CN106546028B - 一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，空气源热泵循环压缩机、空气源热泵循环四通换向阀、室外换热器的制冷剂通道、空气源热泵循环节流装置、第一送风盘管的制冷剂通道形成空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路；热回收循环压缩机、热回收循环四通换向阀、热回收盘管的制冷剂通道、热回收循环节流装置、第二送风盘管的制冷剂通道形成热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路；第一送风盘管的空气通道、第二送风盘管的空气通道连接于送风风道上，热回收盘管的空气通道连接在排风风道上。本发明通过两个制冷剂循环使机组具备两个不同的蒸发温度，可以分别从室内排风和环境空气吸收热量，解决了常规热回收换热器结霜的问题。

Description

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组

技术领域

本发明涉及一种蒸气压缩式热泵型新风空调机组，尤其是涉及一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组。

背景技术

近年来，在雾霾的大背景下，室内空气品质日益受到重视。新风空调机组是房间空气调节系统的重要组成部分，一方面它可以把过滤后的室外新鲜空气送入房间，置换污浊的空气；另一方面可对新风进行热湿处理，承担部分房间热湿负荷。

目前，市场上最为常见的新风处理设备是空气源热泵型新风空调机组，但是在寒冷地区，机组制热仍存在室外换热器结霜这一技术难题。当室外换热器外表面温度低于0℃，且低于空气露点温度时，就会产生结霜。研究表明，室外换热器冬季结霜将影响机组制热量和制热效率，部分重霜地区热泵性能损失高达30％。但当室外环境温度低于-8.5℃时，空气含湿量低，可以忽略结霜对机组性能造成的影响。目前抑制结霜的主流方案有，优化换热器结构，翅片表面涂层处理和外加电场等，但这些措施都无法彻底克服空气源热泵使用低品位能源(室外空气)作为唯一热源，造成的结霜问题。

热泵排风热回收是一种新型的有源热回收技术，它使用有限的电能，通过制冷剂热泵循环回收排风的冷量和热量。热泵型排风热回收新风空调机组具有热回收效率高，适应温差范围大，健康卫生等诸多优点，但因其仅使用排风作为唯一冷/热源，存在夏季制冷量不足，冬季低温工况下供热不足的瓶颈。

本发明在继承传统空气源热泵和热泵排风热回收技术优点的基础上，通过制冷剂双循环和双冷/热源方案，大幅扩展了新风机组的运行范围，提升其能效。

发明内容

本发明的目的就是为了解决新风机组制热工况的结霜难题，而提出一种基于热泵热回收原理，具备两个制冷剂循环的无霜型制冷剂双循环新风空调机组。本发明通过两个制冷剂循环使机组具备两个不同的蒸发温度，可以分别从室内排风和环境空气吸收热量，是一种双热源新风空调机组。机组通过控制热回收热泵循环的吸气压力，可以保障热回收换热器不结霜；而室外换热器只有在低温制热工况才被使用(室外环境温度-8.5℃以下)，从环境空气吸热作为补充，此时可以忽略结霜对机组性能造成的影响。而在室外环境温度高于-8.5℃时，则无需使用室外换热器即可达到舒适的送风温度，从根本上杜绝了室外盘管结霜。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，包括空气源热泵循环单元、热回收热泵循环单元、送风风道与排风风道，

空气源热泵循环单元包括空气源热泵循环压缩机、空气源热泵循环四通换向阀、室外换热器、室外风机、空气源热泵循环节流装置与第一送风盘管，热回收热泵循环单元包括热回收循环压缩机、热回收循环四通换向阀、热回收盘管、热回收循环节流装置与第二送风盘管；

其中，室外换热器、第一送风盘管、热回收盘管、第二送风盘管分别具备空气通道与制冷剂通道；

空气源热泵循环压缩机、空气源热泵循环四通换向阀、室外换热器的制冷剂通道、空气源热泵循环节流装置与第一送风盘管的制冷剂通道连接形成空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路；

热回收循环压缩机、热回收循环四通换向阀、热回收盘管的制冷剂通道、热回收循环节流装置与第二送风盘管的制冷剂通道连接形成热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路；

所述的第一送风盘管的空气通道、第二送风盘管的空气通道连接于送风风道上，所述的热回收盘管的空气通道连接在排风风道上，室外换热器的空气通道与室外环境空气和室外风机连通。

所述的送风风道依次顺序连通新风口、第一送风盘管的空气通道、第二送风盘管的空气通道、送风风机与送风口；或，所述的送风风道依次顺序连通新风口、第二送风盘管的空气通道、第一送风盘管的空气通道、送风风机与送风口。

优选地，所述的空气源热泵循环单元还包括再热盘管与再热调节阀，再热盘管具备空气通道与制冷剂通道，再热盘管的空气通道连接在送风风道上，再热盘管的制冷剂通道与再热调节阀连通，且与热回收盘管的制冷剂通道并联。

此时，所述的送风风道依次顺序连通新风口、第一送风盘管的空气通道、第二送风盘管的空气通道、再热盘管的空气通道、送风风机与送风口；或，所述的送风风道依次顺序连通新风口、第一送风盘管的空气通道、第二送风盘管的空气通道、再热盘管的空气通道、送风风机与送风口。

空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路上还设有室外电子膨胀阀，该室外电子膨胀阀连接在室外换热器的制冷剂通道于空气源热泵循环节流装置之间。这种设置使得制冷剂连接管内制冷剂无论在制冷模式还是制热模式始终为液态，维持系统制冷剂充注量平衡。

无霜型制冷剂双循环新风空调机组制冷模式下，空气源热泵循环四通换向阀使空气源热泵循环压缩机吸气口与第一送风盘管连通，空气源热泵循环压缩机排气口与室外换热器连通；热回收循环四通换向阀使热回收循环压缩机吸气口与第二送风盘管连通，热回收循环压缩机排气口与热回收盘管连通。

无霜型制冷剂双循环新风空调机组制热模式下，空气源热泵循环四通换向阀使空气源热泵循环压缩机吸气口与室外换热器连通，空气源热泵循环压缩机排气口与第一送风盘管连通，热回收循环四通换向阀使热回收循环压缩机吸气口与热回收盘管连通，热回收循环压缩机排气口与第二送风盘管连通。

所述的第一送风盘管、第二送风盘管可制作成为一片制冷剂双流路翅片管换热器以提高制作效率，使盘管前后段制冷剂互不连通但空气流路前后串联。

优选的，所述的空气源热泵循环压缩机和热回收循环压缩机为变容量压缩机，例如变频压缩机、数码涡旋压缩机、带滑阀调节的螺杆压缩机等。

优选的，所述的空气源热泵循环节流装置和热回收循环节流装置选自毛细管、短管、电子膨胀阀或热力膨胀阀等制冷系统节流装置。

本发明的主要创新点在于充分利用排风，夏季制冷模式降低机组冷凝温度，冬季制热模式避免室外换热器结霜。制冷模式下，空气源热泵循环向环境散热，热回收热泵循环向排风散热，两个循环共同作用完成对新风的深度除湿降温。制热模式下，热回收热泵循环同时回收排风显热与潜热，用于加热新风，通过控制压缩机的吸气压力，保障热回收盘管始终无霜运行，当热回收循环压缩机的吸气压力低于结霜安全压力时，降低热回收循环压缩机的转速；当热回收循环压缩机的吸气压力高于结霜安全压力时，且送风温度低于设定值时，提高热回收循环压缩机的转速；空气源热泵循环只在低温工况下启动，从环境空气吸热作为补充热源。由于室外盘管可以无霜运行在低温环境中(室外环境温度低于8.5℃)，从而避免室外换热器结霜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.采用双源热泵技术和制冷剂双循环方案，低温工况下同时从排风和室外空气中获取热能，使机组在-20℃仍保持无霜高效制热，无需停机化霜。

2.充分利用排风废冷废热，显著提升新风机组的能效。仿真结果显示，与使用相同盘管的传统热泵新风机相比，本发明制热COP提升约12％，制冷COP提升6％，与转轮机组不相上下，若考虑低温结霜带来的能效衰减，本发明优势更为显著。

3.热泵热回收循环和空气源热泵循环独立运行，解耦控制，运行策略十分灵活。

附图说明

图1为实施例1中无霜型制冷剂双循环新风空调机组的结构示意图。

图2为实施例2中无霜型制冷剂双循环新风空调机组的结构示意图。

图3为实施例3中无霜型制冷剂双循环新风空调机组的结构示意图。

图4为实施例4中无霜型制冷剂双循环新风空调机组的结构示意图。

图中，1为空气源热泵循环压缩机，2为热回收循环压缩机，3为空气源热泵循环四通换向阀，4为热回收循环四通换向阀，5为室外换热器，6为室外风机，7为空气源热泵循环节流装置，8为第一送风盘管，9为热回收盘管，10为热回收循环节流装置，11为第二送风盘管，12为送风风机，13为排风风机，14为再热盘管，15为再热调节阀，16为室外电子膨胀阀，21为送风风道，22为新风口，23为送风口，24为排风风道，25为回风口，26为排风口，其余为制冷剂连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，如图1所示，包括空气源热泵循环单元、热回收热泵循环单元、送风风道21与排风风道24。

其中，空气源热泵循环单元包括空气源热泵循环压缩机1、空气源热泵循环四通换向阀3、室外换热器5、室外风机6、空气源热泵循环节流装置7与第一送风盘管8。热回收热泵循环单元包括热回收循环压缩机2、热回收循环四通换向阀4、热回收盘管9、热回收循环节流装置10与第二送风盘管11。

其中，热回收盘管9具备空气通道与制冷剂通道，热回收盘管9的空气通道连通在排风风道24上。热回收盘管9的制冷剂通道连接在热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路上。

第二送风盘管11具备空气通道与制冷剂通道，第二送风盘管11的空气通道连接于送风通道21上。第二送风盘管11的制冷剂通道连接在热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路上。

第一送风盘管8具备空气通道与制冷剂通道，第一送风盘管8的空气通道连接于送风通道21上。第一送风盘管8的制冷剂通道连接在空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路上。

室外换热器5具备空气通道与制冷剂通道，室外换热器5的空气通道与室外环境空气和室外风机6连通。室外换热器5的制冷剂通道连接在空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路上。

送风风道21依次顺序连通新风口22，第一送风盘管8的空气通道、第二送风盘管11的空气通道、送风风机12与送风口23。

排风风道24依次顺序连通回风口25、热回收盘管9的空气通道、排风风机13及排风口26。

空气源热泵循环单元中，空气源热泵循环四通换向阀3的第一接口通过制冷剂连接管36与空气源热泵循环压缩机1的排气口连通，空气源热泵循环四通换向阀3的第二接口、制冷剂连接管35、室外换热器5的制冷剂通道、制冷剂连接管34、空气源热泵循环节流装置7、制冷剂连接管33、第一送风盘管8的制冷剂通道、制冷剂连接管32、空气源热泵循环四通换向阀3的第四接口顺序连接，空气源热泵循环四通换向阀3的第三接口通过制冷剂连接管31与空气源热泵循环压缩机1的吸气口连通。

热回收热泵循环单元中，热回收循环四通换向阀4的第一接口通过制冷剂连接管46与热回收循环压缩机2的排气口连通，热回收循环四通换向阀4的第二接口、制冷剂连接管45、热回收盘管9的制冷剂通道、制冷剂连接管44、热回收循环节流装置10、制冷剂连接管43、第二送风盘管11的制冷剂通道、制冷剂连接管42、热回收循环四通换向阀4的第四接口顺序连接，热回收循环四通换向阀4的第三接口通过制冷剂连接管41与热回收循环压缩机2的吸气口连通。

本实施例的无霜型制冷剂双循环新风空调机组，具有空气源热泵循环和热回收热泵循环两个制冷剂循环，以及制冷和制热两种工作模式。

制冷模式下，空气源热泵循环四通换向阀3使空气源热泵循环压缩机1吸气口与第一送风盘管8连通，空气源热泵循环压缩机1排气口与室外换热器5连通；热回收循环四通换向阀4使热回收循环压缩机2吸气口与第二送风盘管11连通，热回收循环压缩机2排气口与热回收盘管9连通。

空气源热泵循环的工作流程为，高温高压的制冷剂气体从空气源热泵循环压缩机1排出后，经室外换热器5冷凝成为制冷剂液体，释放热量给环境空气。再经空气源热泵循环节流装置7膨胀降温，进入第一送风盘管8，降低新风温度。吸热后的制冷剂蒸发为过热的气体，回到空气源热泵循环压缩机1吸气口，完成空气源热泵循环。

热回收热泵循环的工作流程为，高温高压的制冷剂气体从热回收循环压缩机2排出后，经热回收盘管9冷凝成为制冷剂液体，释放热量给室内排风。再经热回收循环节流装置10膨胀降温，进入第二送风盘管11，进一步降低新风温度。吸热后的制冷剂蒸发为过热的气体，回到热回收循环压缩机2吸气口，完成热回收热泵循环。

上述的两个制冷剂循环可以根据新风的状态只使用其中某个循环。若使用变容量压缩机还可以根据新风的状态调节两者的制冷量比例，以获得更高的能效。

制热模式下，空气源热泵循环四通换向阀3使空气源热泵循环压缩机1吸气口与室外换热器5连通，空气源热泵循环压缩机1排气口与第一送风盘管8连通；热回收循环四通换向阀4使热回收循环压缩机2吸气口与热回收盘管9连通，热回收循环压缩机2排气口与第二送风盘管11连通。

制热模式下，两个制冷循环都将按照与夏季相反的方向运行，即空气源热泵循环从环境空气吸热，加热新风；热回收热泵循环从排风吸热，用于进一步加热新风。

热回收循环将始终运行。如果使用变容量压缩机，热回收循环压缩机2的吸气流量将根据送风温度进行调节，同时应通过控制热回收热泵循环的吸气压力，以保障热回收换热器不结霜。当热回收循环不能满足送风要求的设定温度时，启动空气源热泵循环作为补充。由于只有在低温制热工况室外换热器才被使用，此时可以忽略结霜对机组性能造成的影响。若室外环境温度高于-8.5℃都无需使用室外换热器即可达到舒适的送风温度，就从根本上杜绝了室外盘管结霜。

实施例2，

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组(含送风除湿再热功能)，如图2所示，主要结构与实施例1相比，在热回收热泵循环单元增加了再热盘管14、再热调节阀15及必要的制冷剂连接管。

其连接方式是：热回收循环四通换向阀4的第一接口通过制冷剂连接管48与热回收循环压缩机2的排气口连通，热回收循环四通换向阀4的第二接口、制冷剂连接管47、制冷剂连接管46、热回收盘管9的制冷剂通道、制冷剂连接管45、制冷剂连接管44、热回收循环节流装置10、制冷剂连接管43、第二送风盘管11的制冷剂通道、制冷剂连接管42、热回收循环四通换向阀4的第四接口顺序连接，热回收循环四通换向阀4的第三接口通过制冷剂连接管41与热回收循环压缩机2的吸气口连通，制冷剂连接管47与制冷剂连接管46的连接接点通过制冷剂连接管52与再热盘管14的制冷剂通道、制冷剂连接管51、再热调节阀15及制冷剂连接管50顺序连接，并且制冷剂连接管50连接到制冷剂连接管44与制冷剂连接管45的连接接点处。

再热盘管14具备空气通道与制冷剂通道，再热盘管14的空气通道连接在送风风道21上。因此，本实施例中送风风道21依次顺序连通新风口22、第一送风盘管8的空气通道、第二送风盘管11的空气通道、再热盘管14的空气通道、送风风机12与送风口23。再热盘管14的制冷剂通道连接在热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路上。

在热回收热泵循环单元增加了再热盘管14、再热调节阀15，其作用在于，在制冷模式下利用制冷剂冷凝放热再热空气，一方面提供更舒适的送风问题，另一方面回收冷量，提高机组能效。

优选的，可在空气源热泵循环增加室外电子膨胀阀16，使制冷剂连接管34内制冷剂无论在制冷模式还是制热模式始终为液态，维持系统制冷剂充注量平衡。

实施例3

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，如图3所示。与实施例1相比，仅改变了第一送风盘管8，第二送风盘管11在送风风道21中的相对位置，使新风首先经过第二送风盘管11，再经过第一送风盘管8。因此，本实施例中送风风道21依次顺序连通新风口22、第二送风盘管11的空气通道、第一送风盘管8的空气通道、送风风机12与送风口23。

实施例4

一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组(含送风除湿再热功能)，如图4所示。与实施例2相比，仅改变了第一送风盘管8，第二送风盘管11在送风风道21中的相对位置，使新风首先经过第二送风盘管11，再经过第一送风盘管8。因此，本实施例中送风风道21依次顺序连通新风口22、第二送风盘管11的空气通道、第一送风盘管8的空气通道、再热盘管14的空气通道、送风风机12与送风口23。

上述实施例中未完整展示制冷剂循环的所有部件，实施过程中，在制冷剂回路设置储液器、气液分离器、油分离器、过滤器、干燥器、单向阀、截止阀、分液器等常见制冷辅件，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

在实施过程中，改变送风风机12与第一送风盘管8、第二送风盘管11，排风风机与热回收盘管9，以及室外风机6与室外换热器5的相对位置，或仅改变空气源热泵循环节流装置7，热回收循环节流装置10的安装位置(不置于排风通道内)，但不改变制冷剂流路的连接顺序，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

在实施过程中，将第一送风盘管8，第二送风盘管11可制作成为一片制冷剂双流路翅片管换热器以提高制作效率，使盘管前后段制冷剂互不连通但空气流路前后串联，但不构成对本发明的实质性改进，应属于本发明保护范围。

本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，包括空气源热泵循环单元、热回收热泵循环单元、送风风道(21)与排风风道(24)，

空气源热泵循环单元包括空气源热泵循环压缩机(1)、空气源热泵循环四通换向阀(3)、室外换热器(5)、室外风机(6)、空气源热泵循环节流装置(7)与第一送风盘管(8)；

热回收热泵循环单元包括热回收循环压缩机(2)、热回收循环四通换向阀(4)、热回收盘管(9)、热回收循环节流装置(10)与第二送风盘管(11)；

其中，室外换热器(5)、第一送风盘管(8)、热回收盘管(9)、第二送风盘管(11)分别具备空气通道与制冷剂通道；

空气源热泵循环压缩机(1)、空气源热泵循环四通换向阀(3)、室外换热器(5)的制冷剂通道、空气源热泵循环节流装置(7)与第一送风盘管(8)的制冷剂通道连接形成空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路；

热回收循环压缩机(2)、热回收循环四通换向阀(4)、热回收盘管(9)的制冷剂通道、热回收循环节流装置(10)与第二送风盘管(11)的制冷剂通道连接形成热回收热泵循环单元的制冷剂循环回路；

所述的第一送风盘管(8)的空气通道、第二送风盘管(11)的空气通道连接于送风风道(21)上，所述的热回收盘管(9)的空气通道连接在排风风道(24)上，室外换热器(5)的空气通道与室外环境空气和室外风机(6)连通；

无霜型制冷剂双循环新风空调机组制冷模式下，空气源热泵循环四通换向阀(3)使空气源热泵循环压缩机(1)吸气口与第一送风盘管(8)连通，空气源热泵循环压缩机(1)排气口与室外换热器(5)连通；热回收循环四通换向阀(4)使热回收循环压缩机(2)吸气口与第二送风盘管(11)连通，热回收循环压缩机(2)排气口与热回收盘管(9)连通，制冷模式下，空气源热泵循环单元向环境散热，热回收热泵循环单元向排风散热，两个循环共同作用完成对新风的深度除湿降温；

无霜型制冷剂双循环新风空调机组制热模式下，空气源热泵循环四通换向阀(3)使空气源热泵循环压缩机(1)吸气口与室外换热器(5)连通，空气源热泵循环压缩机(1)排气口与第一送风盘管(8)连通，热回收循环四通换向阀(4)使热回收循环压缩机(2)吸气口与热回收盘管(9)连通，热回收循环压缩机(2)排气口与第二送风盘管(11)连通；制热模式下，热回收热泵循环单元同时回收排风显热与潜热，用于加热新风，通过控制热回收循环压缩机的吸气压力，保障热回收盘管始终无霜运行，当热回收循环压缩机的吸气压力低于结霜安全压力时，降低热回收循环压缩机的转速，当热回收循环压缩机的吸气压力高于结霜安全压力时，且送风温度低于设定值时，提高热回收循环压缩机的转速，空气源热泵循环只在低温工况下启动，从环境空气吸热作为补充热源。

2.根据权利要求1所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的送风风道(21)依次顺序连通新风口(22)、第一送风盘管(8)的空气通道、第二送风盘管(11)的空气通道、送风风机(12)与送风口(23)；或，

所述的送风风道(21)依次顺序连通新风口(22)、第二送风盘管(11)的空气通道、第一送风盘管(8)的空气通道、送风风机(12)与送风口(23)。

3.根据权利要求2所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的空气源热泵循环单元还包括再热盘管(14)与再热调节阀(15)，再热盘管(14)具备空气通道与制冷剂通道，再热盘管(14)的空气通道连接在送风风道(21)上，再热盘管(14)的制冷剂通道与再热调节阀(15)连通，且与热回收盘管(9)的制冷剂通道并联。

4.根据权利要求3所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的送风风道(21)依次顺序连通新风口(22)、第一送风盘管(8)的空气通道、第二送风盘管(11)的空气通道、再热盘管(14)的空气通道、送风风机(12)与送风口(23)；或，

所述的送风风道(21)依次顺序连通新风口(22)、第一送风盘管(8)的空气通道、第二送风盘管(11)的空气通道、再热盘管(14)的空气通道、送风风机(12)与送风口(23)。

5.根据权利要求1所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，空气源热泵循环单元的制冷剂循环回路上还设有室外电子膨胀阀(16)，该室外电子膨胀阀(16)连接在室外换热器(5)的制冷剂通道与空气源热泵循环节流装置(7)之间。

6.根据权利要求1所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的第一送风盘管(8)、第二送风盘管(11)可制作成为一片制冷剂双流路翅片管换热器，使盘管前后段制冷剂互不连通但空气流路前后串联。

7.根据权利要求1所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的空气源热泵循环压缩机(1)和热回收循环压缩机(2)为变容量压缩机。

8.根据权利要求1所述的一种无霜型制冷剂双循环新风空调机组，其特征在于，所述的空气源热泵循环节流装置(7)和热回收循环节流装置(10)选自毛细管、短管、电子膨胀阀或热力膨胀阀。