本發(fā)明涉及空氣源熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液體換熱式空氣源熱泵。

背景技術(shù)：

空氣源熱泵經(jīng)過多年的發(fā)展，性能日臻完善，成本不斷降低，已經(jīng)成為節(jié)能領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一。空氣中一般含有水汽，一般認為在環(huán)境溫度在5～0℃之間有霧或雨雪天氣時是最容易發(fā)生水汽凝結(jié)的條件。如果水汽凝結(jié)在空氣換熱器的表面，隨著空氣溫度的進一步降低，換熱器表面凝結(jié)的水開始結(jié)霜、結(jié)冰，這樣會降低換熱器的熱交換效率，進而影響到整機的能效。有資料表明，由于蒸發(fā)器結(jié)霜會造成整機能效下降35％～60％，供熱能力損失30％～57％。工程上一般采用逆向循環(huán)的方式進行除霜操作，通常每次除霜操作要增加10％的能耗?，F(xiàn)有大量的工程實例中，對于結(jié)霜的判據(jù)往往不夠充分，出現(xiàn)誤除霜的現(xiàn)象。有學者研究了北京地區(qū)空氣源熱泵的運行狀況，嚴重時，誤除霜率(沒有結(jié)霜而采取除霜操作)在某些場合高達70％；在南方地區(qū)，結(jié)霜而沒有采取除霜措施的現(xiàn)象也有發(fā)生。

區(qū)域內(nèi)大規(guī)模部署空氣源熱泵可能會由于某些氣象條件下空氣流動性因素引起的冷島效應(yīng)，造成熱泵間的相互影響，嚴重時，會造成熱泵工作不正常，甚至停機。

現(xiàn)有技術(shù)中，空氣源熱泵采用冷媒通過換熱器直接與空氣換熱，這樣限制了熱泵其它部件與空氣換熱器之間的距離。因此，目前的空氣源熱泵單機制熱量相對較低。

現(xiàn)有技術(shù)對于上述問題采取了很多有效的解決措施。但是，仍需要新的選項，以方便在產(chǎn)品設(shè)計和工程實施中更好的提升空氣源熱泵的性能。本專利給出的是一種新的工程技術(shù)路線，旨在為解決除霜問題、實現(xiàn)單機大功率空氣源熱泵以及減輕大規(guī)模部署空氣源熱泵時產(chǎn)生的冷島效應(yīng)等提供新的工程選項。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種液體換熱式空氣源熱泵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用空氣首先與液體換熱，然后由液體將熱量傳送到熱泵。盡管采用中間液體換熱是行業(yè)非常普遍的工程實踐，但是對于以空氣為熱源的熱泵而言，有著特殊的含義。液體與空氣換熱后，換熱器出口的液體溫度低于但是非常接近于環(huán)境空氣溫度，液體進入熱泵以后，所攜帶的熱量被利用，回液的溫度要低于環(huán)境空氣溫度，換句話說，熱源回液管路的管壁溫度低于環(huán)境空氣溫度。

利用熱源回液管路內(nèi)部液體溫度低于環(huán)境溫度這一有利因素，設(shè)置一個封閉空氣通道，在這個通道的入口處設(shè)置空氣預(yù)換熱室。熱源回液管路布置在預(yù)換熱室的空氣進口處，鑒于熱源回液管壁的溫度低于環(huán)境空氣溫度，空氣中的水汽會首先在其表面凝結(jié)。合理布置空氣預(yù)換熱室空氣入口內(nèi)的熱源回液管路，使之新鮮空氣至少流過換熱介質(zhì)回液管路一次，可以確保離開空氣預(yù)換熱室的空氣內(nèi)不再含有水分，從而杜絕空氣液體換熱器表面的結(jié)霜。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：一種液體換熱式空氣源熱泵，包括液體熱源熱泵、空氣液體換熱器、熱源進液管路、熱源回液管路、循環(huán)泵，所述的空氣液體換熱器內(nèi)設(shè)有換熱管路，所述的液體熱源熱泵內(nèi)設(shè)有換熱管路，所述空氣液體換熱器內(nèi)的換熱管路的液體輸出端通過熱源進液管路連通至循環(huán)泵的入口端，循環(huán)泵的出口端通過管路連接至液體熱源熱泵內(nèi)換熱管路液體流入端，所述液體熱源熱泵內(nèi)的換熱管路的液體流出端通過熱源回液管路連接至空氣液體換熱器的液體流入端。

進一步地，所述空氣液體換熱器安置在單獨設(shè)置的封閉空氣通道中，所述封閉空氣通道空氣入口端設(shè)有空氣預(yù)換熱室。

進一步地，所述的熱源回液管路分作兩部分，熱源回液管路自液體熱源熱泵液體流出端至空氣預(yù)換熱室入口端部分采用隔熱性能良好的管壁材料或/和管壁外包覆隔熱材料，熱源回液管路布置在空氣預(yù)換熱室內(nèi)部分采用導熱性能良好的管壁材料。

進一步地，所述的空氣預(yù)換熱室內(nèi)熱源回液管路的排列方式保證空氣至少接觸管壁一次。

進一步地，所述的空氣預(yù)換熱室內(nèi)的熱源回液管路以曲線形狀布置且至少交錯布置兩排。

進一步地，所述的空氣預(yù)換熱室內(nèi)還設(shè)有發(fā)熱裝置和/或除冰用熱風輸入管路。

進一步地，所述的空氣預(yù)換熱室內(nèi)的發(fā)熱裝置為熱源回液管路管壁上纏繞有電致發(fā)熱體。

進一步地，所述的除冰用熱風輸入管在空氣預(yù)換熱室內(nèi)有一個以上的開口，所述的開口應(yīng)能夠使熱風能夠吹到熱源回液管路結(jié)冰位置。

進一步地，所述的空氣預(yù)換熱室內(nèi)熱源回液管路的管路截面形狀為圓形或三角形或水滴狀。

進一步地，所述的封閉空氣通道中非空氣預(yù)換熱室的部分內(nèi)壁設(shè)有連通外部的開口，所述的封閉空氣通道上的開口內(nèi)分別設(shè)有強制對流風扇，所述的強制對流風扇強制空氣封閉通道內(nèi)的空氣流過對應(yīng)的空氣液體換熱器表面并從所述的開口排出封閉空氣通道進入大氣或封閉排氣通道。

進一步地，所述的封閉排氣通道的頂部直接與大氣連通或者通過引風裝置連通大氣。

進一步地，所述的引風裝置的作用是利用大氣中水平方向空氣流動的動能抽取封閉排氣通道內(nèi)的空氣。

進一步地，所述的液體熱源熱泵為采用液體作為熱源介質(zhì)輸入的熱泵，可以為壓縮式或吸收式或壓縮-吸收混合式。

本發(fā)明的有益效果：

1.該裝置結(jié)構(gòu)成本低，利用換熱液體回液管路內(nèi)部液體溫度的低于環(huán)境溫度的特性，高效低成本的解決了除霜的問題，同時有益于減少大規(guī)模部署空氣源熱泵產(chǎn)生的冷島效應(yīng)，實現(xiàn)大面積的換熱，可推廣程度高，大大增強了實用性。

2.利用液體間接換熱的方式使空氣換熱器與蒸汽壓縮機之間的距離可以靈活布置，有利于采用螺桿壓縮機、離心壓縮機等大功率壓縮機。

3.換熱液體可以選擇乙二醇水溶液、氯化鈣水溶液、二甘醇水溶液等。最低冰點溫度可以達到-60℃，空氣源熱泵能夠滿足幾乎所有氣候條件。

4.通過合理的工程設(shè)計，可以讓空氣預(yù)換熱室的截面積遠遠大于封閉空氣通道的截面積，當結(jié)霜造成的空氣流通面積減少且不影響正常工作時，可以不做除霜操作，從而節(jié)約除霜功耗。結(jié)霜嚴重時，則可對電致發(fā)熱體通電去除結(jié)冰。離開空氣預(yù)換熱室的空氣為干空氣，不會在空氣熱交換器表面結(jié)霜，提高了換熱效率。

5.建筑與供能的一體化。水平布置的封閉空氣通道可以設(shè)計成圍墻，垂直布置的封閉空氣通道可以借助樓房外墻布置。建筑與供能一體化設(shè)計能夠在減少占地面積的前提下大幅度增加空氣換熱器的表面積，從而為采用廉價的導熱塑料制作空氣換熱器提供了可能。

6.為家用等小功率空調(diào)系統(tǒng)提供新的除霜工程實現(xiàn)選項。

7.熱源回液管路包覆隔熱材料可以使熱源回液管路內(nèi)的溫度在進入預(yù)換熱室內(nèi)之前升高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的安裝示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2的安裝示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例3的安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例4中封閉空氣通道的外觀示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例4中封閉空氣通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例4中空氣液體換熱器及其兩端管路布置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例5中封閉空氣通道以及封閉排氣通道的外觀示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例5中封閉空氣通道以及封閉排氣通道的內(nèi)部示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例5中不同于圖8方向上的封閉空氣通道以及封閉排氣通道的內(nèi)部示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例5中單獨設(shè)置封閉空氣通道的外觀示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例5中單獨設(shè)置封閉空氣通道的內(nèi)部示意圖；

圖12為本發(fā)明實施例6中熱源回液管路的管路截面示意圖；

圖13為本發(fā)明實施例6中熱源回液管路的管路截面示意圖；

圖14為本發(fā)明實施例6中熱源回液管路的管路截面示意圖。

圖中，空氣換熱器1、熱源進液管路11、熱源回液管路12、循環(huán)泵2、液體熱源熱泵3、換熱管路4，壓縮式熱泵5、第一蒸發(fā)器51、蒸汽壓縮機52、節(jié)流閥53、第一冷凝器54，吸收式熱泵6、溶劑節(jié)流閥61、第二蒸發(fā)器62、吸收器63、溶液泵64、溶液節(jié)流閥65、溶液熱交換器66、發(fā)生器67、第二冷凝器68、封閉空氣通道7、空氣預(yù)換熱室71、封閉排氣通道72、強制對流風扇8、電致發(fā)熱體9。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖來詳細解釋本發(fā)明的實施方式。

實施例1

以下是對實施例1的說明。

如圖1所示，一種液體換熱式空氣源熱泵，其特征是包括空氣液體換熱器1、熱源進液管路11、熱源回液管路12、循環(huán)泵2、液體熱源熱泵3、換熱管路4，所述的空氣液體換熱器1內(nèi)設(shè)有一組換熱管路4，所述空氣液體換熱器1內(nèi)的換熱管路4的液體流出端j通過熱源進液管路11連通至循環(huán)泵2的入口端j，循環(huán)泵2的出口端通過管路連接至液體熱源熱泵3內(nèi)設(shè)置的換熱管路液體流入端，所述液體熱源熱泵3內(nèi)的換熱管路的液體流出端通過熱源回液管路12連接至空氣液體換熱器1內(nèi)換熱管路4的液體流入端k。

實施例2

以下是對實施例2的說明。

在實施例2中，對于和上述實施例中相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。實施例2是實施例1的基礎(chǔ)上采用壓縮式熱泵5的實現(xiàn)案例。如圖2所示，所述的壓縮式熱泵5包括第一蒸發(fā)器51、蒸汽壓縮機52、節(jié)流閥53、第一冷凝器54，所述空氣液體換熱器1的端口j通過熱源進液管路11連通至循環(huán)泵2的入口端，循環(huán)泵2的出口端通過管路連接至壓縮式熱泵5內(nèi)第一蒸發(fā)器51上的端口n，第一蒸發(fā)器51內(nèi)部設(shè)有兩組換熱管路，一組與第一蒸發(fā)器51上的端口m和端口n連通，另一組與第一蒸發(fā)器51上的端口c和端口d連通，第一蒸發(fā)器51的端口m通過熱源回液管路12連接至空氣液體換熱器1內(nèi)換熱管路4的液體流入端，第一蒸發(fā)器51的端口c通過內(nèi)部設(shè)有冷媒的管路與蒸汽壓縮機52的入口相連接，第一冷凝器54內(nèi)部設(shè)置兩組換熱管路，一組與第一冷凝器54上的端口e和端口f相連通，另一組與第一冷凝器54上的熱源輸出端口a和熱源輸出端口b連通，蒸汽壓縮機52的出口通過管路連接至第一冷凝器54的端口f，第一冷凝器54的端口e通過管路連接至節(jié)流閥53的入口，節(jié)流閥53的出口通過管路連接至第一蒸發(fā)器51的端口d，熱源輸出端口a和熱源輸出端口b通過管路將熱量輸送到用熱負荷。

實施例3

以下是對實施例3的說明。

在實施例3中，對于和上述實施例中相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。實施例3給出了吸收式熱泵6實現(xiàn)實施例1的實施方案，如圖3所示，所述的吸收式熱泵6包括溶劑節(jié)流閥61、第二蒸發(fā)器62、吸收器63、溶液泵64、溶液節(jié)流閥65、溶液熱交換器66、發(fā)生器67、第二冷凝器68，所述空氣液體換熱器1的端口j通過熱源進液管路11連通至循環(huán)泵2的入口端，循環(huán)泵2的出口端通過管路連接至吸收式熱泵6內(nèi)第二蒸發(fā)器62上的端口z，第二蒸發(fā)器62內(nèi)部設(shè)有換熱管路與端口z和端口i連通，第二蒸發(fā)器62的端口i通過熱源回液管路12連接至空氣液體換熱器1液體流入端，第二蒸發(fā)器62還通過管路連接至吸收器63，吸收器63內(nèi)部設(shè)置有換熱管路與端口g和端口h連通，吸收器63經(jīng)管路連接至溶液泵64的入口，溶液泵64的出口經(jīng)管路連接至溶液熱交換器66的端口s，溶液熱交換器66內(nèi)部設(shè)置有兩組換熱管路，一組與端口s和端口t連通，另一組與端口p和端口q連通，發(fā)生器67內(nèi)部設(shè)置有換熱管路與端口o和端口r連通，溶液熱交換器66的端口t連接至發(fā)生器67內(nèi)部，發(fā)生器67經(jīng)管路連接至溶液熱交換器66的端口p，溶液熱交換器66的端口q經(jīng)管路連接至溶液節(jié)流閥65的入口，溶液節(jié)流閥65的出口經(jīng)管路連接至吸收器63，發(fā)生器67經(jīng)管路連接至第二冷凝器68，第二冷凝器68內(nèi)部設(shè)置有換熱管路與端口x和端口y連通，第二冷凝器68內(nèi)部經(jīng)管路連接至溶劑節(jié)流閥61的入口，溶劑節(jié)流閥61的出口經(jīng)管路連接至第二蒸發(fā)器62，吸收器63的端口g經(jīng)管路連接至第二冷凝器68的端口y，端口x和端口h組成的回路連接裝置外部熱負荷，端口o和端口r組成的回路連接外部驅(qū)動熱源。

實施例4

以下是對實施例4的說明。

在實施例4中，對于和上述實施例中相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。實施例4給出了封閉空氣通道的一種實施方法，如圖4至6所示，設(shè)置一封閉空氣通道7，空氣的入口部分為空氣預(yù)換熱室71，將熱源回液管路12以曲線形狀布置了三排并交錯設(shè)置在空氣預(yù)換熱室71的入口處，封閉空氣通道7中非空氣預(yù)換熱室71的部分內(nèi)壁設(shè)有多個連通外部的開口，封閉空氣通道7上的開口內(nèi)分別設(shè)有一個風向向外的強制對流風扇8，所述的強制對流風扇8內(nèi)側(cè)分別對應(yīng)設(shè)置有一個空氣液體換熱器1，空氣液體換熱器1兩端分別與熱源進液管路11和熱源回液管路12連通，所述空氣預(yù)換熱室71中的熱源回液管路12管壁上還纏繞有電致發(fā)熱體9，強制對流風扇8與電致發(fā)熱體9均通過控制開關(guān)與外部電源相連接，除此之外，也可更換或增加除冰用熱風輸入管路，所述的除冰用熱風輸入管在空氣預(yù)換熱室內(nèi)有一個以上的開口，所述的開口應(yīng)能夠使熱風能夠吹到熱源回液管路結(jié)冰位置。本實施例中明顯的給出了空氣預(yù)換熱室的空氣流通截面積大于封閉空氣通道的截面積，目的是在熱源回液管路的管壁結(jié)冰不嚴重時，不除冰也不會影響到換熱性能。本專利的適用地域很廣，熱源回液管路的排列也會有所變化，但是，至少要排列兩排。

實施例5

以下是對實施例5的說明。

在實施例5中，對于和上述實施例中相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。實施例5給出了帶有排氣通道的封閉空氣通道實施例，如圖7至11所示。與實施例4不同，實施例5將離開空氣預(yù)換熱室71的空氣排入另外一個封閉空氣通道7。圖7至11將封閉空氣通道7設(shè)為豎立式，其中圖7至圖9在封閉空氣通道7的一側(cè)設(shè)有封閉排氣通道72，圖10至圖11在封閉空氣通道7的開口直接連通大氣，主要是考慮到換熱后變冷的空氣從高處排入大氣，有利于克服空氣流動性差的氣象條件造成的冷島效應(yīng)；同時，在氣象條件有利的地點，可以考慮在排氣通道的頂部安裝引風裝置，利用水平流動的風的動能抽取排氣通道內(nèi)的冷空氣，達到節(jié)約強制對流風扇能耗的目的。在工程實踐中，水平布置的封閉空氣通道7可能演變到與圍墻一體化的方式，垂直布置封閉空氣通道7可以演變到與建筑外墻一體化的方式，有利于減少換熱器的占地面積。需要說明的是，水平布置封閉空氣通道7也可能需要封閉的排氣通道，例如，將封閉空氣通道設(shè)置在建筑物的地下；同樣，垂直布置的封閉空氣通道也可以不設(shè)封閉排氣通道，直接將換熱后的冷空氣排出封閉空氣通道7。

實施例6

以下是對實施例6的說明。

實施例6包括圖12、圖13和圖14，給出了熱源回液管路在空氣預(yù)換熱室內(nèi)布置時采用的管路截面形狀的變化和位置布置。三種截面形狀都是可行的工程選項。圖12給出的管壁截面形狀具有非常好的可制造性，但是，背風面由于紊流的影響，熱交換性能較差。圖13給出的截面形狀其有效換熱面積有所提高，但可制造性差于圖12。圖14給出截面形狀類似于水滴，外沿形狀與空氣動力學的流線相擬合，紊流較小，空氣流動阻力低，換熱面積大于圖12、圖13給出的截面形狀，但是可制造性較差。工程實踐中會根據(jù)多項因素組織技術(shù)方案，性能、成本、空間約束、換熱能耗都是需要考慮的因素。截面形狀、布置方式也會在工程實踐中有所變化。

上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。