CN108917222A - 一种带能量回收的热泵机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带能量回收的热泵机组，涉及热泵技术领域，包括第一热泵系统、第二热泵系统以及气体换热装置，第一热泵系统包括形成冷媒循环的第一换热件、第一压缩机、第二换热件以及第一节流元件，第二热泵系统包括形成冷媒循环的第三换热件、第二压缩机、第四换热件以及第二节流元件，气体换热装置包括第一介质通道和第二介质通道。本发明通过设计第一热泵系统、第二热泵系统以及气体换热装置，通过切换三者之间的气体流向，实现了制热模式、除湿模式、余热利用模式以及预除湿强化换热模式，本发明的热泵机组不仅能效高升温快，而且除湿效果好，受外界气候影响小。

Description

一种带能量回收的热泵机组
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种带能量回收的热泵机组。
背景技术
在工业领域，生产过程会产生大量有热量的气体排放时造成热量损失，比如烘干除湿过程。而且，烘干房的外排除湿方法，在雨季就达不到良好效果，原因是进入烘干室内的新鲜气流湿度本身也比较大，这就降低除湿效果。
在商业领域或家用领域，空间通风换气也会造成大量能量损失，表现为热量损失或冷量损失。在回南天，外部湿度很大时，通风换气效果也不尽人意。
废气余热利用和气体换热，进行冷热回收利用的方式和方法很多为了节能，不少厂商纷纷利用“气气换热器”，以及结合空调技术，进行新风和废气之间的换热，不少专利涌现和专利产品推出。
又比如专利：ZL201510737670.6一种带除湿和废热利用的热泵烘干系统，一套热泵系统配合气气换热器，可实现除湿、加热和废热利用三种状态，但通过改变风道来实现，势必增加操作难度和工作量，和烘房一起考虑势必增加可操作的难度。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种带能量回收的热泵机组，能够在对室内气体除湿过程中，有效保持室内气体温度稳定。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种带能量回收的热泵机组，包括
第一热泵系统，其包括形成冷媒循环的第一换热件、第一压缩机、第二换热件以及第一节流元件，该第一换热件的入风端口布置有第三入风口，该第一换热件的出风端口布置有第三出风口；
第二热泵系统，其包括形成冷媒循环的第三换热件、第二压缩机、第四换热件以及第二节流元件，该第三换热件的入风端口布置有第二入风口，该第三换热件的出风端口布置有第二出风口，所述第四换热件的入风端口与所述第二换热件的入风端口互通，所述第四换热件的出风端口与所述第二换热件的出风端口互通，所述第四换热件的入风端口布置有风道，该风道布置有第一入风口，所述第四换热件的出风端口布置有第一出风口；以及
气体换热装置，其包括第一介质通道和第二介质通道，所述第一介质通道的一端连通所述第三换热件的出风端口，所述第一介质通道的另一端连通所述风道，所述第二介质通道的一端连通所述第一换热件的入风端口，所述第二介质通道的另一端连通所述第一入风口。
作为上述技术方案的进一步改进，作为上述技术方案的进一步改进，所述第一介质通道的端口布置有第二阀门，所述第一介质通道通过该第二阀门控制与所述风道连通或隔断。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二介质通道和所述第一入风口之间布置有入风通道，该入风通道和所述风道之间布置有第一阀门，所述风道通过该第一阀门控制所述第一入风口与所述第四换热件的连通状态。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第三入风口布置有第四阀门，更进一步的，所述第二出风口布置有第五阀门。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一热泵系统还包括第一四通阀，该第一四通阀设有A1端口、B1端口、C1端口以及D1端口，该A1端口通过管道与所述第一压缩机出口连通，该B1端口通过管道与所述第二换热件的冷媒接口连通，该C1端口通过管道与所述第一压缩机进口连通，该D1端口通过管道与所述第一换热件的冷媒接口连通，所述第一换热件的另一个冷媒接口通过管道与所述第一节流元件连通，所述第一节流元件另一端通过管道与所述第二换热件的另一个冷媒接口连通；所述第二热泵系统还包括第二四通阀，该第二四通阀设有A2端口、B2端口、C2端口以及D2端口，该A2端口通过管道与所述第二压缩机出口连通，该B2端口通过管道与所述第四换热件的冷媒接口连通，该C2端口通过管道与所述第二压缩机进口连通，该D2端口通过管道与所述第三换热件的冷媒接口连通，所述第三换热件的另一个冷媒接口通过管道与所述第二节流元件连通，所述第二节流元件另一端通过管道与所述第四换热件的另一个冷媒接口连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一出风口、所述第二出风口以及各所述第三出风口均布置有风机。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体换热装置包括若干个相连的间壁式换热器，两个所述间壁式换热器均包括第一气体通道和第二气体通道，各所述第一气体通道依次串联后形成所述第一介质通道，各所述第二气体通道依次串联后形成所述第二介质通道。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体换热装置为热管换热器。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括机架，该机架内部自上而下分成第一区间、第二区间以及第三区间，所述第一出风口位于第一区间的左侧，所述第一入风口位于第一区间的右侧，所述气体换热装置位于第二区间的左侧，所述第三入风口和第三出风口均布置在所述第二区间的右侧，所述第二入风口布置在第三区间的左侧，所述第二出风口位于所述第三区间的右侧。
本发明的有益效果是：本发明通过设计第一热泵系统、第二热泵系统以及气体换热装置，通过切换三者之间的气体流向，实现了制热模式、除湿模式、余热利用模式以及预除湿强化换热模式；两套热泵系统各增设四通阀，还可实现制冷模式。其中，制热模式和制冷模式分别通过并联方式强化室内气体内循环的加热或制冷效果，除湿模式通过第二热泵系统来实现换气除湿，而余热利用模式则通过第一热泵系统来充分吸收废气热量，而预除湿强化换热模式中，本发明的热泵机组不仅能效高升温快，而且除湿效果好，同时排湿换气时，室内温度受外界气候影响小。用户可根据不同的场景进行选择相应的模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明第一个实施例的结构示意图；
图2是本发明第一个实施例第一种工况的气流示意图；
图3是本发明第一个实施例第二种工况的气流示意图，其中第一阀门关闭；
图4是本发明第一个实施例第二种工况的气流示意图，其中第一阀门开启；
图5是本发明中第一四通阀第一种状态的结构示意图，其中A1端口连通B1端口，C1端口连通D1端口；
图6是本发明中第一四通阀第二种状态的结构示意图，其中A1端口连通D1端口，B1端口连通C1端口；
图7是本发明中第二四通阀第一种状态的结构示意图，其中A2端口连通B2端口，C2端口连通D2端口；
图8是本发明中第二四通阀第二种状态的结构示意图，其中A2端口连通D2端口，B2端口连通C2端口；
图9是本发明第二个实施例第一种工况的气流示意图；
图10是本发明第二个实施例第二种工况的气流示意图，其中第一阀门关闭；
图11是本发明第二个实施例第二种工况的气流示意图，其中第一阀门开启。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1，出示了本发明第一个实施例的结构示意图，一种带能量回收的热泵机组，包括第一热泵系统、第二热泵系统以及气体换热装置。还包括机架，该机架内部自上而下分成第一区间、第二区间以及第三区间。
第一热泵系统包括形成冷媒循环的第一换热件11、第一压缩机13、第二换热件14以及第一节流元件15。第二热泵系统，其包括形成冷媒循环的第三换热件21、第二压缩机23、第四换热件24以及第二节流元件25。其中第二换热件14和第四换热件24布置在第一空间左侧，第一热泵系统其它部件布置在第三区间左侧，第二热泵系统的其它部件布置在第三区间的右侧。
其中，第一换热件11的入风端口布置有第三入风口35，第一换热件11的出风端口布置有第三出风口36，第三入风口35布置有第四阀门54。如图1所示，第三入风口35和第三出风口36均布置在第二区间的右侧，第三入风口35位于第三出风口36的上方。
另外，第三换热件21的入风端口布置有第二入风口33，第三换热件21的出风端口布置有第二出风口34，第二出风口34布置有第五阀门55。第四换热件24的入风端口与第二换热件14的入风端口互通，第四换热件24的出风端口与第二换热件14的出风端口互通，第四换热件24的入风端口布置有可控的风道40，风道40布置可控的第一入风口31，第四换热件24的出风端口布置有第一出风口32。如图1所示，第一出风口32位于第一区间的左侧，第一入风口31位于第一区间的右侧，第二入风口33布置在第三区间的左侧，第二出风口34位于第三区间的右侧。
气体换热装置位于在第二区间的左侧，包括第一介质通道和第二介质通道。气体换热装置包括若干个相连的间壁式换热器61，两个间壁式换热器61均包括第一气体通道和第二气体通道，各第一气体通道依次串联后形成第一介质通道，各第二气体通道依次串联后形成第二介质通道。第一介质通道的一端连通第三换热件21的出风端口，第一介质通道的另一端连通风道40，第二介质通道的一端连通第一换热件11的入风端口，第二介质通道的另一端连通第一入风口31。第一介质通道的端口布置有第二阀门52，第一介质通道通过该第二阀门52控制与风道40连通或隔断。
第二介质通道和第一入风口31之间布置有入风通道，该入风通道和风道40之间布置有第一阀门51，风道40通过该第一阀门51控制第一入风口31与第四换热件24的连通状态。
进一步优选的，第一出风口32、第二出风口34以及第三出风口36均布置有风机。在安装本发明时，第一入风口31和第一出风口32均与室内连通，第二入风口33、第二出风口34、第三入风口35以及第三出风口36均与室外连通。
进一步优选的，结合图5至图8，第一热泵系统还包括第一四通阀16，该第一四通阀16设有A1端口、B1端口、C1端口以及D1端口，该A1端口通过管道与第一压缩机13出口连通，该B1端口通过管道与第二换热件14的冷媒接口连通，该C1端口通过管道与第一压缩机13进口连通，该D1端口通过管道与第一换热件11的冷媒接口连通，第一换热件11的另一个冷媒接口通过管道与第一节流元件15连通，第一节流元件15另一端通过管道与第二换热件14的另一个冷媒接口连通，C1端口与第一压缩机13之间连接的管道布置有用于储存冷媒的第一储液器12。第二热泵系统还包括第二四通阀26，该第二四通阀26设有A2端口、B2端口、C2端口以及D2端口，该A2端口通过管道与第二压缩机23出口连通，该B2端口通过管道与第四换热件24的冷媒接口连通，该C2端口通过管道与第二压缩机23进口连通，该D2端口通过管道与第三换热件21的冷媒接口连通，第三换热件21的另一个冷媒接口通过管道与第二节流元件25连通，第二节流元件25另一端通过管道与第四换热件24的另一个冷媒接口连通，C2端口与第一压缩机13之间连接的管道布置有用于储存冷媒的第二储液器22。
本实施例中，用虚线表示流向室内气体的走向，用实线表示流向室外气体的走向，如图2至图4所示。
图2出示了本发明第一个实施例第一种工况的气体流向，其中第一阀门51开启，第二阀门52关闭，第四阀门54开启，第五阀门55开启，第三出风口36、第二出风口34以及各第一出风口32的风机均开启，第一四通阀16的连接状态如图5所示，A1端口和B1端口连通，C1端口和D1端口连通，第二四通阀26的状态如图7所示，A2端口和B2端口连通，C2端口和D2端口连通，此时，第一换热件11和第三换热件21均作为蒸发器使用，而第二换热件14和第四换热件24均作为冷凝器使用。此时室内气体从连通风道40的第一入风口31流入，依次流经入风通道和风道40，后通过第二换热件14和第四换热件24制热升温，再从第一出风口32流入室内。而室外的气体共有两股气体被制冷，其中一股从第二入风口33流入，经第三换热件21制冷降温，再从第二出风口34流出，另外一股则从第三入风口35流入，经第一换热件11制冷降温，再从第三出风口36流出。此时可通过两套并联的热泵系统对室内气体进行循环加热，将室外气体的热量转移到室内，这是通过第一种工况实现本实施例的制热模式。
另外，第一种工况可通过调节四通阀的导通状态实现对室内气体制冷，可将第一四通阀16的连接状态调至图6所示，即A1端口连通D1端口，B1端口连通C1端口，将第二四通阀26的连接状态调至图8所示，即A2端口连通D2端口，B2端口连通C2端口。此时，第一换热件11和第三换热件21均作为冷凝器使用，而第二换热件14和第四换热件24均作为蒸发器使用，室内气体从第一入风口31依次经入风通道和风道40，经第二换热件14和第四换热件24制冷降温，且冷凝结水，室内气体的湿度降低，再从第一出风口32流入室内。这是通过第一工况来实现本实施例的制冷模式，可以对室内气体进行降温除湿的内循环流动。
图3出示了本发明第一个实施例第二种工况的气体流向，其中第一阀门51关闭，第二阀门52开启，第四阀门54关闭，第五阀门55关闭，第三出风口36、第二出风口34以及第一出风口32的风机均开启，第一四通阀16的连接状态如图5所示，第二四通阀26的状态如图7所示。此时，一股室外空气从第二入风口33流入，经第三换热件21制冷降温并冷凝结水，除湿后流入第一介质通道进行热交换，在热交换过程中升温，升温后流入风道40，再流向第二换热件14和第四换热件24，再次制热升温后通过第一出风口32流入室内，对室内进行换气。而室内的另一股气体从连通第二介质通道的第一入风口31流入，流向第二介质通道进行热交换，实现能量回收，在热交换过程中降温，降温后流向第一换热件11，再次降温后通过第三出风口36排出。本发明第二种工况可以实现在室内进行换气过程中，保证通入的气体是干燥的，特别在湿度较大的天气，效果尤为明显。图3中所示流向室内的气体是先降温后升温，最终通入室内，即从第一出风口32流出的气体的温度相对稳定，可在室内换气过程中，保证室内气体干燥、温度稳定，这是通过第二工况来实现本实施例的预除湿强化换热模式。
参照图4，作为本发明第二种工况的优选方式，可开启第一阀门51和第二阀门52，其中第一阀门51的阀口可半开或1/4开，可避免发生因通风量过小造成的冷媒系统低压或高压故障现象。
本发明第二种工况，还可以通过分别控制第一热泵系统和第二热泵系统，来实现本实施例的除湿模式和余热利用模式。
运行本实施例的除湿模式，具体是关闭第一热泵系统，开启第二热泵系统，第一四通阀16的连接状态调至图5所示，此时，一股室外空气从第二入风口33流入，经第三换热件21制冷降温并冷凝结水，后流入第一介质通道进行热交换，经风道40，再流向第四换热件24，制热升温后通过第一出风口32流入室内，对室内进行换气。而室内的另一股气体从连通第二介质通道的第一入风口31流入，流向第二介质通道进行热交换，实现能量回收，随后通过第三出风口36排出，热交换的能量由室内外的温差大小而决定。
运行本实施例的余热利用模式，具体是开启第一热泵系统，关闭第二热泵系统，第二四通阀26的连接状态调至图7所示，此时，一股空气从第二入风口33流入，后经过第一介质通道进行热交换，在热交换过程中升温，升温后流入风道40，再流向第二换热件14进行制热，再次升温后通过第一出风口32流入室内，对室内进行换气。而室内的另一股气体从连通第二介质通道的第一入风口31流入，流向第二介质通道进行热交换，实现能量回收，在热交换过程中降温，降温后流向第一换热件11，再次降温后通过第三出风口36排出。这种模式充分利用废气中的能量，分别通过气体换热装置和第二热泵系统进行热量转移，特别适合用于烘干房。
本发明通过第一工况，实现了制热模式和制冷模式；通过第二工况，实现了预除湿强化换热模式、除湿模式以及余热利用模式。
若需要对室内气体采用内循环除湿，可选择制冷模式；需要对室内气体进行换气除湿，可选择除湿模式。若需要对室内气体进行内循环制热，可选择制热模式；若需要行换气制热时，则选择余热利用模式。而需要对室内气体进行换气，且需要保持干燥和温度稳定，则选择预除湿强化换热模式。
图9至图11，出示了本发明第二个实施例，和上述实施例的不同之处在于气体换热装置的不同，第二个实施例选择的是热管换热器62。其中图9对应的是第一种工况，其原理与图2所示第一个实施例相同；其中图10对应的是第二种工况，其原理与图3所示第一个实施例相同；其中图11对应的是第二种工况的优选方式，其原理与图4所示第一个实施例相同。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带能量回收的热泵机组，其特征在于：包括
第一热泵系统，其包括形成冷媒循环的第一换热件(11)、第一压缩机(13)、第二换热件(14)以及第一节流元件(15)，该第一换热件(11)的入风端口布置有第三入风口(35)，该第一换热件(11)的出风端口布置有第三出风口(36)；
第二热泵系统，其包括形成冷媒循环的第三换热件(21)、第二压缩机(23)、第四换热件(24)以及第二节流元件(25)，该第三换热件(21)的入风端口布置有第二入风口(33)，该第三换热件(21)的出风端口布置有第二出风口(34)，所述第四换热件(24)的入风端口与所述第二换热件(14)的入风端口互通，所述第四换热件(24)的出风端口与所述第二换热件(14)的出风端口互通，所述第四换热件(24)的入风端口布置有风道(40)，该风道(40)布置有第一入风口(31)，所述第四换热件(24)的出风端口布置有第一出风口(32)；以及
气体换热装置，其包括第一介质通道和第二介质通道，所述第一介质通道的一端连通所述第三换热件(21)的出风端口，所述第一介质通道的另一端连通所述风道(40)，所述第二介质通道的一端连通所述第一换热件(11)的入风端口，所述第二介质通道的另一端连通所述第一入风口(31)。
2.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述第一介质通道的端口布置有第二阀门(52)，所述第一介质通道通过该第二阀门(52)控制与所述风道(40)连通或隔断。
3.根据权利要求2所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述第二介质通道和所述第一入风口(31)之间布置有入风通道，该入风通道和所述风道(40)之间布置有第一阀门(51)，所述风道(40)通过该第一阀门(51)控制所述第一入风口(31)与所述第四换热件(24)的连通状态。
4.根据权利要求2所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述第三入风口(35)布置有第四阀门(54)。
5.根据权利要求2所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述第二出风口(34)布置有第五阀门(55)。
6.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：
所述第一热泵系统还包括第一四通阀(16)，该第一四通阀(16)设有A1端口、B1端口、C1端口以及D1端口，该A1端口通过管道与所述第一压缩机(13)出口连通，该B1端口通过管道与所述第二换热件(14)的冷媒接口连通，该C1端口通过管道与所述第一压缩机(13)进口连通，该D1端口通过管道与所述第一换热件(11)的冷媒接口连通，所述第一换热件(11)的另一个冷媒接口通过管道与所述第一节流元件(15)连通，所述第一节流元件(15)另一端通过管道与所述第二换热件(14)的另一个冷媒接口连通；
所述第二热泵系统还包括第二四通阀(26)，该第二四通阀(26)设有A2端口、B2端口、C2端口以及D2端口，该A2端口通过管道与所述第二压缩机(23)出口连通，该B2端口通过管道与所述第四换热件(24)的冷媒接口连通，该C2端口通过管道与所述第二压缩机(23)进口连通，该D2端口通过管道与所述第三换热件(21)的冷媒接口连通，所述第三换热件(21)的另一个冷媒接口通过管道与所述第二节流元件(25)连通，所述第二节流元件(25)另一端通过管道与所述第四换热件(24)的另一个冷媒接口连通。
7.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述第一出风口(32)、所述第二出风口(34)以及所述第三出风口(36)均布置有风机。
8.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述气体换热装置包括若干个相连的间壁式换热器(61)，两个所述间壁式换热器(61)均包括第一气体通道和第二气体通道，各所述第一气体通道依次串联后形成所述第一介质通道，各所述第二气体通道依次串联后形成所述第二介质通道。
9.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：所述气体换热装置为热管换热器(62)。
10.根据权利要求1所述的带能量回收的热泵机组，其特征在于：还包括机架，该机架内部自上而下分成第一区间、第二区间以及第三区间，所述第一出风口(32)位于第一区间的左侧，所述第一入风口(31)位于第一区间的右侧，所述气体换热装置位于第二区间的左侧，所述第三入风口(35)和第三出风口(36)均布置在所述第二区间的右侧，所述第二入风口(33)布置在第三区间的左侧，所述第二出风口(34)位于所述第三区间的右侧。
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