CN103486680A

CN103486680A - 一种节能型无霜空气源空调热泵系统

Info

Publication number: CN103486680A
Application number: CN201310435416.1A
Authority: CN
Inventors: 徐晓丽; 肖皓斌; 王显龙; 陈恩鉴; 蔡湛文
Original assignee: GUANGDONG SIUKONDA AIR CONDITIONING CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG SIUKONDA AIR CONDITIONING CO Ltd
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103486680B

Abstract

本发明属于蒸汽压缩式空气源热泵技术领域，特别涉及一种节能型无霜空气源空调热泵系统，包括制冷制热回路和换热回路，制冷制热回路包括压缩机，四通换向阀、室内换热器、膨胀阀、室外换热器；换热回路包括室外换热器、直接接触换热器、分离装置、载热介质循环泵，在所述的换热回路中采用憎水性液态低温载热介质，如二甲基硅油、丙二酸二乙酯或正已醇。本发明克服了目前热泵空调系统采用的水溶性防冻液需要浓缩再生，能耗高的问题，不但实现了节能降耗，而且使设备简单、使用方便。

Description

一种节能型无霜空气源空调热泵系统

技术领域

本发明属于蒸汽压缩式空气源热泵技术领域，特别涉及一种节能型无霜空气源空调热泵系统。

背景技术

热泵通过消耗机械功把低品位的热能提升为较高品位的热能，把本来已没有利用价值的环境热量变成有用的热能，是一种高效的节能技术。但是，空气源热泵冬季运行时受气象条件影响其蒸发器表面会结霜而不能连续制热，这严重制约了其使用范围。

目前热泵除霜的主流技术均以加热除霜为主；也有提出复叠式系统，但是系统繁杂不适用。“十一五”国家科技支撑计划重大项目《空气源热泵关键技术研究》的研究成果仍然是加热除霜的思路。加热除霜要消耗额外的能量，降低了热泵的制热效率；除霜时热泵的制热过程要中断，影响供热过程的连续性和舒适性，这个问题成了热泵技术发展中尚未解决的技术难题。

近年来，一些研究者将除霜研究转向系统的无霜研究，即不结霜也就无所谓除霜。典型的工作如浙江大学陈光明教授进行的无霜热泵研究（国家自然科学基金项目“无霜型空气源热泵及其基础问题研究”，基金号：NO50976097）。该项目采用LiCl水溶液为载热介质建立溶液塔吸收室外低温空气热量，再把LiCl水溶液的热量传给热泵的蒸发器，避免了蒸发器换热面与低温空气接触而结霜。但是，LiCl溶液吸热时，会因吸收空气中的水分而被稀释，该研究中LiCl水溶液的浓缩再生仍然采取加热法，且其能耗比直接加热除霜还大，这是个重大缺点。哈尔滨工业大学姚杨、姜益强教授以甘油为载热介质，进行无霜热泵的试验研究（2010年高校博士点专项基金项目“无霜型空气源热泵系统创新及其机理研究”基金号：20102302110045）。但是，甘油也是一种水溶性载热介质，其浓缩再生仍然是个问题，该项研究提出夏季集中再生的方法，也仍是加热浓缩的思路。此外，一些企业也试图解决上述问题。如广州华德工业有限公司提出专利申请“一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组”，试图用余热回收的方法来降低防冻液的再生热耗。杭州华碧能源科技有限公司申请的“一种空气聚能塔热泵系统抗冻液浓缩系统”专利，提出采用减压闪蒸方法来进行防冻液的浓缩再生，其实质仍然是加热法。减压闪蒸虽可降低浓缩热源的温度，但耗热量基本上不能减少，仍然解决不了节能问题。专利“新型空气源热泵空调”（申请号：200910075056.2）中的载热介质也是采用乙二醇水溶液和盐水，仍然存在水溶性防冻液再生耗能的问题。水溶性防冻液浓缩再生时的能耗过大已成为上述无霜热泵技术发展的重要障碍。

发明内容

本发明为解决目前空调热泵采用的水溶性防冻液需要浓缩再生而产生的能耗高、成本高的问题，提出采用适于热泵空调系统的憎水性液体低温载热介质作为换热循环介质及其配套设备的方案，具体如下：

一种节能型无霜空气源空调热泵系统，包括制冷制热回路和换热回路，所述的制冷制热回路包括压缩机，四通换向阀、室内换热器、膨胀阀、室外换热器；所述的换热回路包括室外换热器、直接接触换热器、分离装置、载热介质循环泵，所述换热回路中所使用的是憎水性液态低温载热介质，如二甲基硅油、丙二酸二乙酯或正已醇。

所述的直接接触换热器是一个无填料的气、液直接接触换热设备，包括箱体、引风机、喷淋管排、热交换空间，在箱体的一侧设置引风口，在箱体的另一侧设置出风口，所述的引风机设置在出风口，所述的喷淋管排设置在箱体的上部。

所述的分离装置用于除去混入载热介质中的冰晶或水分，包括重力分离池和分子筛吸湿器，所述的重力分离池设置在直接接触换热器的下部，所述的分子筛吸湿器一端与重力分离池连通，另一端与连接室外换热器的管道连通，在管道上设置载热介质循环泵。

本发明采用憎水性低温液态载热介质的技术路线，克服了目前热泵空调系统采用的水溶性防冻液需要浓缩再生，能耗高的技术难题，将无霜热泵技术引向节能、舒适、简单、易行的方向，不但实现了节能降耗、而且使设备简单、使用方便。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的直接接触换热器和分离装置的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的系统结构示意图。如图所示，包括制冷制热回路和换热回路，所述的制冷制热回路包括压缩机1，四通换向阀2、室内换热器3、膨胀阀4、室外换热器5；换热回路包括室外换热器5、直接接触换热器6、分离装置7、载热介质循环泵8，在换热回路中所使用的是憎水性液态低温载热介质。

从本发明目的出发，通过筛选和综合性能实验，选定的憎水性液体低温载热介质为二甲基硅油、丙二酸二乙酯或正已醇。

二甲基硅油无味无毒，具有良好的化学稳定性、电绝缘性和憎水性，冰点低达-65℃，一般用做绝缘和润滑介质，及用作消泡、脱膜、油漆和日用化妆品的添加剂等领域。丙二酸二乙酯的冰点为-50℃，正已醇的冰点为-51.6℃，它们同样不溶于水，具有很好的化学稳定性和憎水性，广泛用于染料、香料、药物等产品中，也用于增塑剂、浮选剂、消泡剂等方面。本发明是利用它们的憎水性和低温性能，作为热泵空调系统的低温液态载热循环介质使用。

图2为本发明的直接接触换热器和分离装置的结构示意图。如图所示，直接接触换热器6是一个无填料的气、液直接接触换热设备，包括箱体20、引风机21、喷淋管排22、热交换空间23，在箱体的一侧设置引风口201，在箱体的另一侧设置出风口202，引风机21设置在出风口，喷淋管排22设置在箱体20的上部。由于憎水性液态载热介质没有溶霜能力，因此在直接接触换热器中憎水性载热介质与空气换热的换热空间中不设置任何填料以避免结霜。

分离装置7用于除去混入载热介质中的冰晶或水分，包括重力分离池30和分子筛吸湿器31，重力分离池30设置在直接接触换热器6的下部，分子筛吸湿器31一端与重力分离池30连通，另一端与连接室外换热器5的管道9连通，在管道9上设置载热介质循环泵8。在重力分离池30内设置导流板301，在重力分离池底部设置排放阀302。

由于载热介质是憎水性的，因此空气放热冷凝出来的水分将以水滴或小冰晶的形态存在且不溶于载热介质中，因此易于从载热介质中分离出来。分离装置可根据所用的载热介质的物理性质来设置，可以采用重力分离、惯性分离、过滤分离或吸附分离等原理单独或联合设置，本实施例采用重力分离加吸附分离装置。

下面以换热回路采用二甲基硅油作为载热介质为例说明本发明系统的运行过程。系统开始运行时,载热介质循环泵8吸取重力分离池30中的二甲基硅油送进室外换热器5中，与制冷工质进行热交换，加热制冷工质。在室外换热器5中被二甲基硅油加热成气态的制冷工质经四通换向阀2的db口进入压缩机1，经压缩升温升压后的气态制冷剂进入室内换热器4向室内放热而被冷凝成液态，液态制冷剂经膨胀阀4节流降温降压后又进入室外换热器5与二甲基硅油进行热交换，如此形成制热回路循环。在室外换热器5中与制冷工质进行热交换后降温的二甲基硅油进入直接接触换热器6。在直接接触换热器6中，通过引风机21使室外空气通过引风口201和出风口202横向流过热交换空间23，而二甲基硅油则通过设置在箱体20上部的喷淋管排22从上而下以均布的细液流形式通过热交换空间23，从而实现液体和气体的直接接触换热。吸热升温后的二甲基硅油落入重力分离池30中，完成换热回路循环。针对二甲基硅油与空气进行热质交换时空气中的水蒸气会在憎水性的二甲基硅油表面形成水膜或冰晶的问题，在重力分离池30内设置有导流板以引导液流，促进冰晶和水滴与二甲基硅油的分离，使冰晶浮在上面，而液态水则沉在池底。在重力分离池30的出口处装有分子筛吸湿器31，用于脱除二甲基硅油中剩余微量水分及其他杂质。

常规的热泵空调系统的热泵供热量可以根据室外温度和除霜次数进行修正，当气温低于5℃后热泵就需要除霜，一小时除霜一次的供热量修正系数为0.9，一小时除霜两次的供热量修正系数为0.8，除霜使能耗增加。利用本发明，由于系统为无霜连续运行不需停机除霜也就不需要消耗融霜热量，与需要一小时除霜一次和两次的热泵比较起来相当于制热能力分别提高了11%和25%。进一步，由于本发明无需对载热介质进行加热再生，其节能效果更加显著。

本发明采用憎水性低温液态载热介质的技术路线，克服了目前热泵空调系统采用的水溶性防冻液需要浓缩再生，能耗高的技术难题，将无霜热泵技术引向节能、舒适、简单、易行的方向，实现了节能降耗、使用方便，真正意义上实现了无霜且节能的运行模式。

上列针对本发明实施例的具体说明并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明专利申请的范围中。

Claims

1.一种节能型无霜空气源空调热泵系统，包括制冷制热回路和换热回路，所述的制冷制热回路包括压缩机（1），四通换向阀（2）、室内换热器（3）、膨胀阀（4）、室外换热器（5）；所述的换热回路包括室外换热器（5）、直接接触换热器（6）、分离装置（7）、载热介质循环泵（8），其特征在于，所述换热回路中所使用的是憎水性液态低温载热介质。

2.根据权利要求1所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，所述的憎水性液体低温载热介质为二甲基硅油。

3.根据权利要求1所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，所述的憎水性载热介质为丙二酸二乙酯。

4.根据权利要求1所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，所述的憎水性载热介质为正已醇。

5.根据权利要求1至4任一项所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，所述的直接接触换热器（6）是一个无填料的气、液直接接触换热设备，包括箱体（20）、引风机（21）、喷淋管排（22）、热交换空间（23），在箱体的一侧设置引风口（201），在箱体的另一侧设置出风口（202），所述的引风机（21）设置在出风口，所述的喷淋管排（22）设置在箱体（20）的上部。

6.根据权利要求1至4任一项所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，所述的分离装置（7）用于除去混入载热介质中的冰晶或水分，包括重力分离池（30）和分子筛吸湿器（31），所述的重力分离池（30）设置在直接接触换热器（6）的下部，所述的分子筛吸湿器（31）一端与重力分离池（30）连通，另一端与连接室外换热器（5）的管道（9）连通，在管道（9）上设置载热介质循环泵（8）。

7.根据权利要求6所述的节能型无霜空气源空调热泵系统，其特征在于，在所述的重力分离池（30）内设置导流板（301）。