CN112963907A - 一种除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，涉及空调系统中的热湿控制技术领域，包括气液分离器、压缩机、氟路四通阀、室外换热器、储液器、第一节流阀、第二节流阀、温度模块和湿度模块；温度模块包括室内换热器、冷冻水泵、风机盘管，湿度模块包括第一三通阀、第二三通阀、第一除湿换热器、第二除湿换热器、四通空气阀、第一引风机、第二引风机、第一风道、第二风道、第三风道。本发明在提供制冷供热的同时实现夏季除湿冬季加湿的湿度控制，通过热湿独立控制提高了热泵的蒸发温度，提升了系统能效。

Description

一种除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统

技术领域

本发明涉及空调系统中的热湿控制技术领域，尤其涉及一种除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统。

背景技术

近年来，随着城镇化进程的推动和现代化社会的建设，商用建筑与民用建筑数量同步提升，同时生活水平的提高也对人工环境的温湿度调节提出了高精度、低能耗、全季节稳定运行等更高的要求。

目前常用的制冷空调系统一般采用露点凝结方式进行湿度调节，为满足湿度处理的露点温度要求，一般工况需使室内蒸发器出口温度降低至15℃以下，对于有中间换热介质的大型机组还需考虑中间介质的二次换热温差使得蒸发温度进一步下降。

基于吸附制冷的除湿换热器是固态除湿的一种先进技术，通过以硅胶为例的干燥剂的吸附作用对空气中水分子进行吸附，使得对室内空气的湿负荷处理的温度要求极大降低，30℃以下即开始除湿。此外，脱附作用的驱动温度要求极低，可对低品位余热进行利用。由于除湿换热器表面涂敷干燥剂使得传热能力明显下降，若单独使用除湿换热器进行温湿度调节需要更大的换热器面积，不符合经济性要求，且热湿负荷无法独立处理。目前使用热泵耦合除湿换热器的方式多为将传统冷凝器和蒸发器替换为除湿换热器，通过四通换向阀的模式改变实现两个除湿换热器在除湿和再生状态的转换，但由于四通换向阀的模式切换过程需要较长时间以使热泵循环内部压力平衡，该种耦合方式的运行并不稳定。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种低能耗、强稳定的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能降低能耗、增强运行稳定性的热湿独立控制系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种冷凝废热驱动的新风空调系统，包括气液分离器、压缩机、氟路四通阀、室外换热器、储液器、第一节流阀、第二节流阀、温度模块和湿度模块；所述温度模块包括室内换热器、冷冻水泵、风机盘管，所述湿度模块包括第一三通阀、第二三通阀、第一除湿换热器、第二除湿换热器、四通空气阀、第一引风机、第二引风机、第一风道、第二风道、第三风道；

所述室内换热器的第二端口连接所述风机盘管的进口，所述风机盘管的出口连接所述冷冻水泵的进口，所述冷冻水泵的出口连接所述室内换热器的第一端口；

所述第一三通阀的第二端口连接所述第一除湿换热器的第一端口，所述第一除湿换热器的第二端口连接所述第二三通阀的第三端口，所述第一三通阀的第三端口连接所述第二除湿换热器的第二端口，所述第二除湿换热器的第一端口连接所述第二三通阀的第二端口；所述四通空气阀的第一端口连接所述第二风道的进口，所述第二风道的出口设置所述第一引风机，所述第一除湿换热器置于所述第二风道内部；所述四通空气阀的第二端口连接所述第一风道的出口；所述四通空气阀的第三端口连接所述第三风道的进口，所述第三风道的出口设置所述第二引风机，所述第二除湿换热器置于所述第三风道内部；所述四通空气阀的第四端口通向环境空气；

所述气液分离器的出口连接所述压缩机的进口，所述气液分离器的进口连接所述氟路四通阀的第三端口，所述压缩机的出口连接所述氟路四通阀的第一端口，所述氟路四通阀的第二端口连接所述室外换热器的第一端口，所述室外换热器的第二端口连接所述储液器的第一端口，所述储液器的第二端口连接的管路分为两个支路，第一个支路连接所述第一节流阀的第一端口，第二个支路连接所述第二节流阀的第一端口，所述第一节流阀的第二端口连接所述室内换热器的第四端口，所述第二节流阀的第二端口连接所述第一三通阀的第一端口，所述室内换热器的第三端口连接的管路与所述第二三通阀的第三端口连接的管路汇合后，连接至所述氟路四通阀的第四端口；所述室外换热器的第三端口连接至所述第一风道的进口。

进一步地，所述第一除湿换热器、所述第二除湿换热器是翅片换热器。

进一步地，所述室外换热器是翅片管换热器。

进一步地，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的外表面涂敷吸附材料。

进一步地，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的管内为制冷剂，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的外表面传热介质为空气。

优选地，所述制冷剂是氟利昂。

进一步地，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器分别处于除湿状态和再生状态。

进一步地，所述氟路四通阀的第一端口和第二端口连通、第三端口和第四端口连通时，所述系统处于制冷模式；所述氟路四通阀的第一端口和第四端口连通、第二端口和第三端口连通时，所述系统处于制热模式。

进一步地，所述四通空气阀的第一端口和第二端口连通、第三端口和第四端口连通时，所述第一风道与所述第二风道连通、所述第三风道与环境空气连通；所述四通空气阀的第一端口与第四端口连通、第二端口与第三端口连通时，所述第一风道与所述第三风道连通、所述第二风道与环境空气连通。

进一步地，所述第一三通阀的第一端口和第二端口连通、所述第二三通阀的第一端口和第三端口连通时，所述第一除湿换热器处于除湿状态、所述第二除湿换热器处于再生状态；所述第一三通阀的第一端口和第三端口连通、所述第二三通阀的第一端口和第二端口连通时，所述第二除湿换热器处于除湿状态、所述第一除湿换热器处于再生状态。

本发明至少具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，由于除湿换热器的引入，使得系统不仅满足夏季制冷冬季供暖的基本需求，还实现了夏季除湿冬季加湿的功能，符合全季节人体舒适水平的要求。

2、本发明提供的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，通过双支路和双节流阀的设置使得制冷剂流量可根据用户侧温湿度负荷比例进行灵活调整，提高了热泵系统的蒸发温度从而提升系统制冷能效，对室外换热器的冷凝废热进行利用更节省了除湿换热器的再生负荷，符合节能要求。

3、本发明提供的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，将除湿换热器模块耦合于热泵循环的低压侧，利用热风进行再生，同一模式下无需四通换向阀频繁切换，使得系统运行更具稳定性。

4、本发明提供的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，除湿换热器使用氟利昂作为管内工质，相比内部水冷的除湿换热器循环，省略中间二次换热环节，使传热损失大大下降。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的制冷模式的流程示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的制热模式的流程示意图。

其中，1-气液分离器，2-压缩机，3-氟路四通阀，4-室外换热器，5-储液器，6-第一节流阀，7-室内换热器，8-冷冻水泵，9-风机盘管，10-第二节流阀，11-第一三通阀，12-第二三通阀，13-第一除湿换热器，14-第二除湿换热器，15-四通空气阀，16-第一引风机，17-第二引风机，18-第一风道，19-第二风道，20-第三风道。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示的本发明的一个较佳实施例的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，包括气液分离器1、压缩机2、氟路四通阀3、室外换热器4、储液器5、第一节流阀6、室内换热器7、冷冻水泵8、风机盘管9、第二节流阀10、第一三通阀11、第二三通阀12、第一除湿换热器13、第二除湿换热器14、四通空气阀15、第一引风机16、第二引风机17、第一风道18、第二风道19、第三风道20。

室内换热器7的第二端口连接风机盘管9的进口，风机盘管9的出口连接冷冻水泵8的进口，冷冻水泵8的出口连接室内换热器7的第一端口。

第一三通阀11的第二端口连接第一除湿换热器13的第一端口，第一除湿换热器13的第二端口连接第二三通阀12的第三端口，第一三通阀11的第三端口连接第二除湿换热器14的第二端口，第二除湿换热器14的第一端口连接第二三通阀12的第二端口；四通空气阀15的第一端口连接第二风道19的进口，第二风道19的出口设置第一引风机16，第一除湿换热器13置于第二风道19内部；四通空气阀15的第二端口连接第一风道18的出口；四通空气阀15的第三端口连接第三风道20的进口，第三风道20的出口设置第二引风机17，第二除湿换热器14置于第三风道20内部；四通空气阀15的第四端口通向环境空气。

气液分离器1的出口连接压缩机2的进口，气液分离器1的进口连接氟路四通阀3的第三端口，压缩机2的出口连接氟路四通阀3的第一端口，氟路四通阀3的第二端口连接室外换热器4的第一端口，室外换热器4的第二端口连接储液器5的第一端口，储液器5的第二端口连接的管路分为两个支路，第一个支路连接第一节流阀6的第一端口，第二个支路连接第二节流阀10的第一端口，第一节流阀6的第二端口连接室内换热器7的第四端口，第二节流阀10的第二端口连接第一三通阀11的第一端口，室内换热器7的第三端口连接的管路与第二三通阀12的第三端口连接的管路汇合后，连接至氟路四通阀3的第四端口；室外换热器4的第三端口连接至第一风道18的进口。

本发明的较佳实施例中，第一除湿换热器13和第二除湿换热器14是外表面涂敷吸附材料的翅片换热器，换热器的管内是制冷剂，换热器的外表面传热介质为空气；制冷剂优选氟利昂。室外换热器4是翅片管换热器，以满足制冷模式下第一除湿换热器13、第二除湿换热器14的热风再生需求。

本发明的较佳实施例中，制冷剂经支路分配至室内换热器7和第一除湿换热器13或第二除湿换热器14中，以分别实现热负荷和湿负荷的处理，并可根据热湿负荷比调节第一节流阀6和第二节流阀10进行制冷剂流量分配。本发明的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统有两种运行模式，即制冷模式和制热模式，两种模式下均有第一除湿换热器13除湿、第二除湿换热器14再生状态和第一除湿换热器13再生、第二除湿换热器14除湿状态。

如图1所示，在本实施例的除湿换热器耦合热泵的制冷模式中，气液分离器1出口的制冷剂经压缩机2加压后送入室外换热器4，经储液器5后将饱和液态制冷剂送往第一节流阀6和第二节流阀10，第一节流阀6和第二节流阀10的开度可根据当前工况的热湿负荷需求进行调节，经第一节流阀6节流后的制冷剂进入室内换热器7进行蒸发，所产生冷量由冷冻水泵8送往风机盘管9进行用户侧降温，蒸发完的制冷剂依次通过氟路四通阀3的第四端口和第三端口后送入气液分离器1。另一部分制冷剂由第二节流阀10节流后送往第一三通阀11，当第一除湿换热器13处于除湿状态而第二除湿换热器14处于再生状态时，第一三通阀11将制冷剂送入第一除湿换热器13蒸发后经第二三通阀12送往氟路四通阀3进入气液分离器1完成循环，该状态下四通空气阀15将环境空气送入第二风道19进行除湿后被第一引风机16带走至用户侧，而第一风道18则将室外换热器4的冷凝热空气经四通空气阀15送入第三风道20进行再生，随后再生湿热废气被第二引风机17带走并排放；当第一除湿换热器13处于再生状态而第二除湿换热器14处于除湿状态时，第一三通阀11将制冷剂送入第二除湿换热器14蒸发后经第二三通阀12接入压缩机2进气端，环境空气被送往第三风道20除湿后被第二引风机17送至用户侧，而第一风道18则将热风送往第二风道19进行再生后作为废气排放。

如图2所示，在本实施例的除湿换热器耦合热泵的制热模式中，气液分离器1出口的低温制冷剂蒸汽被压缩机2压缩为高温高压蒸汽后依次经氟路四通阀3的第一端口和第四端口，随后分流送往室内换热器7和第二三通阀12后端的第一除湿换热器13或第二除湿换热器14分别进行供暖和加湿，供暖支路的室内换热器7中的制冷剂蒸汽凝结后进入第一节流阀6，热量送往风机盘管9进行供暖，加湿支路的制冷剂凝结后被第一三通阀11送往第二节流阀10，两股制冷剂汇合后经储液器5进入室外换热器4进行蒸发吸热，产生蒸汽依次经过氟路四通阀3的第二端口和第三端口后进入气液分离器1。当第一除湿换热器13处于再生状态而第二除湿换热器14处于除湿状态时，高温制冷剂蒸汽被送入第一除湿换热器13，对被四通空气阀15送入第二风道19的室内环境空气进行加湿，随后空气被第一引风机16重新送入室内，此时第一风道18引入的室外低温空气送往第三风道20被第二除湿换热器14除湿后被第二引风机17重新送往室外；当第一除湿换热器13处于除湿状态而第二除湿换热器14处于再生状态时，高温制冷剂蒸汽送入第二除湿换热器14，第三风道20中是四通空气阀15通入的室内空气，经第二除湿换热器14加湿后送回室内，此时第一风道18的室外低温空气则被送入第二风道19，被第一除湿换热器13除湿后重新通往室外。

本发明的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，提供制冷供热功能的同时实现夏季除湿冬季加湿的湿度控制，通过热湿独立控制提高了热泵蒸发温度，提升了系统能效，对冷凝废热的利用提高了能源综合利用效率；单个运行模式下无需四通换向阀频繁换向，运行更为稳定。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，包括气液分离器、压缩机、氟路四通阀、室外换热器、储液器、第一节流阀、第二节流阀、温度模块和湿度模块；所述温度模块包括室内换热器、冷冻水泵、风机盘管，所述湿度模块包括第一三通阀、第二三通阀、第一除湿换热器、第二除湿换热器、四通空气阀、第一引风机、第二引风机、第一风道、第二风道、第三风道；

所述室内换热器的第二端口连接所述风机盘管的进口，所述风机盘管的出口连接所述冷冻水泵的进口，所述冷冻水泵的出口连接所述室内换热器的第一端口；

所述第一三通阀的第二端口连接所述第一除湿换热器的第一端口，所述第一除湿换热器的第二端口连接所述第二三通阀的第三端口，所述第一三通阀的第三端口连接所述第二除湿换热器的第二端口，所述第二除湿换热器的第一端口连接所述第二三通阀的第二端口；所述四通空气阀的第一端口连接所述第二风道的进口，所述第二风道的出口设置所述第一引风机，所述第一除湿换热器置于所述第二风道内部；所述四通空气阀的第二端口连接所述第一风道的出口；所述四通空气阀的第三端口连接所述第三风道的进口，所述第三风道的出口设置所述第二引风机，所述第二除湿换热器置于所述第三风道内部；所述四通空气阀的第四端口通向环境空气；

所述气液分离器的出口连接所述压缩机的进口，所述气液分离器的进口连接所述氟路四通阀的第三端口，所述压缩机的出口连接所述氟路四通阀的第一端口，所述氟路四通阀的第二端口连接所述室外换热器的第一端口，所述室外换热器的第二端口连接所述储液器的第一端口，所述储液器的第二端口连接的管路分为两个支路，第一个支路连接所述第一节流阀的第一端口，第二个支路连接所述第二节流阀的第一端口，所述第一节流阀的第二端口连接所述室内换热器的第四端口，所述第二节流阀的第二端口连接所述第一三通阀的第一端口，所述室内换热器的第三端口连接的管路与所述第二三通阀的第三端口连接的管路汇合后，连接至所述氟路四通阀的第四端口；所述室外换热器的第三端口连接至所述第一风道的进口。

2.如权利要求1所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述第一除湿换热器、所述第二除湿换热器是翅片换热器。

3.如权利要求1所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述室外换热器是翅片管换热器。

4.如权利要求2所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的外表面涂敷吸附材料。

5.如权利要求4所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的管内为制冷剂，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的外表面传热介质为空气。

6.如权利要求5所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述制冷剂是氟利昂。

7.如权利要求1所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器分别处于除湿状态和再生状态。

8.如权利要求1所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述氟路四通阀的第一端口和第二端口连通、第三端口和第四端口连通时，所述系统处于制冷模式；所述氟路四通阀的第一端口和第四端口连通、第二端口和第三端口连通时，所述系统处于制热模式。

9.如权利要求1所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述四通空气阀的第一端口和第二端口连通、第三端口和第四端口连通时，所述第一风道与所述第二风道连通、所述第三风道与环境空气连通；所述四通空气阀的第一端口与第四端口连通、第二端口与第三端口连通时，所述第一风道与所述第三风道连通、所述第二风道与环境空气连通。

10.如权利要求7所述的除湿换热器耦合压缩热泵的热湿独立控制系统，其特征在于，所述第一三通阀的第一端口和第二端口连通、所述第二三通阀的第一端口和第三端口连通时，所述第一除湿换热器处于除湿状态、所述第二除湿换热器处于再生状态；所述第一三通阀的第一端口和第三端口连通、所述第二三通阀的第一端口和第二端口连通时，所述第二除湿换热器处于除湿状态、所述第一除湿换热器处于再生状态。

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