的实施例的结构原理图。
图4是本发明提供的一种溶液喷淋型空调热泵机组采用机组制取的热水作为溶液再生热源的实施例的结构原理图。
其中：1-压缩机；2-第一换热器；3-节流装置；4-第二换热器；5-溶液收集盘；6-溶液泵；7-喷淋器；7a-第一喷淋器；7b-第二喷淋器；8-风机；9-换热器壳体；10-四通阀；11-热气旁通阀；12-溶液-制冷剂换热器；13-第一阀门；14-溶液再生器；15-第二阀门；16-填料；17-水泵；18-第三阀门；19-溶液-水换热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和运行方式做进一步说明。
实施例一：
图3是本发明提供的溶液喷淋型空调热泵机组第一种实施例的结构原理图，本实施例以压缩机的排气作为溶液再生的热源，它包括压缩机1、第一换热器2、节流装置3、第二换热器4、设置在第二换热器4上方的溶液再生器14、分别设置在第二换热器4和溶液再生器14上方的第一喷淋器7a和第二喷淋器7b、溶液收集盘、四通阀10和溶液泵6；所述的溶液收集盘5、第二换热器4、第一喷淋器7a、溶液再生器14和第二喷淋器7b从下至上依次设置在换热器壳体9内。
换热器壳体9中下部设置空气入口，室外空气在风机8的作用下流过第二换热器4和溶液再生器14后从换热器壳体9上部流出。
所述压缩机1排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀10、第一换热器2、节流装置3和第二换热器4换热后，再次经过四通阀10回到压缩机1，形成蒸气压缩式热泵循环回路。
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-制冷剂换热器12、热气旁通阀11、以及设置在溶液泵出口处的第一阀门13和第二阀门15，所述溶液-制冷剂换热器的制冷剂侧入口通过管路和热气旁通阀11与压缩机1的排气口连接，制冷剂侧出口通过管路与节流装置3的入口连接；所述的溶液泵6进口与溶液收集盘5连接，第一喷淋器7a通过第二阀门15与溶液泵6的出口连接，第二喷淋器7b通过溶液-制冷剂换热器12和第一阀门13与溶液泵6的出口相连。
溶液喷淋型空调热泵机组夏季制冷运行时，关闭热气旁通阀11和第二阀门15，开启第一阀门13。制冷剂经压缩机1压缩后，经过四通阀10进入第二换热器4，在第二换热器4中冷凝放出热量，液态制冷剂经过节流装置3进入第一换热器2，在第一换热器2中吸热蒸发，制取冷水或冷风供用户使用，制冷剂蒸发后经过四通阀10回到压缩机1。溶液自溶液收集盘5流出，经溶液泵6增压，由第二喷淋器7b喷洒在溶液再生器14及第二换热器4表面后流入溶液收集盘5。
溶液喷淋型空调热泵机组冬季制热运行时，开启热气旁通阀11、第一阀门13和第二阀门15。制冷剂经压缩机1压缩后分为两路，一路经过四通阀10进入第一换热器2，在第一换热器2中冷凝放出热量，制取热水或热风供用户使用，液态制冷剂经过节流装置3进入第二换热器4，在第二换热器4中吸热蒸发，然后经过四通阀10回到压缩机1，另外一路经过热气旁通阀11进入溶液-制冷剂换热器12，放出热量后经过节流装置3进入第二换热器4，在第二换热器4中吸热蒸发，然后经过四通阀10回到压缩机1。溶液自溶液收集盘5流出，经溶液泵6抽吸后分为两路，一路经第二阀门15由第一喷淋器7a喷洒在第二换热器4表面后流入溶液收集盘5，另外一路经过第一阀门13进入溶液-制冷剂换热器12吸收热量，由第二喷淋器7b喷淋在溶液再生器14及第二换热器4表面后流入溶液收集盘5。
本实施例中第一换热器2设置在室内，为制冷剂-空气换热器，也可采用制冷剂-水换热器；溶液-制冷剂换热器12为套管式换热器，也可采用板式换热器；溶液喷淋型空调热泵机组中所用溶液为凝固点低于0℃的有机溶液，如乙二醇溶液，也可采用丙二醇或丙三醇溶液；第二换热器4中的制冷剂管道外侧和溶液再生器14内设置多孔填料16，以加强溶液和空气溶液和空气的传热传质，多孔填料16为PVC(硬质聚乙烯树脂)，也可采用聚丙烯和玻璃钢。
实施例二：
图4是本发明提供的溶液喷淋型空调热泵机组第二种实施例的结构原理图，本实施例以机组制出的热水作为溶液再生的热源，它包括压缩机1、第一换热器2、节流装置3、第二换热器4、设置在第二换热器4上方的溶液再生器14、分别设置在第二换热器4和溶液再生器14上方的第一喷淋器7a和第二喷淋器7b、溶液收集盘、四通阀10和溶液泵6；所述的溶液收集盘5、第二换热器4、第一喷淋器7a、溶液再生器14和第二喷淋器7b从下至上依次设置在换热器壳体9内。
换热器壳体9中下部设置空气入口，室外空气在风机8的作用下流过第二换热器4和溶液再生器14后从换热器壳体9上部流出。
所述压缩机1排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀10、第一换热器2、节流装置3和第二换热器4换热后，再次经过四通阀10回到压缩机1，形成蒸气压缩式热泵循环回路。
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-水换热器19、水泵17、设置在水泵出口处的第三阀门18以及设置在溶液泵出口处的第一阀门13和第二阀门15；所述的水泵17设置在第一换热器2的水侧出口，溶液-水换热器19的水侧入口通过管路和第三阀门18与水泵17的出口连接，水侧出口与第一换热器2的水侧入口连接；所述的溶液泵6进口与溶液收集盘5连接，第一喷淋器7a通过第二阀门15与溶液泵6的出口连接，第二喷淋器7b通过溶液-水换热器19和第一阀门13与溶液泵6的出口连接。
溶液喷淋型空调热泵机组夏季制冷运行时，关闭第二阀门15和第三阀门18，开启第一阀门13。制冷剂经压缩机1压缩后，经过四通阀10进入第二换热器4，在第二换热器4中冷凝放出热量，液态制冷剂经过节流装置3进入第一换热器2，在第一换热器2中吸热蒸发，制取冷水供用户使用，制冷剂蒸发后经过四通阀10回到压缩机1。溶液自溶液收集盘5流出，经溶液泵6增压，由第二喷淋器7b喷洒在溶液再生器14及第二换热器4表面后流入溶液收集盘5。
溶液喷淋型空调热泵机组冬季制热运行时，开启第一阀门13、第二阀门15和第三阀门18。制冷剂经压缩机1压缩后，经过四通阀10进入第一换热器2，在第一换热器2中冷凝放出热量，液态制冷剂经过节流装置3进入第二换热器4，在第二换热器4中吸热蒸发，然后经过四通阀10回到压缩机1。溶液自溶液收集盘5流出，经溶液泵6抽吸后分为两路，一路经第二阀门15由第一喷淋器7a喷洒在第二换热器4表面后流入溶液收集盘5，另外一路经过第一阀门13进入溶液-水换热器19吸收热量，由第二喷淋器7b喷淋在溶液再生器14及第二换热器4表面后流入溶液收集盘5。用户侧的回水流入第一换热器2吸收制冷剂的冷凝热，经过水泵15增压后分为两路，一路直接供用户使用，另外一路经过第三阀门18进入第二溶液-水换热器19，放出热量后回到第一换热器3。
本实施例中第一换热器2为用制冷剂-水换热器；溶液-制冷剂换热器12为套管式换热器，也可采用板式换热器；溶液喷淋型空调热泵机组中所用溶液为无机溶液，例如氯化钙溶液，也可采用氯化钠或醋酸钠的溶液。第二换热器4中的制冷剂管道外侧和溶液再生器14内设置多孔填料16，以加强溶液和空气溶液和空气的传热传质，多孔填料16为PVC(硬质聚乙烯树脂)，也可采用聚丙烯和玻璃钢。
在上述溶液喷淋型空调热泵机组技术方案中，机组冬季和夏季运行时采用溶液喷淋空气。值得一提的是，为防止溶液在夏季运行出现飘散，也可在夏季将溶液更换为水。
Claims (10)
1.一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：包括压缩机(1)、第一换热器(2)、节流装置(3)、第二换热器(4)、设置在第二换热器(4)上方的溶液再生器(14)、分别设置在第二换热器(4)和溶液再生器(14)上方的第一喷淋器(7a)和第二喷淋器(7b)、溶液收集盘、四通阀(10)和溶液泵(6)；所述的溶液收集盘(5)、第二换热器(4)、第一喷淋器(7a)、溶液再生器(14)和第二喷淋器(7b)从下至上依次设置在换热器壳体(9)内；
换热器壳体(9)中下部设置空气入口，室外空气在风机(8)的作用下流过第二换热器(4)和溶液再生器(14)后从换热器壳体(9)上部流出；
所述压缩机(1)排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀(10)、第一换热器(2)、节流装置(3)和第二换热器(4)换热后，再次经过四通阀(10)回到压缩机(1)，形成蒸气压缩式热泵循环回路；
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-制冷剂换热器(12)、热气旁通阀(11)、以及设置在溶液泵出口处的第一阀门(13)和第二阀门(15)，所述溶液-制冷剂换热器的制冷剂侧入口通过管路和热气旁通阀(11)与压缩机(1)的排气口连接，制冷剂侧出口通过管路与节流装置(3)的入口连接；所述的溶液泵(6)进口与溶液收集盘(5)连接，第一喷淋器(7a)通过第二阀门(15)与溶液泵(6)的出口连接，第二喷淋器(7b)通过溶液-制冷剂换热器(12)和第一阀门(13)与溶液泵(6)的出口相连。
2.根据权利要求1所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述第一换热器(2)为制冷剂-空气换热器或制冷剂-水换热器。
3.根据权利要求1所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述第一换热器(2)设置在室内。
4.根据权利要求1所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述的溶液-制冷剂换热器(12)为套管式或板式换热器。
5.一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：包括压缩机(1)、第一换热器(2)、节流装置(3)、第二换热器(4)、设置在第二换热器(4)上方的溶液再生器(14)、分别设置在第二换热器(4)和溶液再生器(14)上方的第一喷淋器(7a)和第二喷淋器(7b)、溶液收集盘、四通阀(10)和溶液泵(6)；所述的溶液收集盘(5)、第二换热器(4)、第一喷淋器(7a)、溶液再生器(14)和第二喷淋器(7b)从下至上依次设置在换热器壳体(9)内；
换热器壳体(9)中下部设置空气入口，室外空气在风机(8)的作用下流过第二换热器(4)和溶液再生器(14)后从换热器壳体(9)上部流出；
所述压缩机(1)排气口排出的高温高压气体依次经过四通阀(10)、第一换热器(2)、节流装置(3)和第二换热器(4)换热后，再次经过四通阀(10)回到压缩机(1)，形成蒸气压缩式热泵循环回路；
所述的溶液喷淋型空调热泵机组还包括溶液-水换热器(19)、水泵(17)、设置在水泵出口处的第三阀门(18)以及设置在溶液泵出口处的第一阀门(13)和第二阀门(15)；所述的水泵(17)设置在第一换热器(2)的水侧出口，溶液-水换热器(19)的水侧入口通过管路和第三阀门(18)与水泵(17)的出口连接，水侧出口与第一换热器(2)的水侧入口连接；所述的溶液泵(6)进口与溶液收集盘(5)连接，第一喷淋器(7a)通过第二阀门(15)与溶液泵(6)的出口连接，第二喷淋器(7b)通过溶液-水换热器(19)和第一阀门(13)与溶液泵(6)的出口连接。
6.根据权利要求5所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述第一换热器(2)和溶液-水换热器(19)设置在室内。
7.根据权利要求5所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述的溶液-水换热器(19)为套管式或板式换热器。
8.根据权利要求5所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述溶液喷淋型空调热泵机组中所用溶液为水、有机溶液或无机溶液。
9.根据权利要求8所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述的有机溶液为凝固点低于0℃的乙二醇、丙二醇或丙三醇；所述无机溶液为氯化钙、氯化钠或醋酸钠的溶液。
10.根据权利要求5所述的一种溶液喷淋型空调热泵机组，其特征在于：所述第二换热器(4)中的制冷剂管道外侧和溶液再生器(14)内设置多孔填料(16)。
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