CN105823256B - 一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置及其工作方法，包括室内盘管、第一换热器、干燥过滤器、电子膨胀阀、室外盘管、第二换热器、压缩机、油分离器。本发明中压缩机采用喷油的方式冷却，润滑油通过第二换热器冷却后喷入压缩机的机体中润滑轴承组，降低了压缩机本身及排气的温度，运行效率提高；本发明可以通过阀门切换实现制冷及热泵运行模式，热泵模式下的供暖热量有空气源、润滑油热量、室内制冷剂余热三个来源，提高了能源利用率，充分实现了系统节能。

Description

一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置的工作方法
技术领域
本发明涉及空气源热泵系统，尤其是一种加装压缩机喷油冷却系统的空气源热泵装置，属于热泵应用技术领域。
背景技术
空气源热泵系统通过消耗电能驱动压缩机，吸收空气中的热量实现供暖，通过四通换向阀的切换，可在夏季实现制冷的效果。空气源热泵系统是一种全年候运转设备，特别是环境温度较低的冬季仍需要运行，势必造成压缩机的压缩比增大，排气温度升高，导致压缩机过热。高温对压缩机电机和润滑油具有很大的危害，长时间过热不仅会降低电机绝缘性能和可靠性，缩短电机寿命，而且会降低润滑油的润滑能力，甚至引起润滑油碳化和酸解。高温还会使压缩机的活塞环和填料等密封元件出现材料老化变质和变形，导致泄漏，引发排气量下降，使排气温度进一步升高。
目前降低压缩机温度的主要措施包括多级压缩、中间冷却、改善润滑油的量及品质等，将压缩机喷油冷却装置加装到空气源热泵系统的应用较少。本发明不消耗外界的冷量，利用自身产生的冷量冷却压缩机中的润滑油，降低了压缩机的排气温度，使压缩机高效安全运行。通过阀门切换可实现全年候运行，并能回收系统的热量，实现高效率运行。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置及其工作方法，利用自身产生的冷量冷却压缩机中的润滑油，降低压缩机的排气温度，解决了冬季压缩机压缩比过高引起的过热问题，提高了压缩机的效率；同时该装置可回收系统热量，并实现全年候运行。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置，包括室内盘管、第一换热器、干燥过滤器、电子膨胀阀、室外盘管、第二换热器、压缩机和油分离器；所述室内盘管的室内制冷剂出口与第一换热器的高温制冷剂入口连接，制冷剂通过第一换热器的高温制冷剂出口分为两路，一路与第三单向阀的出口连接，另一路通过第一单向阀与干燥过滤器的进口连接；所述干燥过滤器的出口与电子膨胀阀的进口连接，制冷剂通过电子膨胀阀的出口分为两路，一路与第三单向阀的进口连接，另一路与第四单向阀的进口连接；制冷剂通过第四单向阀的出口分为两条支路，一条支路通过第二单向阀与干燥过滤器的进口连接，另一条支路与室外盘管的室外制冷剂进口连接；所述室外盘管的室外制冷剂出口分为两路，一路通过第一截止阀与第二换热器的二号换热制冷剂入口连接，第二换热器的二号换热制冷剂出口与第一换热器的低温制冷剂入口连接，另一路通过第二截止阀分为两条支路，一条支路通过第三截止阀与第一换热器的低温制冷剂出口连接，另一条支路与四通换向阀的第一输入端连接；所述四通换向阀的第一输出端与压缩机的制冷剂进口连接，压缩机的制冷剂出口与油分离器的制冷剂进口连接，油分离器的制冷剂出口与四通换向阀的第二输入端连接，所述四通换向阀的第二输出端与室内盘管的室内制冷剂入口连接；所述油分离器的润滑油出口通过第四截止阀与第二换热器的润滑油进口连接，第二换热器的润滑油出口与压缩机的润滑油进口连接。
进一步的，所述第一单向阀的进口与第三单向阀的出口并联后连接至第一换热器的高温制冷剂出口；所述第二单向阀的进口与第四单向阀的出口并联后连接至室外盘管的室外制冷剂入口；第一单向阀的流通方向为从第一换热器的高温制冷剂出口至干燥过滤器的进口，第二单向阀的流通方向为从室外盘管的室外制冷剂入口至干燥过滤器的进口，第三单向阀的流通方向为从电子膨胀阀的出口至第一换热器的高温制冷剂出口，第四单向阀的流通方向为从电子膨胀阀的出口至室外盘管的室外制冷剂入口。
进一步的，所述压缩机为喷油压缩机，所述压缩机内的润滑油通过第二换热器冷却后喷入压缩机的机体中润滑轴承组，润滑油在压缩机底部聚集后与制冷剂一起由出口排出至油分离器。
进一步的，室外盘管后连接设置两级换热器，分别为第二换热器和第一换热器；首先制冷剂在室外换热器中吸收室外热量后，通过第二换热器吸收润滑油的热量，；然后制冷剂通过第一换热器回收室内盘管排出制冷剂的余热。
一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置的工作方法，分为温度较低的冬季工作模式和温度较高的夏季工作模式，具体如下：
A.在温度较低的冬季制热工作模式：室内盘管为冷凝器，室外盘管为蒸发器；此时第二截止阀关闭，第一截止阀、第三截止阀、第四截止阀打开，四通换向阀的第一输入端与第一输出端连通，第二输入端与第二输出端连通；首先室外盘管5中的制冷剂吸收空气源的热量后流经第二换热器，吸收高温润滑油的热量；接着，制冷剂通过第一换热器回收室内排出制冷剂的余热，然后制冷剂通过四通换向阀进入压缩机，由压缩机排出的高温高压制冷剂经过油分离器后进入室内盘管，冷凝释放吸收的热量，为室内取暖提供能量；制冷剂在室内散热后流经第一散热器，继续释放余热后经过第一单向阀进入干燥过滤器，除去制冷剂中渗入的水分及杂质，净化后的高压低温制冷剂经过电子膨胀阀后压力降低，通过第四单向阀后进入室外盘管继续吸热，完成一个热泵循环；压缩机排出的制冷剂进入油分离器，实现制冷剂与润滑油的分离，润滑油通过第二换热器将热量传递给流经的制冷剂，冷却后的润滑油喷入压缩机中，完成压缩机的喷油冷却过程。
B.在温度较高的夏季制冷工作模式时，室内盘管为蒸发器，室外盘管为冷凝器，此时第一截止阀、第三截止阀、第四截止阀关闭，第二截止阀打开，四通换向阀的第二输出端与第一输出端连通，第二输入端与第一输入端连通；首先室内盘管中的制冷剂吸收室内的热量后，通过四通换向阀进入压缩机，由压缩机排出的高温高压制冷剂经过油分离器后进入室外盘管，制冷剂冷凝放热，实现室内热量向室外的转移；放热后的制冷剂通过第二单向阀进入干燥过滤器，干燥净化后的制冷剂通过电子膨胀阀降压后通过第三单向阀及第一换热器进入室内盘管，重新吸收室内的热量，完成一个制冷循环。
有益效果：1、目前降低压缩机及排气温度的主要措施有多级压缩、中间冷却等，需要多台压缩机及外部的冷却装置，本发明中的压缩机采用喷油的方式冷却，润滑油冷却所需的冷量来自装置本身。低温润滑油喷入压缩机润滑轴承组后，压缩机本身的温度降低，随后润滑油聚集在压缩机底部，与制冷剂一起排出，降低了压缩机的排气温度，运行效率提高。与现有技术相比具有结构简单、成本低、节能、运行效率高的优点。
2、本发明可以通过阀门的切换实现全年候运行，温度低的冬季可实现热泵模式，温度高的夏季可实现制冷模式。
3、在热泵运行模式下，系统供暖热量有三个来源，一是普通空气源热泵的基本热源—空气，二是冷却高温润滑油时所获得的热量，三是回收室内排出制冷剂的余热，本发明充分利用了系统产生的热量，提高了能源利用率。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1，一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置的连接结构图，包括室内盘管1、第一换热器2、干燥过滤器3、电子膨胀阀4、室外盘管5、第二换热器6、压缩机7和油分离器8；所述室内盘管1的室内制冷剂出口s1与第一换热器2的高温制冷剂入口a1连接，制冷剂通过第一换热器2的高温制冷剂出口a2分为两路，一路与第三单向阀103的出口连接，另一路通过第一单向阀101与干燥过滤器3的进口连接；所述干燥过滤器3的出口与电子膨胀阀4的进口连接，制冷剂通过电子膨胀阀4的出口分为两路，一路与第三单向阀103的进口连接，另一路与第四单向阀104的进口连接；制冷剂通过第四单向阀104的出口分为两条支路，一条支路通过第二单向阀102与干燥过滤器3的进口连接，另一条支路与室外盘管5的室外制冷剂进口h1连接；所述室外盘管5的室外制冷剂出口h2分为两路，一路通过第一截止阀201与第二换热器6的二号换热制冷剂入口c2连接，第二换热器6的二号换热制冷剂出口c1与第一换热器2的低温制冷剂入口b2连接，另一路通过第二截止阀202分为两条支路，一条支路通过第三截止阀(203)与第一换热器2的低温制冷剂出口b1连接，另一条支路与四通换向阀205的第一输入端e3连接；所述四通换向阀205的第一输出端e4与压缩机7的制冷剂进口连接，压缩机7的制冷剂出口与油分离器8的制冷剂进口连接，油分离器8的制冷剂出口与四通换向阀205的第二输入端e2连接，所述四通换向阀205的第二输出端e1与室内盘管1的室内制冷剂入口s2连接；所述油分离器8的润滑油出口通过第四截止阀204与第二换热器6的润滑油进口d1连接，第二换热器6的润滑油出口d2与压缩机7的润滑油进口连接。
上述结构中，所述第一单向阀101的进口与第三单向阀103的出口并联后连接至第一换热器2的高温制冷剂出口a2；所述第二单向阀102的进口与第四单向阀104的出口并联后连接至室外盘管5的室外制冷剂入口h1；第一单向阀101的流通方向为从第一换热器2的高温制冷剂出口a2至干燥过滤器3的进口，第二单向阀102的流通方向为从室外盘管5的室外制冷剂入口h1至干燥过滤器3的进口，第三单向阀103的流通方向为从电子膨胀阀4的出口至第一换热器2的高温制冷剂出口a2，第四单向阀104的流通方向为从电子膨胀阀4的出口至室外盘管5的室外制冷剂入口h1。
上述结构中，所述压缩机7为喷油压缩机，所述压缩机7内的润滑油通过第二换热器6冷却后喷入压缩机7的机体中润滑轴承组，润滑油在压缩机7底部聚集后与制冷剂一起由出口排出至油分离器8。
上述结构中，室外盘管5后连接设置两级换热器，分别为第二换热器6和第一换热器2；首先制冷剂在室外换热器5中吸收室外热量后，通过第二换热器6吸收润滑油的热量，；然后制冷剂通过第一换热器2回收室内盘管1排出制冷剂的余热。
基于上述结构本发明装置的工作方法，分为温度较低的冬季工作模式和温度较高的夏季工作模式，具体如下：
A.在温度较低的冬季制热工作模式：室内盘管1为冷凝器，室外盘管5为蒸发器；此时第二截止阀202关闭，第一截止阀201、第三截止阀203、第四截止阀204打开，四通换向阀205的第一输入端e3与第一输出端e4连通，第二输入端e2与第二输出端e1连通；
首先室外盘管5中的制冷剂吸收空气源的热量后流经第二换热器6，吸收高温润滑油的热量；接着，制冷剂通过第一换热器2回收室内排出制冷剂的余热，然后制冷剂通过四通换向阀205进入压缩机7，由压缩机7排出的高温高压制冷剂经过油分离器8后进入室内盘管1，冷凝释放吸收的热量，为室内取暖提供能量；
制冷剂在室内散热后流经第一散热器2，继续释放余热后经过第一单向阀101进入干燥过滤器3，除去制冷剂中渗入的水分及杂质，净化后的高压低温制冷剂经过电子膨胀阀4后压力降低，通过第四单向阀104后进入室外盘管5继续吸热，完成一个热泵循环；
压缩机7排出的制冷剂进入油分离器8，实现制冷剂与润滑油的分离，润滑油通过第二换热器6将热量传递给流经的制冷剂，冷却后的润滑油喷入压缩机7中，完成压缩机7的喷油冷却过程。
B.在温度较高的夏季制冷工作模式时，室内盘管1为蒸发器，室外盘管5为冷凝器，此时第一截止阀201、第三截止阀203、第四截止阀204关闭，第二截止阀202打开，四通换向阀205的第二输出端e1与第一输出端e4连通，第二输入端e2与第一输入端e3连通；
首先室内盘管1中的制冷剂吸收室内的热量后，通过四通换向阀205进入压缩机7，由压缩机7排出的高温高压制冷剂经过油分离器8后进入室外盘管5，制冷剂冷凝放热，实现室内热量向室外的转移；放热后的制冷剂通过第二单向阀102进入干燥过滤器，干燥净化后的制冷剂通过电子膨胀阀4降压后通过第三单向阀103及第一换热器2进入室内盘管1，重新吸收室内的热量，完成一个制冷循环。
夏季室内外温差较小，压缩机7的压缩比较小，排气温度相对较低，所以压缩机7不采用喷油冷却的方式，油分离器8分离出的润滑油流经第二换热器6的管路后回到压缩机7中。在制冷模式下，第一换热器2、第二换热器6都处于无换热的状态，但第一换热器2的a2到a1段仍作为制冷循环回路的一部分，第二换热器6的d1到d2段仍作为润滑油循环回路的一部分。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置，其特征在于，包括室内盘管（1）、第一换热器（2）、干燥过滤器（3）、电子膨胀阀（4）、室外盘管（5）、第二换热器（6）、压缩机（7）和油分离器（8）；
所述室内盘管（1）的室内制冷剂出口（s1）与第一换热器（2）的高温制冷剂入口（a1）连接，制冷剂通过第一换热器（2）的高温制冷剂出口（a2）分为两路，一路与第三单向阀（103）的出口连接，另一路通过第一单向阀（101）与干燥过滤器（3）的进口连接；所述干燥过滤器（3）的出口与电子膨胀阀（4）的进口连接，制冷剂通过电子膨胀阀（4）的出口分为两路，一路与第三单向阀（103）的进口连接，另一路与第四单向阀（104）的进口连接；制冷剂通过第四单向阀（104）的出口分为两条支路，一条支路通过第二单向阀（102）与干燥过滤器（3）的进口连接，另一条支路与室外盘管（5）的室外制冷剂进口（h1）连接；所述室外盘管（5）的室外制冷剂出口（h2）分为两路，一路通过第一截止阀（201）与第二换热器（6）的二号换热制冷剂入口（c2）连接，第二换热器（6）的二号换热制冷剂出口（c1）与第一换热器（2）的低温制冷剂入口（b2）连接，另一路通过第二截止阀（202）分为两条支路，一条支路通过第三截止阀（203）与第一换热器（2）的低温制冷剂出口（b1）连接，另一条支路与四通换向阀（205）的第一输入端（e3）连接；
所述四通换向阀（205）的第一输出端（e4）与压缩机（7）的制冷剂进口连接，压缩机（7）的制冷剂出口与油分离器（8）的制冷剂进口连接，油分离器（8）的制冷剂出口与四通换向阀（205）的第二输入端（e2）连接，所述四通换向阀（205）的第二输出端（e1）与室内盘管（1）的室内制冷剂入口（s2）连接；
所述油分离器（8）的润滑油出口通过第四截止阀（204）与第二换热器（6）的润滑油进口（d1）连接，第二换热器（6）的润滑油出口d2与压缩机（7）的润滑油进口连接；
室外盘管（5）后连接设置两级换热器，分别为第二换热器（6）和第一换热器（2）；首先制冷剂在室外换热器（5）中吸收室外热量后，通过第二换热器（6）吸收润滑油的热量，然后制冷剂通过第一换热器（2）回收室内盘管（1）排出制冷剂的余热。
2.根据权利要求1所述一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置，其特征在于：所述第一单向阀（101）的进口与第三单向阀（103）的出口并联后连接至第一换热器（2）的高温制冷剂出口（a2）；所述第二单向阀（102）的进口与第四单向阀（104）的出口并联后连接至室外盘管（5）的室外制冷剂入口（h1）；第一单向阀（101）的流通方向为从第一换热器（2）的高温制冷剂出口（a2）至干燥过滤器（3）的进口，第二单向阀（102）的流通方向为从室外盘管（5）的室外制冷剂入口（h1）至干燥过滤器（3）的进口，第三单向阀（103）的流通方向为从电子膨胀阀（4）的出口至第一换热器（2）的高温制冷剂出口（a2），第四单向阀（104）的流通方向为从电子膨胀阀（4）的出口至室外盘管（5）的室外制冷剂入口（h1）。
3.根据权利要求1所述压缩机回油冷却的空气源热泵装置，其特征在于：所述压缩机（7）为喷油压缩机，所述压缩机（7）内的润滑油通过第二换热器（6）冷却后喷入压缩机（7）的机体中润滑轴承组，润滑油在压缩机（7）底部聚集后与制冷剂一起由出口排出至油分离器（8）。
4.一种压缩机回油冷却的空气源热泵装置的工作方法，其特征在于：分为温度较低的冬季工作模式和温度较高的夏季工作模式，具体如下：
A．在温度较低的冬季制热工作模式：室内盘管（1）为冷凝器，室外盘管（5）为蒸发器；此时第二截止阀（202）关闭，第一截止阀（201）、第三截止阀（203）、第四截止阀（204）打开，四通换向阀（205）的第一输入端（e3）与第一输出端（e4）连通，第二输入端（e2）与第二输出端（e1）连通；
首先室外盘管5中的制冷剂吸收空气源的热量后流经第二换热器（6），吸收高温润滑油的热量；接着，制冷剂通过第一换热器（2）回收室内排出制冷剂的余热，然后制冷剂通过四通换向阀205进入压缩机（7），由压缩机（7）排出的高温高压制冷剂经过油分离器（8）后进入室内盘管（1），冷凝释放吸收的热量，为室内取暖提供能量；
制冷剂在室内散热后流经第一散热器（2），继续释放余热后经过第一单向阀（101）进入干燥过滤器（3），除去制冷剂中渗入的水分及杂质，净化后的高压低温制冷剂经过电子膨胀阀（4）后压力降低，通过第四单向阀（104）后进入室外盘管（5）继续吸热，完成一个热泵循环；
压缩机（7）排出的制冷剂进入油分离器（8），实现制冷剂与润滑油的分离，润滑油通过第二换热器6将热量传递给流经的制冷剂，冷却后的润滑油喷入压缩机（7）中，完成压缩机（7）的喷油冷却过程；
B．在温度较高的夏季制冷工作模式时，室内盘管（1）为蒸发器，室外盘管（5）为冷凝器，此时第一截止阀（201）、第三截止阀（203）、第四截止阀（204）关闭，第二截止阀（202）打开，四通换向阀（205）的第二输出端（e1）与第一输出端（e4）连通，第二输入端（e2）与第一输入端（e3）连通；
首先室内盘管（1）中的制冷剂吸收室内的热量后，通过四通换向阀（205）进入压缩机（7），由压缩机（7）排出的高温高压制冷剂经过油分离器（8）后进入室外盘管（5），制冷剂冷凝放热，实现室内热量向室外的转移；放热后的制冷剂通过第二单向阀（102）进入干燥过滤器，干燥净化后的制冷剂通过电子膨胀阀（4）降压后通过第三单向阀（103）及第一换热器（2）进入室内盘管（1），重新吸收室内的热量，完成一个制冷循环。
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