CN110319616A - 无霜型燃气热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无霜型燃气热泵系统,溶液循环回路中除湿溶液从除湿器中依次流过第二储液箱、第二溶液泵、溶液‑溶液换热器、溶液‑水换热器进入再生器,再从再生器依次流过第一储液箱、第一溶液泵、溶液‑溶液换热器、溶液‑制冷剂换热器进入除湿器从而构成一个闭合回路;冷却水循环回路中蓄热水箱与发动机缸套通过管路连接构成缸套水循环回路;所述蓄热水箱、第二水泵、烟气换热器、空气预热器、溶液‑水换热器和蓄热水箱通过管道依次连接构成余热利用回路;所述除湿器、第二储液箱、第一水泵、蓄热水箱和除湿器通过管路依次连接构成余热放热回路;空气处理装置中的空气依次通过空气预热器、空气‑空气换热器、再生器和室内换热器送入室内。

Description

无霜型燃气热泵系统
技术领域
本发明涉及一种燃气热泵系统,尤其涉及一种无霜型燃气热泵系统。
背景技术
热泵具有冬季供暖、夏季制热高效节能的特点。燃气热泵系统是以天然气为燃料,由燃气发动机驱动的热泵系统。随着天然气能源利用占比不断增大、可持续发展战略的实施、节能环保意识的加强,燃气热泵技术不断发展。燃气热泵机组冬季运行存在空气侧换热器结霜问题,为防止空气侧换热器结霜或者除去空气侧换热器所结的霜,可考虑提高空气侧换热器周围温度或降低空气侧换热器周围湿度。目前,燃气热泵机组空气侧换热器的除霜多与燃气热泵机组余热回收相结合,大多为提高空气侧换热器周围温度的方法,往往无法防结霜或在除霜时存在与空气侧换热器换热的热水回路在低温下冻结的问题,且大部分燃气热泵机组在保证室内温度舒适的同时无法保证室内湿度也适宜。
中国专利CN108253662A公开了一种燃气热泵除霜系统,该燃气热泵系统通过降低空气侧换热器周围空气湿度的方法防止结霜,系统中设置了固体除湿材料,降低进入空气侧换热器的空气湿度,同时系统包含再生模式使固体除湿材料可循环利用。系统在满足用户室内温度的同时无法保证室内湿度也适宜,为了保持房间一定湿度,需消耗额外能源来加湿。
中国专利CN1721787A公开了一种蓄能式燃气热泵复合空调,夏季系统采用空调潜热负荷与显热负荷独立处理的方法,利用燃气发动机产生的余热来处理湿负荷,将制冷机组运行于干工况状态;冬季,利用燃气发动机产生的热量加热水,可以提高出水温度,直接利用余热。系统冬季运行无法防止室外蒸发器结霜,仍然需要切换四通换向阀来进行除霜。
中国专利CN103953992A公开了一种余热回收与溶液除湿结合的耐低温燃气热泵空调系统,夏季利用发动机余热和蒸发式冷凝器中的冷凝热加热稀溶液,使之浓缩成浓溶液循环除湿;冬季利用燃气发动机余热加热蒸发器,同时有大量的余热散失到大气中,系统并未充分利用发动机的余热,且冬季运行时系统在满足用户室内温度的同时无法保证室内湿度也适宜,为保持房间一定的湿度,需消耗额外能源来加湿。
因此,需要一种设计合理的无霜型燃气热泵机组,以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种无霜型燃气热泵系统,该系统将余热利用技术与空气侧换热器防结霜技术相结合,利用除湿剂降低空气侧换热器空气湿度,且除湿剂可循环使用。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种无霜型燃气热泵系统,包括溶液循环回路、制冷剂循环回路、冷却水循环回路和空气处理装置,所述制冷剂循环回路包括压缩机、室内换热器、第一节流阀、第二节流阀和室外换热器,所述制冷剂循环回路中的压缩机连接燃气发动机,压缩机通过四通换向阀分别连接室内换热器、室外换热器,室内换热器通过第一节流阀连接溶液-制冷剂换热器,室外换热器通过第二节流阀连接溶液-制冷剂换热器,所述的溶液循环回路中包括除湿器、溶液-溶液换热器、溶液-水换热器、溶液-制冷剂换热器、第一储液箱、第二储液箱、第一溶液泵和第二溶液泵,所述的溶液循环回路中除湿溶液从除湿器中依次流过第二储液箱、第二溶液泵、溶液-溶液换热器、溶液-水换热器进入再生器,再从再生器依次流过第一储液箱、第一溶液泵、溶液-溶液换热器、溶液-制冷剂换热器进入除湿器从而构成一个闭合回路;所述的冷却水循环回路包括燃气发动机缸套、烟气换热器、蓄热水箱、空气预热器、溶液-水换热器和水泵,所述冷却水循环回路中蓄热水箱与发动机缸套通过管路连接构成缸套水循环回路;所述蓄热水箱、第二水泵、烟气换热器、空气预热器、溶液-水换热器和蓄热水箱通过管道依次连接构成余热利用回路;所述除湿器、第二储液箱、第一水泵、蓄热水箱和除湿器通过管路依次连接构成余热放热回路;所述的空气处理装置包括空气预热器、空气-空气换热器、再生器,所述空气处理装置中的空气依次通过空气预热器、空气-空气换热器、再生器和室内换热器送入室内。
进一步,所述除湿剂为甘油或乙二醇中任意一种。
进一步,所述的溶液-制冷剂换热器、溶液-溶液换热器、溶液水换热器和烟气换热器为板式换热器。
进一步,所述的空气预热器为翅片盘管换热器。
进一步,所述的除湿器和再生器为开式热源塔。
进一步,所述的第一节流阀和第二节流阀为电子膨胀阀。
进一步,所述第二储液箱通过补水阀连接补水管。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)将余热利用技术与空气侧换热器防结霜技术相结合,利用除湿剂降低空气侧换热器空气湿度,且除湿剂可循环使用。
(2)在冬季除湿剂再生过程中,可提供满足室内的热湿负荷要求的空气进入室内。
(3)在夏季除湿器可转化为冷却塔,可将蓄热水箱多余的热量排到空气中。
附图说明
图1是本发明的无霜型燃气热泵系统实施例一的结构示意图;
图2是本发明实施例一的制热工况示意图;
图3是本发明实施例一的制冷工况示意图;
附图编号说明:1、燃气发动机,2、压缩机,3、四通换向阀,4、室内换热器,5、室外换热器,6、室外风机,7、室内风机,8、第二节流阀,9、溶液-制冷剂换热器,10、第一节流阀,11、烟气换热器,12、蓄热水箱,13、第一水阀,14、第二水阀,15、溶液-水换热器,16、空气预热器,17、再生器,18、空气-空气换热器,19、除湿器,20、第一储液箱,21、第一溶液阀,22、第一溶液泵,23、溶液-溶液换热器,24、第二溶液泵,25、第二溶液,26、第二储液箱,27、补水阀,28、第一水泵,29、第二水泵,30、缸套换热器,31、天然气,32、烟气。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种无霜型燃气热泵系统,包括溶液循环回路、制冷剂循环回路、冷却水循环回路和空气处理装置。
制冷剂循环回路包括压缩机2、四通换向阀3、室内换热器4、室外换热器5、第一节流阀10、溶液-制冷剂换热器9、第二节流阀8。压缩机2连接燃气发动机1,压缩机2通过四通换向阀3分别连接室内换热器4、室外换热器5,室内换热器4通过第一节流阀10连接溶液-制冷剂换热器9,室外换热器5通过第二节流阀8连接溶液-制冷剂换热器9。
溶液循环回路包括除湿器19、再生器17、第一储液箱20、第二储液箱26、第一溶液阀21、第二溶液阀25、第一溶液泵22、第二溶液泵24、溶液-制冷剂换热器9、溶液-溶液换热器23、溶液-水换热器15。再生器17依次通过第一储液箱20、第一溶液阀21、第一溶液泵22连接溶液-溶液换热器23,溶液-溶液换热器23通过接溶液-制冷剂换热器9连接除湿器19,除湿器19依次通过第二储液箱26、第二溶液阀25、第二溶液泵24连接溶液-溶液换热器23,形成闭合回路。
冷却水循环回路包括缸套水循环回路、余热利用回路和余热放热回路。蓄热水箱12与缸套换热器30连接构成缸套水循环回路。蓄热水箱12通过第二水泵29分成二路:一路经第二水阀14、空气预热器16连接溶液-水换热器15,另一路连接第一水阀13,溶液-水换热器15和第一水阀13通过管道连接蓄热水箱12构成余热利用回路。蓄热水箱12依次连接除湿器19、第二储液箱26和第一水泵28构成余热放热回路。空气处理装置包括空气预热器16、空气-空气换热器18、再生器17和空气冷凝器,在空气处理过程中,室外空气依次经空气预热器16、空气-空气换热器18、再生器17、室内换热器4和室内风机7进入室内。
燃气发动机1与压缩机2通过联轴器连接传动。天然气31进入燃气发动机气缸内进行燃烧产生烟气32与烟气换热器11换热后排放到环境中。
补水阀27在特定情况下向第二储液箱26补加软水。
室外空气在室外风机6的引流下依次经过除湿器19和室外换热器5。
溶液-制冷剂换热器9、溶液-溶液换热器23和溶液-水换热器15均为高效板式换热器。
除湿器19和再生器17均为开式热源塔。
除湿剂为甘油或乙二醇中的任意一种。
第一储液箱20的容积大小至少可以装下所有的循环溶液。
图2是本发明实施例一的制热工况示意图。制冷剂经压缩机2压缩后,由四通换向阀3进入室内换热器4放热冷凝为液态制冷剂,然后经第一节流阀10一次节流后进入溶液-制冷剂换热器9吸热,制冷剂部分汽化后经第二节流阀8节流进入室外换热器5吸热完全汽化后,经过四通换向阀3进入压缩机2完成一个循环。在溶液循环中,第一溶液泵22和第二溶液泵24开启,并且第一溶液阀21和第二溶液阀25全开,浓度高的溶液从除湿器上方喷淋下来与来自室外的高湿低温空气进行传热传质,吸收空气中水蒸气后变成稀溶液进入第二储液箱26,稀溶液在第二溶液泵24的作用下经过第二溶液阀25进入溶液-溶液换热器23与来自再生器17的高温浓溶液进行热量交换后升温,然后再进入溶液-水换热器15与来自回收燃气发动机1余热的冷却水进行换热,稀溶液吸收热量后温度再一步升高,最后进入再生器17喷淋,与被空气预热器16和空气-空气换热器18加热的室外干空气进行传热传质。室外干空气带走稀溶液中的水蒸气进入室内换热器吸热,最后变成高温高湿的空气进入室内。由于室外空气被除湿器19除湿后含湿量大大降低,低含湿量的空气再经过室外换热器5后就不会发生结霜现象。在缸套水循环中,缸套换热器30与蓄热水箱12之间通过管路进行连接,通过缸套水循环把缸套中的热量输送到蓄热水箱12中。在余热利用回路中,若蓄热水箱12的水温达到燃气发动机1正常运转的设定温度时,第一水阀13关闭,第二水阀14打开,第二水泵29工作运行,蓄热水箱12中的冷却水在第二水泵29引流下,依次经烟气换热器11、第二水泵29、第二水阀14、空气预热器16和溶液-水换热器15后又回到蓄热水箱12。冷却水在烟气换热器11中吸热,依次在空气预热器16和溶液-水换热器15放热,加热流过空气预热器16的室外空气和来自除湿器19且流过溶液-水换热器15的稀溶液;若蓄热水箱12的水温低于燃气发动机1正常运转的设定值时,第一水阀13打开,第二水阀14关闭,第二水泵29正常运行,冷却水只吸收烟气换热器11的热量后回到蓄热水箱12,蓄热水箱12的水温不断升高,当达到燃气发动机1正常运转的设定值10℃以上时,第一水阀13关闭,第二水阀14打开,系统进行余热回收利用。对于室外空气处理过程,室外空气先流过空气预热器16预热到一定温度,然后再经过空气-空气换热器18与来自室内的回风进行换热后进一步升温,之后进入再生器17与喷淋的高温的稀溶液进行传热传质,室外空气吸收稀溶液散失的水蒸气后,进入室内换热器4吸热,达到满足室内的热湿负荷要求后进入室内。
图3是本发明实施例一的制冷工况示意图。系统制冷运行时,制冷剂由压缩机2压缩后经四通换向阀3进入室外换热器5放热冷凝后形成高压制冷剂液体,第二节流阀8全开,液态制冷剂经溶液-制冷剂换热器9后又经第一节流阀10节流降压形成低温低压的混合制冷剂,进入室内换热器4吸热蒸发汽化成低温低压气态制冷剂,最后回到压缩机2吸气口,完成一个循环。在制冷模式开始时,第一溶液阀21关闭,第一溶液泵22停止运行,第二溶液阀25打开,第二溶液泵24运行,溶液循环回路的溶液通过第二溶液泵24被输送到第一储液箱20中储存,当所有的溶液都被输送到第一储液箱20后,第二溶液泵24停止运行,第二溶液阀25关闭,这时补水阀27打开往第二储液箱26中注入软化后的自来水。当达到一定液位时,补水阀27关闭,第一水泵28运行。软化水在第一水泵28的作用下,流入蓄热水箱12,与蓄热水箱12里的冷却水换热,吸收热量的软化水进入除湿器19喷淋与来自室外空气进行传热传质,室外空气带走软化水的热量和蒸发的水蒸气进入室外换热器5,软化水放出热量后进入第二储液箱26完成一个循环。这时的除湿器19相当于一个冷却塔,源源不断把蓄热水箱12多余的热量排到空气中。同时,蓄热水箱12中的水温需大于燃气发动机1正常运行的设定温度时,第一水泵28才能运行,将蓄热水箱12多余的热量排到大气中。在制冷模式下,第一水阀13打开,第二水阀14关闭,第二水泵29运行,这样冷却水就把烟气换热器11放出的热量输运到蓄热水箱12中。在室外空气处理过程中,空气预热器16停止运行,室外空气经过空气预热器16参数不发生变化后进入空气-空气换热器18与来自室内的回风换热,放热后温度降低进入停止运行的再生器17后参数不变,最后进入室内换热器4与制冷剂进行换热,放热后温度降到室内所需温度后送入室内。
以上所述仅为本发明的优选实例而已,但本发明的保护范围并不局限于此,对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种的更改和变化,都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种无霜型燃气热泵系统,包括溶液循环回路、制冷剂循环回路、冷却水循环回路和空气处理装置,所述制冷剂循环回路包括压缩机、室内换热器、第一节流阀、第二节流阀和室外换热器,所述制冷剂循环回路中的压缩机连接燃气发动机,压缩机通过四通换向阀分别连接室内换热器、室外换热器,室内换热器通过第一节流阀连接溶液-制冷剂换热器,室外换热器通过第二节流阀连接溶液-制冷剂换热器,其特征在于:所述的溶液循环回路中包括除湿器、溶液-溶液换热器、溶液-水换热器、溶液-制冷剂换热器、第一储液箱、第二储液箱、第一溶液泵和第二溶液泵,所述的溶液循环回路中除湿溶液从除湿器中依次流过第二储液箱、第二溶液泵、溶液-溶液换热器、溶液-水换热器进入再生器,再从再生器依次流过第一储液箱、第一溶液泵、溶液-溶液换热器、溶液-制冷剂换热器进入除湿器从而构成一个闭合回路;所述的冷却水循环回路包括燃气发动机缸套、烟气换热器、蓄热水箱、空气预热器、溶液-水换热器和水泵,所述冷却水循环回路中蓄热水箱与发动机缸套通过管路连接构成缸套水循环回路;所述蓄热水箱、第二水泵、烟气换热器、空气预热器、溶液-水换热器和蓄热水箱通过管道依次连接构成余热利用回路;所述除湿器、第二储液箱、第一水泵、蓄热水箱和除湿器通过管路依次连接构成余热放热回路;所述的空气处理装置包括空气预热器、空气-空气换热器、再生器,所述空气处理装置中的空气依次通过空气预热器、空气-空气换热器、再生器和室内换热器送入室内。
2.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述除湿剂为甘油或乙二醇中任意一种。
3.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述的溶液-制冷剂换热器、溶液-溶液换热器、溶液水换热器和烟气换热器为板式换热器。
4.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述的空气预热器为翅片盘管换热器。
5.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述的除湿器和再生器为开式热源塔。
6.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述的第一节流阀和第二节流阀为电子膨胀阀。
7.根据权利要求1所述的无霜型燃气热泵系统,其特征在于:所述第二储液箱通过补水阀连接补水管。
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