餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統的製作方法
2023-05-25 23:00:51 4
餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統。該系統主要包括燃氣發動機1、壓縮機2、熱水餘熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除溼器11、風機盤管12、油分離器13、冷卻水循環泵14、冷凍水循環泵19、溶液泵20、隔熱板23，構成製冷劑系統、冷凍水系統、冷卻水系統、溶液除溼四個子系統，介質流向及流量由閥門調節。夏季，利用發動機餘熱和冷凝熱加熱稀溶液使其濃縮，構成溫溼度獨立控制的除溼環節。冬季，發動機餘熱用於提高蒸發器換熱介質溫度，從而提高機組COP。該系統有效利用燃氣發動機餘熱，降低了運行能耗，增強了系統對低溫環境的適應性。
【專利說明】餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及溶液除溼的溫溼度獨立控制技術和燃氣熱泵空調餘熱回收技術。
【背景技術】
[0002]據調查，建築能耗已佔到我國社會總能耗的三分之一左右。其中，空調系統的能耗佔到70%左右的水平。因此，降低建築空調系統的能耗對於我國經濟社會發展和技能目標
具有重要意義。
[0003](I)基於溶液除溼方式的溫溼度獨立控制空調系統
[0004]目前，空調系統普遍採用冷凝除溼方式實現對空氣的降溫與除溼處理，同時去除建築的顯熱負荷與潛熱負荷(溼負荷)。應用這種處理方式時，佔總負荷一半以上的顯熱負荷本可以採用高溫冷源排走，卻需與除溼一起共用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，通過冷凝除溼方式對空氣進行冷卻和除溼，其吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的範圍內變化，而建築室內環境調節所需要的熱溼比卻在較大的範圍內變化。而且，冷凝除溼方式產生的潮溼表面成為黴菌等生物汙染物繁殖的良好場所，嚴重影響室內空氣品質。
[0005]溫溼度獨立控制空調系統是解決上述問題的有效方式之一。在基於溶液除溼的溫溼度獨立控制空調系統中，可採用高溫冷源(18°c )控制室內溫度，從而實現了節能的效果和溫溼度的全面調節與控制。由於除溼的任務由溼度控制系統承擔，溫度控制系統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，有利於資源的綜合利用。
[0006](2)空調系統冬季低溫結霜問題
[0007]隨著全球氣候變化，冬季罕見低溫惡劣氣候出現的頻率有增多的趨勢。冬季室外環境溫度過低，會導致風冷熱泵空調器室外機蒸發器表面結霜。熱泵空調在冬季運行時，室外側結霜會導致空調製熱效果大大降低，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)燃氣熱泵空調發動機餘熱利用
[0009]在燃氣熱泵空調系統中，燃氣發動機驅動壓縮機運行時，發動機轉變為有效功的熱當量佔燃料燃燒發熱量的37%，燃燒過程產生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，不利於降低空調系統的能耗。
[0010]目前，現有的燃氣熱泵空調系統中燃氣發動機尾氣的能源品位比較低，回收比較困難。相比起來，利用燃氣發動機冷卻水的餘熱卻容易許多。燃氣發動機的冷卻水溫度最高可達75°C，可以用於加熱生活熱水等用途。
[0011]如果將燃氣熱泵空調發動機餘熱與溶液除溼系統結合起來。夏季利用發動機冷卻水濃縮稀溶液、製取濃溶液用於獨立控制溼度、消除溼負荷，冬季則利用冷卻水餘熱加熱蒸發器換熱介質溫度(室外空氣)，既可以有效防止蒸發器低溫結霜從而增強燃氣熱泵空調系統的低溫適應性，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。
【發明內容】
[0012]本發明提出了燃氣熱泵空調技術燃氣發動機冷卻水餘熱利用的新途徑，目的在於提聞空調機組的性能並減低空調系統運行能耗。
[0013]夏季利用發動機餘熱和蒸髮式冷凝器中的冷凝熱加熱稀溶液，能提供更多的熱量蒸發掉稀溶液中的水分使之更快速、有效的濃縮成濃溶液，完成持續循環除溼。
[0014]冬季利用燃氣發動機餘熱加熱蒸發器換熱介質溫度，防止蒸發器結霜，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]該技術尤其適合於我國夏熱冬冷南方地區使用，可有效提高夏季溶液除溼效率並解決冬季使用空氣源熱泵結霜的問題。
[0016]為此，本發明採取了如下技術方案:本系統主要由燃氣發動機1、壓縮機2、熱水餘熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除溼器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餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統原理圖
[0018]圖2餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統夏季工況原理圖
[0019]圖3餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統冬季工況原理圖
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本系統主要由燃氣發動機1、壓縮機2、熱水餘熱回收裝置3、四通換向閥4、換熱器5、節流閥6、換熱器7、儲液罐8、溶液熱交換器9、預處理器10、除溼器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]夏季製冷工況下，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為蒸發器，換熱器7為蒸髮式冷凝器。
[0022]夏季全系統可劃分為製冷劑循環、冷凍水循環、冷卻水循環、溶液循環。製冷劑循環由壓縮機2、蒸發器4、節流閥6、蒸髮式冷凝器7、油分離器13等組成，該循環過程製冷劑在蒸髮式冷凝器7處放出熱量冷凝並加熱蒸發稀溶液中的水分、在蒸發器5處從冷凍水吸收熱量蒸發。冷凍水循環由預處理器10、除溼器11、風機盤管12、冷凍水泵19等組成，該循環過程冷凍水從蒸發器4處冷卻後經冷凍水泵19輸送到風機盤管12處冷卻除溼後的空氣、實現製冷，預處理器的作用是在除溼前乾冷室外空氣，降低其表面蒸汽壓，以達到更好的除溼效果。冷卻水循環由熱水餘熱回收裝置3、冷卻水循環泵14、閥門等組成，該循環過程冷卻水吸收燃氣發動機熱量後，經水泵輸送到蒸髮式冷凝器7中加熱蒸發稀溶液，使之濃縮成高濃度濃溶液。為防止冷卻水熱量傳到製冷劑，在蒸髮式冷凝器7中，製冷劑循環與冷卻水循環之間設置有隔熱層。溶液循環由儲液罐8、溶液熱交換器9、除溼器11、溶液循環泵20等組成，該循環過程溶液在蒸髮式冷凝器7處經冷卻水和製冷劑循環加熱蒸發後成為濃溶液，進入冷卻器後通過噴淋的方式吸收室外空氣中的水分，對新風進行除溼，溶液吸收水分成為稀溶液後又經循環泵送到蒸髮式冷凝器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為蒸發器。因為冬季空調不需要除溼，因此該工況下溶液循環停止運行。
[0024]冬季全系統可換分為製冷劑循環、冷凍水循環、冷卻水循環，各個循環的構成與夏季工況相同。製冷劑循環過程中，製冷劑在蒸發器7處從冷卻水和經冷卻水預熱過的室外空氣吸收熱量後蒸發，在冷凝器5處將熱量釋放給冷凍水循環後冷凝。冷凍水循環過程中，熱媒從冷凝器5處吸收熱量後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。冷卻水循環過程中，吸收發動機餘熱後的冷卻水在蒸發器7處預熱室外冷空氣並與蒸發器換熱，提高了蒸發器的蒸發溫度，降低了室外低溫天氣對空調系統運行的不利影響。
[0025]相比現有技術，本發明具有如下優勢:
[0026](I)本發明在冬季工況利用燃氣發動機餘熱預熱蒸發器換熱介質，提高了機組冬季運行時的蒸發溫度，從而提高熱泵機組制熱運行時的COP值。
[0027](2)本發明在冬季工況利用冷卻燃氣熱泵發動機的冷卻水加熱蒸發器換熱介質，能有效地防止蒸發器結霜，使得該系統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的性能。對冷卻水循環管路做防腐蝕處理後，冷卻水循環還可採用鹽溶液作為冷卻液，能更好地適應低溫環境。
[0028](3)本發明在夏季工況下除了採用製冷劑與稀溶液在蒸髮式冷凝器中換熱外，還利用燃氣發動機的餘熱加熱稀溶液，加快了稀溶液中水分的蒸發，提高了濃溶液的濃度，從而使濃溶液的吸水性增強，除溼效果更顯著。
[0029](4)本發明在夏季工況下，空氣預處理器對空氣進行乾冷，降低其表面蒸氣壓，力口強除溼效果。
[0030](5)本發明具有節能優勢。第一，採用溫溼度獨立控制的方法，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能耗，也為地下水等很多天然冷源的使用提供了條件，有利於資源的綜合利用。第二，在冬夏季，該系統均能有效的利用燃氣發動機的餘熱，提高了燃料的利用效率。第三，該系統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，該系統在冬季可以有效提高提高系統COP值，降低機組冬季的運行能耗，符合國家大力提倡的創新、環保和節能的要求。
[0031](6)本發明尤其適合於在我國寒冷、潮溼地區使用。
【權利要求】
1.餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統，包括燃氣發動機1、壓縮機2、油分離器13、四通換向閥4、換熱器5、換熱器7，其特徵在於，夏季製冷工況下，溶液循環環路內，換熱器7的凝水盤出水端經過閥門與儲液罐8接通，儲液罐8與溶液熱交換器9接通，溶液熱交換器9與溶液除溼器11的布水管接通，溶液除溼器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經過閥門與換熱器7的布水管接通。
2.根據權利I所述餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統，冷卻水環路內，熱水餘熱回收裝置3出水端與冷卻水泵14接通，夏季製冷工況下，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的換熱管出水端經過閥門16與熱水餘熱回收裝置3進水端接通。
3.根據權利I所述餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統，冷卻水環路內，熱水餘熱回收裝置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的凝水盤經過閥門18與熱水餘熱回收裝置3進水端接通。
4.根據權利I所述餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統，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.根據權利I所述餘熱回收與溶液除溼結合的耐低溫燃氣熱泵空調系統，其特徵在於，為防止冷卻水熱量傳到製冷劑，在蒸髮式冷凝器7中，製冷劑循環與冷卻水循環之間設置有隔熱板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 優先權日:2014年5月5日
【發明者】盧軍, 黃凱霖, 李坷桐, 楊飛, 徐政宇 申請人:重慶大學