CN108730764A - 基于空气循环的开式热泵热水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空气循环的开式热泵热水装置，该装置利用回热器对空气进行一级预热后，利用第一空气压缩机和第二空气压缩机及涡轮压气部件对空气进行两级压缩制备高温空气，通过中间换热器和空气/水换热器进行两次换热完成对循环水的加热，可在寒冷及严寒地区制备60℃以上建筑供暖用水及生活热水。
Description
技术领域
本发明涉及一种热水制备装置，尤其是一种基于空气循环的开式热泵热水装置。
背景技术
现阶段，全球越来越关注全球气候变暖以及环境保护的问题。而热泵是一种冷热复用设备，可满足制冷、采暖以及生活热水多样化需求。但在制冷剂的选择问题上需要既要考虑其环保性，又必须考虑对效率的影响，目前HCFC(氟氯烃)类的制冷剂已受到了越来越严格的管制。此外，对于传统的蒸汽压缩式热泵，存在制热量与建筑热负荷变化不一致的问题，当室外环境温度下降，建筑热负荷增加，但传统蒸汽压缩热泵系统的制热量反而大幅下降，效率非常低。
空气循环系统以空气作为制冷工质，空气储量丰富且不污染环境，系统的循环流程较传统制冷系统更加灵活，更容易结合实际情况对系统进行相应的优化改造，可以根据不同使用目的和要求采用多种循环流程，制冷量和制冷温度容易调节，操作维护简单，并且经过优化设计的空气循环的制热量可以与建筑热负荷的变化趋势保持一致。
发明内容
为了解决寒冷及严寒地区建筑供暖及生活热水制备方式不足的问题，本发明提供一种基于空气循环的开式热泵热水装置，该装置利用一级预热两级压缩制备高温空气，通过两次换热完成对循环水的加热，可在寒冷及严寒地区制备60℃以上建筑供暖用水及生活热水。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于空气循环的开式热泵热水装置，包括第一空气压缩机、中间换热器、涡轮压气部件、第二空气压缩机、回热器和空气/水换热器，涡轮压气部件包括压气部件和涡轮部件；大气连通于回热器的第一进气端，回热器的第一排气端与第一空气压缩机的进气端相连，第一空气压缩机的排气端与中间换热器的空气入口相连，中间换热器的空气出口分支出两条空气管路且分别连接第二空气压缩机进气端和压气部件进气端，第二空气压缩机排气端连接在空气三通的第一入口，压气部件的排气端连接在空气三通的第二入口；且空气三通的出口连接在空气/水换热器的空气入口，空气/水换热器的空气出口与回热器的第二进气端相连，回热器的第二排气端与涡轮部件进气端相连，涡轮部件排气端连通大气；热水箱出口连接循环水泵进水口，循环水泵出水口与中间换热器循环水入口相连，中间换热器的循环水出口与空气/水换热器的循环水入口相连，空气/水换热器的循环水出口连接热水箱入口；热水箱的供水口接用户生活热水供水或者采暖热水供水，回水口接自来水或者采暖热水回水。
进一步的，所述涡轮压气部件由压气部件、涡轮部件以及连接两者的轴部件组成。
进一步的，所述第一空气压缩机和第二空气压缩机均为变频空气压缩机。
进一步的，所述中间换热器和空气/水换热器为壳管式换热器，其管内为循环水，管外为用于换热的空气。
本发明的有益效果是：
1.第一空气压缩机排气进入中间换热器，对流经中间换热器的循环水进行第一次加热，排气经过冷却后进入第二空气压缩机和涡轮压气部件，一方面可以降低第二空气压缩机和涡轮压气部件的入口温度，改善其运行条件，另一方面可以增加其吸入空气的质量流量，从而增加系统的制热量；
2.采用回热器对进入设备的室外空气进行预热，可有效提高系统的性能系数，据测算该系统的制热性能系数可达2.0以上，且随室外环境温度变化不大；
3.经过中间换热器和空气/水换热器两次加热后，循环水的温度可达60℃以上，有效克服寒冷及严寒地区建筑供暖及生活热水制备方式的不足；
4.使用空气作为制冷剂，无臭氧层破坏和臭氧效应，对环境友好；
5.在回热器中再次放热后的空气进入涡轮部件内做功，通过轴带动压气部件运行，可有效减少系统用电功率，提高系统性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明系统图；
图中1.第一空气压缩机，2.涡轮压气部件，3.第二空气压缩机，4.回热器，5.空气/水换热器，6.中间换热器，7.循环水泵，8.热水箱，9.水管路，10.空气三通，11.空气入口，12.空气出口，13.空气管路。
图2为涡轮压气部件示意图；
图中201.压气部件，202.涡轮部件，203.轴部件。
具体实施方式
一种基于空气循环的开式热泵热水装置，包含第一空气压缩机1、涡轮压气部件2、第二空气压缩机3、回热器4、空气/水换热器5和中间换热器6，大气环境中的冷空气经空气入口11进入回热器4中，被预热后进入第一空气压缩机1的进气端，经第一空气压缩机1压缩升温后由排气端排出，进入中间换热器6，给流经中间换热器6的循环水进行第一次加热；空气从中间换热器6排出后分成两路，其中一路进入涡轮压气部件2的压气部件201，经压气部件201压缩升温升压后由排气端排出；另一路进入第二空气压缩机3进气端，经第二空气压缩机3压缩升温升压后由排气端排出，两路空气在空气三通10内混合后进入空气/水换热器5；高温高压空气在空气/水换热器5内释放热量，将流经空气/水换热器5的循环水进行第二次加热，温度降低后的空气进入回热器4，在回热器4内进一步释放热量，将经空气入口11进入回热器4的冷空气进行预热，最后空气进入涡轮压气部件2的涡轮部件202，在涡轮部件内做功后变为低温低压的空气，经空气出口12排入大气环境，完成一个空气循环。
循环水在循环水泵7的作用下，流经中间换热器6，在中间换热器6中进行一次加热，然后进入空气/水换热器5，在空气/水换热器5中经高温高压空气进行第二次加热后通过水管路返回热水箱8。热水箱8的供水口801接用户生活热水供水或者采暖热水供水，回水口802接自来水或者采暖热水回水。当热水箱8内水温达到设定值时，该装置停止运行。
第一空气压缩机1和第二空气压缩机3均为变频压缩机，可实现变频率运行。其中，通过调节第一空气压缩机1的运行频率来适应负荷的变化，当负荷增加时增加运行频率，反之降低运行频率。第二空气压缩机3与涡轮压气部件2并联，通过调节第二空气压缩机3的运行频率来调节涡轮压气部件2中涡轮部件和压气部件的空气流量比例，从而实现变工况运行条件下所述涡轮压气部件2始终以较高效率运行，从而节省运行费用。
本发明引入回热器4，利用换热后的空气对引入的室外冷空气进行预热，合理利用了热能，同时将引入的室外冷空气进行第一次加热再进入第一空气压缩机进行加压升温，相比于冷空气直接进入第一空气压缩机更节省电能，可有效提高系统的性能系数，并且可以使得系统制热量随室外环境温度的变化趋势与建筑热负荷随室外环境温度的变化趋势基本一致；
本发明采用空气压缩机替代电动热泵中的制冷压缩机，使用空气作为制冷剂，无臭氧层破坏和臭氧效应，对环境友好。
本发明引入中间换热器6，第一空气压缩机1排气进入中间换热器6，对流经中间换热器6的循环水进行第一次加热，排气经过冷却后进入第二空气压缩机3和涡轮压气部件2，一方面可以降低这两个部件的入口温度，改善其运行条件，另一方面可以增加其吸入空气的质量流量，从而增加系统的制热量。同时，经过中间换热器6第一次加热和经过空气/水换热器5第二次加热后的循环水温度可达60℃以上，有效克服寒冷及严寒地区建筑供暖及生活热水制备方式的不足。
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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于空气循环的开式热泵热水装置，其特征在于，包括第一空气压缩机(1)、中间换热器(6)、涡轮压气部件(2)、第二空气压缩机(3)、回热器(4)和空气/水换热器(5)，涡轮压气部件(2)包括压气部件(201)和涡轮部件(202)；大气连通于回热器(4)的第一进气端，回热器(4)的第一排气端与第一空气压缩机(1)的进气端相连，第一空气压缩机(1)的排气端与中间换热器(6)的空气入口相连，中间换热器(6)的空气出口分支出两条空气管路且分别连接第二空气压缩机(3)进气端和压气部件(201)进气端，第二空气压缩机(3)排气端连接在空气三通(10)的第一入口，压气部件(201)的排气端连接在空气三通(10)的第二入口；且空气三通(10)的出口连接在空气/水换热器(5)的空气入口，空气/水换热器(5)的空气出口与回热器(4)的第二进气端相连，回热器(4)的第二排气端与涡轮部件(202)进气端相连，涡轮部件(202)排气端连通大气；热水箱(8)出口连接循环水泵(7)进水口，循环水泵(7)出水口与中间换热器(6)循环水入口相连，中间换热器(6)的循环水出口与空气/水换热器(5)的循环水入口相连，空气/水换热器(5)的循环水出口连接热水箱(8)入口；热水箱(8)的供水口(801)接用户生活热水供水或者采暖热水供水，回水口(802)接自来水或者采暖热水回水。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气循环的开式热泵热水装置，其特征在于，所述涡轮压气部件(2)由压气部件(201)、涡轮部件(202)以及连接两者的轴部件(203)组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气循环的开式热泵热水装置，其特征在于，所述第一空气压缩机(1)和第二空气压缩机(3)均为变频空气压缩机。
4.根据权利要求1所述的一种基于空气循环的开式热泵热水装置，其特征在于，所述中间换热器(6)和空气/水换热器(5)为壳管式换热器，其管内为循环水，管外为用于换热的空气。
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