一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵系统

技术领域

本发明涉及一种新风除湿热泵系统，尤其是涉及一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵系统。

背景技术

新风除湿热泵系统将热湿处理后的空气送入室内保障用户舒适健康，在提供室外新风的同时对其进行高效除湿。其作为一种制冷热泵循环系统，采用冷却除湿手段，即先将空气降温至低于露点温度，而后使空气凝露实现除湿。这部分降低到露点温度对应的显热量对于除湿本身并无直接作用，相反在总制冷量中占据了较大的比例，影响了系统的除湿性能。

采取预冷的方式，先处理部分回风中的显热，使进入热泵循环除湿的回风更接近饱和状态，可以有效缓解上述问题。

一种现有的思路是，在新风除湿热泵系统的蒸发器前后布置换热器，连接后构成环路热管。利用流经蒸发器降温除湿后的低温空气预冷入口回风，起到降低回风显热的效果。但是，这种方式只改善了蒸发器换热量中无用显热占比过多的问题，没有改良热泵循环本身。甚至导致低压侧进风温度降低、高压侧冷凝温度升高，进而使循环本身能效衰减。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵系统，通过采用带中间补气口的压缩机、或采用压缩机串联形式，形成两级蒸发温度，利用更高一级预冷回风，并进而实现中间补气，可以降低热泵循环的排气温度和回热损失，在减少蒸发器中无用显热占比的同时，还能改善热泵循环自身的能效，从而整体除湿能效更优。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵系统，包括空气流路和制冷剂循环流路；

所述空气流路包括送风风道和排风风道；

所述制冷剂循环流路包括依次连接的压缩机、四通换向阀、排风盘管、回风盘管、第一单向阀、送风盘管、第二节流元件、第二进风盘管；

所述制冷剂循环流路还包括设于所述送风盘管和压缩机之间的中压侧吸气流路，通过中压侧吸气流路实现中间补气，降低热泵循环的排气温度和回热损失，减少蒸发器中无用显热占比，提升热泵循环自身的能效。

进一步地，所述中压侧吸气流路包括第一节流元件和第一进风盘管，所述第一节流元件与所述送风盘管连接，所述第一进风盘管与所述压缩机连接。

进一步地，所述制冷剂环路还包括第一旁通回路；

所述第一旁通回路上设有用于控制所述第一旁通回路开闭的排气电磁阀，所述排气电磁阀一端与压缩机排气口连接，另一端连接于第一单向阀和送风盘管之间。

进一步地，所述制冷剂环路还包括第二旁通回路；

所述第二旁通回路上设有用于控制所述第二旁通回路开闭的第二单向阀，所述第二单向阀的一端连接于回风盘管与第一单向阀之间，另一端连接于送风盘管和第二节流元件之间。

进一步地，所述第一单向阀的通向为自回风盘管至送风盘管方向，即第一单向阀的导通方向与除湿模式下制冷剂流向一致，即可允许制冷剂由回风盘管流入送风盘管，反向截止。

所述第二单向阀的通向为朝向回风盘管与第一单向阀之间，即第二单向阀的导通方向与制热模式下的制冷剂流向一致，即可允许制冷剂由第一/第二节流元件流向回风盘管，反向截止。

所述送风风道两端设有进风风口和送风风口，所述排风风道两端设有回风风口和排风风口，所述送风风道和排风风道之间设有能够将两者连通的中间混风风口。

进一步地，所述中间混风风口上设有伺服驱动的电动开闭风门；

所述送风风口处设有送风空气传感器，用于监测送风的温度和湿度；

所述回风风口处设有回风空气传感器，用于监测回风(室内)的温度、湿度、CO

所述送风风道在送风风口前设有无级调速且能够变频的送风风机；

所述排风风道在排风风口前设有无级调速且能够变频的排风风机。

进一步地，所述压缩机为带中间补气口的喷气增焓式压缩机，或压缩机为两个压缩机串联的两级压缩形式组件；

所述四通换向阀的四个接口分别与第二进风盘管、压缩机的吸气口、排风盘管、压缩机的排气口连接。

进一步地，所述第一和第二节流元件为毛细管、节流短管或电子节流装置中的一种，为了有利于实现自动化控制，本技术方案优选电子节流装置。

通过切换空气流路和制冷剂循环流路，本技术方案具备以下运行模式：

1、除湿模式：该模式将室外新风降温除湿并再热后送往室内。适合夏季炎热潮湿工况。

2、再热模式：该模式下往室内的送风全部由室外新风构成。特点在于室外新风的温度较低(例如干球温度16℃，湿球温度14℃的工况)，但仍需除湿并保证送风温度(高于室内回风状态对应的露点温度或者国标规定的22℃)。

3、制热模式：该模式加热室外新风后送入室内。适合冬季寒冷工况。

进一步地，所述各运行模式下系统的空气流路状态为：

1、除湿模式：室外新风从进风风口引入后，一分为二，一部分在送风风机驱动下，分别流经第一进风盘管预冷除湿、第二进风盘管深度除湿、送风盘管再热后，由送风风口送入室内；另一部分从中间混风风口进入排风通道，与回风风口引入并流经回风盘管带走部分制冷剂过冷热的回风混合，在排风风机驱动下，再流经排风盘管带走制冷剂冷凝热后，从排风风口排至室外。

2、再热模式：室外新风从进风风口引入，在送风风机驱动下，分别流经第二进风盘管降温除湿和送风盘管再热后，由送风风口送入室内。室内回风从回风风口引入，在排风风机驱动下，依次流经回风盘管和排风盘管带走制冷剂冷凝及过冷热后，从排风风口排至室外。

3、制热模式：室外新风从进风口引入，在送风风机驱动下，流经第二进风盘管被加热，由送风风口送入室内。室内回风从回风风口引入，在排风风机驱动下，流经回风盘管和排风盘管降温，实现排风热回收后，从排风风口排至室外。

进一步地，所述各运行模式下系统的制冷剂循环流路状态为：

1、除湿模式：制冷剂在第二进风盘管中蒸发吸热为低压蒸汽，经四通换向阀被压缩机吸入，初步压缩成中压的制冷剂气体；同时另一部分制冷剂在第一进风盘管中蒸发吸热成为中压蒸汽，从压缩机的中间补气口吸入，与上述初步压缩后的制冷剂混合，再被压缩成高温高压的制冷剂气体。压缩机排气口流出的高温高压制冷剂气体，再流经四通换向阀，依次进入排风盘管、回风盘管和送风盘管冷凝及过冷。从送风盘管出口的过冷制冷剂液体一分为二，分别经第二节流元件和第一节流元件节流到低压和中压，回到第二进风盘管和第一进风盘管，从而重复上述制冷剂循环。

2、再热模式：制冷剂流向与除湿模式一致。区别之一在于第一进风盘管所在制冷剂流路关闭，因为进风温度低而湿度很高，此时预冷除湿的作用不大。区别之二在于排气电磁阀导通，压缩机排气分为两部分：除同样流经排风盘管和回风盘管冷凝及过冷的支路外，另一部分直接旁通到送风盘管的入口，两部分混合后再进入送风盘管再热送风。

3、制热模式：制冷剂环路逆转，流向与除湿模式和再热模式相反。制冷剂在回风盘管和排风盘管中蒸发吸热为低压蒸汽，经过四通换向阀被压缩机吸入，压缩成为高温高压的制冷剂气体，再流经四通换向阀，进入第二进风盘管冷凝，向流经的空气散热成为低温高压的制冷剂液体，从第二进风盘管流出后经第二节流元件节流，重新成为低温低压制冷剂，经第二单向阀返回回风盘管，继续重复制冷剂循环。

进一步地，所述各运行模式下控制方法为：

1、除湿模式：通过改变压缩机的转速调节除湿能力，当回风空气传感器测得的室内湿度高于用户设定值，增大压缩机的转速，反之则降低压缩机的转速。通过第二节流元件控制低压吸气过热度，当低压吸气过热度高于设定值，增大第二节流元件的开度，反之则减小开度。通过第一节流元件控制中压吸气过热度，进而控制中间吸气压力和制冷剂分配流量，当中压吸气过热度高于设定值，增大第一节流元件的开度，反之则减小开度。通过送风风机调节室内空气质量，当测得的室内CO

2、再热模式：第二节流元件、送风风机以及排风风机的控制策略与除湿模式一致。压缩机的控制目标转化为控制送风温度，当送风空气传感器测得的送风温度低于用户设定值，增大压缩机的转速，反之则减小压缩机的转速。

3、制热模式：通过改变压缩机转速调节制热能力，当送风空气传感器测得的送风温度低于用户设定值，增大压缩机的转速，反之则降低压缩机的转速。第二节流元件、送风风机、排风风机的控制与再热模式一致。

本发明具备以下结构特征和调控有益效果：

1、设置了制冷剂侧并联的低压和中压流路，第一进风盘管所在的中压制冷剂流路(中间补气)用以预冷进风并初步除湿，第二进风盘管所在的低压制冷剂流路则用于对进风的深度除湿，从而提高了制冷剂系统的平均蒸发压力，有助于系统的能效提升。中间补气支路的设置，既起到了类似环路热管方案中预冷回风的作用，同时还能改善热泵循环的能效。

2、用于中压制冷剂蒸发吸热(预冷进风)的第一进风盘管和高压制冷剂过冷冷却(再热送风)的送风盘管实际上也起到了类似环路热管的作用，实现了第二进风盘管前后冷热空气的高效热交换。制冷剂在送风盘管中同第二进风盘管后的低温冷空气换热，用以增大热泵循环过冷度，制冷剂节流后再进入第一进风盘管中用于预冷进风，增强第二进风盘管的深度除湿作用。和在第二进风盘管前后设置独立的环路热管相比，由于靠压缩机驱动提供动力，本技术方案的换热效果和稳定性更好。

3、设置有制冷剂第一旁通回路，通过排气电磁阀的开闭，改变送风盘管入口的制冷剂状态，调节送风盘管中冷凝再热和过冷再热的比例(冷凝再热较过冷再热换热量大)，即使低环境工况(例如，进风干球温度16℃/湿球温度14℃)下也能保证送风温度。

4、设置有制冷剂第二旁通回路，通过第一单向阀与第二单向阀的单向导通作用，使除湿模式下制冷剂流经送风盘管，用于再热降温除湿后的空气，保障送风温度避免风管凝露；而在制热模式下制冷剂则不流经送风盘管，避免进风盘管出口的低温制冷剂和进风盘管出口的高温空气在送风盘管中进一步接触换热，很好地规避了被进风盘管升温的空气又被送风盘管降温的热损失。

附图说明

图1为本发明中新风除湿热泵系统的原理示意图(除湿模式)；

图2为本发明中新风除湿热泵系统的原理示意图(再热模式)；

图3为本发明中新风除湿热泵系统的原理示意图(制热模式)。

图中：1-第一进风盘管；2-第一节流元件；3-第二进风盘管；4-第二节流元件；5-送风盘管；6-回风盘管；7-排风盘管；8-压缩机；9-四通换向阀；10-排气电磁阀；11-第一单向阀；12-第二单向阀；20-送风通道；21-排风通道；22-进风风口；23-送风风口；24-中间混风风口；25-回风风口；26-排风风口；27-送风风机；28-排风风机；29-回风空气传感器；30-送风空气传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

实施例1

本实施例中的一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵，其结构参见图1，主要包括送风通道20，排风通道21，进风风口22，送风风口23，中间混风风口24，回风风口25，排风风口26，送风风机27，排风风机28，回风空气传感器29，送风空气传感器30，第一进风盘管1，第二进风盘管3，第一节流元件2，第二节流元件4，送风盘管5，回风盘管6，排风盘管7，压缩机8，四通换向阀9，排气电磁阀10，第一单向阀11，第二单向阀12。

本实施例中的一种中间补气预冷增效型新风除湿热泵，结构包括空气流路和制冷剂循环流路。

本实施例的空气流路包括送风通道20和排风通道21的双向流。送风通道20两端设有进风风口22和送风风口23，排风通道21两端设有回风风口25和排风风口26。送风通道20和排风通道21之间设有能够将二者连通的中间混风风口24。中间混风风口24上设有伺服驱动的电动开闭风门。送风风口23处设有送风空气传感器30，用于监测送风的温度和湿度。回风风口25处设有回风空气传感器29，用于监测回风(室内)的温度、湿度、CO

本实施例的制冷剂循环流路，由压缩机8、四通换向阀9、排风盘管7、回风盘管6、第一单向阀11、送风盘管5、第二节流元件4、第二进风盘管3按顺序依次连接而成。其中四通换向阀的接口E和第二进风盘管3相连，接口C和排风盘管7相连，接口S和接口D分别连接压缩机8的吸排气口。

本实施例的制冷剂循环流路中第二节流元件4和第二进风盘管3构成低压侧吸气流路。本实施例的制冷剂环路还设置有第一节流元件2和第一进风盘管1构成的中压侧吸气流路(中间补气)。中压侧吸气流路与低压侧吸气流路在制冷剂侧并联。

本实施例的制冷剂循环流路还设有第一、第二旁通回路。第一旁通回路上设有排气电磁阀10，其一端与压缩机8排气口相连，另一端与第一单向阀11和送风盘管5之间的管路相连。第二旁通回路上设置有第二单向阀12，与第一单向阀11和送风盘管5并联，一端连接到回风盘管6和第一单向阀11之间，另一端连接到送风盘管5和第二节流元件4之间。

本实施例采用的压缩机8为带中间补气口的喷气增焓式压缩机，或采用两个压缩机串联的两级压缩形式。

通过切换空气流路和制冷剂循环流路，本实施例具备的运行模式有：

1、除湿模式(参见图1)

该模式将室外新风降温除湿并再热后送往室内。适合夏季炎热潮湿工况。

本实施例在除湿模式下，部件状态为：中间混风风口24处的风门开启。送风风机27和排风风机28开启。四通换向阀9的E口和S口相连，使第二进风盘管3和压缩机8的吸气口连通；C口和D口相连，使排风盘管7和压缩机8的排气口连通。排气电磁阀10截止。第一单向阀11导通，第二单向阀12反向截止。压缩机8中间补气口开启。第一节流元件2和第二节流元件4按需调节开度。

本实施例在除湿模式下，空气流路状态为：室外新风从进风风口22引入后，一分为二，一部分在送风风机27驱动下，分别流经第一进风盘管1预冷除湿、第二进风盘管3深度除湿、送风盘管5再热后，由送风风口23送入室内；另一部分从中间混风风口24进入排风通道21，与回风风口25引入并流经回风盘管6带走部分制冷剂过冷热的回风混合，在排风风机28驱动下，再流经排风盘管7带走制冷剂冷凝热后，从排风风口26排至室外。

本实施例在除湿模式下，制冷剂循环流路状态为：制冷剂在第二进风盘管3中蒸发吸热为低压蒸汽，经四通换向阀9被压缩机8吸入，初步压缩成中压的制冷剂气体；同时另一部分制冷剂在第一进风盘管1中蒸发吸热成为中压蒸汽，从压缩机8的中间补气口吸入，与上述初步压缩后的制冷剂混合，再被压缩成高温高压的制冷剂气体。压缩机8排气口流出的高温高压制冷剂气体，再流经四通换向阀9，依次进入排风盘管7、回风盘管6和送风盘管5冷凝及过冷。从送风盘管5出口的过冷制冷剂液体一分为二，分别经第二节流元件4和第一节流元件2节流到低压和中压，回到第二进风盘管3和第一进风盘管1，从而重复上述制冷剂循环。

本实施例在除湿模式下，控制方法为：通过改变压缩机8的转速调节除湿能力，当回风空气传感器29测得的室内湿度高于用户设定值，增大压缩机8的转速，反之则降低压缩机8的转速。通过第二节流元件4控制低压吸气过热度，当低压吸气过热度高于设定值，增大第二节流元件4的开度，反之则减小开度。通过第一节流元件2控制中压吸气过热度，进而控制中间吸气压力和制冷剂分配流量，当中压吸气过热度高于设定值，增大第一节流元件2的开度，反之则减小开度。通过送风风机27调节室内空气质量，当测得的室内CO

本实施例在除湿模式下，结构特征及取得的有益效果之一为：设置了制冷剂侧并联的低压和中压流路，第一进风盘管1所在的中压制冷剂流路(中间补气)用以预冷进风并初步除湿，第二进风盘管3所在的低压制冷剂流路则用于对进风的深度除湿，从而提高了制冷剂系统的平均蒸发压力，有助于系统的能效提升。

本实施例在除湿模式下，结构特征及取得的有益效果之二为：通过制冷剂侧中压流路的设置，用于中压制冷剂蒸发吸热(预冷进风)的第一进风盘管1和高压制冷剂过冷冷却(再热送风)的送风盘管5实际上起到了类似环路热管的作用，实现了第二进风盘管3前后冷热空气的高效热交换。利用第二进风盘管3后的低温冷空气增大热泵循环过冷度，制冷剂节流后进入第一进风盘管1中用于预冷进风，增强第二进风盘管3的深度除湿作用。但和在第二进风盘管3前后设置独立的环路热管相比，由于靠压缩机驱动提供动力，其换热效果和稳定性较独立的环路热管更好。

2、再热模式(参见图2)

该模式下往室内的送风全部由室外新风构成。特点在于室外新风的温度较低(例如干球温度16℃，湿球温度14℃的工况)，但仍需除湿并保证送风温度(高于室内回风状态对应的露点温度或者国标规定的22℃)。

本实施例在再热模式下，部件状态为：中间混风风口24处的风门关闭。送风风机27和排风风机28开启，但排风风机28转速较除湿模式更低。四通换向阀9的E口和S口相连，使第二进风盘管3和压缩机8的吸气口连通；C口和D口相连，使排风盘管7和压缩机8的排气口连通。排气电磁阀10导通。第一单向阀11导通，第二单向阀12反向截止。压缩机8中间补气口关闭。第一节流元件2开度为0，处于完全关闭状态。第二节流元件4按需调节开度。

本实施例在再热模式下，空气流路状态为：室外新风从进风风口22引入，在送风风机27驱动下，分别流经第二进风盘管3降温除湿和送风盘管5再热后，由送风风口23送入室内。室内回风从回风风口25引入，在排风风机28驱动下，依次流经回风盘管6和排风盘管7带走制冷剂冷凝及过冷热后，从排风风口26排至室外。

本实施例在再热模式下，制冷剂循环流路状态为：制冷剂流向与除湿模式一致。区别之一在于第一进风盘管1所在制冷剂流路关闭，因为进风温度低而湿度很高，此时预冷除湿的作用不大。区别之二在于排气电磁阀10导通，压缩机8排气分为两部分：除同样流经排风盘管7和回风盘管6冷凝及过冷的支路外，另一部分直接旁通到送风盘管5的入口，两部分混合后再进入送风盘管5再热送风。

本实施例在再热模式下，控制方法为：第二节流元件4、送风风机27以及排风风机28的控制策略与除湿模式一致。压缩机8的控制目标转化为控制送风温度，当送风空气传感器30测得的送风温度低于用户设定值，增大压缩机8的转速，反之则减小压缩机8的转速。

本实施例在再热模式下，结构特征及取得的有益效果之一为：该模式下，通过排气电磁阀10的开启，改变了送风盘管5入口的制冷剂状态，调节送风盘管5中冷凝再热和过冷再热的比例(冷凝再热较过冷再热换热量大)，即使低环境工况(例如，进风干球温度16℃/湿球温度14℃)下也能保证送风温度。

本实施例在再热模式下，结构特征及取得的有益效果之二为：第一进风盘管1和送风盘管5构成的类环路热管，由于融入制冷剂环路中，在该模式下送风盘管5的再热作用得以保留，保证了所需送风温度。若采取独立环路热管，由于该模式下进风温度低而湿度高的特点，用于转移至第二进风盘管3之后的加热量有限，送风温度将偏低。

3、制热模式(参见图3)

该模式加热室外新风后送入室内。适合冬季寒冷工况。

本实施例在制热模式下，部件状态为：空气流路的部件状态与再热模式一致。制冷剂环路流向反转，四通换向阀9的C口和S口相连，使排风盘管7和压缩机8的吸气口连通；E口和D口相连，使第二进风盘管3和压缩机8的排气口连通。排气电磁阀10截止。第二单向阀12导通，第一单向阀11反向截止，使送风盘管5被短路旁通。压缩机8中间补气口关闭。第一节流元件2开度为0，处于完全关闭状态。第二节流元件4按需调节开度。

本实施例在制热模式下，空气流路状态为：室外新风从进风口22引入，在送风风机27驱动下，流经第二进风盘管3被加热，由送风风口23送入室内。室内回风从回风风口25引入，在排风风机28驱动下，流经回风盘管6和排风盘管7降温，实现排风热回收后，从排风风口26排至室外。

本实施例在制热模式下，制冷剂循环流路状态为：制冷剂环路逆转，流向与除湿模式和再热模式相反。制冷剂在回风盘管6和排风盘管7中蒸发吸热为低压蒸气，经过四通换向阀9被压缩机8吸入，压缩成为高温高压的制冷剂气体，再流经四通换向阀9，进入第二进风盘管3冷凝，向流经的空气散热成为低温高压的制冷剂液体，从第二进风盘管3流出后经第二节流元件4节流，重新成为低温低压制冷剂，经第二单向阀12返回回风盘管6，继续重复制冷剂循环。

本实施例在制热模式下，控制方法为：通过改变压缩机8转速调节制热能力，当送风空气传感器30测得的送风温度低于用户设定值，增大压缩机8的转速，反之则降低压缩机8的转速。第二节流元件4、送风风机27、排风风机28的控制与再热模式一致。

本实施例在制热模式下，结构特征及取得的有益效果为：该模式下，由于制冷剂环路设置有第二旁通回路，通过第一单向阀11的截止与第二单向阀12的导通作用，使得在该模式下制冷剂并不流经送风盘管5，避免第二进风盘管3制冷剂通道流出的低温制冷剂和空气通道流出的高温空气在送风盘管5中进一步接触换热，很好地规避了被升温的空气又被降温的热损失。

本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了描述上便于对部件进行区别。如没有另行声明，上述词语并没有特殊的含义。

上述实施例中未完整展示制冷剂循环和风道的所有部件，实施过程中，在制冷剂回路设置高压储液器、气液分离器、油分离器、过滤器、干燥器等常见制冷辅件，在风道设置空气过滤器、消声器、加湿器、加热器、杀菌装置等空气处理辅件，选用不同的送风喷口和回风格栅，改变风机位置，或不脱离本发明技术方案的精神增加热交换器，风机和风阀等，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。