余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括燃氣發(fā)動機1、壓縮機2、熱水余熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節(jié)流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除濕器11、風機盤管12、油分離器13、冷卻水循環(huán)泵14、冷凍水循環(huán)泵19、溶液泵20、隔熱板23，構成制冷劑系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、溶液除濕四個子系統(tǒng)，介質流向及流量由閥門調節(jié)。夏季，利用發(fā)動機余熱和冷凝熱加熱稀溶液使其濃縮，構成溫濕度獨立控制的除濕環(huán)節(jié)。冬季，發(fā)動機余熱用于提高蒸發(fā)器換熱介質溫度，從而提高機組COP。該系統(tǒng)有效利用燃氣發(fā)動機余熱，降低了運行能耗，增強了系統(tǒng)對低溫環(huán)境的適應性。
【專利說明】余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及溶液除濕的溫濕度獨立控制技術和燃氣熱泵空調余熱回收技術。
【背景技術】
[0002]據(jù)調查，建筑能耗已占到我國社會總能耗的三分之一左右。其中，空調系統(tǒng)的能耗占到70%左右的水平。因此，降低建筑空調系統(tǒng)的能耗對于我國經(jīng)濟社會發(fā)展和技能目標
具有重要意義。
[0003](I)基于溶液除濕方式的溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)
[0004]目前，空調系統(tǒng)普遍采用冷凝除濕方式實現(xiàn)對空氣的降溫與除濕處理，同時去除建筑的顯熱負荷與潛熱負荷(濕負荷)。應用這種處理方式時，占總負荷一半以上的顯熱負荷本可以采用高溫冷源排走，卻需與除濕一起共用TC的低溫冷源進行處理，造成了能量利用品位上的浪費。另外，通過冷凝除濕方式對空氣進行冷卻和除濕，其吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的范圍內變化，而建筑室內環(huán)境調節(jié)所需要的熱濕比卻在較大的范圍內變化。而且，冷凝除濕方式產(chǎn)生的潮濕表面成為霉菌等生物污染物繁殖的良好場所，嚴重影響室內空氣品質。
[0005]溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)是解決上述問題的有效方式之一。在基于溶液除濕的溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)中，可采用高溫冷源(18°c )控制室內溫度，從而實現(xiàn)了節(jié)能的效果和溫濕度的全面調節(jié)與控制。由于除濕的任務由濕度控制系統(tǒng)承擔，溫度控制系統(tǒng)所需的冷源溫度從原來的7°C提高至18°C，也為地下水等很多天然冷源的使用提供了條件，有利于資源的綜合利用。
[0006](2)空調系統(tǒng)冬季低溫結霜問題
[0007]隨著全球氣候變化，冬季罕見低溫惡劣氣候出現(xiàn)的頻率有增多的趨勢。冬季室外環(huán)境溫度過低，會導致風冷熱泵空調器室外機蒸發(fā)器表面結霜。熱泵空調在冬季運行時，室外側結霜會導致空調制熱效果大大降低，同時在化霜的過程中，如果不能合理的控制化霜時間及頻率會有大量的能耗被浪費，降低空調的制熱量。因此，從根源上消除結霜的條件來降低結霜可能性，減少除霜的時間可以顯著的改善空調在冬季低溫天氣的制熱效果。
[0008](3)燃氣熱泵空調發(fā)動機余熱利用
[0009]在燃氣熱泵空調系統(tǒng)中，燃氣發(fā)動機驅動壓縮機運行時，發(fā)動機轉變?yōu)橛行ЧΦ臒岙斄空既剂先紵l(fā)熱量的37%，燃燒過程產(chǎn)生17%的能量損失，仍有可利用的46%熱能被缸套水、廢氣帶走未利用，不利于降低空調系統(tǒng)的能耗。
[0010]目前，現(xiàn)有的燃氣熱泵空調系統(tǒng)中燃氣發(fā)動機尾氣的能源品位比較低，回收比較困難。相比起來，利用燃氣發(fā)動機冷卻水的余熱卻容易許多。燃氣發(fā)動機的冷卻水溫度最高可達75°C，可以用于加熱生活熱水等用途。
[0011]如果將燃氣熱泵空調發(fā)動機余熱與溶液除濕系統(tǒng)結合起來。夏季利用發(fā)動機冷卻水濃縮稀溶液、制取濃溶液用于獨立控制濕度、消除濕負荷，冬季則利用冷卻水余熱加熱蒸發(fā)器換熱介質溫度(室外空氣)，既可以有效防止蒸發(fā)器低溫結霜從而增強燃氣熱泵空調系統(tǒng)的低溫適應性，又可以增加熱泵機組冬季運行的COP值，降低機組冬季的運行能耗和運行費用。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明提出了燃氣熱泵空調技術燃氣發(fā)動機冷卻水余熱利用的新途徑，目的在于提聞空調機組的性能并減低空調系統(tǒng)運行能耗。
[0013]夏季利用發(fā)動機余熱和蒸發(fā)式冷凝器中的冷凝熱加熱稀溶液，能提供更多的熱量蒸發(fā)掉稀溶液中的水分使之更快速、有效的濃縮成濃溶液，完成持續(xù)循環(huán)除濕。
[0014]冬季利用燃氣發(fā)動機余熱加熱蒸發(fā)器換熱介質溫度，防止蒸發(fā)器結霜，提高了機組對低溫惡劣天氣的適應性，保證正常使用；提高熱泵機組的蒸發(fā)溫度，進而增加熱泵機組冬季運行的COP值，降低運行能耗和運行費用。
[0015]該技術尤其適合于我國夏熱冬冷南方地區(qū)使用，可有效提高夏季溶液除濕效率并解決冬季使用空氣源熱泵結霜的問題。
[0016]為此，本發(fā)明采取了如下技術方案:本系統(tǒng)主要由燃氣發(fā)動機1、壓縮機2、熱水余熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節(jié)流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除濕器11、風機盤管12、油分離器13、水泵14、第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥17、第四截止閥18、水泵19、溶液泵20第五截止閥21、第六截止閥22、隔熱板23組成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)原理圖
[0018]圖2余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)夏季工況原理圖
[0019]圖3余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)冬季工況原理圖
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本系統(tǒng)主要由燃氣發(fā)動機1、壓縮機2、熱水余熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節(jié)流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除濕器11、風機盤管12、油分離器13、冷卻水泵14、第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥17、第四截止閥18、水泵19、溶液泵20組成。
[0021]夏季制冷工況下，四通換向閥4進端A接第三出端D、第一出端C接第二出端B，閥門16、閥門17、閥門21、閥門22開啟，閥門15、閥門18關閉。夏季工況下，換熱器5為蒸發(fā)器，換熱器7為蒸發(fā)式冷凝器。
[0022]夏季全系統(tǒng)可劃分為制冷劑循環(huán)、冷凍水循環(huán)、冷卻水循環(huán)、溶液循環(huán)。制冷劑循環(huán)由壓縮機2、蒸發(fā)器4、節(jié)流閥6、蒸發(fā)式冷凝器7、油分離器13等組成，該循環(huán)過程制冷劑在蒸發(fā)式冷凝器7處放出熱量冷凝并加熱蒸發(fā)稀溶液中的水分、在蒸發(fā)器5處從冷凍水吸收熱量蒸發(fā)。冷凍水循環(huán)由預處理器10、除濕器11、風機盤管12、冷凍水泵19等組成，該循環(huán)過程冷凍水從蒸發(fā)器4處冷卻后經(jīng)冷凍水泵19輸送到風機盤管12處冷卻除濕后的空氣、實現(xiàn)制冷，預處理器的作用是在除濕前干冷室外空氣，降低其表面蒸汽壓，以達到更好的除濕效果。冷卻水循環(huán)由熱水余熱回收裝置3、冷卻水循環(huán)泵14、閥門等組成，該循環(huán)過程冷卻水吸收燃氣發(fā)動機熱量后，經(jīng)水泵輸送到蒸發(fā)式冷凝器7中加熱蒸發(fā)稀溶液，使之濃縮成高濃度濃溶液。為防止冷卻水熱量傳到制冷劑，在蒸發(fā)式冷凝器7中，制冷劑循環(huán)與冷卻水循環(huán)之間設置有隔熱層。溶液循環(huán)由儲液罐8、溶液熱交換器9、除濕器11、溶液循環(huán)泵20等組成，該循環(huán)過程溶液在蒸發(fā)式冷凝器7處經(jīng)冷卻水和制冷劑循環(huán)加熱蒸發(fā)后成為濃溶液，進入冷卻器后通過噴淋的方式吸收室外空氣中的水分，對新風進行除濕，溶液吸收水分成為稀溶液后又經(jīng)循環(huán)泵送到蒸發(fā)式冷凝器7中被加熱濃縮。儲液罐8可以用來蓄存熱量，溶液熱交換器9中發(fā)生的是溫度較低的稀溶液與溫度較高的濃溶液換熱，回收一部分熱量，提高循環(huán)效果。
[0023]冬季制熱工況下，換向閥進端A接第二出端B、第一出端C接第三出端D，閥門15、閥門18開啟，閥門16、閥門17、閥門21、閥門22關閉。冬季工況下，換熱器5為冷凝器，換熱器7為蒸發(fā)器。因為冬季空調不需要除濕，因此該工況下溶液循環(huán)停止運行。
[0024]冬季全系統(tǒng)可換分為制冷劑循環(huán)、冷凍水循環(huán)、冷卻水循環(huán)，各個循環(huán)的構成與夏季工況相同。制冷劑循環(huán)過程中，制冷劑在蒸發(fā)器7處從冷卻水和經(jīng)冷卻水預熱過的室外空氣吸收熱量后蒸發(fā)，在冷凝器5處將熱量釋放給冷凍水循環(huán)后冷凝。冷凍水循環(huán)過程中，熱媒從冷凝器5處吸收熱量后在風機盤管加熱空氣。預處理器的作用是對室外冷空氣進行預熱。冷卻水循環(huán)過程中，吸收發(fā)動機余熱后的冷卻水在蒸發(fā)器7處預熱室外冷空氣并與蒸發(fā)器換熱，提高了蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，降低了室外低溫天氣對空調系統(tǒng)運行的不利影響。
[0025]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0026](I)本發(fā)明在冬季工況利用燃氣發(fā)動機余熱預熱蒸發(fā)器換熱介質，提高了機組冬季運行時的蒸發(fā)溫度，從而提高熱泵機組制熱運行時的COP值。
[0027](2)本發(fā)明在冬季工況利用冷卻燃氣熱泵發(fā)動機的冷卻水加熱蒸發(fā)器換熱介質，能有效地防止蒸發(fā)器結霜，使得該系統(tǒng)能在氣溫較低的極端惡劣天氣正常使用，提高了燃氣熱泵空調系統(tǒng)的性能。對冷卻水循環(huán)管路做防腐蝕處理后，冷卻水循環(huán)還可采用鹽溶液作為冷卻液，能更好地適應低溫環(huán)境。
[0028](3)本發(fā)明在夏季工況下除了采用制冷劑與稀溶液在蒸發(fā)式冷凝器中換熱外，還利用燃氣發(fā)動機的余熱加熱稀溶液，加快了稀溶液中水分的蒸發(fā)，提高了濃溶液的濃度，從而使?jié)馊芤旱奈栽鰪姡凉裥Ч@著。
[0029](4)本發(fā)明在夏季工況下，空氣預處理器對空氣進行干冷，降低其表面蒸氣壓，力口強除濕效果。
[0030](5)本發(fā)明具有節(jié)能優(yōu)勢。第一，采用溫濕度獨立控制的方法，提高了冷凍水的溫度(從TC提升到18°c )，有效地降低了空調系統(tǒng)能耗，也為地下水等很多天然冷源的使用提供了條件，有利于資源的綜合利用。第二，在冬夏季，該系統(tǒng)均能有效的利用燃氣發(fā)動機的余熱，提高了燃料的利用效率。第三，該系統(tǒng)可以有效的防止結霜，從而降低大大降低了除霜所消耗的熱能。第四，該系統(tǒng)在冬季可以有效提高提高系統(tǒng)COP值，降低機組冬季的運行能耗，符合國家大力提倡的創(chuàng)新、環(huán)保和節(jié)能的要求。
[0031](6)本發(fā)明尤其適合于在我國寒冷、潮濕地區(qū)使用。
【權利要求】
1.余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)，包括燃氣發(fā)動機1、壓縮機2、油分離器13、四通換向閥4、換熱器5、換熱器7，其特征在于，夏季制冷工況下，溶液循環(huán)環(huán)路內，換熱器7的凝水盤出水端經(jīng)過閥門與儲液罐8接通，儲液罐8與溶液熱交換器9接通，溶液熱交換器9與溶液除濕器11的布水管接通，溶液除濕器11的凝水盤和溶液熱交換器9接通，溶液熱交換器9與溶液泵20接通，溶液泵20經(jīng)過閥門與換熱器7的布水管接通。
2.根據(jù)權利I所述余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)，冷卻水環(huán)路內，熱水余熱回收裝置3出水端與冷卻水泵14接通，夏季制冷工況下，冷卻水泵14通過閥門17與換熱器7的換熱管進水端接通，換熱器7的換熱管出水端經(jīng)過閥門16與熱水余熱回收裝置3進水端接通。
3.根據(jù)權利I所述余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)，冷卻水環(huán)路內，熱水余熱回收裝置3出水端與冷卻水泵14接通，冬季制熱工況下，冷卻水泵14通過閥門15與換熱器7的布水管接通，換熱器7的凝水盤經(jīng)過閥門18與熱水余熱回收裝置3進水端接通。
4.根據(jù)權利I所述余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)，換熱器5出水端通過水泵19與風機盤管12的進水端接通，風機盤管12的出水端與預冷器10的進水端接通，預冷器10的出水端與換熱器5進水端接通
5.根據(jù)權利I所述余熱回收與溶液除濕結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統(tǒng)，其特征在于，為防止冷卻水熱量傳到制冷劑，在蒸發(fā)式冷凝器7中，制冷劑循環(huán)與冷卻水循環(huán)之間設置有隔熱板23。
【文檔編號】F25B27/02GK103953992SQ201410186242
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權日:2014年5月5日
【發(fā)明者】盧軍, 黃凱霖, 李坷桐, 楊飛, 徐政宇 申請人:重慶大學