CN103900310A - 溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统及方法，其利用溶液的除湿作用抑制了湿空气中水分在蒸发器表面的结霜。本发明利用除湿浓溶液对蒸发器进口空气进行除湿处理，从而大幅度的减轻热泵热水器的结霜问题，提高热泵热水器的制热性能；同时，当除湿溶液达到吸湿限度后，利用热泵回路自身的热量对稀溶液进行再生，此时循环空气与加热后的高温稀溶液进行热湿交换，吸热后的空气将热量在蒸发器内释放，最终被系统回收利用，从而提高热泵的再生效率。本发明通过并联热泵回路和空气循环回路，不仅解决了湿空气在蒸发器表面易结霜的问题，而且提高了整个系统制热水的效率。
Description
技术领域
本发明利用溶液对热泵热水器回路中的空气进行除湿处理，改善了热泵热水器的室外蒸发器换热性能，提高了热泵热水器系统的制热性能，属于提高空气源热泵热水器性能领域，涉及家电制造领域，特别地，结合了一种预防结霜的新方法。
背景技术
目前，我国居民使用的热水器中电热水器、燃气热水器和太阳能热水器占有极大的比例。而空气源热泵热水器可以通过消耗部分电能将低温热源的热量转移到我们需要的生活热水中去，因其高效节能的优点成为了第四类新型热水器形式。但是其受到地域温度的影响，在冬季室外气温低、湿度大的地区，热泵系统的蒸发温度过底时极易在蒸发器表面发生结霜的情况，从而影响蒸发器的换热效果，导致系统制热量减少，热泵的制热性能降低，严重情况下甚至不能启动。针对这一问题，国内外提出了多种解决除霜的方法，包括自然除霜、热气除霜、水除霜和电加热除霜等。而我国的空气源热泵热水器生产企业常用的则是热气除霜。该除霜方式又分为两种方式：热气旁通除霜和逆循环除霜。前者是将压缩机排出的一部分高压气体直接旁通到蒸发器中进行融霜，此时由于高压侧冷媒的热量还是来自于蒸发器吸收的热量，当气温较低、融霜不够快时，没有足够的热量吸收，将导致系统陷入保护性停机状态；后者是通过四通换向阀进行逆向循环除霜，此时不仅不能制取热水，还会使本来的热水能量散失。以上可以看出现有的一些常规除霜方式有着各自的弊端。
本发明基于上述背景技术中提出的问题，设计了一种通过结合溶液除湿来预防空气源热泵热水器结霜的新方法。从上述背景技术中可以看出，目前的技术都是在热泵热水器的室外蒸发器结霜以后通过不同的方式来进行除霜，而本发明则从预防结霜的思路考虑，对进入蒸发器的室外空气进行预处理，使其湿度降低，抑制在蒸发器的换热过程中结霜，强化了室外蒸发换热，提高了系统的制热性能。同时，利用热泵回路的热量对溶液进行再生，保证了除湿和再生过程的稳定性和高效性。
发明内容
技术问题：本发明针对目前除霜方式对空气源热泵热水器除霜效果的不足，提出了一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统及方法。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统，该系统包括：压缩机、板式换热器、第一电子膨胀阀、溶液槽、喷淋装置、喷淋腔、溶液泵、第二电子膨胀阀、室外翅片管换热器、水箱、循环水泵、第一风阀、第二风阀、第三风阀、风机、气液分离器、截断阀和减压阀；
溶液槽底部通过管路连接溶液泵的一端、溶液泵的另一端与喷淋装置连接，喷淋腔在溶液槽上部，并与溶液槽相通；
该系统包括除湿时的热泵系统和空气循环系统、再生时的热泵系统和空气循环系统；
所述除湿时的热泵系统：
压缩机设有制冷剂进口，压缩机的出口与板式冷凝器的进口相连，板式冷凝器的第一出口与第一电子膨胀阀的进口连接，电子膨胀阀的出口与溶液槽的第一进口连接，溶液槽的第一出口与气液分离器的进口相连，气液分离器的第一出口与第二电子膨胀阀的进口相连，第二电子膨胀阀的出口室外翅片管蒸发器的第一进口相连，室外翅片管蒸发器的第一出口与压缩机的进口相连；气液分离器的第二出口与减压阀的进口相连，减压阀的出口与压缩机的进口相连；水箱的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口与板式冷凝器的第一进口相连；
所述除湿时的空气循环系统：
第一风阀设有空气进口，第一风阀的出口与喷淋腔相连，喷淋装置的出口与室外翅片管蒸发器的第二进口相连，室外翅片管蒸发器的第二出口与第三风阀的进口相连，第三风阀的出口与溶液槽的第二进口连接；
所述再生时的热泵系统：
压缩机的出口与板式冷凝器的进口相连，板式冷凝器的第二出口与截断阀的进口连接，截断阀的出口与溶液槽的第一进口连接，溶液槽的第一出口与气液分离器的进口相连，气液分离器的第一出口与第二电子膨胀阀的进口相连，第二电子膨胀阀的出口室外翅片管蒸发器的第一进口相连，室外翅片管蒸发器的第一出口与压缩机的进口相连；其中，室外翅片管蒸发器的出水管与冷凝水管的进水管型脸；水箱的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口与板式冷凝器的第一进口相连；
所述再生时的空气循环系统：
室外翅片管蒸发器的第二出口与第二风阀的进口相连，第二风阀的出口与喷淋腔相连，喷淋装置的出口与室外翅片管蒸发器的第二进口相连，室外翅片管蒸发器的第二出口与第二风阀的进口相连，第二风阀的出口与溶液槽的第二进口连接。
从室外翅片管蒸发器出来的低温空气经过第二风阀进入喷淋腔中与从溶液槽底部经过溶液泵和喷淋装置的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀进入喷淋腔形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽中。
本发明还提供了一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的方法，该方法包括如下步骤：
所述除湿时的热泵系统：
气态制冷剂进入压缩机压缩升温升压后进入板式冷凝器放出热量被冷凝成高压液体，之后进入第一电子膨胀阀降温降压后进入溶液槽吸收热量并蒸发一部分工质，进入气液分离器进行气液分离，分离出来的液体进入第二电子膨胀阀节流再一次的降温降压后在室外翅片管蒸发器中吸热蒸发成为低温低压的气体，之后和气液分离器分离出来并经过减压阀的气体混合进入压缩机形成一个回路。同时，水箱中的水从一端通过循环水泵抽入板式冷凝器中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储；
所述除湿时的空气循环系统：
室外湿空气通过第一风阀进入喷淋腔中被从溶液槽底部经过溶液泵和喷淋装置的低温浓溶液吸收水分，除湿后的空气进入室外翅片管蒸发器释放热量加热制冷工质，最终成为低温高湿的空气通过第三风阀返回到大气中去，其中，浓溶液吸收水分变稀后流至溶液槽中；
所述再生时的热泵系统包括：气态制冷剂进入压缩机压缩升温升压后进入板式冷凝器放出小部分热量被冷却，之后通过截断阀控制的气体管路进入溶液槽中释放热量被冷凝成高压液体，通过气液分离器进入第二电子膨胀阀节流降温降压后进入室外翅片管蒸发器中吸热蒸发成为低温低压的气体，进入压缩机形成一个回路；其中在室外翅片管蒸发器内凝结的水分可通过冷凝水管排出系统；同时，水箱中的水从水箱一端通过自然流动经过循环水泵后进入板式冷凝器中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储；
所述再生时的空气循环系统包括：从室外翅片管蒸发器出来的低温空气经过第二风阀进入喷淋腔中与从溶液槽底部经过溶液泵和喷淋装置的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀进入喷淋腔形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽中。
有益效果：
1.该系统利用溶液的除湿性能对进入蒸发器的湿空气进行预处理，降低了空气的湿度，抑制了湿空气在蒸发器表面的结霜问题，防止了结霜问题带来的制热性能降低等问题；同时，经过喷淋腔和溶液槽的制冷剂会吸收除湿过程中溶液放出的吸收热，这部分热量可被系统回收转化为冷凝热并用于加热热水；
2.该系统利用热泵工质冷凝放出的热量对稀溶液进行加热再生，不仅保证了再生过程的稳定性，而且又恢复了溶液的除湿性能；同时，再生过程中被加热后的高温稀溶液与循环空气发生热湿交换，吸热后的空气将热量在蒸发器内释放，最终被系统回收利用，从而提高热泵的再生效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的热泵回路系统示意图。
图3是本发明的除湿过程空气循环示意图。
图4是本发明的再生过程空气循环示意图。
压缩机1、板式换热器2、第一电子膨胀阀3、溶液槽4、喷淋装置14、喷淋腔15、溶液泵13、第二电子膨胀阀5、室外翅片管换热器6、水箱7、循环水泵8、第一风阀9、第二风阀10、第三风阀11、风机12、气液分离器16、截断阀17和减压阀18
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明：
如图1－4所示，本发明提供的溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统，该系统包括：压缩机1、板式换热器2、第一电子膨胀阀3、溶液槽4、喷淋装置14、喷淋腔15、溶液泵13、第二电子膨胀阀5、室外翅片管换热器6、水箱7、循环水泵8、第一风阀9、第二风阀10、第三风阀11、风机12、气液分离器16、截断阀17和减压阀18。
溶液槽4底部通过管路连接溶液泵13的一端、溶液泵13的另一端与喷淋装置14连接，喷淋腔15在溶液槽4上部，并与溶液槽4相通。
该系统包括除湿时的热泵系统和空气循环系统、再生时的热泵系统和空气循环系统。
所述除湿时的热泵系统：
压缩机1设有制冷剂进口，压缩机1的出口与板式冷凝器2的进口相连，板式冷凝器2的第一出口与第一电子膨胀阀3的进口连接，电子膨胀阀3的出口与溶液槽4的第一进口连接，溶液槽4的第一出口与气液分离器16的进口相连，气液分离器16的第一出口与第二电子膨胀阀5的进口相连，第二电子膨胀阀5的出口室外翅片管蒸发器6的第一进口相连，室外翅片管蒸发器6的第一出口与压缩机1的进口相连；气液分离器16的第二出口与减压阀18的进口相连，减压阀18的出口与压缩机1的进口相连；水箱7的出口与循环水泵8的进口相连，循环水泵8的出口与板式冷凝器2的第一进口相连。
所述除湿时的空气循环系统：
第一风阀9设有空气进口，第一风阀9的出口与喷淋腔15相连，喷淋装置14的出口与室外翅片管蒸发器6的第二进口相连，室外翅片管蒸发器6的第二出口与第三风阀11的进口相连，第三风阀11的出口与溶液槽4的第二进口连接。
所述再生时的热泵系统：
压缩机1的出口与板式冷凝器2的进口相连，板式冷凝器2的第二出口与截断阀17的进口连接，截断阀17的出口与溶液槽4的第一进口连接，溶液槽4的第一出口与气液分离器16的进口相连，气液分离器16的第一出口与第二电子膨胀阀5的进口相连，第二电子膨胀阀5的出口室外翅片管蒸发器6的第一进口相连，室外翅片管蒸发器6的第一出口与压缩机1的进口相连；其中，室外翅片管蒸发器6的出水管与冷凝水管的进水管型脸；水箱7的出口与循环水泵8的进口相连，循环水泵8的出口与板式冷凝器2的第一进口相连。
所述再生时的空气循环系统：
室外翅片管蒸发器6的第二出口与第二风阀10的进口相连，第二风阀10的出口与喷淋腔15相连，喷淋装置14的出口与室外翅片管蒸发器6的第二进口相连，室外翅片管蒸发器6的第二出口与第二风阀10的进口相连，第二风阀10的出口与溶液槽4的第二进口连接。
从室外翅片管蒸发器6出来的低温空气经过第二风阀10进入喷淋腔15中与从溶液槽4底部经过溶液泵13和喷淋装置14的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器6降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀10进入喷淋腔15形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽4中。
本发明还提供了一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的方法，该方法包括如下步骤：
所述除湿时的热泵系统：
气态制冷剂进入压缩机1压缩升温升压后进入板式冷凝器2放出热量被冷凝成高压液体，之后进入第一电子膨胀阀3降温降压后进入溶液槽4吸收热量并蒸发一部分工质，进入气液分离器16进行气液分离，分离出来的液体进入第二电子膨胀阀5节流再一次的降温降压后在室外翅片管蒸发器6中吸热蒸发成为低温低压的气体，之后和气液分离器16分离出来并经过减压阀18的气体混合进入压缩机1形成一个回路。同时，水箱7中的水从一端通过循环水泵8抽入板式冷凝器2中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储。
所述除湿时的空气循环系统：
室外湿空气通过第一风阀9进入喷淋腔15中被从溶液槽4底部经过溶液泵13和喷淋装置14的低温浓溶液吸收水分，除湿后的空气进入室外翅片管蒸发器6释放热量加热制冷工质，最终成为低温高湿的空气通过第三风阀11返回到大气中去，其中，浓溶液吸收水分变稀后流至溶液槽4中。
所述再生时的热泵系统包括：气态制冷剂进入压缩机1压缩升温升压后进入板式冷凝器2放出小部分热量被冷却，之后通过截断阀17控制的气体管路进入溶液槽4中释放热量被冷凝成高压液体，通过气液分离器16进入第二电子膨胀阀5节流降温降压后进入室外翅片管蒸发器6中吸热蒸发成为低温低压的气体，进入压缩机1形成一个回路；其中在室外翅片管蒸发器6内凝结的水分可通过冷凝水管排出系统；同时，水箱7中的水从水箱一端通过自然流动经过循环水泵8后进入板式冷凝器2中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储；
所述再生时的空气循环系统包括：从室外翅片管蒸发器6出来的低温空气经过第二风阀10进入喷淋腔15中与从溶液槽4底部经过溶液泵13和喷淋装置14的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器6降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀10进入喷淋腔15形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽4中。
本发明系统的具体实施方案如下：
除湿运行时，开启风阀9和风阀11，开启水泵8、溶液泵13，关闭风阀10，关闭截断阀17，开启电子膨胀阀3。热泵制热水时，气态制冷剂经过压缩机1升温升压后进入板式换热器2中冷凝放热，生产热水，通过第一电子膨胀阀3降压后进入溶液槽4中吸收热量并蒸发一部分的制冷剂，之后通过气液分离器13分离出来的制冷剂液体进入第二电子膨胀阀5节流后进一步的降温降压后进入室外翅片管式蒸发器6中蒸发吸热成为低温低压的气态制冷剂，之后与气液分离器13分离出来并经过减压阀18的气体混合进入压缩机1中完成热泵循环。其中，水泵8将水箱7中的水泵入板式冷凝器2中吸收热量，加热后的水从水箱7的另一端进入并存储；空气循环中，室外空气进入喷淋腔15，在其中被从溶液槽4底部经过溶液泵13和喷淋装置14的低温浓溶液吸收水分，使得空气干度提高，干度提升后的空气进入室外翅片管蒸发器6中释放热量成为低温高湿的空气，之后通过风阀11回到室外。
再生运行时，开启风阀10，关闭风阀9和风阀11，开启溶液泵13、关闭水泵8，关闭电子膨胀阀3，开启截断阀17。气态制冷剂经压缩机1升温升压后进入板式换热器2中冷凝并放出一小部分热量生产热水，之后通过截断阀14进入溶液槽4中继续释放热量并被冷凝为高压液体，之后经过气液分离器13进入第二电子膨胀阀5节流降温降压后进入室外翅片管式蒸发器6中蒸发吸热，最后低温低压的制冷剂气体再进入压缩机中，完成热泵循环。其中，水箱7中通过自然流动进入板式冷凝器2中吸收热量，加热后的水从水箱7的另一端进入并存储；空气循环中，从室外翅片管蒸发器出来的低温空气通过风阀10进入喷淋腔15中与从溶液槽4底部经过溶液泵13和喷淋装置14的高温稀溶液发生热湿交换，加热加湿后的空气在室外翅片管蒸发器6中被冷却和除湿，其中在蒸发器6内凝结的水分可通过冷凝水管排出系统。
本发明系统中利用溶液的除湿作用抑制了湿空气中水分在蒸发器表面的结霜。本发明利用除湿浓溶液对蒸发器进口空气进行除湿处理，从而大幅度的减轻热泵热水器的结霜问题，提高热泵热水器的制热性能；同时，当除湿溶液达到吸湿限度后，利用热泵回路自身的热量对稀溶液进行再生，此时循环空气与加热后的高温稀溶液进行热湿交换，吸热后的空气将热量在蒸发器内释放，最终被系统回收利用，从而提高热泵的再生效率。本发明通过并联热泵回路和空气循环回路，不仅解决了湿空气在蒸发器表面易结霜的问题，而且提高了整个系统制热水的效率。
Claims (2)
1.一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的系统，其特征在于：该系统包括：压缩机（1）、板式换热器（2）、第一电子膨胀阀（3）、溶液槽（4）、喷淋装置（14）、喷淋腔（15）、溶液泵（13）、第二电子膨胀阀（5）、室外翅片管换热器（6）、水箱（7）、循环水泵（8）、第一风阀（9）、第二风阀（10）、第三风阀（11）、风机（12）、气液分离器（16）、截断阀（17）和减压阀（18）；
溶液槽（4）底部通过管路连接溶液泵（13）的一端、溶液泵（13）的另一端与喷淋装置（14）连接，喷淋腔（15）在溶液槽（4）上部，并与溶液槽（4）相通；
该系统包括除湿时的热泵系统和空气循环系统、再生时的热泵系统和空气循环系统；
所述除湿时的热泵系统：
压缩机（1）设有制冷剂进口，压缩机（1）的出口与板式冷凝器（2）的进口相连，板式冷凝器（2）的第一出口与第一电子膨胀阀（3）的进口连接，电子膨胀阀（3）的出口与溶液槽（4）的第一进口连接，溶液槽（4）的第一出口与气液分离器（16）的进口相连，气液分离器（16）的第一出口与第二电子膨胀阀（5）的进口相连，第二电子膨胀阀（5）的出口室外翅片管蒸发器（6）的第一进口相连，室外翅片管蒸发器（6）的第一出口与压缩机（1）的进口相连；气液分离器（16）的第二出口与减压阀（18）的进口相连，减压阀（18）的出口与压缩机（1）的进口相连；水箱（7）的出口与循环水泵（8）的进口相连，循环水泵（8）的出口与板式冷凝器（2）的第一进口相连；
所述除湿时的空气循环系统：
第一风阀（9）设有空气进口，第一风阀（9）的出口与喷淋腔（15）相连，喷淋装置（14）的出口与室外翅片管蒸发器（6）的第二进口相连，室外翅片管蒸发器（6）的第二出口与第三风阀(11)的进口相连，第三风阀（11）的出口与溶液槽（4）的第二进口连接；
所述再生时的热泵系统：
压缩机（1）的出口与板式冷凝器（2）的进口相连，板式冷凝器（2）的第二出口与截断阀（17）的进口连接，截断阀（17）的出口与溶液槽（4）的第一进口连接，溶液槽（4）的第一出口与气液分离器（16）的进口相连，气液分离器（16）的第一出口与第二电子膨胀阀（5）的进口相连，第二电子膨胀阀（5）的出口室外翅片管蒸发器（6）的第一进口相连，室外翅片管蒸发器（6）的第一出口与压缩机（1）的进口相连；其中，室外翅片管蒸发器（6）的出水管与冷凝水管的进水管型脸；水箱（7）的出口与循环水泵（8）的进口相连，循环水泵（8）的出口与板式冷凝器（2）的第一进口相连；
所述再生时的空气循环系统：
室外翅片管蒸发器（6）的第二出口与第二风阀（10）的进口相连，第二风阀（10）的出口与喷淋腔（15）相连，喷淋装置（14）的出口与室外翅片管蒸发器（6）的第二进口相连，室外翅片管蒸发器（6）的第二出口与第二风阀(10)的进口相连，第二风阀（10）的出口与溶液槽（4）的第二进口连接；
从室外翅片管蒸发器（6）出来的低温空气经过第二风阀（10）进入喷淋腔（15）中与从溶液槽（4）底部经过溶液泵（13）和喷淋装置（14）的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器（6）降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀（10）进入喷淋腔（15）形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽（4）中。
2.一种溶液除湿预防空气源热泵热水器结霜的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
所述除湿时的热泵系统：
气态制冷剂进入压缩机（1）压缩升温升压后进入板式冷凝器（2）放出热量被冷凝成高压液体，之后进入第一电子膨胀阀（3）降温降压后进入溶液槽（4）吸收热量并蒸发一部分工质，进入气液分离器（16）进行气液分离，分离出来的液体进入第二电子膨胀阀（5）节流再一次的降温降压后在室外翅片管蒸发器（6）中吸热蒸发成为低温低压的气体，之后和气液分离器（16）分离出来并经过减压阀（18）的气体混合进入压缩机（1）形成一个回路。同时，水箱（7）中的水从一端通过循环水泵（8）抽入板式冷凝器（2）中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储；
所述除湿时的空气循环系统：
室外湿空气通过第一风阀（9）进入喷淋腔（15）中被从溶液槽（4）底部经过溶液泵（13）和喷淋装置（14）的低温浓溶液吸收水分，除湿后的空气进入室外翅片管蒸发器（6）释放热量加热制冷工质，最终成为低温高湿的空气通过第三风阀（11）返回到大气中去，其中，浓溶液吸收水分变稀后流至溶液槽（4）中；
所述再生时的热泵系统包括：气态制冷剂进入压缩机（1）压缩升温升压后进入板式冷凝器（2）放出小部分热量被冷却，之后通过截断阀（17）控制的气体管路进入溶液槽（4）中释放热量被冷凝成高压液体，通过气液分离器（16）进入第二电子膨胀阀（5）节流降温降压后进入室外翅片管蒸发器（6）中吸热蒸发成为低温低压的气体，进入压缩机（1）形成一个回路；其中在室外翅片管蒸发器（6）内凝结的水分可通过冷凝水管排出系统；同时，水箱（7）中的水从水箱一端通过自然流动经过循环水泵（8）后进入板式冷凝器（2）中吸收热量，加热后的水从另一端进入水箱进行存储；
所述再生时的空气循环系统包括：从室外翅片管蒸发器（6）出来的低温空气经过第二风阀（10）进入喷淋腔（15）中与从溶液槽（4）底部经过溶液泵（13）和喷淋装置（14）的高温稀溶液发生热湿交换，升温加湿后的空气进入翅片管蒸发器（6）降温除湿后成为低温空气，然后再通过第二风阀（10）进入喷淋腔（15）形成循环，其中，稀溶液释放水分变浓后流至溶液槽（4）中。
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