專利名稱：一種減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能減少空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā) 器冬季結(jié)霜量的廢熱利用方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空氣源熱泵熱水機組通過熱泵循環(huán)吸收周圍空氣中的低品位熱能，從而制 取生活熱水，具有節(jié)能、安全、環(huán)保、占地面積少等優(yōu)點，是近年來蓬勃興起 的一種供熱水方式，已經(jīng)在相當多的供熱水工程中得到應(yīng)用。但是，空氣源熱 泵熱水機組的制熱量隨氣溫的降低而下降較快，當冬季氣溫降低到一定的程度，蒸發(fā)器表面的溫度低于o'c，且低于空氣的露點溫度時，蒸發(fā)器表面會結(jié)霜。結(jié)霜不但會使機組的制熱量急劇下降，機組還需要定時除霜。目前的空氣源熱泵 熱水機組通常采用電輔助加熱的方法來解決冬季供熱量不足的問題。目前的除 霜方法都采用反向循環(huán)的方法，此時機組停止制熱，進入制冷工況，使壓縮機 排出的熱氣直接進入蒸發(fā)器化霜。結(jié)霜嚴重時，平均每半個小時化一次霜，一次化霜的時間約5分鐘，由于化霜會使機組的供熱量減少約17%，嚴重影響系統(tǒng) 運行的可靠性和穩(wěn)定性。而且除霜過程中壓縮機照常運轉(zhuǎn)，需要消耗電能，增 加了系統(tǒng)的運行能耗。據(jù)測算，由于結(jié)霜和化霜會導(dǎo)致機組的運行能耗約增加 10%。因此，對于一個冬季采用電輔助加熱的系統(tǒng)，綜合考慮結(jié)霜和化霜所導(dǎo)致 的能耗增加以及化霜期間供熱量減少，系統(tǒng)的總能耗會增加27%左右?？諝庀鄬穸仁怯绊懻舭l(fā)器結(jié)霜速度的最主要因素。同樣的氣溫下，相對 濕度越大，蒸發(fā)器越容易結(jié)霜。當相對濕度大于75%時，氣溫低于5'C就會出現(xiàn) 結(jié)霜；如果相對濕度低于65%，且迎面風(fēng)速達到2.5m/s，可以忽略結(jié)霜對熱泵機 組制熱性能的影響。因此，如果能夠?qū)⒄舭l(fā)器進風(fēng)的相對濕度降低到65%左右，4則可以使結(jié)霜的可能性大大降低。以長江中下游地區(qū)為例，該地區(qū)大多數(shù)城市冬季最冷月的平均相對濕度在75%—80%之間，欲將進風(fēng)的相對濕度降低到65% 左右，就要求至少將進風(fēng)溫度提高2—3"C。有人曾提出依靠冷凝后的制冷劑液 體過冷所排出的顯熱加熱空氣，這種方法會減少機組的制熱量，而且只能將進 風(fēng)溫度提高0.5'C左右，根本達不到要求；另外，在一年中大部分時間內(nèi)蒸發(fā)器 是不會結(jié)霜的，在氣溫較高時將蒸發(fā)器進風(fēng)加熱反而會使壓縮機的進氣、排氣 溫度和壓力升高，對壓縮機不利。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，提供一種利用 生活熱水在使用后(沐浴、盥洗及洗滌等)的廢熱水熱量，來加熱蒸發(fā)器的進 風(fēng)，使進風(fēng)的相對濕度降低，從而使空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器結(jié)霜量減少的 方法。本發(fā)明的第二個目的是提供一種能夠減少空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器冬 季結(jié)霜量的系統(tǒng)。本發(fā)明的第一個目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的該減少空氣源熱泵 熱水機組冬季結(jié)霜量的方法包括如下順序的步驟(1) 將使用后的生活熱水用廢水箱收集后，抽入廢水換熱器內(nèi)，與廢水換 熱器內(nèi)的中介水進行熱交換后，再回流到廢水箱；(2) 將第(1)步所得進行熱交換后的中介水抽入一個相變蓄熱裝置里， 當空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的會結(jié)霜時，讓從相變蓄熱裝置里出來的中介水 再流入一個安裝于空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的進風(fēng)側(cè)的空氣加熱器內(nèi)，同時 將空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的調(diào)速風(fēng)機調(diào)到高檔轉(zhuǎn)速；而當空氣源熱泵熱水 機組蒸發(fā)器的不會結(jié)霜時，將空氣加熱器卸下，并將相變蓄熱裝置與水源熱泵 機組蒸發(fā)器之間聯(lián)通，同時，將空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的調(diào)速風(fēng)機調(diào)到低檔轉(zhuǎn)速；(3)在第(2)步中所述的兩種情況下，從空氣加熱器內(nèi)出來的中介水或 是直接從相變蓄熱裝置里出來的中介水再流入到水源熱泵機組的蒸發(fā)器內(nèi)，然 后回流到廢水換熱器。本發(fā)明的第二個目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的該減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的系統(tǒng)，包括空氣源熱泵熱水機組、水源熱泵機組，空氣源熱泵熱水機組和水源熱泵機組并聯(lián)后與熱水箱聯(lián)通；它還包括一個廢水循環(huán) 環(huán)路和一個中介水循環(huán)環(huán)路，廢水循環(huán)環(huán)路包括一個廢水箱，與廢水箱連接的 廢水泵，廢水泵與廢水換熱器的廢水進水口聯(lián)通，廢水換熱器的廢水出水口與 廢水箱聯(lián)通；中介水循環(huán)環(huán)路包括一個相變蓄熱裝置，相變蓄熱裝置通過中介 水循環(huán)泵與廢水換熱器的中介水出水口相連；在空氣源熱泵熱水機組的蒸發(fā)器 的進風(fēng)側(cè)安裝有空氣加熱器，空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器另一側(cè)安裝有調(diào)速風(fēng) 機；空氣加熱器的進水口通過柔性管與相變蓄熱裝置的出水口相連，空氣加熱 器的出水口通過柔性管與水源熱泵機組的蒸發(fā)器的進水口相連，空氣加熱器兩 端的管路上設(shè)有閥門；相變蓄熱裝置的出水口還與水源熱泵機組的蒸發(fā)器的進 水口直接連接，其管路上也設(shè)有閥門；水源熱泵機組的蒸發(fā)器的出水口與廢水 換熱器的中介水進水口相連。生活熱水在使用后(沐浴、盥洗及洗滌等)的廢熱水溫度仍然較高，以沐 浴為例，排出的廢熱水溫度一般為30—35X:，所以具有很好的余熱回收價值。 本發(fā)明由于采用了在室外空氣進入空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器之前利用廢熱水 熱量對空氣加熱的方法，提高進入蒸發(fā)器的空氣溫度，使蒸發(fā)溫度相應(yīng)提高， 使空氣的相對濕度降低，可以大大減少蒸發(fā)器前半部分出現(xiàn)結(jié)霜的可能性。當 蒸發(fā)器翅片中空氣的溫度和濕度恢復(fù)到加熱前的水平時，空氣已經(jīng)處于蒸發(fā)器的中部或后部，由于提高了蒸發(fā)溫度，會使蒸發(fā)器中部或后部的結(jié)霜量減少。由于蒸發(fā)器中部或后部離蒸發(fā)器的出口較近，只要風(fēng)速能保持在3m/s左右，氣 流能將部分針狀或柱狀的霜的晶體從蒸發(fā)器中部或后部吹出蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器 中部或后部能夠存留下來的霜較少。空氣加熱器為翅片管換熱器，為了減小空氣阻力，空氣加熱器的翅片間距 大于蒸發(fā)器的翅片間距。本發(fā)明還采用了相變蓄熱裝置，在廢水量不足或廢水 溫度較低的時候，可以借助相變蓄熱裝置所蓄積的熱量調(diào)節(jié)中介水的溫度，在 一定程度上維持了系統(tǒng)的連續(xù)運行。由于采用廢熱作為加熱空氣的熱源，機組的制熱量不但不會降低，還會由 于蒸發(fā)溫度的升高而增加。本發(fā)明可以使結(jié)霜量減少，節(jié)約除霜能耗，增加機 組的供熱量，增強了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。與冬季采用電輔助加熱的空 氣源熱泵熱水系統(tǒng)相比，采用本發(fā)明后的空氣源熱泵熱水機組可以冬季節(jié)能20% 左右；同時，與空氣源熱泵熱水機組并聯(lián)的水源熱泵機組也可以回收廢水熱能， 整個系統(tǒng)比純粹的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)冬季節(jié)能40%左右。在不會結(jié)霜的時候， 可以把加熱器拆卸下來，把風(fēng)機的轉(zhuǎn)速調(diào)低，不會影響系統(tǒng)的正常運行。本發(fā) 明的裝置不需要改變機組制熱系統(tǒng)的流程，便于對既有空氣源熱泵熱水系統(tǒng)進 行改造。


圖1是本發(fā)明實施例在空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器會結(jié)霜時的原理結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2是本發(fā)明實施例在空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器不會結(jié)霜時的原理結(jié)構(gòu) 示意圖。圖3是本發(fā)明實施例中相變蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。參見圖1，空氣加熱器1位于空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器2的進風(fēng)側(cè)，兩端 通過柔性管9與系統(tǒng)相連。如果有多臺空氣源熱泵熱水機組并聯(lián)，則需要多個 空氣加熱器并聯(lián)?？諝庠礋岜脽崴畽C組蒸發(fā)器的風(fēng)機為調(diào)速風(fēng)機3，能夠進行兩 檔調(diào)速。相變蓄熱裝置4、空氣加熱器l、水源熱泵機組的蒸發(fā)器10、廢水換熱 器14及中介水循環(huán)泵8連接構(gòu)成中介水循環(huán)環(huán)路。廢水換熱器14、廢水泵13 與廢水箱16構(gòu)成廢水循環(huán)環(huán)路。水源熱泵機組與空氣源熱泵熱水機組并聯(lián)，兩 者可以同時供熱水，也可以由空氣源熱泵熱水機組單獨供熱水。熱水箱18、廢 水箱16和相變蓄熱裝置4的外表面有保溫結(jié)構(gòu)，廢水箱16的上部設(shè)有溢流管 21，多余的廢水會從溢流管21排出。參見圖3，為相變蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由殼體28、定形相變蓄熱材料 24、進水口25、出水口29、布水器26、過濾網(wǎng)27構(gòu)成。定形相變蓄熱材料24 采用熔點溫度為15—3(TC的石蠟作為蓄熱材料(采用何種熔點溫度的石蠟取決 于廢水溫度的高低)，并采用高密度聚乙烯作為支撐材料，兩者按一定的質(zhì)量比 例混合后采用一定的方法制備而成。定形相變蓄熱材料24在蓄熱后仍然可以保 持固態(tài)，不需要用容器封裝，中介水可以直接與定形相變蓄熱材料24進行換熱， 提高了換熱效率。當冬季氣溫降低到蒸發(fā)器表面會出現(xiàn)結(jié)霜的時候，系統(tǒng)利用廢水的熱能對 蒸發(fā)器進風(fēng)加熱，并回收廢熱制取熱水。在廢水量充足，且廢水溫度較高的時 候，關(guān)閉閥門5，打開閥門6、閥門7。廢水經(jīng)過濾器15過濾后流入廢水箱16， 廢水泵13抽取廢水箱16中的廢水進入廢水換熱器14，與中介水進行換熱，溫 度降低后的廢水被送回廢水箱16。升溫后的中介水先進入相變蓄熱裝置4，釋放熱量給定形相變蓄熱材料24，使相變蓄熱裝置4蓄熱；然后中介水進入空氣加熱器l，使低溫空氣在進入蒸發(fā)器之前被加熱升溫，降低空氣的相對濕度，有效減少蒸發(fā)器的結(jié)霜量。最后，中介水進入水源熱泵機組的蒸發(fā)器10，通過制 冷劑在蒸發(fā)器IO、壓縮機20、冷凝器ll、節(jié)流閥19之間進行的制熱循環(huán)，將 中介水的低位熱能轉(zhuǎn)化為高位熱能，制取熱水。從水源熱泵機組蒸發(fā)器10中出 來的低溫中介水回到廢水換熱器14與廢水進行換熱，如此進行循環(huán)，使廢水熱 能得到充分的利用。在廢水量不足或廢水溫度較低的時候，中介水的溫度下降至定形相變蓄熱 材料24的熔點溫度以下，這時相變蓄熱裝置4開始釋放所蓄積的熱量，提高中 介水的溫度。如果相變蓄熱裝置4的出水溫度不高于進水溫度的時候，仍然廢 水量不足或廢水溫度低，則系統(tǒng)停止運行。由于在蒸發(fā)器進風(fēng)側(cè)增加換熱器會 增加空氣流動阻力，調(diào)速風(fēng)機3需要按高檔的轉(zhuǎn)速運行，以保證風(fēng)量不會下降。當室外氣溫回升到7。C以上，且氣溫比較穩(wěn)定時，可以確保蒸發(fā)器表面不會 出現(xiàn)結(jié)霜，不必對蒸發(fā)器進風(fēng)進行加熱。參見圖2，這時需要關(guān)閉閥門6、閥門 7，將空氣加熱器l拆卸下來，并且開啟閥門5。調(diào)速風(fēng)機3按低檔的轉(zhuǎn)速運行， 以節(jié)約風(fēng)機能耗。本系統(tǒng)在蒸發(fā)器不會結(jié)霜時只需要開啟水源熱泵機組，回收 廢水熱能用于制取熱水。在廢水量充足，且廢水溫度較高時，相變蓄熱裝置4 能夠蓄積部分熱量；在廢水量不足或廢水溫度較低的時候，相變蓄熱裝置4開 始釋放所蓄積的熱量，提高中介水的溫度。如果相變蓄熱裝置4的出水溫度不 高于進水溫度的時候，仍然廢水量不足或廢水溫度低，則系統(tǒng)停止運行。當水源熱泵機組與空氣源熱泵熱水機組同時供熱水時，熱水循環(huán)泵17抽取 熱水箱18中需要加熱的水，分別進入水源熱泵機組的冷凝器11和空氣源熱泵 熱水機組的冷凝器12，升溫后的水返回到熱水箱中。 一旦熱水箱中的熱水溫度達到設(shè)定溫度，水源熱泵機組、空氣源熱泵熱水機組及所有的水泵均停止運行。水源熱泵機組冷凝器的入口處設(shè)有電磁閥22。如果水源熱泵機組停止運行，則 機組的控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉冷凝器進水口處的電磁閥22。熱水箱18的補水管上 設(shè)有補水電磁閥23，用于自動補水。
權(quán)利要求
1、一種減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的方法，其特征在于包括如下順序的步驟(1)將使用后的生活熱水用廢水箱收集后，抽入廢水換熱器內(nèi)，與廢水換熱器內(nèi)的中介水進行熱交換后，再回流到廢水箱；(2)將第(1)步所得進行熱交換后的中介水抽入一個相變蓄熱裝置里，當空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的會結(jié)霜時，讓從相變蓄熱裝置里出來的中介水再流入一個安裝于空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的進風(fēng)側(cè)的空氣加熱器內(nèi)，同時將空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的調(diào)速風(fēng)機調(diào)到高檔轉(zhuǎn)速；而當空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的不會結(jié)霜時，將空氣加熱器卸下，并將相變蓄熱裝置與水源熱泵機組蒸發(fā)器之間聯(lián)通，同時，將空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的調(diào)速風(fēng)機調(diào)到低檔轉(zhuǎn)速；(3)在第(2)步中所述的兩種情況下，從空氣加熱器內(nèi)出來的中介水或是直接從相變蓄熱裝置里出來的中介水再流入到水源熱泵機組的蒸發(fā)器內(nèi)，然后回流到廢水換熱器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的方法，其 特征在于在第(2)步中，如果有多臺空氣源熱泵熱水機組并聯(lián)，則相應(yīng)需要 并聯(lián)與空氣源熱泵熱水機組臺數(shù)相同的空氣加熱器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的方法， 其特征在于使廢水箱和相變蓄熱裝置的外表面具有保溫結(jié)構(gòu)。
4、 一種實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述方法的減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量 的系統(tǒng)，包括空氣源熱泵熱水機組、水源熱泵機組，空氣源熱泵熱水機組和水 源熱泵機組并聯(lián)后與熱水箱聯(lián)通；其特征在于它還包括一個廢水循環(huán)環(huán)路和一個中介水循環(huán)環(huán)路，廢水循環(huán)環(huán)路包括一個廢水箱，與廢水箱連接的廢水泵， 廢水泵與廢水換熱器的廢水進水口聯(lián)通，廢水換熱器的廢水出水口與廢水箱聯(lián)通；中介水循環(huán)環(huán)路包括一個相變蓄熱裝置，相變蓄熱裝置通過中介水循環(huán)泵 與廢水換熱器的中介水出水口相連；在空氣源熱泵熱水機組的蒸發(fā)器的進風(fēng)側(cè) 安裝有空氣加熱器，空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器另一側(cè)安裝有調(diào)速風(fēng)機；空氣 加熱器的進水口通過柔性管與相變蓄熱裝置的出水口相連，空氣加熱器的出水 口通過柔性管與水源熱泵機組的蒸發(fā)器的進水口相連，空氣加熱器兩端的管路 上設(shè)有閥門；相變蓄熱裝置的出水口還與水源熱泵機組的蒸發(fā)器的進水口直接 連接，其管路上也設(shè)有閥門；水源熱泵機組的蒸發(fā)器的出水口與廢水換熱器的 中介水進水口相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的系統(tǒng)，其 特征在于所述空氣加熱器為翅片管換熱器，且空氣加熱器的翅片間距大于空 氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的翅片間距；所述廢水箱、相變蓄熱裝置和熱水箱的 外表面為保溫結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的減少空氣源熱泵熱水機組冬季結(jié)霜量的系統(tǒng)， 其特征在于在廢水箱的上部設(shè)有溢流管，在水源熱泵機組冷凝器的進水口處 設(shè)有電磁閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器冬季結(jié)霜量的廢熱利用方法及系統(tǒng)。本發(fā)明為解決現(xiàn)有除霜技術(shù)存在的耗能及影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的缺陷，提供一種如下的技術(shù)方案將使用后的生活熱水抽入廢水換熱器內(nèi)，與廢水換熱器內(nèi)的中介水進行熱交換，熱交換后的中介水抽入相變蓄熱裝置后，再流入安裝于空氣源熱泵熱水機組蒸發(fā)器的進風(fēng)側(cè)的空氣加熱器內(nèi)，空氣加熱器內(nèi)出來的中介水再流入到水源熱泵機組的蒸發(fā)器內(nèi)，然后回流到廢水換熱器。本發(fā)明利用廢熱水對空氣進行加熱升溫的方法，提高了進入蒸發(fā)器的空氣溫度，降低了空氣的相對濕度，大大減少了結(jié)霜的可能性，既節(jié)約了除霜的能耗，又增加了機組的供熱量，增強了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號F28D20/00GK101566410SQ200910043540
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者曉 陳 申請人:湖南工程學(xué)院