CN105020924A - 一种空气源喷气增焓热泵系统 - Google Patents

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李敏霞
吕岩
李双俊
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Abstract

本发明涉及高效空气源热泵系统，公开了一种空气源喷气增焓热泵系统，包括第一四通换向阀、喷气增焓压缩机、回热器、第一制冷剂风冷式换热器、第一电子膨胀阀、三通阀、制冷剂过冷换热器、第二四通换向阀、第二制冷剂风冷式换热器、第三四通换向阀、第四四通换向阀、经济器和第二电子膨胀阀。本发明解决了现有热泵压缩比大，制热与制冷两用难以实现，以及蒸发器结霜和效率运行低等技术问题，在系统中使用喷气增焓压缩机，同时利用制冷剂过冷换热器加热通过室外蒸发器的空气的做法，实现冬季除霜效果，并且通过多个四通阀的配合实现冬季和夏季都能利用压缩机中间补气以及内部换热等节能手段，有效提高整个热泵系统的效率和运行安全性。

Description

一种空气源喷气增焓热泵系统
技术领域
本发明涉及一种加热和制冷循环系统，更具体的说，是涉及一种高效空气源热泵系统。
背景技术
热泵作为一种节能装置而日益受到重视，并被认为是节能减排的有效手段。热泵系统由于夏季可以提供制冷，冬季可以提供热量，操作方便而被广泛使用。但在夏热冬冷地区，由于冬季室外温度低，压缩比大以及结霜问题使得空气源热泵不能被广泛使用，因此开发能够在夏热冬冷地区两季使用的高效热泵机组非常必要。
目前喷气增焓压缩机是采用两级节流中间喷气技术，采用闪蒸器进行气液分离，实现增焓效果。它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常压缩，提高压缩机排气量，解决大压比，以及达到低温环境下提升制热能力的目的。但原有的设计仍面临冬季结霜除霜问题，并且在夏季也不能有效利用喷气增焓的特点。
综上所述，为了解决空气源热泵在实际应用中存在的难于迅速推广的缺点，即压缩比大，制热与制冷两用难以实现，以及蒸发器结霜和效率运行低等技术问题，需要对现有热泵进行进一步的改进与创新。
发明内容
本发明提供了一种高效的制冷加热两用空气源喷气增焓热泵系统，解决了现有热泵压缩比大，制热与制冷两用难以实现，以及蒸发器结霜和效率运行低等技术问题，在系统中使用喷气增焓压缩机，同时利用制冷剂过冷换热器加热通过室外蒸发器的空气的做法，实现冬季除霜效果，并且通过多个四通阀的配合实现冬季和夏季都能利用压缩机中间补气以及内部换热等节能手段，有效提高整个热泵系统的效率和运行安全性。
本发明通过设备的合理利用，实现热泵系统分别满足冬夏俩季的供暖、供冷需求，消除了空气源热泵在实际应用中难于迅速推广的障碍。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种空气源喷气增焓热泵系统，包括第一四通换向阀、喷气增焓压缩机、回热器、第一制冷剂风冷式换热器、第一电子膨胀阀、三通阀、制冷剂过冷换热器、第二四通换向阀、第二制冷剂风冷式换热器、第三四通换向阀、第四四通换向阀、经济器和第二电子膨胀阀；
其中所述第一制冷剂风冷式换热器位于室外，所述第二制冷剂风冷式换热器位于室内；
其中所述第一四通换向阀、所述第二四通换向阀、所述第三四通换向阀、所述第四四通换向阀均为其左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通；
所述喷气增焓压缩机的出口与所述第一四通换向阀的下端口连接，所述第一四通换向阀的右端口与所述回热器的冷却流体侧的一端连接，所述回热器的冷却流体侧的另一端与所述第二制冷剂风冷式换热器的一端连接，所述第二制冷剂风冷式换热器的另一端分别与所述第二四通换向阀的下端口和所述三通阀的下端口连接，所述三通阀的右端口与所述第二电子膨胀阀的进口连接，所述第二电子膨胀阀的出口与所述经济器的冷却流体侧进口端连接，所述经济器的冷却流体侧出口端与所述喷气增焓压缩机的中间入口连接；
所述第二四通换向阀的左端口与所述第一电子膨胀阀的出口连接，所述第一电子膨胀阀的进口与所述第四四通换向阀的左端口连接，所述第四四通换向阀的下端口与所述回热器的加热流体侧的一端连接，所述回热器加热流体侧的另一端与所述第四四通换向阀的右端口连接；所述第四四通换向阀的上端口与所述第三四通换向阀的下端口连接，所述第三四通换向阀的上端口与所述制冷剂过冷换热器的进口连接，所述制冷剂过冷换热器的出口与所述第三四通换向阀的右端口连接，所述第三四通换向阀的左端口与所述经济器的被冷却流体侧出口端连接，所述经济器的被冷却流体侧进口端与所述第二四通换向阀的右端口连接，所述第二四通换向阀的上端口分别与所述三通阀的上端口和第一制冷剂风冷式换热器的一端连接；所述第一制冷剂风冷式换热器的另一端和第一四通换向阀的左端口连接，所述第一四通换向阀的上端口与所述喷气增焓压缩机的低压入口连接。
其中，所述回热器、所述经济器、所述第一制冷剂风冷式换热器、所述第二制冷剂风冷式换热器的通道水力直径为0.1mm～25mm。
本发明的有益效果是：
(一)本发明的热泵系统通过控制四个四通换向阀的端口联通方式，实现制冷和供热工况的快速切换和各换热器在两种工况条件下的正常运行；
(二)本发明的热泵系统通过使用三通阀和四通换向阀，实现在冬季供热和夏季制冷运行时，压缩机都以喷气增焓的运行模式运行，达到提高系统性能的目的；
(三)本发明的热泵系统使用第三四通换向阀和制冷剂过冷换热器，在冬季加热通过作为蒸发器使用的第一制冷剂风冷式换热器的空气，防止第一制冷剂风冷式换热器结霜；在夏季停止制冷剂过冷换热器的使用，避免能量回流；
(四)本发明的热泵系统在喷气增焓压缩机入口处接入回热器，使用四通换向阀，在夏季热泵运行时，使系统压缩机入口过热，降低压缩比，减小制冷剂压缩造成的不可逆性，提高系统实际制冷的有效性；而在冬季热泵运行时，则停止使用此回热器，从而避免了能量的回流。
附图说明
图1是本发明所提供的空气源喷气增焓热泵系统的结构示意图；
图2是本发明所提供的空气源喷气增焓热泵系统的制冷工况原理图；
图3是本发明所提供的空气源喷气增焓热泵系统的供热工况原理图。
图中：1，第一四通换向阀；2，喷气增焓压缩机；3，回热器；4，第二制冷剂风冷式换热器；5，第一电子膨胀阀；6，三通阀；7，制冷剂过冷换热器；8，第二四通换向阀；9，第一制冷剂风冷式换热器；10，第三四通换向阀；11，第四四通换向阀；12，经济器；13，第二电子膨胀阀；
其中：箭头表示工质流动方向；管路上有斜杠表示此管路不流通；第二制冷剂风冷式换热器(4)位于室内；第一制冷剂风冷式换热器(9)位于室外。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
如图1所示，本实施例公开了一种高效的制冷加热两用的空气源喷气增焓热泵系统，由第一四通换向阀1、第二四通换向阀8、第三四通换向阀10、第四四通换向阀11、喷气增焓压缩机2、回热器3、经济器12、第一制冷剂风冷式换热器9、第二制冷剂风冷式换热器4、第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀13、三通阀6、制冷剂过冷换热器7构成；该系统中第一制冷剂风冷式换热器9位于室外，第二制冷剂风冷式换热器4位于室内。
其中第一四通换向阀1、第二四通换向阀8、第三四通换向阀10、第四四通换向阀11均为其左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通。
其中，回热器3两侧管路中的制冷剂相互换热，本申请中将回热器3的两侧分别称之为加热流体侧和冷却流体侧。经济器12是以一侧管路中的制冷剂冷却另一侧管路中的制冷剂，本申请中将经济器12的两侧分别称之为冷却流体侧和被冷却流体侧。
喷气增焓压缩机2的出口与第一四通换向阀1的下端口连接，第一四通换向阀1的右端口与回热器3的冷却流体侧的一端连接，回热器3的冷却流体侧的另一端与第二制冷剂风冷式换热器4的一端连接，第二制冷剂风冷式换热器4的另一端分别与第二四通换向阀8的下端口和三通阀6的下端口连接，三通阀6的右端口与第二电子膨胀阀13的进口连接，第二电子膨胀阀13的出口与经济器12的冷却流体侧进口端连接，经济器12的冷却流体侧出口端与喷气增焓压缩机2的中间入口连接。
第二四通换向阀8的左端口与第一电子膨胀阀5的出口连接，第一电子膨胀阀5的进口与第四四通换向阀11的左端口连接，第四四通换向阀11的下端口与回热器3的加热流体侧的一端连接，所述回热器3加热流体侧的另一端与第四四通换向阀11的右端口连接；第四四通换向阀11的上端口与第三四通换向阀10的下端口连接，第三四通换向阀10的上端口与制冷剂过冷换热器7的进口连接，制冷剂过冷换热器7的出口与第三四通换向阀10的右端口连接，第三四通换向阀10的左端口与经济器12的被冷却流体侧出口端连接，经济器12的被冷却流体侧进口端与第二四通换向阀8的右端口连接，第二四通换向阀8的上端口分别与三通阀6的上端口和第一制冷剂风冷式换热器9的一端连接；第一制冷剂风冷式换热器9的另一端和第一四通换向阀1的左端口连接，第一四通换向阀1的上端口与喷气增焓压缩机2的低压入口连接。
回热器3、经济器12、第一制冷剂风冷式换热器9、第二制冷剂风冷式换热器4的通道水力直径优选为0.1mm～25mm。
本发明所提供的空气源喷气增焓热泵系统的工作原理如下：
在制冷工况下，如图2所示，第一四通换向阀1、第二四通换向阀8、第三四通换向阀10、第四四通换向阀11的左端口和下端口连通、右端口和上端口连通。制冷剂过冷换热器7停止工作。
喷气增焓压缩机2排出的高温高压制冷剂经第一四通换向阀1进入第二制冷剂风冷式换热器9进行热量交换，被冷却为高温高压的液态制冷剂；从第一制冷剂风冷式换热器9出来的高温高压液态制冷剂部分经第二四通换向阀8进入经济器12的被冷却流体侧后依次经第三四通换向阀10、第四四通换向阀11进入回热器3的加热流体侧，再经第四四通换向阀11进入第一电子膨胀阀5变为低温液态制冷剂，然后经第二四通换向阀8进入第二制冷剂风冷式换热器4进行蒸发换热，为室内环境提供冷量，而后变为气态的制冷剂进入回热器3的冷却流体侧冷却，继而经第一四通换向阀1进入喷气增焓压缩机2的低压入口完成该部分的制冷剂循环；另一部分经三通阀6和第二电子膨胀阀13后成为低温低压的液态制冷剂，从第二电子膨胀阀13出来的低温低压的液态制冷剂进入经济器12的冷却流体侧进行热量交换成为气态进入喷气增焓压缩机2的中间入口，完成压缩后，再次经第一四通换向阀1被排入第一制冷剂风冷式换热器9完成一个制冷剂循环。
在供热工况下，如图3所示，第一四通换向阀1、第二四通换向阀8、第三四通换向阀10、第四四通换向阀11的左端口和上端口连通、右端口和下端口连通，回热器3停止工作。
喷气增焓压缩机2排出的高温高压制冷剂经第一四通换向阀1进入第二制冷剂风冷式换热器4为室内提供热量，冷却为高温高压的液态制冷剂；从第二制冷剂风冷式换热器4出来的高温高压液态制冷剂部分经三通阀6进入第二电子膨胀阀13变为低温液态制冷剂，再进入经济器12的冷却流体侧进行热量交换变为低温气态制冷剂，继而进入喷气增焓压缩机2中间入口；从第二制冷剂风冷式换热器4出来的高温高压液态制冷剂另一部分经第二四通换向阀8进入经济器12的被冷却流体侧进一步降温，继而经过第三四通换向阀10进入制冷剂过冷热换热器7，加热从外部进入第一冷剂风冷式换热器9的空气进一步降温实现过冷。从制冷剂过冷加热器7出来的过冷液态制冷剂依次经第三四通换向阀10、第四四通换向阀11进入第一电子膨胀阀5变为低温液态制冷剂，继而经第二四通换向阀8进入第一制冷剂风冷式换热器9热量交换，变为低温抵压的气态制冷剂。从第一制冷剂风冷式换热器9出来的低温气态制冷剂经第一四通换向阀1进入喷气增焓压缩机2的低压入口完成压缩并与中间入口的气体混合完成全部压缩，并被压缩机2排出，再次经第一四通换向阀1进入第二制冷剂风冷式换热器4，完成一个制热循环。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空气源喷气增焓热泵系统，其特征在于，包括第一四通换向阀(1)、喷气增焓压缩机(2)、回热器(3)、第一制冷剂风冷式换热器(9)、第一电子膨胀阀(5)、三通阀(6)、制冷剂过冷换热器(7)、第二四通换向阀(8)、第二制冷剂风冷式换热器(4)、第三四通换向阀(10)、第四四通换向阀(11)、经济器(12)和第二电子膨胀阀(13)；
其中所述第一制冷剂风冷式换热器(9)位于室外，所述第二制冷剂风冷式换热器(4)位于室内；
其中所述第一四通换向阀(1)、所述第二四通换向阀(8)、所述第三四通换向阀(10)、所述第四四通换向阀(11)均为其左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通；
所述喷气增焓压缩机(2)的出口与所述第一四通换向阀(1)的下端口连接，所述第一四通换向阀(1)的右端口与所述回热器(3)的冷却流体侧的一端连接，所述回热器(3)的冷却流体侧的另一端与所述第二制冷剂风冷式换热器(4)的一端连接，所述第二制冷剂风冷式换热器(4)的另一端分别与所述第二四通换向阀(8)的下端口和所述三通阀(6)的下端口连接，所述三通阀(6)的右端口与所述第二电子膨胀阀(13)的进口连接，所述第二电子膨胀阀(13)的出口与所述经济器(12)的冷却流体侧进口端连接，所述经济器(12)的冷却流体侧出口端与所述喷气增焓压缩机(2)的中间入口连接；
所述第二四通换向阀(8)的左端口与所述第一电子膨胀阀(5)的出口连接，所述第一电子膨胀阀(5)的进口与所述第四四通换向阀(11)的左端口连接，所述第四四通换向阀(11)的下端口与所述回热器(3)的加热流体侧的一端连接，所述回热器(3)加热流体侧的另一端与所述第四四通换向阀(11)的右端口连接；所述第四四通换向阀(11)的上端口与所述第三四通换向阀(10)的下端口连接，所述第三四通换向阀(10)的上端口与所述制冷剂过冷换热器(7)的进口连接，所述制冷剂过冷换热器(7)的出口与所述第三四通换向阀(10)的右端口连接，所述第三四通换向阀(10)的左端口与所述经济器(12)的被冷却流体侧出口端连接，所述经济器(12)的被冷却流体侧进口端与所述第二四通换向阀(8)的右端口连接，所述第二四通换向阀(8)的上端口分别与所述三通阀(6)的上端口和所述第一制冷剂风冷式换热器(9)的一端连接；所述第一制冷剂风冷式换热器(9)的另一端和所述第一四通换向阀(1)的左端口连接，所述第一四通换向阀(1)的上端口与所述喷气增焓压缩机(2)的低压入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种空气源喷气增焓热泵系统，其特征在于，所述回热器(3)、所述经济器(12)、所述第一制冷剂风冷式换热器(9)、所述第二制冷剂风冷式换热器(4)的通道水力直径为0.1mm～25mm。
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