CN106440445A - 适用于低温环境的高效空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明将带喷气增焓功能的低温采热压缩回路冷凝盘管和带变频功能的制热压缩回路蒸发盘管交错设置在同一壳程内构成中继换热器。中继换热器里面灌注导热防冻液体，外周做好保温。通过低温端喷气增焓压缩系统从低温环境采热，将热量送至中继换热器；通过温控变频压缩系统从中继换热器取热将热端冷凝器内流体加热，以此实现在低温环境下高能效比产热的目的。

Description

适用于低温环境的高效空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种适用于低温环境的高效空气源热泵系统，由外置主机和热端冷凝器两部分组成。其特征是外置主机和热端冷凝器通过管路连接构成冷热互补的两个制热压缩回路。其中喷气增焓低温采热压缩回路的设置使机组从寒冷环境中高效采热成为可能；带变频压缩机的制热压缩回路使机组中继换热器中热平衡成为可能。适用于低温环境的高效空气源热泵系统具备冬季生产生活热水和采暖的功能，属于低碳节能技术。

背景技术

随着科技和经济的发展，热泵应用越来越广，技术越来越成熟，但在市场应用当中，也存在出一些问题，比如：

(1)现有的单级制热设备，如要实现深度制热，其能效比必然降低。

(2)空气源热泵制热对环境温度敏感性大，低温时能效比低，特别是气温低于零度的情况下，节能效果更差。

使用空气源热泵冬季采暖这是人们热切期待的需求，但目前的机组还不能实现这个愿望。

根据上述情况，发明人构思如下一个新的系统：

设置一个带变频压缩机的制热压缩回路，设置一个带喷气增焓功能的低温采热压缩回路。前者蒸发盘管和后者冷凝盘管设置在同一壳程内，构成中继换热器并实现冷热互补。带喷气增焓功能的低温采热压缩回路可以实现低温采热中温排热；带变频压缩机的制热压缩回路在中继换热器里采集低温采热压缩回路冷凝盘管排出的热量加热自身冷凝器中的液体。变频压缩机的应用可以实现中继换热器中冷热平衡，从而保障机组正常平稳运行。

本发明两个压缩循环联动启动运行，联动停机。

据申请人所知，目前还没有这样一种的设备在市场上出现。

发明内容

本发明将带喷气增焓功能的低温采热压缩回路冷凝盘管和带变频功能的制热压缩回路蒸发盘管设置在同一壳程内构成中继换热器。带喷气增焓功能的低温采热压缩回路具备从低温环境安全采热优点；带变频功能的制热压缩回路具备自动调节热平衡的优点。上述两个制热压缩回路在中继换热器内实现冷热源互补和热量平衡，进而降低每个压缩回路的压缩比，提高整个机组能效比。

本发明的技术方案如下：

一种适用于低温环境的高效空气源热泵系统，由外置主机和热端冷凝器通过管路连接而成，其特征是：由1-4组喷气增焓压缩机、冷凝盘管、储液罐、喷气增焓换热器、喷气控制阀、节流器、蒸发盘管、气液分离器组成1-4个低温采热压缩回路，以此构成机组低温采热端(简称“低温端”)；由另外1-4组变频压缩机、冷凝盘管、储液罐、节流器、蒸发盘管、气液分离器组成1-4个制热压缩回路以此构成机组热端；热端蒸发盘管与低温采热端冷凝盘管交错设置，共处于一个壳程构成中继换热器；中继换热器内装有导热液体，并设置感温器，感温器信号线与变频压缩机控制器相联；外置主机上设有排冷风扇。

本发明的特征还在于：中继换热器设置为容积式。

本发明的特征还在于：热端冷凝器选择设置为容积式、管壳式、板式换热器三者之一。

本发明的特征还在于：当热端冷凝器为容积式换热器时，其内部允许设置有温控电加热器，温控电加热器设置数量为1-4个。

本发明的特征还在于：当低温采热压缩回路和热端制热压缩回路为多回路设置时，二者可以等路，也可以不等路。

本发明的特征还在于：室外主机上风扇设置数量为1-4个。

本发明权利要求书中，压缩回路所列设备为说明原理的主要关键配件。增加其它常规配件如“阀门”“过滤器”“测温测压口”“冷媒加注口”等等的罗列均属保护范围。

压缩回路所列设备中的“储液罐”“气液分离器”在有些情况下可以不设置，这不影响系统冷热互补和低温高效的特点，也是在权利保护保护范围之内。

本发明的有益效果：

(1)由于低温采热端设置了喷气增焓回路，可以保证压缩机在低温环境下正常运行。

(2)热端蒸发盘管吸热，低温采热端冷凝管放热，二者在中继换热器实现冷热源互补，所以在节能的前提下，达到了深度制热。

(3)低温采热端压缩机工作温度范围窄，能效比高。

(4)制热端压缩机工作温度范围窄，能效比高。

(5)热端压缩机为温控变频压缩机，可以保证中继换热器冷热平衡进而确保整个系统平稳运行。

附图说明

图1是适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图；

图2是适用于低温环境的高效空气源热泵一体机系统原理流程图；

图3是热端冷凝器为板换的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图；

图4是热端压缩循环和低温端压缩循环均为双回路的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图；

图5是压缩循环回路中不设置储液罐的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图；

图6是压缩循环回路中不设置气液分离器的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图。

图中：

1、喷气增焓压缩机 11、变频压缩机

2、中继换热器 12、热端冷凝器

3、低温端冷凝盘管 13、热端冷凝盘管(热端冷凝腔)

4、低温端储液罐 14、热端储液罐

5、低温端节流器 15、热端节流器

6、低温端蒸发盘管 16、热端蒸发盘管

7、低温端气液分离器 17、热端气液分离器

8、喷气增焓换热器 18、温控电加热器

9、喷气控制阀 19、排冷风扇

10、外置主机外壳 21、中温流体入口

20、感温器 22、高温流体出口

23、流体加热腔

图中，虚线表示中继换热器内温度对变频压缩机的控制关系。

具体实施方式

本发明将带喷气增焓功能的低温采热压缩回路冷凝盘管和带变频功能的热端制热压缩回路蒸发盘管交错设置在同一壳程内构成中继换热器。中继换热器里面灌注导热防冻液体，外周做好保温。低温端喷气增焓压缩机、低温端冷凝盘管、低温端储液罐、低温端节流器、喷气增焓换热器、喷气控制阀、低温端气液分离器以及热端变频压缩机、热端储液罐、热端节流器、热端气液分离器、和中继换热器等主要配件安装在一个箱体内构成外置主机，热端冷凝器一般置于室内(被加热流体使用防冻液体的情况下热端冷凝器可以置于室外；也可以安装在外置主机箱内，构成一体机)。

考虑中继换热器可能出现热量不平衡，热端压缩循环采用温控变频压缩机，中继换热器内温度高则变频压缩机功率加大，吸热能力增大；温度低则变频压缩机功率减小，吸热能力降低。

外置主机内设置一至四个风扇。风扇的作用就是排冷，保证冷量散到空气当中，保障低温采热端制热循环正常运行。

根据公知的原理，热端独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，从中继换热器吸热，在冷凝器放热加热水或其它流体。

根据公知的原理，低温采热端独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，从低温环境吸热，将热量送至中继换热器。这里，压缩机为特制的喷气增焓压缩机，喷气增焓回路保障压缩机在低温环境下正常采热运行。

当低温端和热端制热循环不启动时，可启动温控电加热器直接生产热水或者加热流体。

低温端和热端的压缩回路运行为联动启动，联动停机。

下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行说明：

实施例1：适用于低温环境的高效空气源热泵系统。见图1。

图1是适用于低温环境的高效空气源热泵系统的原理流程图，在适用于低温环境的高效空气源热泵系统中，低温端由一个压缩回路构成，热端端由一个压缩回路构成。热端冷凝器12处于外置主机外壳10外边，通过管道组合连接构成热端压缩循环。中继换热器2中注满导热防冻液体(保证液体淹没盘管)。

低温端采热循环和热端制热循环同步启动，同步停机。

低温端的工作原理是：

低温端喷气增焓压缩机1将气态的制热剂加压并送入低温端冷凝盘管3。制热剂在低温冷凝盘管3内变成液态并放热，热量排入中继换热器2中。冷凝后的制热剂经低温端储液罐4、大部分过喷气增焓换热器8和低温端节流器5进入低温端蒸发盘管6，并在低温端蒸发盘管6内蒸发汽化，再经低温端气液分离器7脱除液体后返回压缩机1进行下一轮循环；小部分通过喷气控制阀9变成气态，经喷气增焓换热器8升温后直接进入喷气增焓压缩机1。喷气增焓回路使得进入压缩机的气体温度升高，改善了压缩机运行温度条件。制热剂在低温端蒸发盘管6内汽化的同时要吸收空气中大量的热量，排出冷气；运行过程中，排冷风扇19动作，将排走冷气，吸进热气。低温端压缩循环的效果就是从低温空气中采热，送至中继换热器2中。

热端的工作原理是：

热端变频压缩机11将气态的制热剂加压并送入热端冷凝盘管13。制热剂在热端冷凝盘管13内变成液态并放出热量，使热端冷凝器12中的流体逐渐加热。冷凝后的制热剂经热端储液罐14、热端节流器15进入热端蒸发盘管16，并在热端蒸发盘管16内蒸发汽化，汽化时吸热排冷，排出冷量进入中继换热器2中。汽化后的制热剂经热端气液分离器17脱除液体后被吸入变频压缩机11进行下一个制热循环。热端压缩循环的效果就是从中继换热器2中采热，送至热端冷凝器12中。

这里，变频压缩机11的功率是可变的，由中继换热器2中的感温器20控制。当中继换热器2出现热量不平衡时，变频器动作。中继换热器内温度高则变频压缩机功率加大，吸热能力增大；温度低则变频压缩机功率减小，吸热能力降低。

中温流体经中温流体入口21进入热端冷凝器12壳程，吸收热量后变为高温流体，通过高温流体出口22导出。

热端冷凝器12中设置有温控电加热器18。预备特殊情况下对流体进行电加热。

这里，低温端节流器5和热端节流器15为常规的热力膨胀阀或电子膨胀阀或毛细管节流装置。

实施例2：适用于低温环境的高效空气源热泵一体机系统。见图2。

图2是适用于低温环境的高效空气源热泵一体机系统原理流程图，其工作原理与实施例1完全相同，这里就不赘述。所不同的是：该一体机热端冷凝器12设置在外置主机10里面，也处于室外。这种情况下热端冷凝器12内部流体工质应该具备防冻功能。

实施例3：热端冷凝器为板换的适用于低温环境的高效空气源热泵系统。见图3。

图3是热端冷凝器为板换的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图，其低温端以及热端工作原理、温度补偿控制原理与实施例1完全相同，这里就不赘述。所不同的是：这一系统中热端冷凝器12结构为板式换热器。这里，热端冷凝盘管13变身为热端冷凝腔13；壳程变身为流体加热腔23。

实施例4：热端压缩循环和低温端压缩循环均为双回路的适用于低温环境的高效空气源热泵系统。见图4。

图4是热端压缩循环和低温采热端压缩循环均为双回路的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图，在这一系统中，其低温端有两个制喷气增焓压缩回路并联，与单压缩回路比，具有更大的功率和更强的吸热能力；热端有两个变频压缩回路并联，与单压缩回路比，具有更大的功率和更强的制热能力。其工作原理、温度补偿控制原理与实施例1相同，这里就不赘述。

三压缩回路和四压缩回路以此类推。

在多压缩回路装置中，热端压缩回路与低温端压缩回路数目可以相同，也可以不同。

实施例5：压缩循环回路中不设置储液罐的适用于低温环境的高效空气源热泵系统。见图5。

图5是压缩循环回路中不设置储液罐的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图，其工作原理与实施例1完全相同，这里就不赘述。所不同的是：该系统省去了热端储液罐14和低温端储液罐4。

实施例6：压缩循环回路中不设置气液分离器的适用于低温环境的高效空气源热泵系统。见图6。

图6是压缩循环回路中不设置气液分离器的适用于低温环境的高效空气源热泵系统原理流程图，其工作原理与实施例1完全相同，这里就不赘述。所不同的是：该系统省去了热端气液分离器17和低温端气液分离器7。

Claims (6)

1.一种适用于低温环境的高效空气源热泵系统，由外置主机和热端冷凝器通过管路连接而成，其特征是：由1-4组喷气增焓压缩机、冷凝盘管、储液罐、喷气增焓换热器、喷气控制阀、节流器、蒸发盘管、气液分离器组成1-4个低温采热压缩回路，以此构成机组低温采热端；由另外1-4组变频压缩机、冷凝盘管、储液罐、节流器、蒸发盘管、气液分离器组成1-4个制热压缩回路以此构成机组热端；热端蒸发盘管与低温采热端冷凝盘管交错设置，共处于一个壳程构成中继换热器；中继换热器内装有导热液体，并设置感温器，感温器信号线与变频压缩机控制器相联；外置主机上设有排冷风扇。

2.根据权利要求1所述的适用于低温环境的高效空气源热泵系统，其特征是：中继换热器设置为容积式。

3.根据权利要求1所述的适用于低温环境的高效空气源热泵系统，其特征是：热端冷凝器选择设置为容积式、管壳式、板式换热器三者之一。

4.根据权利要求1所述的适用于低温环境的高效空气源热泵系统，其特征是：当热端冷凝器为容积式换热器时，其内部允许设置有温控电加热器，温控电加热器设置数量为1-4个。

5.根据权利要求1所述的适用于低温环境的高效空气源热泵系统，其特征是：当低温采热压缩回路和热端制热压缩回路为多回路设置时，二者可以等路，也可以不等路。

6.根据权利要求1所述的适用于低温环境的高效空气源热泵系统，其特征是：室外主机上风扇设置数量为1-4个。