CN107575967A - 一种适用于全年工况的热泵空调系统及其运行方法 - Google Patents

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CN107575967A CN201710736553.7A CN201710736553A CN107575967A CN 107575967 A CN107575967 A CN 107575967A CN 201710736553 A CN201710736553 A CN 201710736553A CN 107575967 A CN107575967 A CN 107575967A
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范誉斌
赵阳
张学军
刘庸
余萌
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Abstract

本发明公开了一种适用于全年工况的热泵空调系统及其运行方法。该系统包括压缩机、除湿换热器、补偿换热器、高压储液罐、热力膨胀阀、四通换向阀、三通阀、三通风阀和风机;系统中含有两个除湿换热器分别充当制冷系统中的蒸发器和冷凝器;系统在除湿换热器之后设置补偿换热器,可对空气进行加热或冷却补偿,实现送风温度精确控制。本发明可通过各阀门状态的切换,实现冷却除湿、冷却加湿、加热除湿和加热加湿功能,适用于全年工况。本发明具有适用性强、节能环保、部件紧凑等优点。

Description

一种适用于全年工况的热泵空调系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及制冷空调领域,尤其涉及一种适用于全年工况的热泵空调系统及其运行方法。
背景技术
传统的热泵空调系统采用空气潜热和显热同时处理的方法,在夏季工况下需要将处理空气温度降至露点之后进行再热补偿,导致能耗系统能耗较高且表冷器或蒸发器表面易滋生霉菌;在冬季工况下,无法对室内进行加湿,导致热舒适性较差。同时传统的热泵空调无法适用于过渡季节的高温低湿和低温高湿工况。
通过对已有公开技术的检索发现,当前的热泵空调系统无法同时适用于全年工况和实现显热、潜热独立处理。例如中国专利申请号20160428215.2的“除湿空调系统及空调控制方法”通过配置两个室内换热器及对应旁通回路,是系统能够适用于低温高湿环境,但仍无法适用于全年工况且没有对显热、潜热独立处理。例如中国专利申请号200810200429.X的“基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统”通过除湿转轮处理潜热负荷,利用冷却盘管处理显热负荷,但仅适用于高温高湿工况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种能耗较低、送风状态可控的适用于全年工况的的热泵空调系统
本发明的另一个目的是提出一种适用于全年工况的热泵空调系统的运行方法。
本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的:
适用于全年工况的热泵空调系统,其包括压缩机、第一除湿换热器、第二除湿换热器、补偿换热器、第一四通换向阀、第二四通换向阀、高压储液罐、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第一风道、第二风道、第一三通风阀、第二三通风阀、第三三通风阀、第四三通风阀、第五三通风阀、第一风机和第二风机;
热泵空调系统中包含1股制冷剂流程以及被处理空气流程和再生空气流程;
制冷剂流程侧的连接方式为:所述压缩机的进出口分别与所述第一四通换向阀的两个接口相连,所述第一四通换向阀的另外两个接口分别与所述第一除湿换热器、第二除湿换热器相连,所述第一除湿换热器、第二除湿换热器的另外两个接口分别与所述第二四通换向阀的两个接口相连,所述第二四通换向阀的另外两个接口分别与所述高压储液罐的入口和所述第三三通阀的出口相连,所述高压储液罐的出口与所述第一三通阀的入口相连,所述第一三通阀的出口与所述第一热力膨胀阀的入口相连,所述第一三通阀的旁通接口与所述第二三通阀的旁通接口相连,所述第一热力膨胀阀的出口与所述第二三通阀的入口相连,所述第二三通阀的出口与所述补偿换热器的入口相连,所述补偿换热器的出口与所述第四三通阀的入口相连,所述第四三通阀的出口与所述第二热力膨胀阀入口相连,所述第四三通阀的旁通接头与所述第三三通阀的旁通接头相连,所述第二热力膨胀阀的出口与所述第三三通阀的入口相连;
被处理空气流程侧的连接方式为:被处理空气在第二风道中通过第二三通风阀后与所述第一除湿换热器的空气侧入口相连,经过所述第一除湿换热器后进入所述第五三通风阀,其中一部分被处理空气进入所述补偿换热器空气侧入口,之后进入所述第二风机,最后送入被调房间,另一部分被处理空气直接进入所述第二风机,最后送入被调房间;
再生空气流程侧的连接方式为:再生空气在第一风道中通过第一三通风阀后与所述第二除湿换热器的空气侧入口相连,经过所述第二除湿换热器后进入所述第一风机,最后送入室外空间。
作为优选,所述补偿换热器位于两个可被旁通的第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀之间,通过切换所述第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀调节所述第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀的工作状态,进而改变所述补偿换热器的运行工况,对被处理空气进行加热补偿或冷却补偿。当所述第一热力膨胀阀被旁通,所述第二热力膨胀阀正常工作时,所述补偿换热器内制冷剂处于高温高压状态,可对被处理空气进行加热补偿,调节出口温度;当所述第二热力膨胀阀被旁通,所述第一热力膨胀阀正常工作时,所述补偿换热器内制冷剂处于低温低压状态,可对被处理空气进行冷却补偿,调节出口温度。
作为优选,所述第一除湿换热器、第二除湿换热器通过将干燥剂材料涂覆在翅片管式换热器表面制成;所述第一除湿换热器、第二除湿换热器分别充当制冷系统中的蒸发器和冷凝器。通过涂覆在所述除湿换热器表面的干燥剂材料的吸附(解附)作用对空气进行除湿(加湿)处理,并通过所述除湿换热器管内低温(高温)制冷剂的相变作用带走(提供)空气显热,实现空气的除湿(加湿)和冷却(加热)。并根据所述被调空间的负荷状态确定所需的被处理空气。
该热泵空调系统可以通过第一三通风阀、第二三通风阀、第三三通风阀、第四三通风阀和第一四通换向阀、第二四通换向阀的状态切换,实现第一除湿换热器、第二除湿换热器的切换过渡,实现系统连续运行;通过第二四通换向阀的状态切换,保证所述高压储液罐一直处于制冷系统高压侧,且保证所述补偿换热器的加热和冷却状态可调。高压储液罐可减缓在第一四通换向阀、第二四通换向阀切换导致制冷系统高低压重新建立过程对系统性能的冲击。
本发明的另一目的在于提供一种根据上述的适用于全年工况的热泵空调系统的运行方法,其包括除湿换热器的被处理空气温度补偿控制方法、除湿冷却方法和除湿换热器的加热解吸方法;
其中所述被处理空气温度补偿控制方法步骤如下:
1)被处理空气通过所述第五三通风阀后部分进入所述补偿换热器进行温度补偿,通过调节所述第五三通风阀的开度改变进入所述补偿换热器的风量,进而实现被处理空气的送风温度的精确控制;2)通过切换所述第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀调整所述第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀的工作状态,进而改变所述补偿换热器的工作模式,对空气进行加热或冷却,实现被处理空气的温度补偿;
所述除湿换热器的除湿冷却方法步骤如下:
1)空气经过制冷系统蒸发器对应的第一除湿换热器表面,通过涂覆在除湿换热器表面的干燥剂材料的吸附作用对被处理空气进行除湿处理,处理空气潜热,并产生吸附热;2)内部流动的低温低压制冷剂流过第一除湿换热器,发生蒸发相变过程,带走吸附热和空气显热;
所述除湿换热器的加热解吸方法步骤如下:
1)制冷系统冷凝器对应的第二除湿换热器对应除湿换热器表面涂覆的干燥剂材料由制冷系统的冷凝热的加热作用下进行再生;2)空气流过第二除湿换热器表面后,温度和湿度升高,潜热负荷由除湿换热器表面涂覆的干燥剂中所吸附的水提供,显热负荷及水分脱附所需热量由所述除湿换热器内部流动的高温高压制冷剂冷凝热提供;
作为优选,所述的除湿换热器的除湿冷却方法和除湿换热器的加热解吸方法在系统运行时分别在蒸发器侧和冷凝器侧同时运行,并按周期交替;所述的被处理空气温度补偿控制方法根据被调空间的负荷状态及所述除湿换热器出口的空气状态进行状态切换,对空气进行加热或冷却,实现送风温度的精确控制,且可适用于高温高湿、低温低湿、高温低湿和低温高湿的全年工况。
与现有技术相比,本发明所述的一种适用于全年工况的热泵空调系统具有的优势在于:
第一,本发明通过在冷凝器和蒸发器之间设置补偿换热器,在不添加其他动力设备的条件下,通过调各阀门的状态,可实现冷却除湿、冷却加湿、加热除湿和加热加湿功能,适用于全年工况。
第二,本发明通过改变进入补偿换热器的风量,调节被处理空气的温度,精确控制系统的送风温度;通过调整系统在某一工况下不同模式之间的切换时间,精确控制系统的送风湿度;本发明能较好保证被调空间的热舒适性。
第三,与传统的热泵空调相比,本发明直接利用除湿换热器作为蒸发器和冷凝器,充分利用制冷系统中的制冷量和冷凝热,实现显热负荷和潜热负荷的独立处理,能耗较低。
第四,转轮除湿、溶液除湿等独立新风系统相比,本发明结构紧凑、部件较少、制作工艺简单、初投资低,对新风无污染。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明,以充分的了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在冷却除湿工况第一运行模式下的结构示意图;
图2是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在冷却除湿工况第二运行模式下的结构示意图;
图3是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在冷却加湿工况第一运行模式下的结构示意图;
图4是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在冷却加湿工况第二运行模式下的结构示意图;
图5是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在加热除湿工况第一运行模式下的结构示意图;
图6是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在加热除湿工况第二运行模式下的结构示意图;
图7是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在加热加湿工况第一运行模式下的结构示意图;
图8是本发明一种适用于全年工况的热泵空调系统在加热加湿工况第二运行模式下的结构示意图。
图中:压缩机1、第一除湿换热器2、第二除湿换热器3、补偿换热器4、第一四通换向阀5、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第二三通阀9、第三三通阀10、第四三通阀11、第一热力膨胀阀12、第二热力膨胀阀13、第一风道14、第二风道15、第一三通风阀16、第二三通风阀17、第三三通风阀18、第四三通风阀19、第五三通风阀20、第一风机21和第二风机22。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例提供了一种适用于全年工况的除湿热泵空调系统,如图1~图8所示,包括压缩机1,第一除湿换热器2、第二除湿换热器3,补偿换热器4,第一四通换向阀5、第一四通换向阀6,高压储液罐7,第一三通阀8、第二三通阀9、第三三通阀10、第四三通阀11,第一热力膨胀阀12、第二热力膨胀阀13,第一风道14、第二风道15,第一三通风阀16、第二三通风阀17、第三三通风阀18、第四三通风阀19、第五三通风阀20、第一风机21和第二风机22;
适用于全年工况的热泵空调系统中还包含1股制冷剂流程和2股空气流程;所述2股空气流程包括被处理空气流程和再生空气流程;
制冷剂流程侧的连接方式为:所述压缩机1的进出口分别与所述第一四通换向阀5的两个接口相连,所述第一四通换向阀5的另外两个接口分别与所述第一除湿换热器2、3相连,所述第一除湿换热器2、3的另外两个接口分别与所述第一四通换向阀6的两个接口相连,所述第一四通换向阀6的另外两个接口分别与所述高压储液罐7的入口和所述第三三通阀10的出口相连,所述高压储液罐7的出口与所述第一三通阀8的入口相连,所述第一三通阀8的出口与所述第一热力膨胀阀12的入口相连,所述第一三通阀8的旁通接口与所述第二三通阀9的旁通接口相连,所述第一热力膨胀阀12的出口与所述第二三通阀9的入口相连,所述第二三通阀9的出口与所述补偿换热器4的入口相连,所述补偿换热器4的出口与所述第四三通阀11的入口相连,所述第四三通阀11的出口与所述第二热力膨胀阀13入口相连,所述第四三通阀11的旁通接头与所述第三三通阀10的旁通接头相连,所述第二热力膨胀阀13的出口与所述第三三通阀10的入口相连;
被处理空气流程侧的连接方式为:被处理空气在第二风道15中通过第二三通风阀17后与所述第一除湿换热器2的空气侧入口相连,经过所述第一除湿换热器2后进入所述第五三通风阀20,其中一部分被处理空气进入所述补偿换热器4空气侧入口,之后进入所述第二风机22,最后送入被调房间,另一部分被处理空气直接进入所述第二风机22,最后送入被调房间;
再生空气流程侧的连接方式为:再生空气在第一风道14中通过三通风阀16后与所述第二除湿换热器3的空气侧入口相连,经过所述第二除湿换热器3后进入所述第一风机21,最后送入室外空间。
本实例的一种适用于全年工况的热泵空调系统中,补偿换热器4位于两个可被旁通的第一热力膨胀阀12、第二热力膨胀阀13之间,可通过切换第一三通阀8、第二三通阀9、第三三通阀10、第四三通阀11调节第一热力膨胀阀12、第二热力膨胀阀13的工作状态,进而改变补偿换热器4的运行工况,对被处理空气进行加热补偿或冷却补偿。当第一热力膨胀阀12被旁通,第二热力膨胀阀13正常工作时,补偿换热器4内制冷剂处于高温高压状态,可对被处理空气进行加热补偿,调节出口温度;当第二热力膨胀阀13被旁通,第一热力膨胀阀12正常工作时,补偿换热器4内制冷剂处于低温低压状态,可对被处理空气进行冷却补偿,调节出口温度。
本实例的除湿换热器都是通过将干燥剂材料涂覆在翅片管式换热器表面制成,分别充当制冷系统中的蒸发器和冷凝器,分别对被处理空气进行冷却除湿/加热加湿。
本实例的一种适用于全年工况的热泵空调系统还包括三通风阀和四通换向阀,通过第一三通风阀16、第二三通风阀17、第三三通风阀18、第四三通风阀19和第一四通换向阀5、第一四通换向阀6的状态切换能够实现第一除湿换热器2、第二除湿换热器3的切换过渡,实现系统连续运行;通过第一四通换向阀6的状态切换,保证高压储液罐7一直处于制冷系统高压侧,且保证补偿换热器4的加热和冷却状态可调。高压储液罐7可减缓在第一四通换向阀5、第一四通换向阀6切换导致制冷系统高低压重新建立过程对系统性能的冲击。
如图1所示,系统在冷却除湿工况第一运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第二除湿换热器3、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第一热力膨胀阀12、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第一除湿换热器2、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与再生空气在第二除湿换热器3中换热,提高再生空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;制冷剂在第一热力膨胀阀12中膨胀降温;低温低压制冷剂在补偿换热器4中蒸发吸热,降低被处理空气温度;之后制冷剂在第一除湿换热器2中与被处理空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低被处理空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第一除湿换热器2、第四三通风阀19、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第一除湿换热器2中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4被进一步冷却,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,低温低湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第二除湿换热器3、第三三通风阀18和第一风机21。工作过程:再生空气在第二除湿换热器3中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
如图2所示,系统在冷却除湿工况第二运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第一除湿换热器2、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第一热力膨胀阀12、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第二除湿换热器3、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与再生空气在第一除湿换热器2中换热,提高再生空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;制冷剂在第一热力膨胀阀12中膨胀降温;低温低压制冷剂在补偿换热器4中蒸发吸热,降低被处理空气温度;之后制冷剂在第二除湿换热器3中与被处理空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低被处理空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第二除湿换热器3、第三三通风阀18、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第二除湿换热器3中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4被进一步冷却,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,低温低湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第一除湿换热器2、第四三通风阀19和第一风机21。工作过程:再生空气在第一除湿换热器2中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
图1和图2的两种运行模式按照一定的周期来回切换:当图1的第一运行模式的第一除湿换热器2充当蒸发器进行除湿冷却时,第二除湿换热器3充当冷凝器加热解吸;当图2的第二运行模式的第二除湿换热器3充当蒸发器进行除湿冷却时,第一除湿换热器2充当冷凝器加热解吸;通过两种模式的切换保证除湿换热器表面的干燥剂进行吸附-解吸循环,实现系统对被处理空气连续除湿降温。两个模式下补偿换热器4均处于冷却状态,对经过除湿换热器除湿降温的被处理空气进一步冷却补偿,保证系统实现冷却除湿功能,并精确控制送风温度。
如图3所示,系统在冷却加湿工况第一运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第一除湿换热器2、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第一热力膨胀阀12、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第二除湿换热器3、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与被处理空气在第一除湿换热器2中换热,提高被处理空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;制冷剂在第一热力膨胀阀12中膨胀降温;低温低压制冷剂在补偿换热器4中蒸发吸热,降低被处理空气温度;之后制冷剂在第二除湿换热器3中与空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第一除湿换热器2、第四三通风阀19、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第一除湿换热器2中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4进行冷却补偿至低温高湿状态,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,低温高湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第二除湿换热器3、第三三通风阀18和第一风机21。工作过程:再生空气在第二除湿换热器3中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
如图4所示,系统在冷却加湿工况第二运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第二除湿换热器3、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第一热力膨胀阀12、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第一除湿换热器2、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与被处理空气在第二除湿换热器3中换热,提高被处理空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;制冷剂在第一热力膨胀阀12中膨胀降温;低温低压制冷剂在补偿换热器4中蒸发吸热,降低被处理空气温度;之后制冷剂在第一除湿换热器2中与空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第二除湿换热器3、第三三通风阀18、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第二除湿换热器3中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4进行冷却补偿至低温高湿状态,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,低温高湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第一除湿换热器2、第四三通风阀19和第一风机21。工作过程:再生空气在第一除湿换热器2中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
图3和图4的两种运行模式按照一定的周期来回切换:当图3的第一运行模式的第二除湿换热器3充当蒸发器进行除湿冷却时,第一除湿换热器2充当冷凝器加热解吸;当图4的第二运行模式的第一除湿换热器2充当蒸发器进行除湿冷却时,第二除湿换热器3充当冷凝器加热解吸;通过两种模式的切换保证除湿换热器表面的干燥剂进行吸附-解吸循环,实现系统对被处理空气连续加热加湿。两个模式下补偿换热器4均处于冷却状态,对经过除湿换热器加热加湿的被处理空气进一步冷却补偿,保证系统实现冷却加湿功能,并精确控制送风温度。
如图5所示,系统在加热除湿工况第一运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第二除湿换热器3、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第二热力膨胀阀13、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第一除湿换热器2、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与再生空气在第二除湿换热器3中换热,提高再生空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;高温高压制冷剂在补偿换热器4中冷凝放热,提高被处理空气温度;制冷剂在第二热力膨胀阀13中膨胀降温;之后制冷剂在第一除湿换热器2中与被处理空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低被处理空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第一除湿换热器2、第四三通风阀19、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第一除湿换热器2中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分被处理空气进入补偿换热器4被进一步加热形成高温低湿空气,之后进入第二风机22,另一部分被处理空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,高温低湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第二除湿换热器3、第三三通风阀18和第一风机21。工作过程:再生空气在第二除湿换热器3中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
如图6所示,系统在加热除湿工况第二运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第一除湿换热器2、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第二热力膨胀阀13、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第二除湿换热器3、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与再生空气在第一除湿换热器2中换热,提高再生空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;高温高压制冷剂在补偿换热器4中冷凝放热,提高被处理空气温度;制冷剂在热力膨胀阀13中膨胀降温;之后制冷剂在第二除湿换热器3中与被处理空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低被处理空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第二除湿换热器3、第三三通风阀18、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第二除湿换热器3中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分被处理空气进入补偿换热器4被进一步加热形成高温低湿空气,之后进入第二风机22,另一部分被处理空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,高温低湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第一除湿换热器2、第四三通风阀19和第一风机21。工作过程:再生空气在第一除湿换热器2中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
图5和图6的两种运行模式按照一定的周期来回切换:当图5的第一运行模式的第一除湿换热器2充当蒸发器进行除湿冷却时,第二除湿换热器3充当冷凝器加热解吸;当图6的第二运行模式的第二除湿换热器3充当蒸发器进行除湿冷却时,第一除湿换热器2充当冷凝器加热解吸;通过两种模式的切换保证除湿换热器表面的干燥剂进行吸附-解吸循环,实现系统对被处理空气连续除湿降温。两个模式下补偿换热器4均处于加热状态,对经过除湿换热器除湿降温的被处理空气进一步加热补偿,保证系统实现加热除湿功能,并精确控制送风温度。
如图7所示,系统在加热加湿工况第一运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第一除湿换热器2、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第二热力膨胀阀13、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第二除湿换热器3、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与被处理空气在第一除湿换热器2中换热,提高被处理空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;高温高压制冷剂在补偿换热器4中冷凝放热,提高被处理空气温度;制冷剂在第二热力膨胀阀13中膨胀降温;之后制冷剂在第二除湿换热器3中与空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第一除湿换热器2、第四三通风阀19、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第一除湿换热器2中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4进行加热补偿至高温高湿状态,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,高温高湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第二除湿换热器3、第三三通风阀18和第一风机21。工作过程:再生空气在第二除湿换热器3中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
如图8所示,系统在加热加湿工况第二运行模式下:
制冷剂依次经过压缩机1、第一四通换向阀5、第二除湿换热器3、第一四通换向阀6、高压储液罐7、第一三通阀8、第二三通阀9、补偿换热器4、第四三通阀11、第二热力膨胀阀13、第三三通阀10、第一四通换向阀6、第一除湿换热器2、第一四通换向阀5,最后回到压缩机1,形成一个完整的循环。工作过程中,高温高压制冷剂与被处理空气在第二除湿换热器3中换热,提高被处理空气温度并提供干燥剂解吸所需热量;高温高压制冷剂在补偿换热器4中冷凝放热,提高被处理空气温度;制冷剂在第二热力膨胀阀13中膨胀降温;之后制冷剂在第一除湿换热器2中与空气换热,制冷剂蒸发吸热,降低空气温度并带走吸附过程产生的吸附热;低温低压制冷剂蒸汽最后回到压缩机1中压缩至高温高压状态,形成完整循环。
被处理空气依次经过第二风道15、第二三通风阀17、第二除湿换热器3、第三三通风阀18、第五三通风阀20、补偿换热器4和第二风机22。工作过程:被处理空气在第二除湿换热器3中与高温高压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生解吸作用,空气被加热加湿形成高温高湿空气;之后被处理空气进入第五三通风阀20,部分空气进入补偿换热器4进行加热补偿至高温高湿状态,之后进入第二风机22,另一部分空气直接进入第二风机22;通过改变第五三通风阀20的开度调节混合空气温度达到设定状态点,高温高湿空气由第二风机22送至被处理房间。
再生空气依次经过第一风道14、第一三通风阀16、第一除湿换热器2、第四三通风阀19和第一风机21。工作过程:再生空气在第一除湿换热器2中与低温低压的制冷剂换热,同时换热器表面的干燥剂发生吸附作用,空气被降温除湿形成低温低湿空气,之后由第一风机21送至室外空间。
图7和图8的两种运行模式按照一定的周期来回切换:当图7的第一运行模式的第二除湿换热器3充当蒸发器进行除湿冷却时,第一除湿换热器2充当冷凝器加热解吸;当图8的第二运行模式的第一除湿换热器2充当蒸发器进行除湿冷却时,第二除湿换热器3充当冷凝器加热解吸;通过两种模式的切换保证除湿换热器表面的干燥剂进行吸附-解吸循环,实现系统对被处理空气连续加热加湿。两个模式下补偿换热器4均处于加热状态,对经过除湿换热器加热加湿的被处理空气进一步加热补偿,保证系统实现加热加湿功能,并精确控制送风温度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种适用于全年工况的热泵空调系统,其特征在于,包括压缩机(1)、第一除湿换热器(2)、第二除湿换热器(3)、补偿换热器(4)、第一四通换向阀(5)、第二四通换向阀(6)、高压储液罐(7)、第一三通阀(8)、第二三通阀(9)、第三三通阀(10)、第四三通阀(11)、第一热力膨胀阀(12)、第二热力膨胀阀(13)、第一风道(14)、第二风道(15)、第一三通风阀(16)、第二三通风阀(17)、第三三通风阀(18)、第四三通风阀(19)、第五三通风阀(20)、第一风机(21)和第二风机(22);
热泵空调系统中包含1股制冷剂流程以及被处理空气流程和再生空气流程;
制冷剂流程侧的连接方式为:所述压缩机(1)的进出口分别与所述第一四通换向阀(5)的两个接口相连,所述第一四通换向阀(5)的另外两个接口分别与所述第一除湿换热器(2)、第二除湿换热器(3)相连,所述第一除湿换热器(2)、第二除湿换热器(3)的另外两个接口分别与所述第二四通换向阀(6)的两个接口相连,所述第二四通换向阀(6)的另外两个接口分别与所述高压储液罐(7)的入口和所述第三三通阀(10)的出口相连,所述高压储液罐(7)的出口与所述第一三通阀(8)的入口相连,所述第一三通阀(8)的出口与所述第一热力膨胀阀(12)的入口相连,所述第一三通阀(8)的旁通接口与所述第二三通阀(9)的旁通接口相连,所述第一热力膨胀阀(12)的出口与所述第二三通阀(9)的入口相连,所述第二三通阀(9)的出口与所述补偿换热器(4)的入口相连,所述补偿换热器(4)的出口与所述第四三通阀(11)的入口相连,所述第四三通阀(11)的出口与所述第二热力膨胀阀(13)入口相连,所述第四三通阀(11)的旁通接头与所述第三三通阀(10)的旁通接头相连,所述第二热力膨胀阀(13)的出口与所述第三三通阀(10)的入口相连;
被处理空气流程侧的连接方式为:被处理空气在第二风道(15)中通过第二三通风阀(17)后与所述第一除湿换热器(2)的空气侧入口相连,经过所述第一除湿换热器(2)后进入所述第五三通风阀(20),其中一部分被处理空气进入所述补偿换热器(4)空气侧入口,之后进入所述第二风机(22),最后送入被调房间,另一部分被处理空气直接进入所述第二风机(22),最后送入被调房间;
再生空气流程侧的连接方式为:再生空气在第一风道(14)中通过第一三通风阀(16)后与所述第二除湿换热器(3)的空气侧入口相连,经过所述第二除湿换热器(3)后进入所述第一风机(21),最后送入室外空间。
2.根据权利要求1所述的一种适用于全年工况的热泵空调系统,其特征在于,所述补偿换热器(4)位于两个可被旁通的第一热力膨胀阀(12)、第二热力膨胀阀(13)之间,通过切换所述第一三通阀(8)、第二三通阀(9)、第三三通阀(10)、第四三通阀(11)调节所述第一热力膨胀阀(12)、第二热力膨胀阀(13)的工作状态,进而改变所述补偿换热器(4)的运行工况,对被处理空气进行加热补偿或冷却补偿。
3.根据权利要求1所述的一种适用于全年工况的热泵空调系统,其特征在于,所述第一除湿换热器(2)、第二除湿换热器(3)通过将干燥剂材料涂覆在翅片管式换热器表面制成;所述第一除湿换热器(2)、第二除湿换热器(3)分别充当制冷系统中的蒸发器和冷凝器。
4.一种根据权利要求1-3中任意一项所述的适用于全年工况的热泵空调系统的运行方法,其特征在于,包括除湿换热器的被处理空气温度补偿控制方法、除湿冷却方法和除湿换热器的加热解吸方法;
其中所述被处理空气温度补偿控制方法步骤如下:
1)被处理空气通过所述第五三通风阀(20)后部分进入所述补偿换热器(4)进行温度补偿,通过调节所述第五三通风阀(20)的开度改变进入所述补偿换热器(4)的风量,进而实现被处理空气的送风温度的精确控制;2)通过切换所述第一三通阀(8)、第二三通阀(9)、第三三通阀(10)、第四三通阀(11)调整所述第一热力膨胀阀(12)、第二热力膨胀阀(13)的工作状态,进而改变所述补偿换热器(4)的工作模式,对空气进行加热或冷却,实现被处理空气的温度补偿;
所述除湿换热器的除湿冷却方法步骤如下:
1)空气经过所述的第一除湿换热器(2)表面,通过涂覆在除湿换热器表面的干燥剂材料的吸附作用对被处理空气进行除湿处理,处理空气潜热,并产生吸附热;2)内部流动的低温低压制冷剂流过第一除湿换热器(2),发生蒸发相变过程,带走吸附热和空气显热;
所述除湿换热器的加热解吸方法步骤如下:
1)所述的第二除湿换热器(3)对应除湿换热器表面涂覆的干燥剂材料由制冷系统的冷凝热的加热作用下进行再生;2)空气流过第二除湿换热器(3)表面后,温度和湿度升高,潜热负荷由除湿换热器表面涂覆的干燥剂中所吸附的水提供,显热负荷及水分脱附所需热量由所述除湿换热器内部流动的高温高压制冷剂冷凝热提供。
5.根据权利要求4所述的一种适用于全年工况的热泵空调系统的运行方法,其特征在于,所述的除湿换热器的除湿冷却方法和除湿换热器的加热解吸方法在系统运行时分别在蒸发器侧和冷凝器侧同时运行,并按周期交替;所述的被处理空气温度补偿控制方法根据被调空间的负荷状态及所述除湿换热器出口的空气状态进行状态切换,对空气进行加热或冷却,实现送风温度的精确控制,且可适用于高温高湿、低温低湿、高温低湿和低温高湿的全年工况。
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