一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置
阅读说明：本技术 一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置 (Single-machine two-stage compression middle air exhaust heat recovery fresh air processing device ) 是由 苏欢 曾丽萍 李文菁 李阳 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置,包括单独制冷结构和冷热两用结构,还包括单机双级压缩机、常规冷凝器、风扇、第一贮液器、第一制冷节流装置、蒸发器、气液分离器、制冷剂流量控制阀、热回收冷凝器、第二贮液器、第二制冷节流装置、中央冷热水表面换热器、中效过滤器、初效过滤器、高效过滤器、冷却水循环泵、冷却塔、四通换向阀、单向阀、制热贮液器和制热节流装置。本发明利用单机双级压缩中间冷却的原理,回收部分冷凝热用于新风再热的同时可以显著提高系统的能效比,系统简单且控制精度高,可以有效地解决我国中南高湿地区新风处理高能耗的问题。(The invention discloses a single-machine two-stage compression middle air exhaust heat recovery fresh air treatment device which comprises an independent refrigeration structure and a cold and hot dual-purpose structure, and further comprises a single-machine two-stage compressor, a conventional condenser, a fan, a first liquid storage device, a first refrigeration throttling device, an evaporator, a gas-liquid separator, a refrigerant flow control valve, a heat recovery condenser, a second liquid storage device, a second refrigeration throttling device, a central cold and hot water surface heat exchanger, a middle-effect filter, a primary-effect filter, a high-efficiency filter, a cooling water circulating pump, a cooling tower, a four-way reversing valve, a one-way valve, a heating liquid storage device and a heating throttling device. The invention utilizes the principle of single-machine two-stage compression intercooling, can remarkably improve the energy efficiency ratio of the system while recovering part of condensation heat for reheating fresh air, has simple system and high control precision, and can effectively solve the problem of high energy consumption of fresh air treatment in high-humidity areas in the south-middle China.)
技术领域
本发明涉及一种新风处理装置，具体为一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置，属于空气调节技术领域。
背景技术
我国中南地区具有高湿度气候特征，夏季潮湿闷热，空气调节系统为了满足新风以及室内湿负荷所导致的除湿量需求，往往要将空气处理到远低于送风温度的状态点。因此保证送风的温度，空气再热是一种必须的措施。特别是在生物、医疗、卫生领域，很多场合为了避免细菌滋生保证室内洁净度，风机盘管要求干式运行，这就要求新风能够承担全部湿负荷，除湿量更大。要求更严格的场合甚至需要采用避免空气交叉污染的全新风系统。新风需求量大、冷冻除湿量大、再热能耗高、冷冻水温低，这是该类场合新风处理过程的典型特征。
传统的新风处理装置采用了如下的几种方式来实现空气热湿处理：
(1)采用中央冷水机组+电加热：这种方式成本较低，系统简单且控制精度高，但中央冷水机组供回水温度一般为7～12℃，经过管道升温、水泵升温等无法避免的冷量损失后往往供水高于7℃，会导致冷媒无法满足冷却除湿所需的低温要求；采用电加热直接消耗一次能源，能源利用效率低，运行成本高；同时大量冷凝热直接对环境排放，浪费热量且加剧了城市热岛效应的形成。
(2)采用独立制冷机组+电加热：这种方式也较为经济，系统简单且控制精度高，独立制冷机组可以满足冷却除湿所需的低温要求，但依然没有解决能源利用效率低且经济性能差的问题。同时冷凝热量也没有得到回收利用。
(3)采用独立制冷机组+锅炉：这种方式一般在常年有热水或蒸汽需求的场合，具有一定的局限性。采用燃气或燃油锅炉替代直接电加热，能源利用效率提高了，运行成本也低于直接电加热，但制冷系统对外直接排风的冷凝热量依然没有得到回收利用，综合经济性依然较差。
为了节约能源，减少冷凝热对周边环境造成的热污染，冷凝热回收应用于新风处理的方式逐步得到了人们的重视，目前应用于新风处理过程的冷凝热回收技术可以归纳为以下几种类型：
(1)冷凝热回收制造热水：将制冷机组的冷凝热通过部分热回收的方式制造热水，然后通过热水输配管网将热水送至新风处理装置，替代电或者锅炉对新风进行再热处理。该方式虽然回收了冷凝热，但多增加了一个热水循环，使系统变得较复杂。同时增加了两级换热(冷凝器-热水与热水-新风)降低了换热效率。
(2)直接回收冷凝器散热：通过并联或者串联的方式将制冷循环的冷凝器分为主冷凝器(通过冷却水或者室外空气进行散热)与热回收冷凝器 (用于再热新风)实现冷凝热的直接回收。目前这种方式是最为经济高效的，然而这种方式压缩机的能效比由主冷凝器的冷凝温度决定，为了满足散热需求，夏季冷凝温度高达50℃甚至以上(室外空气温度高于35℃)，因此压缩比高，能效比低。而事实上，新风在冷却除湿后的温度很低，因此与新风进行换热的热回收冷凝器并不需要很高的冷凝温度，可见循环效率并没有实现最优化。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置，利用单机双级压缩中间冷却的原理，一方面回收了部分冷凝热用于新风再热；另一方面可以显著提高压缩机的能效比。系统简单且可以保证较高的控制精度，有效地解决了我国中南高湿地区新风处理高能耗的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置，包括单独制冷结构和冷热两用结构，还包括单机双级压缩机、常规冷凝器、风扇、第一贮液器、第一制冷节流装置、蒸发器、气液分离器、制冷剂流量控制阀、热回收冷凝器、第二贮液器、第二制冷节流装置、中央冷热水表面换热器、中效过滤器、初效过滤器、高效过滤器、冷却水循环泵、冷却塔、四通换向阀、单向阀、制热贮液器和制热节流装置；
单独制冷结构时，所述单机双级压缩机的高压排气口与常规冷凝器相连，所述常规冷凝器与第一贮液器的入口相连，所述风扇设置在常规冷凝器的一侧，所述常规冷凝器与冷却塔及冷却水循环泵组成冷却水循环，所述第一贮液器的出口与第一制冷节流装置入口连接，所述第一节制冷流装置出口与蒸发器入口相连，所述蒸发器出口与气液分离器入口连接，所述气液分离器出口与单机双级压缩机吸气口连接，所述单机双级压缩机的中间排气口与制冷剂流量调节阀入口连接，所述制冷剂流量调节阀的出口与热回收冷凝器入口连接，所述热回收冷凝器出口与第二贮液器的入口连接，所述第二贮液器的出口与第二制冷节流装置入口相连，所述第二制冷节流装置出口与蒸发器相连，所述中央冷热水表面换热器的入口与出口分别与空调水系统的供回水连接，所述初效过滤器、中效过滤器、中央冷热水表面换热器、蒸发器、挡水板、热回收冷凝器以及高效过滤器依次流经新风；
冷热两用结构时，所述单机双级压缩机的高压排气口与四通换向阀入口连接，所述四通换向阀的其余三个端口再分别与常规冷凝器、蒸发器以及气液分离器相连，所述常规冷凝器出口分别与第一贮液器和制热节流装置连接，所述第一贮液器与单向阀连接，所述单向阀出口与第一制冷节流装置连接；制热节流阀与单向阀出口连接，所述单向阀入口与制热贮液器连接，所述制热贮液器以及第一制冷节流装置都与蒸发器连接，所述蒸发器与四通换向阀连接，所述单机双级压缩机的中间排气口与制冷剂流量调节阀入口连接，所述制冷剂流量调节阀的出口与热回收冷凝器入口连接，所述热回收冷凝器出口与第二贮液器的入口连接，所述第二贮液器的出口与第二制冷节流装置入口相连，所述第二制冷节流装置出口与蒸发器相连，所述初效过滤器、中效过滤器、蒸发器、挡水板、热回收冷凝器以及高效过滤器依次流经新风。
作为本发明再进一步的方案：所述单独制冷结构和冷热两用结构为两种不同的结构形式，当有便于取用的集中冷热源时优先采用单独制冷结构，当没有便于取用的集中冷热源时采用冷热两用结构。
作为本发明再进一步的方案：所述热回收冷凝器后设有温度传感器，通过该温度信号对制冷剂流量调节阀开启度进行控制。
作为本发明再进一步的方案：所述制冷剂流量调节阀根据新风入口或室外设置的温度传感器探测的室外温度信号控制处于开启或者关闭状态。
作为本发明再进一步的方案：所述蒸发器与热回收冷凝器之间设有挡水板，蒸发器与中央冷热水表面换热器所处的冷却段底部设有凝水盘，凝水盘与凝水排水管相连通。
作为本发明再进一步的方案：所述常规冷凝器可以是翅片管换热器、板式换热器、壳管式换热器等，当采用风冷时，常规冷凝器通过风扇引风使室外空气、室内排风或室内排风与室外空气的混合气流均匀流过翅片管换热器，当采用水冷时，常规冷凝器与冷却塔及冷却水循环泵组成冷却水循环。
作为本发明再进一步的方案：所述第一制冷节流装置、第二制冷节流装置以及制热节流装置可以采用电子膨胀阀、毛细管或者热力膨胀阀。
本发明的有益效果是：该单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置设计合理，1)可以为新风处理提供低温冷源，避免了中央冷水无法满足高除湿量的低温要求；2)可以回收冷凝热为新风的再热过程提供免费热量；3) 可以改善压缩机的工作条件，降低压缩比，节约压缩机的输入电能。综上所述，本发明高效、节能、智能控制、优化运行、安全可靠、低成本与运行费用低的特点。
附图说明
图1为本发明风冷模式下的单独制冷结构示意图；
图2为本发明水冷模式下的单独制冷结构示意图；
图3为本发明冷热两用结构示意图。
图中：1、单机双级压缩机，2、常规冷凝器，3、风扇，4、第一贮液器，5、第一制冷节流装置，6、蒸发器，7、气液分离器，8、制冷剂流量控制阀，9、热回收冷凝器，10、第二贮液器，11、第二制冷节流装置，12、中央冷热水表面换热器，13、中效过滤器，14、初效过滤器，15、高效过滤器，16、冷却水循环泵，17、冷却塔，18、四通换向阀，19、单向阀，20、制热贮液器和21、制热节流装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，一种单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置，包括单独制冷结构和冷热两用结构，还包括单机双级压缩机1、常规冷凝器2、风扇3、第一贮液器4、第一制冷节流装置5、蒸发器6、气液分离器7、制冷剂流量控制阀8、热回收冷凝器9、第二贮液器10、第二制冷节流装置11、中央冷热水表面换热器12、中效过滤器13、初效过滤器14、高效过滤器15、冷却水循环泵16、冷却塔17、四通换向阀18、单向阀19、制热贮液器20和制热节流装置21；
单独制冷结构时，所述单机双级压缩机1的高压排气口与常规冷凝器2 相连，所述常规冷凝器2与第一贮液器4的入口相连，所述风扇3设置在常规冷凝器2的一侧，所述常规冷凝器2与冷却塔17及冷却水循环泵16组成冷却水循环，所述第一贮液器4的出口与第一制冷节流装置5入口连接，所述第一节制冷流装置5出口与蒸发器6入口相连，所述蒸发器6出口与气液分离器7入口连接，所述气液分离器7出口与单机双级压缩机1吸气口连接，所述单机双级压缩机1的中间排气口与制冷剂流量调节阀8入口连接，所述制冷剂流量调节阀8的出口与热回收冷凝器9入口连接，所述热回收冷凝器9出口与第二贮液器10的入口连接，所述第二贮液器10的出口与第二制冷节流装置11入口相连，所述第二制冷节流装置11出口与蒸发器6相连，所述中央冷热水表面换热器12的入口与出口分别与空调水系统的供回水连接，所述初效过滤器14、中效过滤器13、中央冷热水表面换热器12、蒸发器6、挡水板、热回收冷凝器9以及高效过滤器15依次流经新风；
冷热两用结构时，所述单机双级压缩机1的高压排气口与四通换向阀18 入口连接，所述四通换向阀18的其余三个端口再分别与常规冷凝器2、蒸发器6以及气液分离器7相连，所述常规冷凝器2出口分别与第一贮液器4和制热节流装置21连接，所述第一贮液器4与单向阀19连接，所述单向阀19 出口与第一制冷节流装置5连接；制热节流阀与单向阀19出口连接，所述单向阀19入口与制热贮液器20连接，所述制热贮液器20以及第一制冷节流装置5都与蒸发器6连接，所述蒸发器6与四通换向阀18连接，所述单机双级压缩机1的中间排气口与制冷剂流量调节阀8入口连接，所述制冷剂流量调节阀8的出口与热回收冷凝器9入口连接，所述热回收冷凝器9出口与第二贮液器10的入口连接，所述第二贮液器10的出口与第二制冷节流装置11入口相连，所述第二制冷节流装置11出口与蒸发器6相连，所述初效过滤器14、中效过滤器13、蒸发器6、挡水板、热回收冷凝器9以及高效过滤器15依次流经新风；
进一步的，在本发明实施例中，所述单独制冷结构和冷热两用结构为两种不同的结构形式，当有便于取用的集中冷热源时优先采用单独制冷结构，当没有便于取用的集中冷热源时采用冷热两用结构。
进一步的，在本发明实施例中，所述热回收冷凝器9后设有温度传感器，通过该温度信号对制冷剂流量调节阀8开启度进行控制。
进一步的，在本发明实施例中，所述制冷剂流量调节阀8根据新风入口或室外设置的温度传感器探测的室外温度信号控制处于开启或者关闭状态。
进一步的，在本发明实施例中，所述蒸发器6与热回收冷凝器9之间设有挡水板，蒸发器6与中央冷热水表面换热器12所处的冷却段底部设有凝水盘，凝水盘与凝水排水管相连通。
进一步的，在本发明实施例中，所述常规冷凝器2可以是翅片管换热器、板式换热器、壳管式换热器等，当采用风冷时，常规冷凝器2通过风扇3引风使室外空气、室内排风或室内排风与室外空气的混合气流均匀流过翅片管换热器，当采用水冷时，常规冷凝器2与冷却塔17及冷却水循环泵 16组成冷却水循环。
进一步的，在本发明实施例中，所述第一制冷节流装置5、第二制冷节流装置11以及制热节流装置21可以采用电子膨胀阀、毛细管或者热力膨胀阀。
工作原理：在使用该单机双级压缩中间抽气热回收新风处理装置时，单独制冷结构夏季系统运行时，由单机双级压缩机1高压排气口排出的高温高压制冷剂进入常规冷凝器2，经冷凝后制冷剂变为高温高压液体进入第一贮液器4，第一贮液器4出口的制冷剂经过第一制冷节流装置5后压力降低，在蒸发器6内吸热蒸发变为低温低压制冷剂气体。单机双级压缩机1的中间排气口排出的中温中压制冷剂气体流经制冷剂流量调节阀8，进入热回收冷凝器9，中温中压制冷剂气体与低温新风进行热交换后被冷凝为中温中压制冷剂液体，制冷剂液体由热回收冷凝器8出口排出进入第二贮液器10，再流经第二制冷节流装置11压力降低，在蒸发器6中吸热蒸发变为低温低压制冷剂气体。最终由蒸发器6出口排出的低温低压制冷剂气体流经气液分离器 7进入单机双级压缩机1的吸气口。室外高温高湿新风引入后，经过初效过滤器14、中效过滤器13后先与中央冷水表面换热器12进行一次冷却，然后再与蒸发器6换热被二次冷却，达到所需的除湿量要求。低温新风再经过热回收冷凝器8，被加热后达到新风处理状态点，最后经过高效过滤器15直接送入室内或与回风混合后送入室内。设置于热回收冷凝器后的温度传感器，探测加热后的新风温度，并根据该温度信号控制制冷剂流量调节阀8的开度，实现新风处理状态的精确控制。
单独制冷结构冬季系统运行时，单机双级压缩机1停止运行，室外低温新风经过初效过滤器14、中效过滤器13后由中央热水表面换热器12加热到需要处理的温度状态。
冷热两用结构夏季运行时，单机双级压缩机1的高压排气口排出的高温高压制冷剂气体进入四通换向阀18，然后进入常规冷凝器2，经冷凝后制冷剂变为高温高压液体进入第一贮液器4，第一贮液器4出口的制冷剂经过单向阀19和第一制冷节流装置5后压力降低，在蒸发器6内吸热蒸发变为低温低压制冷剂气体。单机双级压缩机1的中间排气口排出的中温中压制冷剂气体流经制冷剂流量调节阀8，进入热回收冷凝器9，中温中压制冷剂气体与低温新风进行热交换后被冷凝为中温中压制冷剂液体，制冷剂液体由热回收冷凝器9出口排出进入第二贮液器10，再流经第二制冷节流装置11压力降低，在蒸发器6中吸热蒸发变为低温低压制冷剂气体。最终由蒸发器6出口排出的低温低压制冷剂气体流经四通换向阀18后进入气液分离器7，最后回到单机双级压缩机1的吸气口。室外高温高湿新风引入后，经过初效过滤器14、中效过滤器后13与蒸发器6换热被冷却，达到所需的除湿量要求。低温新风再经过热回收冷凝器9，被加热后达到新风处理状态点，最后经过高效过滤器15直接送入室内或与回风混合后送入室内。设置于热回收冷凝器9后的温度传感器，探测加热后的新风温度，并根据该温度信号控制制冷剂流量调节阀8的开度，实现新风处理状态的精确控制。设置于新风入口的温度传感器探测室外空气温度，并根据室外温度信号控制制冷剂流量调节阀 8为开启状态。
冷热两用结构冬季运行时，单机双级压缩机1的高压排气口排出的高温高压制冷剂气体进入四通换向阀18，然后进入蒸发器此时蒸发器转变为冷凝器6，与新风进行换热后，高温高压制冷剂气体被冷凝为高温高压液体进入制热贮液器20，制热贮液器20出口的制冷剂经过单向阀19和制热节流装置 21后压力降低进入常规冷凝器此时常规冷凝器转变为蒸发器6，吸热蒸发变为低温低压制冷剂气体，然后流经四通换向阀18后进入气液分离器7，最后回到单机双级压缩机1的吸气口。单机双级压缩机1的中间排气口此时没有中间制冷剂排出，制冷剂流量调节阀11处于关闭状态。室外低温新风引入后，经过初效过滤器14、中效过滤器13后与蒸发器此时蒸发器转变为冷凝器6换热，被加热到所需的处理温度要求，最后经过高效过滤器15直接送入室内或与回风混合后送入室内。设置于新风入口的温度传感器探测室外空气温度，并根据室外温度信号控制制冷剂流量调节阀8为关闭状态。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。