基于CO₂跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统的制作方法

专利名称：基于CO₂跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统的制作方法
技术领域：
本发明属于热泵技术领域，尤其涉及CO2跨临界热泵循环系统以及应用该循环系统的衣物干燥装置。
背景技术：
热泵技术作为一种新能源技术，与电加热、PTC加热等能量转换方式不同，是一种能量转移装置。是以消耗部分能源为代价，从低位热源中吸取热量，然后将消耗的能源与吸取的热量一起传递给高位热源，实现加热的目的。热泵技术作为空气调节中冬季采暖的一种方式被广泛应用，常规的热泵循环系统包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、四通换向阀以及控制系统，各部件通过管路连接在一起，通过四通换向阀的转换，热泵系统可以进行制冷和制热循环，制冷剂采用HCFCs和HFCs类化合物，最常用的是HCFC22的亚临界循环。干衣机在日本及西方发达国家已经比较普及。在日本就有70%以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，随着人们生活水平的提高,也逐步产生了社会需求。现有干衣机可以分为不同的类别。按照烘干所使用的能源可以分为燃气式、电热丝加热式、PTC自限温元件加热式。其中，燃气式干衣机在我国不多见，在欧美却很流行。现有干衣机存在以下问题:①能耗指标不理想。首先，为全新风形式，排出空气中仍然含有大量的热能，这会造成能源的浪费；其次，现有干衣机不管是电加热还是PTC加热，均为能量转换装置，即衣物中水分蒸发所需要的热量完全由电能转化而来。②干衣过程工作温度高，一般在60°C以上，对丝绸、羊绒等高档衣料有很大损害，限制了其使用范围。③干衣机常用于阴雨天气，此时环境湿度高，但某些类型的干衣机将吸收水分之后的潮湿空气排向室内，将进一步恶化室内空气条件。有些类型干衣机则利用排风管将空气排至室外，但这样占地面积大，影响室内美观，且安装施工均较为不便。某些类型的干衣机利用机体内的循环热风，把衣物内蒸发出来的水蒸气通过特定的冷凝器冷凝成水，再从机内的排水管流出。这种方式虽然一般不会对室内空气环境造成影响，但是因为经历了一个冷凝过程，导致它比排气式要耗电(或者耗
能)。现有技术中也有把热泵技术应用到干衣机中的案例，专利200610153406.9公开了一种热泵干衣机，采用常规的蒸汽压缩制冷循环提供干衣热量；并通过引入新风和排出热风来调节干衣温度。专利200610137612.0公开了一种将热泵系统作为一个整体可拉出的热泵干衣机。专利200910038595.9公开了一种空调干衣一体机，即利用空调热泵系统的热量实现干衣功能。专利200980104497.9公开了热泵串联二级电加热的干衣机。上述应用热泵技术的干衣机的不足是；尽管都是利用热泵系统来实现干衣的能量循环，但其热泵系统都是常规的亚临界蒸汽压缩制冷循环，多数使用HCFC22、HFC134a制冷剂，HCFC22制冷剂对臭氧层有破坏作用，发达国家已经限制使用，我国2030年以后也不允许使用，HFC134a虽然对臭氧层没有破坏，但是GWP值却为1200，也属于过渡产品。同时HCFC22、HFC134a的热泵循环，受制冷剂排气温度限制，一般干衣的空气温度都在50°C以下，干衣时间较长，适用的范围比较小，而且，由于热泵循环吸热量和放热量是不平衡的，所以采用闭式空气循环时无法实现能量平衡，如果不加以辅助平衡会导致温度升高、工作不稳定，对室内环境会有一定的影响。

发明内容
本发明的目的是针对现现有技术存在的问题，提供一种采用CO2作为制冷剂的热泵循环系统的衣物干燥装置，对环境无害，可提供宽广的温度范围，适应不同的织物，可有效减少CO2的节流损失，提闻系统循环效率。本发明的技术解决方案是:基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，包括CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统、干燥室、控制系统和机壳，机壳内安装CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统和干燥室；C02跨临界热泵循环系统包括压缩机、冷却器、节流装置、蒸发器和气液分离器，其特征在于所述CO2跨临界热泵循环系统的冷却器包括气体冷却器、过冷器和预冷却器，节流装置包括一次节流装置和二次节流装置，CO2跨临界热泵循环系统由下述连接构成:压缩机排气端与气体冷却器制冷剂进口相连，气体冷却器制冷剂出口与过冷器制冷剂进口相连，过冷器制冷剂出口与一次节流装置进口相连，一次节流装置出口与预冷却器制冷剂进口相连，预冷却器底部制冷剂出口与二次节流装置进口相连，二次节流装置出口与蒸发器制冷剂进口相连，蒸发器制冷剂出口与气液分离器进口相连，气液分离器出口与压缩机吸气端相连，预冷却器顶部制冷剂出口与压缩机二级吸气端或中间腔相连；
所述空气循环系统包括循环风机、过滤装置和风道，空气循环系统由下述连接构成:循环风机出风口与气体冷却器空气进口相连接，气体冷却器空气出口与干燥室空气进口相连接，干燥室空气出口与过滤装置进口连接、过滤装置出口与预冷却器空气进口连接，预冷却器空气出口与蒸发器的空气进口连接，蒸发器空气出口与循环风机入口相连接；
控制系统包括控制单元、温度传感器、湿度传感器和操作面板，控制单元通过电路与温度传感器、湿度传感器和操作面板相连，温度传感器和湿度传感器设置在干燥室内，控制单元通过电路与热泵循环系统和空气循环系统相连。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述蒸发器和气体冷却器是翅片管式换热器，制冷剂在翅片管内流动，空气在翅片管外流动。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述过冷器是翅片管式换热器或套管式换热器。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述过冷器是套管式换热器时，制冷剂在内管流动，冷却剂在外管流动，所述冷却剂在外管流动是由外部动力推动或由回热形式流动，所述回热形式流动是将气液分离器与压缩机吸气连接的管路断开，将气液分离器的出口连接到过冷器的辅助冷却入口，将过冷器的辅助冷却出口连接到压缩机的吸气口。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述预冷却器为壳管式结构，所述壳管式结构由壳管和盘管组成，盘管置于壳管内，盘管的首端和末端伸出壳管外，分别为预冷却器的空气进口和空气出口，空气在盘管内流动，所述壳管上部开有制冷剂进口和顶部制冷剂出口，壳管下部开有底部制冷剂出口，CO2在壳管内流动。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述一次节流装置和二次节流装是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀的一种或其中两种的组合。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述干燥室置于机壳中部位置，干燥室设门，除干燥室门之外干燥室其他部位均置于机壳内密封，干燥室的一个侧壁上开有进气孔，干燥室的顶部安装过滤装置，过滤装置的吸气口朝向干燥室内，出气口朝向干燥室外，干燥室下方机壳底部设有封闭隔板，通过封闭隔板分成前室和后室，前室独立密封，压缩机、一次节流装置、预冷却器、二次节流装置和气液分离器安装在前室内；气体冷却器、蒸发器和循环风机安装在后室内，循环风机置于蒸发器与气体冷却器之间；过冷器置于预冷却器上方干燥室不设进气孔的一侧，位于过滤装置出口与预冷却器之间，机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔与干燥室其他侧面空腔之间密封隔开，机壳底部后室与机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔相通，机壳内干燥室周围的空腔和干燥室构成空气循环风道。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述控制单元设定三种干衣模式:低温、中温和高温三种模式，高温模式干燥温度为60°C，中温模式干燥温度为50度，低温模式干燥温度设定为40度，通过控制单元调整热泵运转工况实现。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在所述压缩机是变频压缩机；所述循环风机为变频风机。本发明所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于所述干燥室进气孔由均匀分布在干燥室侧壁上的小孔组成。与现有技术相比本发明的有益效果是:本发明采用双级压缩、二级节流的跨临界热泵循环方式，并且一级节流冷却用于干燥空气的干式冷却，二级节流用于空气的去湿冷却，利用过冷器对超临界制冷剂进行过冷，节流损失可降低38%，并通过回热器进行换热，充分回收了冷凝端空气的余热，提闻CO2跨临界循环的能效，提闻运行范围；
CO2作为自然制冷剂，对环境无害，是适合发展的制冷剂，节能环保，符合绿色设计的要求。利用CO2跨临界循环放热，使换热过程具有良好的温度匹配，使干燥空气温度达到70°C以下，可以提供更广泛的温度范围，可根据不同的织物设定不同的干燥温度，提高热泵系统运行效率。


本发明共有附图四幅，其中
图1是本发明系统原理图，图中实线回路是热泵循环系统，虚线回路是空气循环系统，点划线是控制系统；
图2干燥装置示意图 图3是图2的A-A剖视图 图4预冷却器结构示意图
附图中:1、压缩机，2、气体冷却器，3、过冷器，3a、辅助冷却入口，3b、辅助冷却出口，3c、辅助冷却动力，4、一次节流装置，5、预冷却器，5a、壳管，5b、盘管，5c、制冷剂进口，5d、顶部制冷剂出口，5e、底部制冷剂出口，5f、空气进口，5g、空气出口，6、二次节流装置，7、气液分离器，8、蒸发器，8a、排水管，9、干燥室，10、过滤装置，11、循环风机，12、机壳，13、控制单兀，14、操作面板，15、温度传感器，16、湿度传感器。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
及附图对本发明作进一步说明。基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统包括CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统、干燥室、控制系统和机壳，机壳内安装CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统和干燥室，CO2跨临界热泵循环系统包括压缩机1、冷凝器、节流装置、蒸发器8和气液分离器7，压缩机是变频压缩机，空气循环系统包括循环风机11、过滤装置10和风道，循环风机11是变频风机，CO2跨临界热泵循环系统的冷凝器包括气体冷却器2、过冷器3和预冷却器5，节流装置包括一次节流装置4和二次节流装置6，热泵循环系统由下述连接构成:压缩机I排气端与气体冷却器2制冷剂进口相连，气体冷却器2制冷剂出口与过冷器制冷剂进口相连，过冷器制冷剂出口与一次节流装置4进口相连，一次节流装置4出口与预冷却器5制冷剂进口相连，预冷却器5底部制冷剂出口与二次节流装置6进口相连，二次节流装置6出口与蒸发器8制冷剂进口相连，蒸发器8制冷剂出口与气液分离器7进口相连，气液分离器7出口与压缩机吸气端相连，预冷却器5顶部制冷剂出口与压缩机二级吸气端或中间腔相连；
空气循环系统由下述连接构成:循环风机11出风口与气体冷却器2空气进口相连接，气体冷却器2空气出口与干燥室9空气进口相连接，干燥室9空气出口与过滤装置10进口连接、过滤装置10出口与预冷却器5空气进口连接，
预冷却器5空气出口与蒸发器8的空气进口连接，蒸发器8空气出口与循环风机11入口相连接；
控制系统包括控制单元13、温度传感器15、湿度传感器16和操作面板14，控制单元13通过电路与温度传感器15、湿度传感器16和操作面板14相连，温度传感器15和湿度传感器16设置在干燥室内，控制单元13通过电路与热泵循环系统和空气循环系统相连。系统中蒸发器8和气体冷却器2是翅片管式换热器，制冷剂在翅片管内流动，空气在翅片管外流动。系统中过冷器3是翅片管式换热器或套管式换热器。过冷器3是套管式换热器时，制冷剂在内管流动，冷却剂在外管流动，所述冷却剂在外管流动是由外部动力推动或由回热形式流动，所述回热形式流动是将气液分离器7与压缩机I吸气连接的管路断开，将气液分离器7的出口连接到过冷器3的辅助冷却入口 3a，将过冷器3的辅助冷却出口 3b连接到压缩机I的吸气口。系统中预冷却器5为壳管式结构，所述壳管式结构由壳管5a和盘管5b组成，盘管5b置于壳管5a内，盘管5b的首端和末端伸出壳管外，分别为预冷却器5的空气进口 5f和空气出口 5g，空气在盘管5b内流动，所述壳管5a上部开有制冷剂进口 5c和顶部制冷剂出口 5d，壳管下部开有底部制冷剂出口 5e，CO2在壳管5a内流动。系统中一次节流装置4和二次节流装6是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀的一种或其中两种的组合。系统中干燥室9置于机壳中部位置，除干燥室门之外干燥室其他部位均置于机壳内密封，干燥室9设门，干燥室9的一个侧壁上开有进气孔，进气孔由均匀分布在侧壁上的小孔组成，过滤装置10安装在干燥室9的顶部，过滤装置的吸气口朝向干燥室内，出气口朝向干燥室外，干燥室9下方机壳底部设有封闭隔板,将底部分成封闭的前室和后室两部分，前室独立密封，压缩机1、气体冷却器2、一次节流装置4、预冷却器5、二次节流装置6、蒸发器8、气液分离器7和循环风机11置于干燥室9下方机壳底部,其中气体冷却器2、蒸发器8和循环风机11位于机壳底部的后室，循环风机11置于蒸发器8与气体冷却器2之间；压缩机1、一次节流装置4、预冷却器5、二次节流装置6和气液分离器7位于机壳底部的前室；过冷器3置于预冷却器5上方干燥室9不设进气孔的一侧，位于过滤装置出口与预冷却器5之间，机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔与干燥室其他侧面空腔之间密封隔开，安装气体冷却器2、蒸发器8和循环风机11的后室与机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔相通,机壳内干燥室周围的空腔和干燥室构成空气循环风道。本发明的工作过程是:热泵循环系统启动，压缩机I运转，排出高温高压的CO2气体(超临界流体)，进入气体冷却器2，在气体冷却器2中放出热量，温度降低，但不发生相变，进入过冷器3进一步放热降温，然后经过一次节流装置4降压，进入预冷却器5，降压后的CO2在预冷却器5中处于气液混合态，其中部分降压后的液体蒸发，吸热变成饱和气体，饱和气体与压缩机一级排气混合后进入二级吸气，(对于中间补气压缩机，饱和气体进入中间腔)，预冷却器5中的饱和液体经过二次节流装置节流后，变成低压的气液混合物进入蒸发器8中，吸热蒸发，变成低压气体，被压缩机I吸入压缩，进行下一个循环。空气循环系统在衣物干燥装置内进行，循环风机将空气送入气体冷却器2，空气与气体冷却器2进行换热，吸收气体冷却器2放出的热量，空气温度升高，含湿量不变，高温低湿空气进入干燥室9与湿衣物进行热湿交换，吸收衣物附近的水蒸气，放出热量，降温吸湿后的空气进入预冷却器5中放出热量，温度进一步降低，然后通过蒸发器8降温析湿，温度降低、含湿量降低，变成温度较低的干燥空气，然后再通过循环风机送入气体冷却器2吸热，变成相对干燥的高温气体进入干燥室9进行干燥，循环进行，从蒸发器8中析出的水分，从排水口 8a排出。干燥室9内的湿衣服被干燥空气加热、水分被析出而变得干燥，达到干衣目的。控制系统包括控制单元13、温度传感器15、湿度传感器16和操作面板14，控制单元13通过电路与温度传感器15、湿度传感器16和操作面板14相连，温度传感器15和湿度传感器16设置在干燥室内，控制单元13通过电路与热泵循环系统和空气循环系统相连。温度传感器和湿度传感器分别感应干燥室内空气温度、湿度，然后将检测参数值传送至控制单元，控制单元再发出指令控制压缩机、风机运行工作。湿度传感器还通过感知织物的干燥程度，织物达到干度要求后系统自动报警，避免了过度干燥织物。操作面板可以进行开停机操作，干燥温度选择。干燥温度分为低温、中温、高温三种模式，根据所需要干燥衣物的种类进行选择，高温模式干燥温度设定为60度，中文模式干燥温度设定为50度，低温模式干燥温度设定为40度，不同的模式通过控制板设置成不同的运转工况。本发明使用CO2制冷剂，对环境无害，采用跨临界循环，可提供宽广的温度范围，适应不同的织物，干燥能力可改变。同时可以根据干衣情况通过变频控制自动调整热泵系统的运行工况，使干衣机使用更加节能环保，符合绿色设计的要求。不同的织物需要不同的干燥温度，例如丝绸适宜中温干燥，羊毛及醋酸纤维类织物干燥时适宜高温，而在衣物含水量低的终了干燥时段适宜低温，避免织物因高温发烫起皱。本发明CO2跨临界热泵循环式干衣机能够针对不同织物来调节干燥热空气的温度。采用CO2跨临界循环，CO2在超临界区域放热，可以实现30-65度的空气送风温度，而常规热泵的空气温度在50度以下。因而根据不同的织物设定不同的干燥温度，调节范围广。同时采用变频压缩机，根据设定温度进行能量匹配运转；循环风机采用变频风机，根据热泵运行情况进行风量调整，从而保持系统的高效运行。
权利要求
1.基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，包括CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统、干燥室、控制系统和机壳，机壳内安装CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统和干燥室；C02跨临界热泵循环系统包括压缩机(I)、冷却器、节流装置、蒸发器(8)和气液分离器(7)，其特征在于:所述CO2跨临界热泵循环系统的冷却器包括气体冷却器(2)、过冷器(3)和预冷却器(5)，节流装置包括一次节流装置(4)和二次节流装置(6)，CO2跨临界热泵循环系统由下述连接构成:压缩机(I)排气端与气体冷却器(2)制冷剂进口相连，气体冷却器(2)制冷剂出口与过冷器制冷剂进口相连，过冷器制冷剂出口与一次节流装置(4)进口相连，一次节流装置(4)出口与预冷却器(5)制冷剂进口相连，预冷却器(5)底部制冷剂出口与二次节流装置(6)进口相连，二次节流装置(6)出口与蒸发器(8)制冷剂进口相连，蒸发器(8)制冷剂出口与气液分离器(7)进口相连，气液分离器(7)出口与压缩机吸气端相连，预冷却器(5)顶部制冷剂出口与压缩机二级吸气端或中间腔相连； 所述空气循环系统包括循环风机(11)、过滤装置(10)和风道，空气循环系统由下述连接构成:循环风机(11)出风口与气体冷却器(2)空气进口相连接，气体冷却器(2)空气出口与干燥室(9 )空气进口相连接，干燥室(9 )空气出口与过滤装置(10 )进口连接、过滤装置(10)出口与预冷却器(5)空气进口连接，预冷却器(5)空气出口与蒸发器(8)的空气进口连接，蒸发器(8)空气出口与循环风机(11)入口相连接； 所述控制系统包括控制单元、温度传感器、湿度传感器和操作面板，控制单元通过电路与温度传感器、湿度传感 器和操作面板相连，温度传感器和湿度传感器设置在干燥室内，控制单元通过电路与热泵循环系统和空气循环系统相连。
2.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述蒸发器(8)和气体冷却器(2)是翅片管式换热器，制冷剂在翅片管内流动，空气在翅片管外流动。
3.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述过冷器(3)是翅片管式换热器或套管式换热器。
4.根据权利要求3所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述过冷器(3)是套管式换热器时，制冷剂在内管流动，冷却剂在外管流动，所述冷却剂在外管流动是由外部动力推动或由回热形式流动，所述回热形式流动是将气液分离器(7)与压缩机(I)吸气连接的管路断开，将气液分离器(7)的出口连接到过冷器(3)的辅助冷却入口(3a)，将过冷器(3)的辅助冷却出口(3b)连接到压缩机(I)的吸气口。
5.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述预冷却器(5)为壳管式结构，由壳管(5a)和盘管(5b)组成，盘管(5b)置于壳管(5a)内，盘管(5b)的首端和末端伸出壳管外，分别为预冷却器(5)的空气进口(5f)和空气出口(5g)，空气在盘管(5b )内流动，所述壳管(5a)上部开有制冷剂进口( 5c )和顶部制冷剂出口(5d)，壳管下部开有底部制冷剂出口(5e)，CO2在壳管(5a)内流动。
6.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述一次节流装置(4)和二次节流装(6)是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀的一种或其中两种的组合。
7.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述干燥室置于机壳中部位置，干燥室设门，除干燥室门之外干燥室其他部位均置于机壳内密封，干燥室(9)的一个侧壁上开有进气孔，干燥室(9)的顶部安装过滤装置(10)，过滤装置的吸气口朝向干燥室内，出气口朝向干燥室外，干燥室(9)下方机壳底部设有封闭隔板，通过封闭隔板分成前室和后室，前室独立密封，压缩机(I)、一次节流装置(4)、预冷却器(5)、二次节流装置(6)和气液分离器(7)安装在前室内；气体冷却器(2)、蒸发器(8)和循环风机(11)安装在后室内，循环风机(11)置于蒸发器(8)与气体冷却器(2)之间；过冷器(3)置于预冷却器(5)上方干燥室(9)不设进气孔的一侧，位于过滤装置出口与预冷却器(5)之间，机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔与干燥室其他侧面空腔之间密封隔开，机壳底部后室与机壳内干燥室开有进气孔一侧空腔相通，机壳内干燥室周围的空腔和干燥室构成空气循环风道。
8.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述控制单元设定三种干衣模式:低温、中温和高温三种模式，高温模式干燥温度为60°C，中温模式干燥温度为50度，低温模式干燥温度设定为40度，通过控制单元调整热泵运转工况实现。
9.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在于:所述压缩机(I)是变频压缩机；循环风机(11)为变频风机。
10.根据权利要求1所述基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，其特征在:所述干燥室进气孔由均匀分布在干燥`室侧壁上的小孔组成。
全文摘要
基于CO2跨临界热泵循环系统的衣物干燥系统，包括CO2跨临界热泵循环系统、空气循环系统、干燥室、控制系统和机壳，热泵循环系统由管路依次连接压缩机、气体冷却器、过冷器、一次节流装置、预冷却器、二次节流装置、蒸发器和气液分离器连接构成空气循环系统由风道依次连接循环风机、气体冷却器空气进出口、干燥室空气进出口、过滤装置、预冷却器空气进出、蒸发器空气进出口构成。本发明的有益效果是对环境无害，可提供宽广的温度范围，适应不同的织物，可有效减少CO2的节流损失，提高系统循环效率。
文档编号D06F58/10GK103103736SQ20131002299
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者秦海涛 申请人:秦海涛