CN207849747U - 一种热平衡空气能热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热平衡空气能热泵，包括预热腔、换热腔、蒸发腔；其中，预热腔与蒸发腔、换热腔连通，在预热腔利用换热管束将循环流体和新风隔离，并利用循环流体的预热对新风间接换热，回收利用废热能，节约能源，降低能耗，同时避免新风污染，通过在换热腔、蒸发腔上分别开设新流体入口和新风入口，通过调节换热腔和蒸发腔内的冷水或新风分配，保证蒸发器处吸收的热量与冷凝器处释放的热量始终保持平衡，避免压缩机空转作无用功耗，保证热泵在低温环境下的正常工作，特别在严寒、酷热条件下均可正常运行，通过调整自然流体和新风的补充量，达到最大节能效果，适于工业化推广。

Description

一种热平衡空气能热泵

技术领域

本实用新型属于空气能热泵技术领域，特别涉及一种能够在严寒条件下正常工作的热平衡空气能热泵。

背景技术

目前国内烘干系统大多以电热丝、燃气、燃煤等为主要热源，其能耗较高，也有人已开始采用热平衡空气能热泵，但对烘干废弃热量的回收利用不够充分，造成了能源的浪费。如传统的印刷烘干机大多采用全新风系统，空气经过冷凝器33升温，对印刷物进行烘干后，高温的废气直接排出。排出的废气中依旧蕴含大量的热量，上述的结构不能对其进行有效回收，不符合国家号召的节能减排要求。为了回收利用废弃的余热，在热气出口与热泵之间通常会有回热结构存在。但是目前回热结构通常采用废气和新风直接混合，废气中挟带的墨料再次进入印刷机会对印刷品造成污染。另外，热平衡空气能热泵在环境温度较低时，一般难以正常运行，现有技术主要采用喷气增焓、双级压缩等手段保证热泵系统在低温下正常运行，结构改变后增加了设备成本和运行费用，且传统烘干机在外界环境温度较低时，难以使空气达到控制温度，烘干效果不够理想。

实用新型内容

为了解决现有技术所存在的不足，本实用新型提供了一种可在严寒低温环境下正常工作，且节能环保、安全、稳定、高效的热平衡空气能热泵。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种热平衡空气能热泵，包括预热腔1、换热腔3、蒸发腔2；其中，预热腔1与蒸发腔2、换热腔3连通；

蒸发腔2，包括与预热腔1连通的第一流体入口以及能够向蒸发腔2内通入新鲜空气的新风入口，在蒸发腔2内设置有蒸发器22和变频压缩机23，变频压缩机23的入口端与蒸发器22的出口端连通；在新风入口上设置有第一调节阀21；

换热腔3，包括与预热腔1连通的第二流体入口以及能够向换热腔3内通入新鲜空气或者新冷水的新流体入口，新流体入口上设置有第二调节阀34，在换热腔3内设置有冷凝器33，冷凝器33的制冷剂入口通过管道与变频压缩机23的出口端连通，冷凝器33的制冷剂出口通过节流器5与蒸发器22的入口连通，形成制冷剂循环通道。

进一步限定，所述预热腔1内设置有换热管束11，在换热管束11内形成流体通道并与管外气腔隔离。

进一步限定，所述换热管束11的气腔入口通过回流管与干燥系统4连通，第一流体入口上设置有第三调节阀25，第二流体入口上安装第四调节阀35，蒸发腔2与换热腔3分别通过第三调节阀25和第四调节阀35与换热管束11的出口端连通。

进一步限定，所述换热腔3的底部开设有流体出口，换热腔3通过安装在流体出口上的第二风机32与干燥系统4连通，并向干燥系统4供热。

进一步限定，所述换热腔3内还设置有加热器31，加热器31设置在第二风机32的进风口前端，对进入第二风机32的新风进行补偿加热。

进一步限定，在预热腔1的气腔出口上设置有过滤装置13，对回热气体进行过滤。

进一步限定，所述预热腔1的换热管束11入口处设置有干燥器12。

进一步说明，还可以是换热管束11的入口通过回流管与供热系统6连通，蒸发腔2通过第一流体入口与预热腔1的气腔出口连通，换热腔3通过第二流体入口与换热管束11的出口连通。

进一步限定，所述蒸发腔2的底部开设有混合气出口，在混合气出口上设置有第一风机24。

进一步限定，所述预热腔1内换热管束11之间设置有多个挡流板14，两两挡流板14上下错位分布。

本实用新型所涉及的热平衡空气能热泵是在预热腔1利用换热管束11将循环流体和新风隔离，并利用循环流体的预热对新风间接换热，回收利用废热能，节约能源，降低能耗，同时避免新风污染，此外通过调节换热腔3和蒸发腔2内的新风和自然流体分配，保证蒸发器处吸收的热量与冷凝器33处释放的热量始终保持平衡，避免压缩机空转作无用功耗，保证热泵在低温环境下的正常工作，提高风热效率，改善在低温环境下的系统的运行性能，克服严寒条件下系统不能正常工作的问题，实现热量的高效利用，并节约能耗；对回热流体进行过滤，确保排出的回热流体满足环保要求，本实用新型的系统运行稳定，在严寒、酷热条件下均可正常运行，而且能够通过调整自然流体和新风的补充量，达到最大节能效果，适于工业化推广。

附图说明

图1为实施例1的热平衡空气能热泵的结构示意图。

图2为实施例2的热平衡空气能热泵结构示意图。

1-预热腔，11-换热管束，12-干燥器，13-过滤装置，14-挡流板，2-蒸发腔，21-第三调节阀，22-蒸发器，23-变频压缩机，24-第二风机，25-第二调节阀，3-换热腔，31-加热器，32-第一风机，33-冷凝器，34-第四调节阀，35-第一调节阀，4-干燥系统，5-节流器，6-供热系统。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步说明。

实施例1

参见图1，本实用新型的热平衡空气能热泵适用于空气介质，也适于水等液体介质，其主要包括：预热腔1、换热腔3、蒸发腔2，其中：

预热腔1，利用回热流体的余热对新风新风进行间接换热，使新风预热升温；在预热腔1上开设有回热流体入口和回热流体出口，回热流体入口通过回流管与干燥系统4连通，在预热腔1内设置有换热管束11和挡流板14，换热管束11采用U型弯曲盘管，通过换热管束11将预热腔1分为管内流体通道和管外气腔，且管内流体通道和管外气腔隔离。在U型的换热管束11之间设置有挡流板14，且在预热腔1内壁上固定多个挡流板14，上下挡流板14错位分布。新风进入换热管束11内，回热气体在换热管束11外，管束内的新风与管外的回热气体隔离并间接发生热交换，换热管束11外的回热气体经挡流板14阻流，延长回热气体与新风的热交换时间，有效避免了回热气体中夹带的杂质对新风造成污染，同时，实现对回热气体余热的充分回收，降低系统能耗。

蒸发腔2，在蒸发腔2上开设有第一流体入口、新风入口以及混合气出口，第一流体入口和新风入口均开设在蒸发腔2的上部，在第一流体入口上安装第三调节阀25，通过第三调节阀25与换热管束11的出口端连通，在新风入口上安装第一调节阀21，混合气出口开设在蒸发腔2的底部，在混合气出口上安装有第一风机24，在蒸发腔2内设置有节流器5以及蒸发器22和变频压缩机23，利用蒸发器22吸收腔内的低品位能使制冷剂汽化，之后通过变频压缩机23压缩升温升压，通过调节第三调节阀25和第一调节阀21的新风、自然风的流量，进而调整蒸发腔2内的温度，满足变频压缩机23的输入端和输出端的温度差需求，保证系统稳定运行。

换热腔3，在换热腔3上开设有第二流体入口、新流体入口以及流体出口，第二流体入口和新流体入口均开设在换热腔3的上部，在第二流体入口上安装第四调节阀35，通过第四调节阀35与换热管束11的新风出口连通，在新流体入口上安装第二调节阀34，调节第二调节阀34开度控制换热腔3的新风进入量。流体出口开设在换热腔3的底部，在流体出口上安装有第二风机32，通过安装在流体出口上的第二风机32与干燥系统4连通，并向干燥系统4供热。在换热腔3内设置有冷凝器33，冷凝器33的制冷剂入口通过管道与变频压缩机23的出口连通，冷凝器33的出口与蒸发器22的入口连通，形成制冷剂循环通道；制冷剂在蒸发腔2内经蒸发器22吸收空气中的低品位能发生汽化，之后通至压缩机被压缩后升温升压，形成高温气体，进入换热腔3的冷凝器33中，在换热腔3内与冷凝器33外部的气流发生间接换热后降温液化后循环进入蒸发器22循环汽化。

需要进一步说明的是，在本实用新型的热平衡空气能热泵所涉及的预热腔1的回热气体出口上还可以设置有过滤装置13，对回热气体进行过滤，确保排出的回热气体满足环保要求。在换热管束11的新风入口上安装干燥器12，保证新风的湿度，提高新风干燥效率。

需要进一步说明的是，在本实用新型的热平衡空气能热泵所涉及的换热腔3和蒸发腔2内可分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，利用第一温度传感器和第二温度传感器分别检测换热腔3和蒸发腔2内的温度，根据换热腔3和蒸发腔2的实时检测温度，调节新风和自然风的流量，保证系统稳定运行且最大程度节约能耗。上述的第四调节阀35、第三调节阀25、第一调节阀21以及第二调节阀34均可采用电磁阀门，还可以将第一温度传感器、第二温度传感器以及第四调节阀35、第三调节阀25、第一调节阀21以及第二调节阀34、第二风机32、第一风机24分别与控制器连接，实现自动检测与控制，即由第一温度传感器、第二温度传感器实时检测蒸发腔2和换热腔3内的温度，并实时反馈给控制器，当检测温度低于设定值时，由控制器调控第四调节阀35、第三调节阀25、第一调节阀21以及第二调节阀34的开度，控制蒸发腔2和换热腔3内新风和自然风的进入量。

为了保证制冷剂在换热腔3内发生热交换后能够缓存，也可以根据新风需要调整制冷剂的循环速度，在本实用新型的蒸发器22与冷凝器33之间设置节流器5，利用节流器5对制冷剂的蒸发汽化速度进行有效控制。

当环境温度极低，换热腔3的新风在换热后难以满足温度需要，或者系统不能正常预热的情况下可以在换热腔3内增设加热器31，加热器31安装在第二风机32的进风口前端，对进入第二风机32的新风进行补偿加热，加热器31也可以与控制器电连接，由控制器控制加热。

在印刷品烘干系统中可用上述热平衡空气能热泵实现印刷品烘干，具体方法包括以下步骤：

(1)制冷剂在蒸发腔2内经蒸发器22吸收空气中的低品位能发生汽化，之后通至压缩机被压缩后升温升压，形成高温气体，进入换热腔3的冷凝器33中，在换热腔3内与冷凝器33外部的气流发生间接换热后降温液化后循环进入蒸发器22循环汽化；

(2)新风进入预热腔1内换热管束11中，利用回热流体的余热进行间接换热达到预热温度；当环境温度较高时，调节第四调节阀35和第三调节阀25的开度，使预热后的新风少量进入蒸发腔2，大部分进入换热腔3与冷凝器33中的高温气体进行热交换，进一步升温至预设温度后经第二风机32排出，同时，打开第一调节阀21，增加蒸发腔2内的自然风补充量，使蒸发腔2内温度降低后通过第一风机24排出，满足蒸发腔2内蒸发器22的吸收热量与换热腔3内冷凝器33释放的热量达到平衡；当环境温度较低时，调节第四调节阀35和第三调节阀25的开度，预热后的新风少量进入换热腔3，大部分进入蒸发腔2，蒸发器22吸热，保证蒸发腔2内足够的热量，满足循环制冷剂的汽化需要；同时，打开第二调节阀34，增加换热腔3内的自然风补充量，使蒸发腔2内蒸发器22的吸收热量与换热腔3内冷凝器33释放的热量达到平衡；当环境温度极低不能满足压缩机正常运行时，关闭第四调节阀35和第一调节阀21，打开第三调节阀25和第二调节阀34，使预热后的新风全部进入蒸发腔2，保证蒸发腔2内的热量充足，停止向蒸发腔2补充自然风；同时，向换热腔3通入自然流体满足干燥新风的输出量，使蒸发腔2内蒸发器22的吸收热量与换热腔3内冷凝器33释放的热量达到平衡。不管是在高温环境还是低温环境，均可根据新风和自然风的流量保证压缩机的输入端和输出端的温度差，保证系统稳定运行。

(3)进入换热腔3内的新风与冷凝器33的高温气体发生热交换后升温至预设温度，若未达到预设温度，则根据需要对升温后的新风进行补偿加热，使其达到热射温度后经第二风机32排出干燥新风进入干燥系统4对印刷品进行烘干，烘干处理后回收的干燥新风在完成干燥处理后连同杂质一起进入换热管束11作为新风预热的热源进行间接换热降温后，过滤，排出。

(4)在蒸发腔2的新风根据蒸发器22和压缩机的热量需要换热降温后利用第一风机24抽吸直接排出。

本实施例的热平衡空气能热泵可用于印刷品的风热干燥，也适用于其他场合的室内干燥，如粮食、药材等。

实施例2

本实施例的换热腔3中工作介质改为循环水且预热空气仅送入蒸发腔2后同样适用于低温环境下水热系统。具体参见图2，主要包括：预热腔1、换热腔3、蒸发腔2，其中：

预热腔1，在预热腔1内设置有换热管束11和挡流板14，换热管束11采用U型弯曲盘管，将通过换热管束11将预热腔1分为管内流体通道和管外气腔，且管内流体通道和管外气腔隔离。在管外气腔上开设有气流入口和气流出口。换热管束11的入口通过回流管与供热系统6连通。在U型的换热管束11之间设置有挡流板14，且在预热腔1内壁上固定多个挡流板14，上下挡流板14错位分布。回热水进入换热管束11内，新风在换热管束11外，管束内的回热水与管外的新风隔离并间接发生热交换，换热管束11外的气流经挡流板14阻流，延长回热水与新风的热交换时间，实现对回热水余热的充分回收，降低系统能耗。

蒸发腔2，在蒸发腔2上开设有第一流体入口、新风入口以及混合气出口，第一流体入口和新风入口均开设在蒸发腔2的上部，在第一流体入口与换热管束11的管外气腔的气流出口连通，在新风入口上安装第一调节阀21，通过调整第一调节阀21开度，控制新风进入量。混合气出口开设在蒸发腔2的底部，在混合气出口上安装有第一风机24，通过第一风机24将蒸发腔2内的混合气体排出。在蒸发腔2内设置有蒸发器22和变频压缩机23，预热后的气体全部进入蒸发腔2，将能量传递给制冷剂，利用蒸发器22吸收腔内的低品位能使制冷剂汽化，之后通过变频压缩机23压缩升温升压，利用调节第一调节阀21的新风流量，进而调整蒸发腔2内的温度，使能够满足变频压缩机23的输入端和输出端的温度差需求，保证系统稳定运行。

换热腔3，在换热腔3上开设有第二流体入口、新流体入口以及流体出口，第二流体入口和新流体入口均开设在换热腔3的上部，在第二流体入口与换热管束11的出口端连通，将回热水直接进入换热腔循环利用。在新流体入口上安装第二调节阀34，冷水从第二调节阀34进入换热腔与回热水混合。流体出口开设在换热腔3的底部，在换热腔3内设置有冷凝器33，冷凝器33的制冷剂入口通过管道与变频压缩机23的出口连通，冷凝器33的出口通过节流器5与蒸发器22的入口连通，形成制冷剂循环通道；制冷剂在蒸发腔2内经蒸发器22吸收空气中的低品位能汽化，之后通至压缩机被压缩后升温升压，形成高温气体，进入换热腔3的冷凝器33中，在换热腔3内与冷凝器33外部的水发生间接换热后降温液化后循环进入蒸发器22循环汽化，而换热升温的热水通过流体出口进入供热系统6，进行供热。

本实施例的热平衡空气能热泵既可以实现冬季供暖也可以用于工业生产中热水供应，如电镀液加热等等。

Claims (10)

1.一种热平衡空气能热泵，其特征在于包括预热腔(1)、换热腔(3)、蒸发腔(2)；其中，预热腔(1)与蒸发腔(2)、换热腔(3)连通；

蒸发腔(2)，包括与预热腔(1)连通的第一流体入口以及能够向蒸发腔(2)内通入新鲜空气的新风入口，在蒸发腔(2)内设置有蒸发器(22)和变频压缩机(23)，变频压缩机(23)的入口端与蒸发器(22)的出口端连通；在新风入口上设置有第一调节阀(21)；

换热腔(3)，包括与预热腔(1)连通的第二流体入口以及能够向换热腔(3)内通入新鲜空气或者新冷水的新流体入口，新流体入口上设置有第二调节阀(34)，在换热腔(3)内设置有冷凝器(33)，冷凝器(33)的制冷剂入口通过管道与变频压缩机(23)的出口端连通，冷凝器(33)的制冷剂出口通过节流器(5)与蒸发器(22)的入口连通，形成制冷剂循环通道。

2.根据权利要求1所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述预热腔(1)内设置有换热管束(11)，在换热管束(11)内形成流体通道并与管外气腔隔离。

3.根据权利要求2所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述换热管束(11)的气腔入口通过回流管与干燥系统(4)连通，第一流体入口上设置有第三调节阀(25)，第二流体入口上安装第四调节阀(35)，蒸发腔(2)与换热腔(3)分别通过第三调节阀(25)和第四调节阀(35)与换热管束(11)的出口端连通。

4.根据权利要求3所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述换热腔(3)的底部开设有流体出口，换热腔(3)通过安装在流体出口上的第二风机(32)与干燥系统(4)连通，并向干燥系统(4)供热。

5.根据权利要求4所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述换热腔(3)内还设置有加热器(31)，加热器(31)设置在第二风机(32)的进风口前端，对进入第二风机(32)的新风进行补偿加热。

6.根据权利要求5所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：在预热腔(1)的气腔出口上设置有过滤装置(13)，对回热气体进行过滤。

7.根据权利要求6所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述预热腔(1)的换热管束(11)入口处设置有干燥器(12)。

8.根据权利要求2所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述换热管束(11)的入口通过回流管与供热系统(6)连通，蒸发腔(2)通过第一流体入口与预热腔(1)的气腔出口连通，换热腔(3)通过第二流体入口与换热管束(11)的出口连通。

9.根据权利要求1～8任一项所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述蒸发腔(2)的底部开设有混合气出口，在混合气出口上设置有第一风机(24)。

10.根据权利要求9所述的热平衡空气能热泵，其特征在于：所述预热腔(1)内换热管束(11)之间设置有多个挡流板(14)，两两挡流板(14)上下错位分布。