CN102563974B

CN102563974B - 一种耦合喷气增焓空气源热泵系统

Info

Publication number: CN102563974B
Application number: CN2012100360883A
Authority: CN
Inventors: 李夔宁; 郭春雷; 周伟; 郭军峰; 李进
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN102563974A

Abstract

本发明涉及一种空气源热泵系统。它具有两个喷气增焓空气源热泵的子系统和两个三套管换热器，所述制冷回路从本子系统室内换热器出口开始，经流量调节阀，通过本子系统三套管换热器、第一节流阀、室外换热器、第一气液分离器进入压缩机吸气口；所述补气回路从本子系统室内换热器出口处分支，通过本子系统第二节流阀、三套管换热器、耦合子系统三套管换热器，进入本子系统压缩机补气口。本发明不但解决了低温环境下除霜时不能连续供暖和除霜时间长的问题，而且合理利用能量，增加除霜所需的热能，解决了除霜子系统的室外换热器产生液态制冷工质积液量增多、压缩机液击等问题。

Description

一种耦合喷气增焓空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种空气源热泵系统。

背景技术

空气源热泵是通过消耗一部分高品位能源从而利用环境空气中低品位能源的一种供热设备，它属于新能源技术，具有节能和环保的双重优势，是目前可再生能源建筑热水供应的主要形式，应用前景广阔。但空气源热泵受气象条件影响较大，特别是冬季空气湿度比较大的湿冷地区，热泵系统易发生室外换热器结霜、压缩机吸气比容增大、输气系数降低、排气温度过高等问题，这都会严重影响热泵系统的性能。现有研究的补气增焓空气源热泵系统，在一定程度上改善了热泵系统在低温工况下的运行性能，有效地扩大了空气源热泵系统的气候适应范围，但在低温高湿工况下，补气增焓空气源热泵系统仍然未能解决除霜时连续供暖的问题和换热器采用热气旁通除霜引起的一系列问题。

空气源热泵常用的除霜方式有电加热除霜、逆循环除霜和热气旁通除霜三种：电加热除霜耗能大，在环境温度较低时易出现化霜困难的现象，空气源热泵很少采用该除霜方式。逆循环除霜因其除霜速度较快等特点在早期的热泵系统中应用比较普遍，但该除霜方式有以下缺点：1、压缩机吸、排气压力变化剧烈，对其性能影响较大，系统制冷工质回流量大；2、两换热器功能频繁转换，热损失较大，导致建筑供水温度波动较大；3、四通换向阀频繁动作，可靠性较低。热气旁通除霜因克服了逆循环除霜的很多缺点在现今的热泵系统中应用较为广泛。

采用热气旁通除霜方式的喷气增焓空气源热泵系统结构如图1所示，该系统包括压缩机1、室内换热器4和制冷回路、补气回路及旁通除霜支路，压缩机1出口与室内换热器4入口连通，所述制冷回路从室内换热器4出口开始，经流量调节阀8，通过经济器19、第一节流阀6、室外换热器12、第一气液分离器18进入压缩机1吸气口；所述补气回路从室内换热器4出口处分支，通过第二节流阀7和经济器19，进入压缩机1补气口，补气回路经节流的低温工质在经济器19内与制冷回路中高温工质进行热交换，使补气回路的低温工质产生蒸汽，并使制冷回路中的高温液体工质过冷；在压缩机1出口与室内换热器4入口之间还设置有旁通除霜支路，该旁通除霜支路通过旁通电磁阀2直接进入室外换热器12的入口，旁通电磁阀2打开时，压缩机1产生的大部分高温热工质蒸汽直接进入室外换热器12内实现除霜。

这种空气源热泵系统的明显缺点是：在除霜方式时，制热停止，不能连续供暖；同时由于除霜时室外换热器产生的液态工质汽化所需热量较大，除霜时系统的热量不足，导致除霜时间长。

如图1所示，由于现有热气旁通除霜过程中，压缩机1出口的高温工质蒸汽，经过旁通电磁阀2进入室外换热器12除霜，在室外换热器12的出口将产生大量的液体工质，这样在第一气液分离器18中积液量增多，导致工质流量减小，系统制热能力降低；当室外换热器液态制冷工质流量较大时，使压缩机易产生液击现象。所以，传统的热气旁通除霜方式的空气源热泵系统很难在大型风冷热泵机组上得到广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种耦合喷气增焓空气源热泵系统，它在低温高湿环境下能够连续供暖，除霜时间短，且能提供汽化除霜过程中液态工质所需的热能，合理利用能量，能够增加除霜所需的热能。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有两个喷气增焓空气源热泵子系统，该喷气增焓空气源热泵子系统具有压缩机、室内换热器和制冷回路、补气回路及旁通除霜支路，压缩机出口与室内换热器入口连通，在压缩机出口与室内换热器入口之间还设置有旁通除霜支路，该旁通除霜支路通过旁通电磁阀直接进入室外换热器的入口，其特征在于：还包括有两个三套管换热器，所述制冷回路从本子系统室内换热器出口开始，经流量调节阀，通过本子系统三套管换热器、第一节流阀、室外换热器、第一气液分离器进入压缩机吸气口；所述补气回路从本子系统室内换热器出口处分支，通过本子系统第二节流阀、三套管换热器、耦合子系统三套管换热器，进入本子系统压缩机补气口。

在上述技术方案中，所述三套管换热器设有内层管、中层管和外层管，每一层管对应设有联接管。

由于本发明包括有两个喷气增焓空气源热泵的子系统，利用两个三套管换热器将两个喷气增焓空气源热泵的子系统耦合成一个整体，当一个子系统在除霜时，另一个子系统制热，保证了除霜时能够连续供暖；除霜子系统利用制热子系统的三套管换热器进行热交换，一方面除霜子系统可获得汽化液态工质所需的热量，另一方面使制热子系统的高温液体工质过冷，有利于两个子系统的能量互补，从而实现合理利用能量，增加了除霜所需的热能，减少除霜时间。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为背景技术的喷气增焓空气源热泵系统结构图；

图2为本发明的系统结构图；

图3为本发明的三套管换热器外形结构图；

图4为图3中A-A处的剖切图；

图5为本发明的优选实施例的系统结构图；

图6为图5中两子系统同时制热时的工作状态图；

图7为图5中一子系统制热、另一子系统除霜时的工作状态图。

图中：1.压缩机；2.旁通电磁阀；3.第一电磁阀；4.室内换热器；5.三套管换热器；5a.内层管；5b.中层管；5c.外层管；6.第一节流阀；7.第二节流阀；8.流量调节阀；9.第二电磁阀；10.第一止回阀；11.第二止回阀；12.室外换热器；13.第二气液分离器；14.第三电磁阀；15.第四电磁阀；16.第五电磁阀；17.第六电磁阀；18.第一气液分离器；19.经济器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图2所示，本发明包括有两个喷气增焓空气源热泵子系统，该喷气增焓空气源热泵子系统具有压缩机1、室内换热器4和制冷回路、补气回路及旁通除霜支路，压缩机1出口与室内换热器4入口连通，在压缩机1出口与室内换热器4入口之间还设置有旁通除霜支路，该旁通除霜支路通过旁通电磁阀2直接进入室外换热器12的入口，其要点在于：还包括有两个三套管换热器5，所述制冷回路从本子系统室内换热器4出口开始，经流量调节阀8，通过本子系统三套管换热器5、第一节流阀6、室外换热器12、第一气液分离器18进入压缩机1吸气口；所述补气回路从本子系统室内换热器4出口处分支，通过本子系统第二节流阀7、三套管换热器5、耦合子系统三套管换热器，进入本子系统压缩机1补气口。

由于本发明包括有两个喷气增焓空气源热泵的子系统，利用两个三套管换热器5将两个喷气增焓空气源热泵的子系统耦合成一个整体，当一个子系统在除霜时，另一个子系统制热，保证了除霜时能够连续供暖；除霜子系统利用制热子系统的三套管换热器5进行热交换。

如图3、图4所示，所述三套管换热器5设有内层管5a、中层管5b和外层管5c，每一层管对应设有联接管，它们任一层管可以用于联接本子系统补气管、本子系统制冷管或耦合子系统补气管。为了有利于热能交换，优选地，内层管5a联接本子系统补气管，中层管5b联接本子系统制冷管，外层管5c联接耦合子系统补气管。

如图5所示，为了解决除霜时室外换热器制冷工质积液量增多的问题，在室外换热器12与第一气液分离器18之间设有第五电磁阀16，用于关断除霜时的液体工质进入压缩机1吸气口；

在室外换热器12出口至压缩机1的补气口接有第四电磁阀15和第二气液分离器13，用以引导旁通除霜支路的流动工质，在第二气液分离器13中，气态工质进入压缩机1的补气口，液态工质积留在第二气液分离器13中；

从第二气液分离器13到补气回路的第二节流阀7之前，接有流向补气回路的第一止回阀10，用以导流第二气液分离器13中的积液，使液体工质进入补气回路中，经第二节流阀7节流变为低温气液两相工质，低温气液两相工质先后流过本子系统三套管换热器5和耦合子系统三套管换热器，并经耦合子系统三套管换热器吸热汽化变为低温工质蒸汽；

补气回路中从耦合子系统的三套管换热器出口到第一气液分离器18入口，连接有流向第一气液分离器（18）的第二止回阀11和第六电磁阀17，其作用是，在除霜时，将第二气液分离器13中的积液经耦合子系统三套管换热器换热汽化，引入压缩机1入口，这样解决了制冷工质积液量增多的问题；

为了保证制热时，补气回路的畅通，在第二止回阀11出口与第二气液分离器13入口之间接有第三电磁阀14。

为了加快除霜，将子系统的压缩机1出口的高温工质蒸汽全部供给旁通除霜支路，为此，在室内换热器4入口之前安装有第一电磁阀3，用于除霜时切断室内换热器4。

在补气回路中的室内换热器4出口到第二节流阀7之间接有第二电磁阀9，用于关断补气回路，使高温液体工质全部进入制冷管，在耦合子系统除霜时，可以使耦合子系统获得尽可能多的热能。

图6所示，在图5中两子系统的电磁阀2、15、17断开，其它部件正常工作，此时两子系统都处于正常制热并补气的工作状态。

图7所示，在图5中左边子系统旁通电磁阀2和电磁阀9、15、17断开，其他部件正常工作，该子系统处于正常制热不补气状态；右边子系统电磁阀3、14、16断开，其他部件正常工作，该子系统处于除霜状态。

由图7可以看出，通过三套管换热器5，利用正常制热子系统制冷回路中高温液体工质过冷放出的能量来汽化除霜子系统除霜时室外换热器产生的液体工质，这样该子系统除霜所需的热能来自于本子系统压缩机做功和另一个正常制热子系统中制冷工质过冷放出的热量，增大了除霜所用的热能，同时制热子系统又正常制热。所以它既解决了低温高湿环境下不能连续供暖的问题，又解决了除霜时间长的问题，还合理利用能量解决除霜子系统的室外换热器产生液态制冷工质积液量增多、压缩机液击等问题，避免了系统制热能力降低。

本发明的除霜方式是一子系统制热、另一子系统除霜，避免两子系统同时除霜的方式。

Claims

1.一种耦合喷气增焓空气源热泵系统，包括有两个喷气增焓空气源热泵子系统，该喷气增焓空气源热泵子系统具有压缩机（1）、室内换热器（4）和制冷回路、补气回路及旁通除霜支路，压缩机（1）出口与室内换热器（4）入口连通，在压缩机（1）出口与室内换热器（4）入口之间还设置有旁通除霜支路，该旁通除霜支路通过旁通电磁阀（2）直接进入室外换热器（12）的入口，其特征在于：还包括有两个三套管换热器（5），所述制冷回路从本子系统室内换热器（4）出口开始，经流量调节阀（8），通过本子系统三套管换热器（5）、第一节流阀（6）、室外换热器（12）、第一气液分离器（18）进入压缩机（1）吸气口；所述补气回路从本子系统室内换热器（4）出口处分支，通过本子系统第二节流阀（7）、三套管换热器（5）、耦合子系统三套管换热器，进入本子系统压缩机（1）补气口。

2.根据权利要求1所述的耦合喷气增焓空气源热泵系统，其特征在于：所述三套管换热器（5）设有内层管（5a）、中层管（5b）和外层管（5c），每一层管对应设有联接管。

3.根据权利要求1或2所述的耦合喷气增焓空气源热泵系统，其特征在于：在室外换热器（12）与第一气液分离器（18）之间设有第五电磁阀（16），在室外换热器（12）出口至压缩机（1）的补气口接有第四电磁阀（15）和第二气液分离器（13），从第二气液分离器（13）到补气回路的第二节流阀（7）之前，接有流向补气回路的第一止回阀（10），补气回路中从耦合子系统的三套管换热器出口到第一气液分离器（18）入口，连接有流向第一气液分离器（18）的第二止回阀（11）和第六电磁阀（17），在第二止回阀（11）出口与第二气液分离器（13）入口之间接有第三电磁阀（14）。

4.根据权利要求3所述的耦合喷气增焓空气源热泵系统，其特征在于：在室内换热器（4）入口之前安装有第一电磁阀（3）。

5.根据权利要求4所述的耦合喷气增焓空气源热泵系统，其特征在于：在补气回路中的室内换热器（4）出口到第二节流阀（7）之间接有第二电磁阀（9）。