CN102654324A - 一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统 - Google Patents

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刘思煦
陈鹏
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Abstract

本发明提供一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其低压压缩机经混合室连通高压压缩机,高压压缩机经油分离器、四通换向阀连通制冷剂/水换热器,制冷剂/水换热器经电子膨胀阀连通中间冷却器的端口,中间冷却器的端口b经截止阀连通混合室,中间冷却器的端口经电子膨胀阀、气液混合头连通制冷剂/空气换热器,制冷剂/空气换热器经四通换向阀、气液分离器与低压压缩机相连通形成一个循环,高压压缩机的出口端经电磁阀和气液混合头相连通。本发明能在低温环境中稳定长期运行,且具有足够的制热量和较高的性能系数,采用热气旁通法除霜,除霜时不需要停机转换,供热与除霜同时进行,热效率高,降低能耗,有助于热泵在北方地区的推广。

Description

一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种双级压缩热泵系统,尤其涉及ー种采用热气旁通法除霜的双级压缩热泵系统,属于空调热泵技术领域。
背景技术
[0002] 随着经济建设的高速发展,空调用热泵在世界各国均得到广泛的应用,它可以以*较低的能量消耗很好地满足冬季采暖的要求,在我国的长江中下游、华南及西南等传统的非采暖地区得到了广泛应用。
[0003] 近年来,随着国家对节能和环保的日益关注,热泵作为ー种清洁、高效的采暖装置,其向北方推广的重要性日渐凸显。但在向北方推广的过程中出现了许多问题,由于北方地区气温较低,采用普通的空气源热泵系统会发现压缩机的排气温度过高,输气系数剧减,压缩机压比过大,其制热能力和性能系数都大大降低,系统频繁启停,无法正常工作。特别是当室外温度较低,湿度较大,热泵的蒸发器在进行制热循环中往往会出现结霜的现象,对制冷剂在空气侧换热器中吸热相变产生不良的影响,另外也会使换热器铜管受损。而采用以往的通过四通阀换向反循环除霜的方法,使机组由制热循环变为制冷循环,也存在不足:占用大量的制热时间,不仅热效率低,浪费电能,还会使室内温度降低,影响空气的人感舒适度,甚至引起压缩机故障,因此有待改进。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种适合寒冷地区使用的双级压缩热泵系。
[0005] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是提供了一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,低压压缩机和高压压缩机,其特征在于:所述低压压缩机的排气ロ经混合室连通高压压缩机的吸气ロ,高压压缩机的排气ロ依次经过油分离器及四通换向阀连通制冷剂/水换热器,制冷剂/水换热器经电子膨胀阀连通中间冷却器的液体与气液混合型冷媒通道的ー个端ロ,中间冷却器的气体冷媒通道的出ロ端经第四截止阀连通混合室,中间冷却器的液体与气液混合型冷媒通道的另ー个端ロ经电子膨胀阀及气液混合头连通第一制冷剂/空气换热器,第一制冷剂/空气换热器经四通换向阀连通气液分离器的入口端,气液分离器的出口端与低压压缩机的吸气ロ相连通形成ー个循环。
[0006] 优选地,在所述电子膨胀阀的进出口两侧的管路上连接ー个支路,在该支路上设
置ー个第一截止阀。
[0007] 优选地,在电子膨胀阀的进出口两侧的管路上连接ー个支路,在该支路上设置ー个第二截止阀。
[0008] 优选地,所述高压压缩机的出口端经电磁阀与所述气液混合头连通,其中,所述气液混合头位于所述电子膨胀阀与所述制冷剂/空气换热器之间。
[0009] 优选地,所述低压压缩机的入口端经第三截止阀与所述高压压缩机的入口端相连通。[0010] 优选地,所述制冷剂/水换热器由第二制冷剂/空气换热器替代。
[0011] 本发明提供了一种带有热气旁通除霜装置的适合寒冷地区使用的双级压缩热泵系统。采用该系统方案的热泵装置不仅具有普通热泵装置在夏季和一般冬季エ况下的性能和功用,而且能在低温环境中稳定、可靠的长期运行,且具有足够的制热量和较高的性能系数,降低压缩机的排气温度,使润滑效果有所好转,有效的降低压比,增加工质的循环量。采用热气旁通法除霜,可以解决室外换热器冬季除霜问题,除霜时不需要进行停机转换,在整个除霜过程中不需要从室内吸收热量,可以维持室内的舒适性,供热与除霜同时进行,热效率高,节省电能。
[0012] 更进一歩地,在本发明所提出的一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统 中,用第二制冷剂/空气换热器代替制冷剂/水换热器,则可以用空气将夏季制冷エ况产生的冷量与冬季制热エ况所产生的热量直接输送给室内环境,減少能量损失。
[0013] 本发明有效地改进了现有技术中的不足,使系统有足够的制热量和较高的制热系数,降低压缩机的排气温度,使润滑效果有所好转,有效的降低压比,增加工质的循环量。保证室内环境的舒适度,同时采用热旁通法除霜,不需要从室内吸收热量以供除霜,大大降低霜功耗,缩短除霜时间,效率高,更加节能。本发明提高了系统的性能,保障了压缩机的质量,延长了压缩机的使用寿命。
附图说明
[0014] 图I为实施例中的一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统的连接示意图。
具体实施方式
[0015] 为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
[0016] 如图I所示,本实施例所公开的带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统包括低压压缩机I,低压压缩机I的排气ロ经混合室6连通高压压缩机2的吸气ロ,低压压缩机I的入口端经第三截止阀17与高压压缩机2的入口端相连通,高压压缩机2的排气ロ依次经过油分离器7及四通换向阀8连通制冷剂/水换热器3,制冷剂/水换热器3经电子膨胀阀11连通中间冷却器9的液体与气液混合型冷媒通道的一个端ロ a(该端ロ可以为入口端或为出ロ端),中间冷却器9的气体冷媒通道的出ロ端b经第四截止阀18连通混合室6,中间冷却器9的液体/气液混合型冷媒通道的另ー个端ロ c(该端ロ可以为入口端或为出ロ端)经电子膨胀阀12及气液混合头16连通第一制冷剂/空气换热器4,在第一制冷剂/空气换热器4的下方设有风机5,第一制冷剂/空气换热器4经四通换向阀8连通气液分离器10的入口端,气液分离器10的出口端与低压压缩机I的吸气ロ相连通形成ー个循环。
[0017] 同时在电子膨胀阀11和电子膨胀阀12的两端分别并联上一个支路,支路上设置第一截止阀13和第二截止阀14。
[0018] 由上述连接方式所构成的热泵系统则为双级压缩低温热泵系统,由该系统形成的热泵装置,不仅具备普通热泵装置的功效和功能,而且能在低温条件下稳定、可靠、高效的提供热量,以满足寒冷地区的采暖需求。
[0019] 在上述连接方式的基础上,増加热气旁通装置,即高压压缩机2的出ロ端经电磁阀15和气液混合头16连通,其中气液混合头16位于电子膨胀阀12与制冷剂/空气换热器4之间。这样可以有效除去蒸发器上所结的霜,有效地解决冬季制热エ况时蒸发器结霜的问题。
[0020] 在上述结构中,制冷剂/空气换热器一般采用翅片管式换热器;制冷剂/水换热器3 一般采用板式换热器、套管式换热器;风机5 —般采用轴流风机、离心风机或者贯流风机。
[0021] 在不同エ况下该热泵系统的工作原理如下所述:
[0022] 夏季制冷エ况的工作原理:在夏季制冷エ况下,该双级压缩装置中的低压压缩机I停止工作。打开第三截止阀17及第一截止阀13,关闭第二截止阀14,电磁阀15为常闭 型,此时未通电,是断开的,四通换向阀8未通电。高压压缩机2、风扇5、第一制冷剂/空气换热器4及制冷剂/水换热器3运行。从气液分离器10中流出的低温低压的气态制冷剂经第三截止阀17进入高压压缩机2成为高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂经油分离器7及四通换向阀8 (此时,四通换向阀8的端ロ d与端ロ f之间导通),流入第一制冷剤/空气换热器4,经室外空气的冷却、冷凝成为过冷高压液体,过冷高压液体经电子膨胀阀12节流成为低温低压的液态与气态混合制冷剂,并由中间冷却器9的气液混合型冷媒通道的端ロ c (端ロ c此时为入口端)进入中间冷却器9,进行气液分离,低温低压的气态制冷剂由中间冷却器9的气体冷媒通道出ロ端b流出,经第四截止阀18流入混合室6,与来自气液分离器10的低温低压气态制冷剂混合,低温低压的液态制冷剂由中间冷却器9的气液混合型冷媒通道的端ロ a (端ロ a此时为出口端)流出,经第一截止阀13流入制冷剂/水换热器3,在此液态制冷剂吸收水路中的热量蒸发成低温低压的气态制冷剂,以实现制取冷水的目的,低温低压的气态制冷剂经四通换向阀8 (此时端ロ g与端ロ e导通)、气液分离器10、第三截止阀17返回到高压压缩机2,完成制冷循环。
[0023] 一般冬季制热エ况的工作原理:在一般冬季制热エ况下,该双级压缩装置中的低压压缩机I停止工作。打开第三截止阀17及第ニ截止阀14,关闭第一截止阀13,四通换向阀8上电,高压压缩机2、风扇5、第一制冷剂/空气换热器4、制冷剂/水换热器3运行。从气液分离器10中流出的低温低压气态制冷剂经第三截止阀17进入高压压缩机2成为高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂经油分离器7及四通换向阀8 (此时端ロ d与端ロ g导通)流入制冷剤/水换热器3,将所携带的热量释放给水路中的循环水,实现制取热水的目的,高温高压的气态制冷剂在此冷却、冷凝为过冷高压液体,过冷高压液体经电子膨胀阀11节流成为低温低压的液态与气态混合制冷剂,并由中间冷却器9的气液混合型冷媒通道的端ロ a (此时端ロ a为入口端)进入中间冷却器9,进行气液分离,低温低压的气态制冷剂由中间冷却器9的气体冷媒通道出ロ端b流出,经第四截止阀18流入混合室6,与来自气液分离器10的低温低压气态制冷剂混合,低温低压的液态制冷剂由中间冷却器9的气液混合型冷媒通道的端ロ c(此时端ロ c为出口端)流出,经第二截止阀14流入第一制冷剂/空气换热器4。在此,液态制冷剂吸收室外空气的热量蒸发成为低温低压的气态制冷剂,再流经四通换向阀8 (此时端ロ f与端ロ e导通)、气液分离器10、第三截止阀17返回到高压压缩机2,完成一般冬季エ况下的制热循环。
[0024] 严寒冬季制热エ况的工作原理:在严寒冬季制热エ况下,该双级压缩装置中低压压缩机I和高压压缩机2同时工作。关闭第三截止阀17、第一截止阀13及第ニ截止阀14,四通换向阀8上电,低压压缩机I、高压压缩机2、风扇5、第一制冷剂/空气换热器4、制冷剂/水换热器3运行。从气液分离器10中流出的低温低压气态制冷剂经低压压缩机I成为温度较高的中压气态制冷剂,该温度较高的中压气态制冷剂与中间冷却器9的气体冷媒通道的出ロ端b流出的低温中压气态制冷剂在混合室6中混合,并被吸入高压压缩机2成为高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂经油分离器7、四通换向阀8 (此时端ロ d与端ロ g导通)流入制冷剤/水换热器3,将所携带的热量释放给水路中的循环水,实现制取热水的目的,高温高压的气态制冷剂在此冷却、冷凝为过冷高压液体,过冷高压液体经电子膨胀阀11节流成为低温中压的液态与气态混合制冷剂,并由中间冷却器9的气液混合型冷媒通道的端ロ a (此时 端ロ a为入口端)进入中间冷却器9,进行气液分离,蒸发出的低温中压气态制冷剂由气体冷媒通道的出ロ端b流出,经气液混合头16流入混合室6,而被蒸发吸热的低温中压液态制冷剂由气液混合型冷媒通道的端ロ c (此时为端ロ c为出ロ端)流出,经电子膨胀阀12节流成为低温低压的液态与气态混合制冷剂进入第一制冷剂/空气换热器4,在此,液态制冷剂吸收室外空气的热量蒸发成为低温低压的气态制冷剂,再流经四通换向阀8 (此时端ロ f与端ロ e导通)、气液分离器10、返回到低压压缩机I的入口端,完成严寒冬季エ况下的制热循环。
[0025] 制冷系统在制热运行一段时间之后由于室外空气中含有一定量的水分,而且室外换热器的表面温度又比较低,此时将有部分水蒸气在换热器表面凝结为霜层,这些霜层的存在将降低换热器的对流传热系数和通过换热器的风量,因此当霜层厚度达到一定程度之后,系统必须对霜层进行去除,从而保证换热器的换热性能和换热器的风量。
[0026] 冬季制热除霜的工作原理:在一般冬季制热エ况和严寒冬季制热エ况,当第一制冷剂/空气换热器4所帯的传感器(图中未标出)检测到第一制冷剂/空气换热器4表面的温度低于_1°C并且连续超过10分钟时,电磁阀15通电打开,高温高压的气态制冷剂,经电磁阀15进入与之相连的气液混合头16,将热气与气液两相体混合,继而进入第一制冷剂/空气换热器4,利用释放出的热量将第一制冷剂/空气换热器4表面的霜层融化除棹,当第一制冷剂/空气换热器4所帯的传感器(图中未标出)检测到第一制冷剂/空气换热器4表面温度> (TC时,停止给电磁阀15供电,电磁阀15关闭,完成除霜过程。
[0027] 由此本发明提供一种带有热气旁通除霜装置的适合寒冷地区使用的双级压缩热泵系统,可以有效改善现有技术中的不足,有利于热泵系统向北方的推广,响应国家节能政策。

Claims (6)

1. 一种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,低压压缩机(I)和高压压缩机(2),其特征在于:所述低压压缩机(I)的排气ロ经混合室(6)连通高压压缩机(2)的吸气ロ,高压压缩机⑵的排气ロ依次经过油分离器(7)及四通换向阀⑶连通制冷剤/水换热器(3),制冷剤/水换热器(3)经电子膨胀阀(11)连通中间冷却器(9)的液体与气液混合型冷媒通道的一个端ロ(a),中间冷却器(9)的气体冷媒通道的出ロ端(b)经第四截止阀(18)连通混合室¢),中间冷却器(9)的液体与气液混合型冷媒通道的另ー个端ロ(c)经电子膨胀阀(12)及气液混合头(16)连通第一制冷剤/空气换热器(4),第一制冷剤/空气换热器(4)经四通换向阀(8)连通气液分离器(10)的入口端,气液分离器(10)的出口端与低压压缩机(I)的吸气ロ相连通形成ー个循环。
2.如权利要求I所述的ー种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其特征在干:在所述电子膨胀阀(11)的进出口两侧的管路上连接ー个支路,在该支路上设置ー个第一截止阀(13)。
3.如权利要求I所述的ー种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其特征在干:在电子膨胀阀(12)的进出口两侧的管路上连接ー个支路,在该支路上设置ー个第二截止阀(14)。
4.如权利要求I所述的ー种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其特征在于:所述高压压缩机(2)的出口端经电磁阀(15)与所述气液混合头(16)连通,其中,所述气液混合头(16)位于所述电子膨胀阀(12)与所述制冷剤/空气换热器(4)之间。
5.如权利要求I所述的ー种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其特征在于:所述低压压缩机(I)的入口端经第三截止阀(17)与所述高压压缩机(2)的入口端相连通。
6.如权利要求I所述的ー种带有热气旁通除霜装置的双级压缩热泵系统,其特征在于:所述制冷剂/水换热器(3)由第二制冷剂/空气换热器替代。
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