CN108759092B - 基于空气循环的闭式热泵热水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于空气循环的闭式热泵热水装置，该装置利用空气/空气换热器和回热器对空气进行两级预热，然后通过第一空气压缩机和压气部件以及第二空气压缩机对空气进行两级压缩，得到高温空气，通过换热器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闭式热泵热水装置。
背景技术
现代社会工业排放以及大量使用化石能源燃烧采暖，导致北方地区近年来雾霾频发。人们开始关注清洁能源的利用，其中热泵设备是一种不会在当地产生污染且高效节能的设备，受到人们越来越多的青睐。然而，传统的蒸汽压缩电动热泵多使用氟利昂类制冷剂，随着人们对臭氧层保护的要求和对全球变暖关注程度越来越高，氯氟烃(CFCs)类制冷剂已被淘汰，用于过渡使用的HCFCs制冷剂也受到了越来越多的管制。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。目前新型制冷剂替代研究进展并不顺利，能用于空调用途且满足零ODP、低GWP的制冷剂屈指可数，仅包含一些易燃的碳氢化合物、有毒的氨以及价格昂贵的HFO类、二氧化碳等。与之形成对比的空气是一种绝对天然、安全且免费的制冷剂，且具有优良的运行特性，因此使用空气作为制冷剂的逆布雷顿循环(空气循环)是传统蒸汽压缩循环的一种潜在的替代循环。普通空气循环在制冷和低温领域有多年的应用，但其效率低下，在热泵领域鲜有应用。
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闭式热泵热水装置，该装置利用两级预热和两级压缩提供高温空气，通过换热器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：基于空气循环的闭式热泵热水装置，包括第一空气压缩机、涡轮压气部件、第二空气压缩机、回热器、空气/水换热器和空气/空气换热器；涡轮压气部件包括压气部件和涡轮部件；涡轮部件的排气端连接空气/空气换热器的进气口，空气/空气换热器的排气口与回热器的第一进气端相连，回热器的第一排气端分支出两条空气管路且分别连接第一空气压缩机的进气端和压气部件的进气端，压气部件的排气端连接空气止回阀进气端，空气止回阀的排气端连接空气三通的第一入口，第一空气压缩机的排气端连接空气三通的第二入口；且空气三通的出口连接在第二空气压缩机的进气端，第二空气压缩机的排气端与空气/水换热器的空气入口相连，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连接到涡轮部件的进气端。
热水箱的循环水出口连接到循环水泵的进水口，循环水泵的出水口与空气/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到热水箱的循环水入口；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。
进一步的，所述回热器为板式换热器。
本发明的有益效果是：
1.本发明中第一空气压缩机与压气部件并联，通过调节第一空气压缩机的运行频率来调节涡轮压气部件中涡轮部件和压气部件的空气流量比例，可以实现变工况运行条件下所述涡轮压气部件始终以较高效率运行，可有效节省运行费用；
2.本发明在压气部件和第一空气压缩机并联对空气进行一级压缩的基础上，设置第二空气压缩机对空气进行二级压缩，压缩后的高温空气可以在寒冷及严寒地区制备60℃以上建筑供暖用水及生活热水；
3.经过放热后的空气进入涡轮部件内做膨胀功，通过轴部件为压气部件提供动力，可有效节省运行费用；
4.本发明在压气部件排气端的空气管路上设置空气止回阀，可以有效避免设备在启动过程中第一空气压缩机的排气进入压气部件，解决设备不能正常启动的问题；
5.本发明采用闭式空气循环，可以避免空气中水分在设备内结冰，使得系统能够安全、可靠运行；
6.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；
7.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。
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.循环水泵，7.热水箱，701.供水口，702.回水口，8.空气管路，9.水管路，10.空气/空气换热器，11.空气止回阀，12.空气三通。
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
基于空气循环的闭式热泵热水装置，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、空气/空气换热器10和空气止回阀11；涡轮压气部件包括涡轮部件202和压气部件201；涡轮部件排气端排出的空气进入空气/空气换热器10中，与大气环境中的空气换热，吸收热量后经空气管道进入回热器4中，进一步吸热后由回热器第一排气端排出，之后分为两路，第一路空气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；第二路空气进入涡轮压气部件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，排出空气管路上设置空气止回阀11；两路排气通过空气三通混合后，进入第二空气压缩机3进气端，经第二空气压缩机3继续压缩升温升压后由排气端排出，进入空气/水换热器5的空气管路，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，然后进入涡轮压气部件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，完成一个空气循环。
热水箱中的循环水在循环水泵6的作用下，流经空气/水换热器5，被空气/水换热器5中的高温高压空气加热后通过水管路返回热水箱7。热水箱7的供水口701接用户生活热水供水或者采暖热水供水，回水口702接自来水或者采暖热水回水。当热水箱7内水温达到设定值时，该装置停止运行。
本发明第一空气压缩机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，通过调节第二空气压缩机3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。第一空气压缩机1与压气部件201并联，通过调节第一空气压缩机1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。
本发明在压气部件201的排出空气管路上设置空气止回阀11，可以有效避免设备在启动过程中由于压力未建立、涡轮压气部件不能进入工作状态，导致第一空气压缩机1的排气进入压气部件201的情形，从而解决设备不能正常启动的问题。
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。系统运行过程中，在空气/空气换热器10中从室外大气中取热，因此，系统向用户提供的热量来自两部分，一部分是从室外空气中提取的热量，另一部分来自空气压缩机所消耗的电量。经过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。
本发明采用闭式空气循环，可以避免开式空气循环系统运行过程中空气中水分在设备内结冰的问题，使得系统能够安全、可靠运行。
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 (3)
1.一种基于空气循环的闭式热泵热水装置，其特征在于，包括第一空气压缩机(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)和空气/空气换热器(10)；涡轮压气部件(2)包括压气部件(201)和涡轮部件(202)；涡轮部件(202)的排气端连接空气/空气换热器(10)的进气口，空气/空气换热器(10)的排气口与回热器(4)的第一进气端相连，回热器(4)的第一排气端分支出两条空气管路且分别连接第一空气压缩机(1)的进气端和压气部件(201)的进气端，压气部件(201)的排气端连接空气止回阀(11)进气端，空气止回阀(11)的排气端连接空气三通(12)的第一入口，第一空气压缩机(1)的排气端连接空气三通(12)的第二入口；且空气三通(12)的出口连接在第二空气压缩机(3)的进气端，第二空气压缩机(3)的排气端与空气/水换热器(5)的空气入口相连，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)的第二排气端连接到涡轮部件(202)的进气端；还包括热水箱(7)和循环水泵(6)；热水箱(7)的循环水出口连接到循环水泵(6)的进水口，循环水泵(6)的出水口与空气/水换热器(5)的循环水入口相连，空气/水换热器(5)的循环水出口连接到热水箱(7)的循环水入口；热水箱的供水口(701)接用户生活热水供水或者采暖热水供水，回水口(702)接自来水或者采暖热水回水；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。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气循环的闭式热泵热水装置，其特征在于，所述空气/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。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气循环的闭式热泵热水装置，其特征在于，所述回热器(4)为板式换热器。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02264167A (ja) * | 1989-04-05 | 1990-10-26 | Hitachi Ltd | 乾式圧縮空気の供給装置 |
| JP2006226655A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Osaka Gas Co Ltd | 圧縮式ヒートポンプシステム |
| CN102410665A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-04-11 | 北京矿大节能科技有限公司 | 一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统 |
| CN103884097A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-25 | 同济大学 | 一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器 |
| CN203949361U (zh) * | 2014-06-27 | 2014-11-19 | 济南国海能源科技有限公司 | 一种智能空气能生活热水制取系统 |
| EP2889218A1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | Rolls-Royce Corporation | Cooling systems for high mach applications |
| JP2016080263A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 三浦工業株式会社 | 熱回収システム |
| CN208671353U (zh) * | 2018-08-10 | 2019-03-29 | 大连民族大学 | 基于空气循环的闭式热泵热水装置 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02264167A (ja) * | 1989-04-05 | 1990-10-26 | Hitachi Ltd | 乾式圧縮空気の供給装置 |
| JP2006226655A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Osaka Gas Co Ltd | 圧縮式ヒートポンプシステム |
| CN102410665A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-04-11 | 北京矿大节能科技有限公司 | 一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统 |
| EP2889218A1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | Rolls-Royce Corporation | Cooling systems for high mach applications |
| CN103884097A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-25 | 同济大学 | 一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器 |
| CN203949361U (zh) * | 2014-06-27 | 2014-11-19 | 济南国海能源科技有限公司 | 一种智能空气能生活热水制取系统 |
| JP2016080263A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 三浦工業株式会社 | 熱回収システム |
| CN208671353U (zh) * | 2018-08-10 | 2019-03-29 | 大连民族大学 | 基于空气循环的闭式热泵热水装置 |
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