CN209371566U - 低温环境空气源热机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于空气源热泵，特别是指一种低温环境空气源热机。其中热回收交换器第一输出通路输入端接进气口，其输出端接压缩机头空气输入端；压缩空气热交换器第二输入通路输入端接油气分离器空气输出，其输出端接热回收交换器第一输入通路输入；第一输入通路输出接气水分离器输入，其空气输出端接涡流制热装置的空气进口端，其热输出端接涡流热交换器的第三输入通路输入端，第三输入通路输出端接压缩机头空气输入端；压缩机油热交换器第四输入通路输入端接油气分离器油输出，第四输入通路输出端接压缩机头回油端。本实用新型有效解决了现有技术低温地区热效率低下等技术难题，具有外界环境温度对能效比影响很小、热机能耗低等优点。

Description

低温环境空气源热机

技术领域

本实用新型属于空气源热泵，特别是指一种低温环境空气源热机。

背景技术

近年来，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，特别是我国实行煤改电的政策以来，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。而在电制热技术中，热泵技术由于其高效低耗的独特优势，成为节能改造的首选方案。

空气源热泵技术是21世纪对新能源利用具有突破性的技术，因为空气源具有可再生能源、清洁能源、低品位能源三个特征，而空气又是无处不在的，其高效、清洁是很多有机能源所不能比的。空气源热泵在国外的发展较为成熟，最早发明于1924年，到上世纪60年代，由于世界能源危机爆发，热泵以其回收低温废热、节约能源的特点，经过改进而登上历史舞台，受到人们的青睐。目前在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、德国等，热泵产品已经进入了大多数家庭。

国内的空气源热泵事业经过多年的发展，也渐渐步入稳定增长的态势，但还有很大的发展空间，很多企业和终端用户都还在一个尝试阶段。空气源热泵供暖所拥有的节能与低排放的特性，将会在很大程度上缓解日益突出的环境问题，且可大大减少能源消耗。据国家电网公司2018年“煤改电”配套电网10千伏及以下工程投资152.23亿元，分解单体工程10839项，惠及9391个村217.3万户居民，供暖面积约1.75亿平方米。实施“煤改电”后预计每年清洁替代电量达到170亿千瓦时，可减少散烧煤消耗950万吨，减排二氧化碳1700万吨，减排二氧化硫、氮氧化物和粉尘污染物540万吨，有效减少大气污染。

但目前现有空气源热泵技术冬季采用空气作为热源，存在着以下缺点：

1、随着室外温度的降低机组性能也随之降低，工况恶化制热量也将下降，从而严重影响热泵整体的性能，这也正是空气源热泵在寒冷、潮湿地区的应用受到限制的原因。目前国家标准(GB21362-2008)中，其能效在3.1-3.7之间，是在7-43℃的工况下检验标准，对于低温环境下(-7℃)的检验标准只是能够正常启动工作，其能效并未给出具体数值，适合于北方低温地区的低温空气源热泵国家标准目前还尚未出台。在实际检测中其能效下降为1.2左右，在低于-10℃时接近于1，许多厂家在传统热泵技术的基础上采用了增压(如多重压缩等)、增焓等技术，只是起到在低温状态下能正常启动制热，却避而不谈低温工况下的能效值，在实际应用中(-15℃到-20℃)其能效比大约为1.2到1.3左右，从原理上讲，增压(如多重压缩等)、增焓的同时也增加了能耗，其整体能效无法有大的提升。

2、由于现有空气源热泵技术都采用制冷剂作为工质，近年来化工生产领域的环保监管力度明显加强，对制冷剂的供给带来巨大冲击。制冷剂领域的环保约束主要体现在两方面，一方面是环保收紧导致原材料萤石和氢氟酸供应不足，价格上涨；另一方面，制冷剂生产过程中副产大量含氟盐酸。副产盐酸处理难度大，通常作为低端盐酸卖给下游企业消化。受环保监管力度加强以及供给侧改革等因素影响，下游企业开工下降导致副产盐酸需求不足，制冷剂企业废酸难以处理导致废酸胀库，企业被迫降低开工负荷导致供应不足。氢氟酸的关键原材料萤石由于环保因素和政策原因开工不足，推动了氢氟酸价格的上涨。氢氟酸作为氟制冷剂的关键原料，受萤石供给不足的影响，氢氟酸供给不足对制冷剂的开工带来了严重压制。同时氢氟酸属于危化品，其生产工艺对环保、安全等要求很高。据报道2017年制冷剂产量约为150万吨，预计到2022年将达到180万吨，2017-2022年间年均复合增长率为4.5％。随着我国煤改电政策大面积实施，如大量采用现有热泵技术，其制冷剂的生产、使用将大幅攀升，随之带来的环保压力也更加严重。

3、我国北方采暖是煤改电的主要地区，其面积辽阔，供暖期达4-6个月，其大部分地区最低温度在-10℃以下的时间达2个月以上，最低温度达-35℃以下，现有的热泵技术已远远不能满足社会生产生活的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低温环境空气源热机，采用将热回收交换器中产生的高压空气中蕴含压缩势能再次利用，能够实现降低热机能耗，解决现有热泵系统结霜及低温地区热效率低下的问题。

本实用新型的整体技术构思是：

低温环境空气源热机，包括热回收交换器、涡流制热装置、涡流热交换器、压缩空气热交换器、油气分离器、压缩机头、压缩机油热交换器；其中热回收交换器中第一输出通路的输入端接进气口端，第一输出通路的输出端接由动力源驱动的压缩机头的空气输入端；压缩空气热交换器中第二输入通路输入端接油气分离器的空气输出端，第二输入通路的输出端接热回收交换器中的第一输入通路输入端，热回收交换器中第一输入通路的输出端与气水分离器的输入端连接，气水分离器的空气输出端与涡流制热装置的空气进口端连通，涡流制热装置的热输出端接涡流热交换器的第三输入通路输入端，第三输入通路的输出端与压缩机头的空气输入端连通；压缩机油热交换器的第四输入通路输入端接油气分离器的油输出端，第四输入通路的输出端接压缩机头的回油端。

本实用新型的具体技术构思还有：

为避免或降低系统运行中产生的噪声，优选的技术方案是，所述的涡流制热装置的冷输出端与消音器的输入端连接，消音器的输出端与排气管路连接。

为充分利用动力源中的耗能热量，优选的技术方案是，压缩机头由水冷电机驱动，水冷电机的进水端与低温回水管路连接，涡流热交换器的第三输出通路的输入端接水冷电机的出水端，第三输出通路的输出端接压缩空气热交换器的第二输出通路输入端，压缩机油热交换器的第四输出通路的输入端接压缩空气热交换器的第二输出通路的输出端，第四输出通路的输出端接高温出水管路。

为实现对本实用新型中各装置的控制及保护，优选的技术实现方式是，还包括一热机智能控制器，热机智能控制器与空气源热机中各装置电连接。

热回收交换器、压缩空气热交换器、压缩机油热交换器、涡流热交换器为管式热交换器、管翅式热交换器、板式热交换器或板翅式交换器中的一种。

本实用新型的工作原理是：

热机工作时，环境空气通过进气管路经热回收交换器的第一输出通路预热后进入压缩机头的空气输入端进行压缩，压缩机头的输出端就会产生高温、高压空气及循环润滑油，经油气分离器的作用分离出高温、高压空气及循环润滑油，经压缩空气热交换器、压缩机油热交换器将产生的热量输出，经压缩空气热交换器后的高压空气进入热回收交换器中的第一输入通路输入端，对高压空气的热量进一步的回收利用。高温、高压空气经压缩空气热交换器、热回收交换器后变为低温、高压空气，经气水分离器后，将高压空气中的水脱离排出，脱水后的高压空气经涡流制热器将高压空气的能量转化、分离为高温低压空气及低温低压空气。其中低温低压空气经消音器、排气管路作为乏气排出，高温低压空气进入涡流热交换器将热量输出后送回到压缩机头的进气端循环利用。

低温水首先经低温回水管路进入水冷电机，将水冷电机的热量吸收后进入涡流热交换器、压缩空气热交换器、压缩机油热交换器将产生的热量吸收生成高温水经高温出水管路输出。

整个系统的启动、停止、保护等功能由热机智能控制器控制。

申请人需要说明的是：

在本实用新型的描述中，术语“输入”、“输出”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为验证本实用新型的技术效果，申请人进行了如下试验：

通过对本实用新型中所涉及的低温环境空气源热机样机实地运行实验及检测，样机在-10℃、-25℃、-35℃其能效比(cop值)均在2.0左右，具有外界环境温度对能效比影响很小的突出优点。

本实用新型所取得的技术进步在于：

1、本实用新型中的涡流制热器将高压空气的势能直接转化、分离为热能、冷能，其热能被直接回收利用。

2、本实用新型中采用水冷电机，可将电机的耗能热量充分回收利用，从而有利于降低整个热机的能耗。

3、本实用新型的热机能够解决现有热泵系统结霜及低温地区热效率低下的缺陷，通过对本实用新型中低温环境空气源热机样机实地运行实验及检测，样机在-10℃、-25℃、-35℃其能效比(cop值)均在2.0左右，具有外界环境温度对能效比影响很小的突出优点。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

附图中的附图标记如下：

1、热回收交换器；2、气水分离器；3、进气管路；4、排气管路；5、消音器；6、涡流制热器；7、保温机箱；8、涡流热交换器；9、压缩空气热交换器；10、压缩机油气分离器；11、高温出水管路；12、低温回水管路；13、水冷电机；14、空压机进气管路；15、热机智能控制器；16、压缩机头；17、高压油气管路；18、压缩机回油管路；19、压缩机油热交换器。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型做进一步描述，但不应理解为对本实用新型的限定，本实用新型的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本实用新型的保护范围。

本实施例的整体结构如图示，包括热回收交换器1、涡流制热装置6、涡流热交换器8、压缩空气热交换器9、油气分离器10、压缩机头16、压缩机油热交换器19；其中热回收交换器1中第一输出通路的输入端接进气口端3，第一输出通路的输出端接由动力源驱动的压缩机头16的空气输入端；压缩空气热交换器9中第二输入通路输入端接油气分离器10的空气输出端，第二输入通路的输出端接热回收交换器1中的第一输入通路输入端，热回收交换器1中第一输入通路的输出端与气水分离器2的输入端连接，气水分离器2的空气输出端与涡流制热装置6的空气进口端连通，涡流制热装置6的热输出端接涡流热交换器8的第三输入通路输入端，第三输入通路的输出端与压缩机头16的空气输入端连通；压缩机油热交换器19的第四输入通路输入端接油气分离器10的油输出端，第四输入通路的输出端接压缩机头16的回油端。

所述的涡流制热装置6的冷输出端与消音器5的输入端连接，消音器5的输出端与排气管路4连接。

压缩机头16由水冷电机13驱动，水冷电机13的进水端与低温回水管路12连接，涡流热交换器8的第三输出通路的输入端接水冷电机13的出水端，第三输出通路的输出端接压缩空气热交换器9的第二输出通路输入端，压缩机油热交换器19的第四输出通路的输入端接压缩空气热交换器9的第二输出通路的输出端，第四输出通路的输出端接高温出水管路11。

还包括一热机智能控制器15，热机智能控制器15与空气源热机中各装置电连接。

热回收交换器1、压缩空气热交换器9、压缩机油热交换器19、涡流热交换器8为管式热交换器、管翅式热交换器、板式热交换器或板翅式交换器中的一种。

所述热回收交换器1、压缩空气热交换器9、压缩机油热交换器19、涡流热交换器8的换热方式为顺向交换、逆向交换或交叉交换。

其中，所述压缩空气热交换器9、压缩机油热交换器19、涡流热交换器8可以为独立的，也可以为多路一体的。

其中，所述压缩空气热交换器9、压缩机油热交换器19、涡流热交换器8的输出通路可以采用串联、并联、串并联。

其中，所述各部件、管路都分别采取保温结构，并整体置于保温机箱7内。

Claims (5)

1.低温环境空气源热机，其特征在于包括热回收交换器(1)、涡流制热装置(6)、涡流热交换器(8)、压缩空气热交换器(9)、油气分离器(10)、压缩机头(16)、压缩机油热交换器(19)；其中热回收交换器(1)中第一输出通路的输入端接进气口端(3)，第一输出通路的输出端接由动力源驱动的压缩机头(16)的空气输入端；压缩空气热交换器(9)中第二输入通路输入端接油气分离器(10)的空气输出端，第二输入通路的输出端接热回收交换器(1)中的第一输入通路输入端，热回收交换器(1)中第一输入通路的输出端与气水分离器(2)的输入端连接，气水分离器(2)的空气输出端与涡流制热装置(6)的空气进口端连通，涡流制热装置(6)的热输出端接涡流热交换器(8)的第三输入通路输入端，第三输入通路的输出端与压缩机头(16)的空气输入端连通；压缩机油热交换器(19)的第四输入通路输入端接油气分离器(10)的油输出端，第四输入通路的输出端接压缩机头(16)的回油端。

2.根据权利要求1所述的低温环境空气源热机，其特征在于涡流制热装置(6)的冷输出端与消音器(5)的输入端连接，消音器(5)的输出端与排气管路(4)连接。

3.根据权利要求1所述的低温环境空气源热机，其特征在于压缩机头(16)由水冷电机(13)驱动，水冷电机(13)的进水端与低温回水管路(12)连接，涡流热交换器(8)的第三输出通路的输入端接水冷电机(13)的出水端，第三输出通路的输出端接压缩空气热交换器(9)的第二输出通路输入端，压缩机油热交换器(19)的第四输出通路的输入端接压缩空气热交换器(9)的第二输出通路的输出端，第四输出通路的输出端接高温出水管路(11)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的低温环境空气源热机，其特征在于还包括一热机智能控制器(15)，热机智能控制器(15)与空气源热机中各装置电连接。

5.根据权利要求1或3所述的低温环境空气源热机，其特征在于热回收交换器(1)、压缩空气热交换器(9)、压缩机油热交换器(19)、涡流热交换器(8)为管式热交换器、管翅式热交换器、板式热交换器或板翅式交换器中的一种。