用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱泵系統(tǒng)及其操作方法
【專利說明】用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱泵系統(tǒng)及其操作方法
[0001]本申請是申請日為2012年01月18日、申請?zhí)枮?01280006006.9、名稱為“具有預(yù)處理模塊的熱栗系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請是于2011年I月19日提交的、標(biāo)題為“具有預(yù)處理模塊的熱栗系統(tǒng)(HeatPump System Having a Pre-Processing Module) ” 的美國專利申請 13/009, 222 的部分繼續(xù)申請，其全部主題明確以其全文通過引用并入本文。
[0004]本申請還要求于2012年I月16日提交的、標(biāo)題為“具有預(yù)處理模塊的熱栗系統(tǒng)(Heat Pump System Having a Pre-Processing Module) ” 的美國專利申請 13/350, 902 的優(yōu)先權(quán)，其全部主題明確以其全文通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0005]本文所述的主題涉及熱栗系統(tǒng)，以及更具體地涉及適于低溫操作的熱栗系統(tǒng)。
[0006]現(xiàn)有的空氣-空氣熱栗通常包括供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道。能量交換模塊在供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道之間延伸。能量交換模塊在供應(yīng)空氣通道內(nèi)的外界空氣和再生空氣通道內(nèi)的再生空氣之間傳遞顯熱和/或潛熱。供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道還包括熱交換器。供應(yīng)空氣通道包括供應(yīng)空氣熱交換器，以及再生空氣通道包括再生空氣熱交換器。供應(yīng)空氣熱交換器和再生空氣熱交換器通過制冷系統(tǒng)處于流體連通以便在外界空氣和再生空氣之間進(jìn)一步傳遞熱量。在冬季模式下，再生空氣中的熱量和/或水分被傳遞到外界空氣以便產(chǎn)生從供應(yīng)空氣通道排出的被加熱和/或加濕的供應(yīng)空氣。在夏季模式下，夕卜界空氣中的熱量和水分被傳遞到再生空氣以便生成從供應(yīng)空氣通道排出的被冷卻和除濕的供應(yīng)空氣。
[0007]然而，傳統(tǒng)的熱栗系統(tǒng)并非沒有自身的缺陷。在冬季模式下，當(dāng)外界溫度已降至約35° F/33° F以下時，會在再生空氣熱交換器的盤管上結(jié)霜。因此必須關(guān)閉熱栗系統(tǒng)以便使得盤管可除霜。在熱栗系統(tǒng)關(guān)閉的時間段內(nèi)，裝有熱栗系統(tǒng)的建筑物必須以無熱源的方式運行或需要輔助熱源或再循環(huán)空氣。此外，在夏季模式下，會需要再生空氣熱交換器將大量的熱供應(yīng)給再生空氣。因此，再生空氣熱交換器的效率會顯著降低。
[0008]對于下述裝置存在需求，所述裝置在冬季模式下預(yù)熱再生空氣以便在約35° F/33° F以下的溫度下防止在再生空氣熱交換器上結(jié)霜。存在另一個需求，即在夏季模式下通過在再生空氣中利用預(yù)處理模塊來降低冷凝溫度來提高再生空氣熱交換器的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個實施例中，提供一種用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱栗系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于接收外界空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)的供應(yīng)空氣通道。再生空氣通道設(shè)置成從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。能量回收模塊設(shè)置成具有位于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的供應(yīng)空氣側(cè)和位于再生空氣通道內(nèi)的再生空氣偵U。在冬季模式下，能量回收模塊的再生空氣側(cè)從再生空氣通道內(nèi)的再生空氣去除熱量和水分。再生空氣熱交換器位于能量回收模塊的再生空氣側(cè)下游的再生空氣通道內(nèi)。在冬季模式下，再生空氣熱交換器從再生空氣去除熱量。再生空氣熱交換器排出排風(fēng)。預(yù)處理模塊在能量回收模塊的再生空氣側(cè)和再生空氣熱交換器之間定位于再生空氣通道內(nèi)。在冬季模式下，預(yù)處理模塊加熱來自能量回收模塊的再生空氣以便防止在再生空氣熱交換器上結(jié)霜。
[0010]在另一個實施例中，提供一種用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱栗系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于接收外界空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)的供應(yīng)空氣通道。再生空氣通道設(shè)置成從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。能量回收模塊設(shè)置成具有位于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的供應(yīng)空氣側(cè)和位于再生空氣通道內(nèi)的再生空氣偵U。在夏季模式下，能量回收模塊的再生空氣側(cè)加熱和加濕再生空氣通道內(nèi)的再生空氣。再生空氣熱交換器位于能量回收模塊的再生空氣側(cè)下游的再生空氣通道內(nèi)。在夏季模式下，再生空氣熱交換器加熱再生空氣。再生空氣熱交換器排出排風(fēng)。預(yù)處理模塊在能量回收模塊的再生空氣側(cè)和再生空氣熱交換器之間定位于再生空氣通道內(nèi)。在夏季模式下，預(yù)處理模塊加熱來自能量回收模塊的再生空氣以便降低冷凝溫度以及提高再生空氣熱交換器的效率。
[0011]在另一個實施例中，提供一種用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱栗系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于接收外界空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)的供應(yīng)空氣通道。再生空氣通道設(shè)置成從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。供應(yīng)空氣熱交換器位于供應(yīng)空氣通道內(nèi)以便控制調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣通道內(nèi)的外界空氣。再生空氣熱交換器位于再生空氣通道內(nèi)以便控制調(diào)節(jié)再生空氣通道內(nèi)的再生空氣。熱量在再生空氣熱交換器和供應(yīng)空氣熱交換器之間傳遞。預(yù)處理模塊位于再生空氣熱交換器上游的再生空氣通道內(nèi)。預(yù)處理模塊加熱再生空氣通道內(nèi)的再生空氣。
[0012]在另一個實施例中，提供一種用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的方法。該方法包括鄰近再生空氣通道來定位供應(yīng)空氣通道。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。供應(yīng)空氣通道接收外界空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)。再生空氣通道從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)。將供應(yīng)空氣熱交換器定位在供應(yīng)空氣通道內(nèi)以便控制調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣通道內(nèi)的外界空氣。將再生空氣熱交換器定位在再生空氣通道內(nèi)以便控制調(diào)節(jié)再生空氣通道內(nèi)的再生空氣。在再生空氣熱交換器和供應(yīng)空氣熱交換器之間傳遞熱量。將預(yù)處理模塊定位在再生空氣熱交換器上游的再生空氣通道內(nèi)。由預(yù)處理模塊加熱再生空氣通道內(nèi)的再生空氣。
[0013]在另一個實施例中，提供一種用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的方法。該方法包括鄰近再生空氣通道來定位供應(yīng)空氣通道。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。供應(yīng)空氣通道接收外界空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)。再生空氣通道從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)。將能量回收模塊的供應(yīng)空氣側(cè)定位在供應(yīng)空氣通道內(nèi)。將能量回收模塊的再生空氣側(cè)定位在再生空氣通道內(nèi)。能量回收模塊在再生空氣與外界空氣之間傳遞熱量和水分。將再生空氣熱交換器定位在能量回收模塊的再生空氣側(cè)下游的再生空氣通道內(nèi)。由再生空氣熱交換器控制調(diào)節(jié)再生空氣。將預(yù)處理模塊在能量回收模塊的再生空氣側(cè)和再生空氣熱交換器之間定位于再生空氣通道內(nèi)。由預(yù)處理模塊加熱再生空氣通道內(nèi)的再生空Ho
[0014]某些實施例提供了用于在空間內(nèi)控制調(diào)節(jié)空氣的熱栗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括配置成接收空氣以及將供應(yīng)空氣排出到空間內(nèi)的供應(yīng)空氣通道。供應(yīng)空氣通道具有供應(yīng)空氣入口和供應(yīng)空氣出口。該系統(tǒng)還可包括配置成從空間接收再生空氣以及排出排風(fēng)的再生空氣通道。再生空氣通道和供應(yīng)空氣通道由隔板分隔開。再生空氣通道具有再生空氣入口和再生空氣出口。
[0015]再生空氣熱交換器位于再生空氣通道內(nèi)。再生空氣熱交換器配置成在加熱循環(huán)過程中從再生空氣去除熱量。
[0016]至少一個再循環(huán)風(fēng)擋(阻尼器)位于該隔板內(nèi)。至少一個再循環(huán)風(fēng)擋配置成在除霜循環(huán)過程中打開以便提供再生空氣的再循環(huán)回路，再生空氣再循環(huán)通過由供應(yīng)空氣通道的預(yù)處理段的至少一部分和再生空氣通道下游段的至少一部分所限定的除霜空氣流動通路。排風(fēng)的再循環(huán)回路在除霜循環(huán)過程中從再生空氣熱交換器除霜。
[0017]所述至少一個再循環(huán)風(fēng)擋可包括第一和第二再循環(huán)風(fēng)擋。例如第一和第二再循環(huán)風(fēng)擋可在隔板上被分隔開。
[0018]熱栗系統(tǒng)還可包括在供應(yīng)入口附近設(shè)置于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的入口風(fēng)擋。入口風(fēng)擋在除霜循環(huán)過程中關(guān)閉以及在加熱循環(huán)過程中打開。所述熱栗系統(tǒng)還可包括在再生空氣出口附近設(shè)置于再生空氣通道內(nèi)的出口風(fēng)擋。出口風(fēng)擋在除霜循環(huán)過程中關(guān)閉以及在加熱循環(huán)過程中打開。
[0019]熱栗系統(tǒng)還可包括設(shè)置于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的預(yù)熱器。再生空氣的再循環(huán)回路在除霜循環(huán)過程中通過預(yù)熱器。
[0020]熱栗系統(tǒng)還可包括設(shè)置于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的加濕器。再生空氣的再循環(huán)回路在除霜循環(huán)過程中通過加濕器。
[0021]熱栗系統(tǒng)還可包括能量回收模塊，能量回收模塊具有位于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的供應(yīng)空氣側(cè)和位于再生空氣通道內(nèi)的再生空氣側(cè)。能量回收模塊的再生空氣側(cè)配置成在加熱循環(huán)過程中從再生空氣通道內(nèi)的再生空氣去除熱量和水分。
[0022]熱栗系統(tǒng)還可包括預(yù)處理模塊，預(yù)處理模塊在能量回收模塊的再生空氣側(cè)和再生空氣熱交換器之間定位于再生空氣通道內(nèi)。在加熱循環(huán)過程中，預(yù)處理模塊配置成加熱來自能量回收模塊的再生空氣以便防止在再生空氣熱交換器上結(jié)霜。
[0023]熱栗系統(tǒng)還可包括壓縮機，其配置成控制調(diào)節(jié)流動通過再生空氣熱交換器的制冷劑。所述熱栗系統(tǒng)還可包括可操作地連接到所述壓縮機的水頭壓力控制閥。水頭壓力控制閥配置成用于確保壓縮機正常運作。
[0024]熱栗系統(tǒng)還可包括連接到再生空氣熱交換器的制冷劑通路。閥設(shè)置于制冷劑通路內(nèi)。所述閥在加熱循環(huán)過程中關(guān)閉以及在除霜循環(huán)過程中打開。所述閥可包括電磁閥，或各種其它類型的關(guān)閉裝置。所述熱栗系統(tǒng)還可包括通過制冷劑通路連接到再生空氣熱交換器的熱氣體再加熱盤管。
[0025]熱栗系統(tǒng)還可包括位于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的至少一個供應(yīng)空氣風(fēng)扇，和位于再生空氣通道內(nèi)的至少一個再生空氣風(fēng)扇。
[0026]熱栗系統(tǒng)還可包括配置成在加熱循環(huán)和除霜循環(huán)之間選擇性地操作熱栗系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。加熱循環(huán)可在第一時間段內(nèi)進(jìn)行，以及除霜循環(huán)可在第二時間段內(nèi)進(jìn)行。第二時間段可短于第一時間段。第二時間段可在第一時間段的10-20%之間。
[0027]某些實施例提供防止在熱栗系統(tǒng)的再生空氣通道內(nèi)的再生空氣熱交換器上結(jié)霜的方法。該方法可包括停用分別定位于供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道內(nèi)的供氣風(fēng)扇和排風(fēng)風(fēng)扇，關(guān)閉分別設(shè)置于供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道內(nèi)的入口風(fēng)擋和出口風(fēng)擋，打開設(shè)置于將供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道分隔開的隔板內(nèi)的再循環(huán)風(fēng)擋，以及使得再生空氣回路在供應(yīng)空氣通道和再生空氣通道之間再循環(huán)，其中所述再生空氣回路從再生空氣熱交換器除霜O
[0028]該方法還可包括打開在連接壓縮機和再生空氣熱交換器的制冷劑管路內(nèi)的閥。
[0029]該方法還可包括選擇性地操作與再生空氣熱交換器處于流體連通的熱氣體再加熱盤管。
[0030]該方法還可包括使得再生空氣回路通過設(shè)置于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的預(yù)熱器。該方法還可包括使得再生空氣回路通過設(shè)置于供應(yīng)空氣通道內(nèi)的加濕器。
[0031]某些實施例提供了操作熱栗系統(tǒng)的方法，以便加熱空間以及給設(shè)置于再生空氣通道內(nèi)的再生空氣熱交換器除霜。該方法可包括在加熱循環(huán)過程中使得熱栗系統(tǒng)運行第一時間段，在第一時間段過后將熱栗系統(tǒng)從加熱循環(huán)轉(zhuǎn)變到除霜循環(huán)，在除霜循環(huán)過程中使得熱栗系統(tǒng)運行第二時間段，并通過在除霜循環(huán)過程中使得熱栗系統(tǒng)運行第二時間段來防止在再生空氣熱交換器上結(jié)霜。該方法還可包括在第二時間段過后將熱栗系統(tǒng)轉(zhuǎn)變回到加熱循環(huán)。
【附圖說明】
[0032]圖1是根據(jù)一個實施例形成的且以冬季模式操作(運行)的熱栗系統(tǒng)的示意圖；
[0033]圖2是根據(jù)一個實施例形成的且以冬季模式操作的制冷劑系統(tǒng)的示意圖；
[0034]圖3是示出在圖1中示出且以冬季模式操作的熱栗系統(tǒng)性能的圖表；
[0035]圖4是示出在圖1中示出且以冬季模式操作的熱栗系統(tǒng)性能的焓濕圖；
[0036]圖5是示出在圖1中示出且以夏季模式操作的熱栗系統(tǒng)的示意圖；
[0037]圖6是示出在圖2中示出且以夏季模式操作的制冷劑系統(tǒng)的示意圖；
[0038]圖7是示出在圖5中示出且以夏季模式操作的熱栗系統(tǒng)性能的圖表；
[0039]圖8是示出在圖5中示出且以夏季模式操作的熱栗系統(tǒng)性能的焓濕圖；
[0040]圖9是根據(jù)一個實施例形成的熱栗系統(tǒng)的示意圖；
[0041]圖10是根據(jù)一個實施例形成的制冷劑系統(tǒng)的示意圖；
[0042]圖11是示出根據(jù)一個實施例的熱栗系統(tǒng)的加熱和除霜循環(huán)的圖；
[0043]圖12是示出根據(jù)一個實施例操作熱栗系統(tǒng)過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0044]當(dāng)結(jié)合附圖一起閱讀時將更好地理解前面的概述以及下面對某些實施例的詳細(xì)描述。如本文所用的那樣，以單數(shù)形式描述和以詞語“一”或“一個”繼續(xù)的元件或步驟應(yīng)被理解成不排除復(fù)數(shù)個所述元件或步驟，除非明確說明這種排除。此外，對“一個實施例”的引用并不意圖解釋為排除同樣結(jié)合所述特征的另外實施例的存在。此外，除非明確說明與此相反，否則“具有”或“包括”具有特定性能的一個元件或多個元件的實施例可包括另外的不具有該性能的這種元件。
[0045]圖1是根據(jù)一個實施例形成的且以冬季模式200操作的熱栗系統(tǒng)104的示意圖。熱栗系統(tǒng)104與制冷劑系統(tǒng)102 (如圖2中所示)處于流體連通。熱栗系統(tǒng)104配置成在供應(yīng)空氣通道106和再生空氣通道108之間交換顯熱和潛熱。在一個實施例中，熱栗系統(tǒng)104可僅僅用于傳遞顯熱。供應(yīng)空氣通道106鄰近再生空氣通道108定位。供應(yīng)空氣通道106和再生空氣通道108由隔板109分隔開。供應(yīng)空氣通道106在入口 110和出口 112之間延伸。入口 I1接收外界空氣114。出口 112將供應(yīng)空氣116排出到空間118內(nèi)。空間118可以是建筑物、房間、封閉結(jié)構(gòu)等。再生空氣通道108包括入口 120和出口 122。入口120接收再生空氣124。再生空氣124可包括來自空間118的回風(fēng)。出口 122將排風(fēng)126排出到外界大氣內(nèi)。
[0046]能量回收模塊130在再生空氣通道108和供應(yīng)空氣通道106之間延伸。在一個實施例中，熱栗系統(tǒng)104可為不包括能量回收模塊130的空氣-空氣熱栗。能量回收模塊130包括再生空氣側(cè)132和供應(yīng)空氣側(cè)134。再生空氣側(cè)132位于再生空氣通道108內(nèi)。供應(yīng)空氣側(cè)134位于供應(yīng)空氣通道106內(nèi)。能量回收模塊130在再生空氣側(cè)132和供應(yīng)空氣側(cè)134之間傳遞顯熱和潛熱。能量回收模塊130在供應(yīng)空氣通道106和再生空氣通道108之間傳遞顯熱和潛熱。在一個實施例中，能量回收模塊130可為板片式熱交換器器、能量回收輪、熱管、熱焓栗等。
[0047]在一個實施例中，供應(yīng)空氣通道106可包括預(yù)熱器。應(yīng)當(dāng)指出的是預(yù)熱器為任選組件，其可不包括在熱栗系統(tǒng)104內(nèi)。預(yù)熱器可位于能量回收模塊130的供應(yīng)空氣側(cè)134的上游。在一個實施例中，預(yù)熱器接收并加熱外界