[发明专利]流态化空气源热泵全新风空调加湿一体化方法与装置

权利要求书

1.一种流态化空气源热泵连续全新风空调加湿一体化机组热力转换及传热传质方法，其特征在于以空调用户空间排放的换气为热源或冷源向室内空间连续、稳定提供温度18~26℃、湿度40~60%的洁净新风；制热时压缩机加压升温至1.0~2.0MPa、60~85℃的热泵工质首先通过低位热多效闪蒸制蒸馏水与空气加热耦合系统等压放热制蒸馏水后，降温至50~65℃的工质继续通过管翅式空气加热器管内等压放热降温至18~25℃后，再折流横掠管翅式工质冷/热交换器的管外翅片空间等压放热进一步降温至-35~-25℃进入膨胀机等熵膨胀、输出机械功同轴传递给压缩机，工质降压降温至0.55~0.88MPa、-56~-44℃，进入流态化管翅式工质加热器的管内、通过管壁经管外翅片表面从-45~-18℃换气流态化颗粒层获取热量、温度回升至-40~-22℃，再通过管翅式工质冷/热交换器的管内回热升温至13~20℃后进入压缩机加压升温至1.0~2.0MPa、60~85℃，由此完成制热工况的热泵工质热力循环；用户空间排出的空调换气温度18~26℃、湿度40~60%，从上而下进入直立板翅式换气/新风冷/热交换器的换气通道、与新风逆流传热被冷却至温度不低于3℃并分离析出的冷凝水后、由换气风机加压至不超过4.0kPa、自下而上依次穿流通过直立串联的第一第二和第三段流态化板翅式新风加热器换气通道，在每一段换气通道内均形成高度不超过0.3m的换气流态化颗粒层强化翅片表面传热、用换气的热量加热另一侧新风通道内水平流动的低温新风、换气通过每一段流态化放热降温的幅度不超过10℃、与新风的传热温差不低于5℃、第三段换气出口温度不低于-40℃、继续上升进入串联的流态化管翅式工质加热器的管外翅片空间形成高度不超过0.3m的换气流态化颗粒层冲刷翅片表面用换气的热量加热翅片管内流动的热泵工质、换气与工质传热温差不低于5℃、换气流态化放热降温至最终不低于-45℃、携带全部降温过程产生的冰晶细末排放到大气；新风风机将过滤净化后不低于-40℃的室外环境空气加压至不超过3.0kPa，由上而下依次横向折流通过串联的第三、第二、第一段流态化板翅式新风加热器的新风通道，间壁接受换气通道流态化颗粒层传递的换气热量，新风温度逐段上升的幅度不超过10℃，至第一段新风出口温度不低于-7℃，通过连接管道将其输送至板翅式换气/新风冷/热交换器的过程中、喷雾加入机组自制温度不低于35℃的蒸馏水9~14 g/m³新风，加湿后的新风自下而上通过板翅式换气/新风冷/热交换器的新风通道间壁接受换气通道传来的热量、至新风出口处温度不低于10℃，然后横掠管翅式空气加热器的管外翅片接受管内热泵工质间壁传热使新风升温至不低于16℃、最后通过多效闪蒸制蒸馏水与空气加热耦合系统使新风升温至空调用户所需的18~26℃送往用户空间，实现低温环境条件下连续制热、调温调湿全新风空调功能，输送空调新风1000 m³/h对应的辅助电动机功率不超过4.0kW、新风风机功率不超过1.2kW、换气风机功率不超过1.5kW；

制冷时热泵工质由压缩机加压升温至7.5~9.5MPa、40~65℃，进入流态化管翅式工质冷却器的管内、通过管壁从管外翅片表面向22~40℃的换气流态化颗粒层放热，工质等压降温至23~38℃、再通过管翅式空气回热器的管内向横掠管外翅片的低温新风放热、工质进一步等压降温到不超过22℃，然后通过工质膨胀阀降压至3.5~5.0MPa、1~15℃、气相质量比不超过15%的气液两相混合物通过管翅式空气冷却器的管内等温等压气化吸热使横掠管外翅片的新风降温脱湿，气化后的工质进入压缩机加压升温至7.5~9.5MPa、40~65℃由此完成制冷工况的热泵工质热力循环；用户空间排出的空调换气温度22~26℃、湿度40~60%，由换气风机加压至不超过3.0kPa、并将收集的新风冷凝水喷雾加入换气使其降温至不低于其绝热饱和温度、然后自下而上通过直立的板翅式换气/新风冷/热交换器的换气通道与新风逆流传热、换气受热水雾进一步气化并升温至出口温度不超过30℃，再向每m³换气喷入雾化自来水6~18g、混合进入流态化管翅式工质冷却器的管外翅片空间流态化颗粒层、喷入的水雾在翅片和颗粒表面气化强化传热且增大换气热容量、使其从翅片表面受热升温幅度变小、至出口排放温度不超过40℃、并夹带水雾气化后残留的固体粉末排放到大气；新风风机将温度不高于45℃、湿度不超过80%的室外环境空气过滤净化加压至不超过2.5kPa，由上而下通过板翅式换气/新风冷/热交换器的新风通道与换气逆流传热、将新风冷却至露点温度以下且低于26℃分离冷凝水后横掠管翅式空气冷却器的管外翅片放热、新风进一步冷却至不高于18℃再次分离冷凝水后横掠管翅式空气回热器的管外翅片吸热使温度回升至22~26℃送往用户空间，实现高温环境条件下连续制冷调温调湿全新风空调功能，输送1000 m³/h空调新风对应的工质压缩功率不超过1.8kW、新风风机功率不超过1.1kW、换气风机功率不超过1.4kW；

以换气为流态化介质，与粒径0.5~1.5mm、堆积密度不大于600 kg/m³的固体颗粒形成的湍动气固流态化冲刷换热器翅片表面使之随时更新，其对流传热系数超过100W/m².℃，且不结霜、不结垢，实现连续稳定的对流传热。