[實用新型]一種空氣循環壓縮式空氣源熱泵機組

有效

• 申請號: 201721330208.5
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN207422715U
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 唐道軻;張世鋼;孔令鍇;江億;苗青
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B1/00;F25B40/00;F25B43/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本實用新型公開了一種空氣循環壓縮式空氣源熱泵機組，主要包括回熱器、壓縮機、空氣冷卻器、膨脹機、驅動機等部件以及連接管路。回熱器的吸熱側進口與環境大氣相連，回熱器的吸熱側出口與壓縮機的進口相連；壓縮機的出口與空氣冷卻器的放熱側進口相連，空氣冷卻器的放熱側出口與回熱器放熱側進口相連；回熱器放熱側出口與膨脹機的進口相連，膨脹機的出口與環境大氣相連；驅動機用于補償壓縮機消耗功與膨脹機消耗功之差。由于采用了空氣為介質，并利用膨脹機回收壓縮功，因此本實用新型的熱泵機組有效解決了現有技術的空氣源熱泵機組在環境溫度降低時制熱量衰減大，能效低等問題。

技術領域

本實用新型屬于節能設備技術領域，特別涉及一種從空氣中吸熱、以空氣為循環介質的壓縮式熱泵供熱裝置。

背景技術

目前，霧霾已經成為了我國北方地區最嚴重、最亟需解決的環境問題之一，給公眾健康帶來了嚴重威脅。大量的研究表明，霧霾與冬季燃煤供熱密切相關，其中散煤燃燒產生的排放占相當大的比例。散煤燃燒供熱是北方廣大農村地區主要的供熱方式，具有使用方便、總量大、煤質不受控、不便于監管等問題，而且由于大多數散煤燃燒沒有采取除塵、脫硫、脫硝等環保措施，因此存在單位質量排放高，消耗總量大等問題。為了解決散煤燃燒的問題，政府大力推廣空氣源熱泵等清潔采暖方式，發改委等多部門聯合印發了《“十三五”全民節能行動計劃》，明確鼓勵空氣源熱泵的發展，以北京為代表的全國多個省市都出臺了力度較大補貼政策，經過近幾年的發展，空氣源熱泵采暖在我國華北地區已經開始較大規模應用，為節能減排作出了重要的貢獻。

目前已廣泛應用的空氣源熱泵以氟利昂為循環工質，其原理如圖1所示，室外空氣在風機的驅動下流過室外換熱器，將熱量傳遞給低溫低壓的氟利昂氣液混合物，使其等壓蒸發為氣體；氟利昂蒸汽再被壓縮機吸入，壓縮，升溫升壓后，進入冷凝器中，將熱量傳遞給循環的熱水(熱風)，冷凝為液體后再通過節流結構降溫降壓成為氣液混合物后進入室外換熱器再吸熱，如此往復循環。氟利昂壓縮式熱泵原理與氟利昂壓縮式制冷機基本一致，因此目前的氟利昂壓縮式熱泵機組所用技術、流程、結構和零部件幾乎與制冷機組相同或類似。然而氟利昂壓縮式熱泵機組與制冷機組在使用條件有非常大的差異，在制冷工況下非常適合的氟利昂熱泵機組在制熱時存在下列問題：首先在制冷運行時，氟利昂熱泵從室內吸收熱量，因此在整個運行過程中，蒸發溫度基本不變，而制熱運行時，氟利昂熱泵從室外環境中吸收熱量，隨著環境溫度的降低蒸發溫度會發生非常大的變化，在初末寒期的蒸發溫度為0℃左右(對應室外溫度5℃)，在嚴寒期蒸發溫度為-25℃左右(對應室外溫度-20℃)，可見整個采暖季蒸發溫度的變化范圍之大，隨著蒸發溫度的降低，吸入壓縮機的氟利昂蒸汽的密度迅速降低，造成循環質量流量快速減少，從室外吸收的熱量迅速減少從而導致制熱量衰減較大；其次隨著蒸發溫度的降低，壓縮機的壓縮比(壓縮比等于冷凝壓力除以蒸發壓力，為了保持室內供熱效果，冷凝壓力基本不變或變化較小，而蒸發壓力隨著環境溫度降低迅速降低，而且蒸發壓力處于分數的分子，因此蒸發壓力的變化對于壓縮比影響很大)迅速增大，在整個采暖季供熱運行時系統所需要的壓縮比從初末寒期的3變化到嚴寒期的20，在如此大范圍的變化使得壓縮機很難在全工況保持較好的效率，影響了制熱效率；最后，較大的壓縮比對于壓縮機結構帶來很大的挑戰，同時隨著壓縮比的增加，機組排氣溫度迅速上升，已經接近壓縮機內置電機用F級電機的絕緣破壞溫度限制，因此壓縮比不能無限增大，這也就限制了氟利昂熱泵使用環境溫度的下限，GB/T25127.2-2010《低環境溫度空氣源熱泵(冷水)機組第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機組》中對于低溫運行的下限是-20℃，也說明了目前氟利昂壓縮式熱泵不適合-20℃以下的環境運行。上述諸多問題阻礙了氟利昂壓縮式熱泵的廣泛應用。