CN109186116B - 一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，包括涡轮增压器‑压气机、换热器、鼓风机、回热器、涡轮增压器‑涡轮机、风机盘管、循环水泵、阀门和连接管道。回热器的吸热侧进口与环境大气相连；回热器的吸热侧出口与两台鼓风机的入口相连；一台鼓风机的出口与涡轮增压器‑压气机入口相连；涡轮增压器‑压气机出口与另一台鼓风机出口相连；两台鼓风机出口与换热器入口相连；换热器出口与回热器放热侧入口相连；回热器放热侧出口与涡轮增压器‑涡轮机进口相连；涡轮增压器‑涡轮机出口与环境相连。本发明采用涡轮增压器实现膨胀机和压缩机一体化，并采用鼓风机作为驱动装置，通过对鼓风机进行热回收，提高整系统的制热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，属于节能设备技术领域。
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。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，又必须考虑它对效率的影响，否则过大的能耗会导致全球温室气体排放量的增加，所以HCFC(氟氯烃)类的制冷剂也随之受到了越来越严格的管制。
对于传统的蒸汽压缩式热泵，存在着热负荷与制热量不符合的问题，但空气循环热泵可以解决这种问题，且带有回热器的空气循环热泵的制热性能更好。例如专利CN107763891A公开了一种空气循环压缩式空气源热泵机组可有效解决这类机组在室外环境温度降低时制热量衰减大，能效低等问题。但这种循环仍然存在着许多实际应用问题，如膨胀机难以小型化、压缩机散热回收困难等问题，因此不利于产品市场化。
发明内容
针对现阶段小型膨胀机制造困难，难以实际应用，本发明公开了一种采用涡轮增压器替代压缩机和膨胀机的回热式空气循环热泵系统，扩展了空气循环热泵的实际应用范围。
本发明的技术方案：
一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，包括空气循环热泵子系统和供热子系统；采用鼓风机作为驱动设备，涡轮增压器替代压缩机和膨胀机的空气循环热泵系统；空气循环热泵子系统主要由轮增压器-压气机1、第一鼓风机2、第二鼓风机3、换热器4、回热器5、涡轮增压器-涡轮机6、若干阀门及连接管路组成；供热子系统主要由风机盘管7和循环水泵8组成；
回热器5的吸热侧进口与环境大气相连通，回热器5的吸热侧出口与两台鼓风机的入口相连；第一鼓风机2的出口与涡轮增压器-压气机1入口相连，涡轮增压器-压气机1出口与第二鼓风机出口3合并，与换热器4空气侧入口相连，第一鼓风机2和第二鼓风机3实现热回收，即风机散出的热量通过热回收箱被回收到风机入口处，增加了风机效率从而使得整个系统的制热性能得到提高；换热器4空气侧出口与回热器5放热侧入口相连；回热器5放热侧出口与涡轮增压器-涡轮机6进口相连；涡轮增压器-涡轮机6出口与环境相连；换热器4水侧出口与风机盘管7入口相连；风机盘管7的出口与循环水泵8入口相连，循环水泵8出口与换热器4水侧入口相连；
室外空气经过回热器5被预热后，通过第一鼓风机2和涡轮增压器-压气机1串联后与第二鼓风机3并联管路，混合后的高温空气被送入换热器4，与流经风机盘管7的水进行换热，换热后的热水用于供热；换热降温后的空气进入回热器5预热从室外来的冷空气后，再进入涡轮增压器-涡轮机6，通过涡轮增压器-涡轮机6回收一部分能量传递给涡轮增压器-压气机1，最后空气被排到室外。
所述的第一鼓风机2和第二鼓风机3采用变频或定频风机，组成两台鼓风机同变频、同定频或一台定频一台变频的多种形式。
所述的第一鼓风机2和第二鼓风机3采用高温风机并对这两台风机进行热回收，热回收形式包括利用用于冷却电机的冷却水余热或冷却电机的空气余热；(一)供热热水通过电机冷却水入口进入水冷式电机冷却器10，冷却鼓风机电机9后接入风机盘管7入口；(二)风机散出的热量通过热回收箱将空气介质升温后流到风机入口处。
本发明的有益效果：采用空气作为循环介质，空气无毒，无腐蚀性，泄露对环境也无影响，且易于获得，免费使用，成本极低，一般工作状态下没有相变，工作范围宽；以空气作为循环载冷剂，实现系统单位体积制热量与冬季用户热负荷的变化趋势一致，且工作环境温度较空气源热泵更低，同时具有重量轻、容积小、可靠性高、维修要求低、适用范围广、不用考虑除霜问题等优点；用涡轮增压器替代压缩机和膨胀机，避免了现阶段压缩机和膨胀机难以小型化导致空气循环热泵系统实用化的困难，同时降低了该系统的初投资和系统复杂性，推动空气循环热泵的发展并拓宽了该循环的应用范围，使其更利于实际应用和普及。同时对两台鼓风机进行热回收处理，通过这种手段可以增加风机效率，从而提高整个系统的性能。
附图说明
图1是一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统。
图2是一种回收冷却水余热的局部连接示意图；其它水冷方式同样适用。
图中：1涡轮增压器-压气机；2第一鼓风机；3第二鼓风机；4换热器；5回热器；6涡轮增压器-涡轮机；7风机盘管；8循环水泵；9电机；10水冷冷却器；11风机出口管道；12风机入口管道；13冷却水入口管道；14冷却水出口管道。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明是一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
结合图1说明系统的工作过程，其空气循环热泵系统的连接方式如下：回热器5的吸热侧进口与环境大气相通；回热器5的吸热侧出口与两台鼓风机的入口相连；第一鼓风机2的出口与涡轮增压器-压气机1入口相连；涡轮增压器-压气机1出口与第二鼓风机3出口合并后与换热器4空气侧入口相连，第一鼓风机2和第二鼓风机3实现热回收，即风机散出的热量通过热回收箱被回收到风机入口处；换热器4空气侧出口与回热器5放热侧入口相连；回热器5放热侧出口与涡轮增压器-涡轮机6进口相连；涡轮增压器-涡轮机6出口与环境相连；换热器4水侧出口与风机盘管7入口相连；风机盘管7的出口端与循环水泵8入口相连，循环水泵8出口与换热器4水侧入口相连；
结合图1说明系统的工作过程，其空气循环热泵系统的工作流程如下：室外空气首先流入回热器5，之后通过第一鼓风机2和涡轮增压器-压气机1串联后与第二鼓风机3并联管路，混合后的高温空气被送入换热器4，与流经风机盘管7的水进行换热，换热后的热水用于供热；换热降温后的空气进入回热器5预热从室外来的冷空气后，再进入涡轮增压器-涡轮机6，通过涡轮增压器-涡轮机6回收一部分能量传递给涡轮增压器-压气机1，最后空气被排到室外。
两鼓风机均带有冷却电机的余热回收装置，包括水循环冷却的余热回收和空气冷却的余热回收。
对于水冷电机同样可以利用供热热水作为冷却水，回收电机余热，并直接连到用户端，如图2所示。空气通过风机入口12进入鼓风机2，压缩后从风机出口管道11排出，供热热水通过冷却水入口13进入水冷式冷却器10，冷却鼓风机电机9后通过冷却水出口14流出。
本发明所用涡轮增压器实际上是一种利用内燃机运作转产生的废气驱动空气压缩机的技术，常用于汽车行业。作为替代压缩机和膨胀机的涡轮增压器来说，涡轮机回收一部分能量，通过转轴传递给压气机，这样减少了输入压气机的外部能耗，且涡轮增压器是一体机，解决了实际应用中压缩机和膨胀机之间匹配和能量传递的问题。
Claims (2)
1.一种采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，其特征在于，所述的采用涡轮增压器的空气循环热泵系统包括空气循环热泵子系统和供热子系统；采用鼓风机作为驱动设备，涡轮增压器替代压缩机和膨胀机的空气循环热泵系统；空气循环热泵子系统主要由涡轮增压器-压气机(1)、第一鼓风机(2)、第二鼓风机(3)、换热器(4)、回热器(5)、涡轮增压器-涡轮机(6)、若干阀门及连接管路组成；供热子系统主要由风机盘管(7)和循环水泵(8)组成；
回热器(5)的吸热侧进口与环境大气相连通，回热器(5)的吸热侧出口与两台鼓风机的入口相连；第一鼓风机(2)的出口与涡轮增压器-压气机(1)入口相连，涡轮增压器-压气机(1)出口与第二鼓风机出口(3)合并，与换热器(4)空气侧入口相连，第一鼓风机(2)和第二鼓风机(3)实现热回收，即风机散出的热量通过热回收箱被回收到风机入口处，增加了风机效率从而使得整个系统的制热性能得到提高；换热器(4)空气侧出口与回热器(5)放热侧入口相连；回热器(5)放热侧出口与涡轮增压器-涡轮机(6)进口相连；涡轮增压器-涡轮机(6)出口与环境相连；换热器(4)水侧出口与风机盘管(7)入口相连；风机盘管(7)的出口端与循环水泵(8)入口相连，循环水泵(8)出口与换热器(4)水侧入口相连；
室外空气经过回热器(5)被预热后，通过第一鼓风机(2)和涡轮增压器-压气机(1)串联后与第二鼓风机(3)并联管路，混合后的高温空气被送入换热器(4)，与流经风机盘管(7)的水进行换热，换热后的热水用于供热；换热降温后的空气进入回热器(5)预热从室外来的冷空气后，再进入涡轮增压器-涡轮机(6)，通过涡轮增压器-涡轮机(6)回收一部分能量传递给涡轮增压器-压气机(1)，最后空气被排到室外；所述的第一鼓风机(2)和第二鼓风机(3)均采用变频风机。
2.根据权利要求1所述的采用涡轮增压器的空气循环热泵系统，其特征在于，所述的第一鼓风机(2)和第二鼓风机(3)采用高温风机并对这两台风机进行热回收，采用的热回收形式：(一)供热热水通过电机冷却水入口进入水冷式电机冷却器(10)，冷却鼓风机电机(9)后接入风机盘管(7)入口；(二)风机散出的热量通过热回收箱将空气介质升温后流到风机入口处。
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