CN107202447A - 一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，属于二氧化碳热泵领域，现有二氧化碳空气源热泵系统在低温环境下，制热能力衰减，能效下降，系统回油不良，本发明通过在现有二氧化碳空气源热泵系统中增设了回油型气液分离器、回油套管蒸发器型气冷器，系统进行回油工作时，回油管路中的液态油液及制冷剂吸取回油套管蒸发器型气冷器中的热量而得到蒸发使油液雾化、液态制冷剂变为气体，避免压缩机因回液冲击造成损害，延长压缩机的寿命的同时提高系统稳定性、可靠性。

Description

一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统

技术领域

本发明属于二氧化碳热泵技术，具体涉及一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统。

背景技术

传统的热泵热水器系统主要由压缩机、节流阀、蒸发器以及冷凝器构成，基本工作原理为：制冷剂在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体，蒸发器出来的气体媒体经过压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体，高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给高温物体、同时自身变为高压液体媒体，高压液体媒体流经膨胀阀节流减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，如此循环。

随着科技的进步以及人们节能意识的提高，近年来，热泵热水器市场发展迅速，欧美、日本等地区二氧化碳空气源热泵热水器在市场已有一定市场容量。二氧化碳空气源热泵热水器在国内越来越多的厂家开始投入研发，因其空气源热泵产品在低温环境下，制热能力衰减，能效下降，系统回油不良。空气源热泵的节流元件都是根据吸气过热度控制，即蒸发器出口温度与蒸发器入口温度的温度差，环境温度越低，系统中的制冷剂经蒸发器从空气中吸取的热量就越少，此时要保证一定的过热度，节流元件就会关得越来越小，在此情况下系统的回油会越来越差，长时间这样运行下去会造成压缩机回油不良而导致压缩机失去润滑，严重磨损和过热而烧坏。随着国家对节能减排越来越重视，热泵市场增长远高于经济增长，特别是低温热泵越来越受青睐。但低温下热泵制热时的回油问题给热泵较低环境温度下制热可靠运行带来技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有热泵热水器产品在低温环境下制热回油不良以及回油同时回液的问题，提供一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，令系统低温运行回油时，使回油型气液分离器中积存的液态油液及制冷剂进入回油套管蒸发器型气冷器吸收热量进行蒸发，使油液雾化、液态制冷剂变为气体，气态制冷剂和雾化的油液回到回油型气液分离器并最终回到压缩机运行，从而避免系统因回油而造成系统回液给压缩机造成损害，延长压缩机的寿命的同时提高系统稳定性、可靠性。

为达到上述目的，本发明的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，包括压缩机、经济器、节流阀、蒸发器、电磁阀、储液器，所述的经济器具有高温高压液态制冷剂进口、高温高压液态制冷剂出口、第一气态制冷剂进口、第一气态制冷剂出口，所述的高温高压液态制冷剂进口与高温高压液态制冷剂出口连通，所述的第一气态制冷剂进口与第一气态制冷剂出口连通，其特征是：

该二氧化碳空气源热泵系统还包括回油套管蒸发器型气冷器和回油型气液分离器；

所述回油套管蒸发器型气冷器上设有高温高压气态制冷剂进口、高温高压气液制冷剂出口、回油蒸发进口、回油蒸发出口、冷水进水口、热水出水口，所述的高温高压气态制冷剂进口与高温高压气液制冷剂出口连通，所述的回油蒸发进口与回油蒸发出口连通，所述的冷水进水口与热水出水口连通；

所述的回油型气液分离器包括罐体及设于罐体上的第二气态制冷剂进口、第二气态制冷剂出口和回油出口；

所述压缩机的出口与所述的高温高压气态制冷剂进口连接，所述的高温高压气液制冷剂出口与高温高压液态制冷剂进口连接，所述的高温高压液态制冷剂出口与所述储液器的进口连接，所述储液器的出口经所述的节流阀与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口与所述的第一气态制冷剂进口连接，所述的第一气态制冷剂出口与所述的第二气态制冷剂进口连接，所述的第二气态制冷剂出口与所述压缩机的进口连接；

所述的回油出口经所述的电磁阀连接所述的回油蒸发进口，所述的回油蒸发出口连接所述的第二气态制冷剂进口；

所述的电磁阀打开，沉积在所述回油型气液分离器底部的油液经所述的回油出口-电磁阀-回油蒸发进口-回油套管蒸发器型气冷器-回油蒸发出口-第二气态制冷剂进口-回油型气液分离器-第二气态制冷剂出口的路径回到压缩机，系统进行回油工作。

作为优选技术手段：所述的回油套管蒸发器型气冷器为套管换热器，所述的蒸发器为翅片换热器，所述的经济器为套管换热器。

作为优选技术手段：所述的回油套管蒸发器型气冷器包括高温高压气态制冷剂换热通道、冷水吸热通道、回油油液吸热蒸发通道，所述高温高压气态制冷剂换热通道的两端分别设所述的高温高压气态制冷剂进口和高温高压气液制冷剂出口，所述冷水吸热通道的两端分别设所述的冷水进水口和热水出水口，所述回油油液吸热蒸发通道的两端分别设所述的回油蒸发进口和回油蒸发出口。

作为优选技术手段：所述回油套管蒸发器型气冷器包括自外至内依次套在一起的外侧钢管、麻花状铜管、换热铜管，所述的换热铜管内为所述的回油油液吸热蒸发通道，所述换热铜管与麻花状铜管之间为所述的冷水吸热通道，所述麻花状铜管与外侧钢管之间为所述的高温高压气态制冷剂换热通道；所述的换热铜管从所述麻花状铜管内引出，所述的麻花状铜管从所述的外侧钢管内引出，所述的高温高压气态制冷剂进口和高温高压气液制冷剂出口分别连接在所述外侧钢管的两端，所述的回油蒸发进口和回油蒸发出口分别形成在所述换热铜管的两端，所述的冷水进水口和热水出水口分别形成在所述麻花状铜管的两端。

作为优选技术手段：所述的外侧钢管、麻花状铜管、换热铜管呈螺旋状盘绕。

作为优选技术手段：所述的第二气态制冷剂进口和第二气态制冷剂出口设在所述回油型气液分离器的罐体顶部，所述的回油出口设在所述回油型气液分离器的罐体底部，所述的回油出口位于所述回油型气液分离器内的部分向下弯曲且尽可能靠近所述回油型气液分离器罐体内壁的底部。

作为优选技术手段：所述第二气态制冷剂进口的内端经直管延伸至所述罐体内的上部并弯折向所述罐体的侧壁。

作为优选技术手段：所述第二气态制冷剂出口的内端经U形管延伸至所述罐体内的上部，所述U形管的下端位于所述罐体的底部。

作为优选技术手段：所述U形管的管壁上设有通孔，为所述的通孔配置阻挡网。

本发明的有益效果是：通过在现有二氧化碳空气源热泵系统中增设回油套管蒸发器型气冷器、回油型气液分离器，系统回油工作时电磁阀打开，积存在回油型气液分离器底部的液态油液及制冷剂从回油出口出来，进入回油套管蒸发器型气冷器回油蒸发进口，液态油液及制冷剂从回油套管蒸发器型气冷器中吸热蒸发，之后从回油蒸发出口出来成为雾化油、气态制冷剂，再进入到回油型气液分离器的气态制冷剂进口进行气液分离，然后气态制冷剂和雾化油一起回到压缩机中，从而实现润滑压缩机，避免压缩机因回液冲击或缺油造成损害，延长压缩机的寿命的同时提高系统稳定性、可靠性。

由于本发明相对于现有二氧化碳空气源热泵系统增设了回油套管蒸发器型气冷器、回油型气液分离器，保证一定过热度时节流元件保持在合适的开度，保证系统良性回油。

附图说明

图1为本发明避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统的原理图；

图2为本发明回油套管蒸发器型气冷器示意图；

图3为图2所示回油套管蒸发器型气冷器一个端口部分的放大示意图；

图4为本发明回油型气液分离器示意图；

图中标号说明：

1-压缩机；

2-回油套管蒸发器型气冷器：21-高温高压气态制冷剂进口，22-高温高压气液制冷剂出口，23-回油蒸发进口，24-回油蒸发出口，25-冷水进水口，26-热水出水口，27-高温高压气态制冷剂换热通道，28-冷水吸热通道，29-回油油液吸热蒸发通道，210-外侧钢管，211-麻花状铜管，212-换热铜管；

3-经济器：31-高温高压液态制冷剂进口，32-高温高压液态制冷剂出口，33-第一气态制冷剂进口，34-第一气态制冷剂出口；

4-节流阀；

5-蒸发器；

6-回油型气液分离器：61-第二气态制冷剂进口，62-第二气态制冷剂出口，63-回油出口，64-罐体，65-挡网；

7-电磁阀；

8-储液器。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，包括压缩机1、经济器3、节流阀4、蒸发器5、电磁阀7、储液器8，经济器3具有高温高压液态制冷剂进口31、高温高压液态制冷剂出口32、第一气态制冷剂进口33、第一气态制冷剂出口34，高温高压液态制冷剂进口31与高温高压液态制冷剂出口32连通，第一气态制冷剂进口33与第一气态制冷剂出口34连通；

该二氧化碳空气源热泵系统还包括图2所示的回油套管蒸发器型气冷器2和图4所示的回油型气液分离器6；

回油套管蒸发器型气冷器2上设有高温高压气态制冷剂进口21、高温高压气液制冷剂出口22、回油蒸发进口23、回油蒸发出口24、冷水进水口25、热水出水口26，高温高压气态制冷剂进口21与高温高压气液制冷剂出口22连通，回油蒸发进口23与回油蒸发出口24连通，冷水进水口25与热水出水口26连通；

回油型气液分离器6包括罐体（64）及设于罐体上的第二气态制冷剂进口61、气态剂出口62和回油出口63；

压缩机1的出口与高温高压气态制冷剂进口21连接，高温高压气液制冷剂出口22与高温高压液态制冷剂进口31连接，高温高压液态制冷剂出口32与储液器8的进口连接，储液器8的出口经节流阀4与蒸发器5的进口连接，蒸发器5的出口与第一气态制冷剂进口33连接，第一气态制冷剂出口34与第二气态制冷剂进口61连接，第二气态制冷剂出口62与压缩机1的进口连接；

回油出口63经电磁阀7连接回油蒸发进口23，回油蒸发出口24连接第二气态制冷剂进口61；

电磁阀7打开，沉积在回油型气液分离器6底部的油液经回油出口63-电磁阀7-回油蒸发进口23-回油套管蒸发器型气冷器2-回油蒸发出口24-第二气态制冷剂进口61-回油型气液分离器6-第二气态制冷剂出口62的路径回到压缩机，系统进行回油工作。

具体的，回油套管蒸发器型气冷器2为套管换热器，蒸发器5为翅片换热器，经济器3为套管换热器。参见图2，回油套管蒸发器型气冷器2包括高温高压气态制冷剂换热通道27、冷水吸热通道28、回油油液吸热蒸发通道29，高温高压气态制冷剂换热通道27的两端分别设高温高压气态制冷剂进口21和高温高压气液制冷剂出口22，冷水吸热通道28的两端分别设冷水进水口25和热水出水口26，回油油液吸热蒸发通道29的两端分别设回油蒸发进口23和回油蒸发出口24。

回油套管蒸发器型气冷器2包括自外至内依次套在一起的外侧钢管210、麻花状铜管211（内壁、外壁均呈螺纹状）、换热铜管212，换热铜管212内为回油油液吸热蒸发通道29，换热铜管212与麻花状铜管211之间为冷水吸热通道28，麻花状铜管211与外侧钢管210之间为高温高压气态制冷剂换热通道27；换热铜管212从麻花状铜管211内引出，麻花状铜管211从外侧钢管210内引出，高温高压气态制冷剂进口21和高温高压气液制冷剂出口22分别连接在外侧钢管210的两端，回油蒸发进口23和回油蒸发出口24分别形成在换热铜管212的两端，冷水进水口25和热水出水口26分别形成在麻花状铜管211的两端。套在一起的外侧钢管210、麻花状铜管211、换热铜管212呈螺旋状盘绕，可以增长回油套管蒸发器型气冷器2内流体的路径，增大换热效果；而麻花状铜管211则具有更大的换热表面积，利于其内外两侧介质换热，其形状使水形成紊流以达到最佳换热效果。

第二气态制冷剂进口61和第二气态制冷剂出口62设在回油型气液分离器6的罐体64顶部，回油出口63设在回油型气液分离器6的罐体64底部，回油出口63位于回油型气液分离器6罐体64内的部分向下弯曲且尽可能靠近回油型气液分离器6罐体内壁的底部。回油型气液分离器6的最高工作压力设计为13MPa。

第二气态制冷剂进口61的内端经直管延伸至罐体64内的上部并弯折向罐体64的侧壁，防止进来的气态或气液态制冷剂直接进入第二气态制冷剂出口62的U形管顶部入口；第二气态制冷剂出口62的内端经U形管延伸至罐体64内的上部，U形管的下端位于罐体64的底部，U形管的管壁上设有通孔，为通孔配置阻挡网65，阻挡网65能有效阻挡系统内部杂质颗粒物进入压缩机，从而起到保护压缩机的作用。

图1所示避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，的工作原理如下：

自蒸发器5出来的低温低压的气态制冷剂进入经济器3中吸取系统中制冷剂的热量，吸取热量后的低温低压气态制冷剂进入回油型气液分离器6中进行气液分离，然后气态制冷剂回到压缩机1中进行压缩；而从回油套管蒸发器型气冷器2出来的高温高压的液态制冷剂经过与水交换热量冷却（冷凝）后，经高温高压液态制冷剂进口31进入经济器3中将高温高压制冷剂的潜热传递给蒸发器出来的气态制冷剂，从经济器3的高温高压液态制冷剂出口32出来的低温高压的液态制冷剂进入储液器8中，进入储液器8中的低温高压的液态制冷剂，高压液体冷媒流经膨胀阀节流降压，再变为过热液体冷媒，进入蒸发器，如此循环。

当低温制热，系统回油不良时，系统中电磁阀7打开，沉积在回油型气液分离器6底部的液态油液及制冷剂从回油出口63流经电磁阀7进入回油蒸发进口23，液态油液及制冷剂在回油套管蒸发器型气冷器2中吸热蒸发后成为雾化油、气态制冷剂，从回油蒸发出口24回到压缩机，从而使二氧化碳空气源热泵机组在较低环境温度下运行时，很好的将积存在系统容器中的油回到压缩机中，使压缩机工作过程中始终得到可靠的润滑，延长压缩机的寿命的同时提高系统稳定性、可靠性。

所述的回油套管蒸发器型气冷器兼具气体冷却器、回油蒸发器功能为一体，其蒸发回油时油液中的液态制冷剂经过吸取套管中的热量变为气态制冷剂的同时，系统进行正常的冷却换热，大大提升压缩机的使用寿命，提高系统稳定、可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，包括压缩机（1）、经济器（3）、节流阀（4）、蒸发器（5）、电磁阀（7）、储液器（8），所述的经济器（3）具有高温高压液态制冷剂进口（31）、高温高压液态制冷剂出口（32）、第一气态制冷剂进口（33）、第一气态制冷剂出口（34），所述的高温高压液态制冷剂进口（31）与高温高压液态制冷剂出口（32）连通，所述的第一气态制冷剂进口（33）与第一气态制冷剂出口（34）连通，其特征是：

该二氧化碳空气源热泵系统还包括回油套管蒸发器型气冷器（2）和回油型气液分离器（6）；

所述回油套管蒸发器型气冷器（2）上设有高温高压气态制冷剂进口（21）、高温高压气液制冷剂出口（22）、回油蒸发进口（23）、回油蒸发出口（24）、冷水进水口（25）、热水出水口（26），所述的高温高压气态制冷剂进口（21）与高温高压气液制冷剂出口（22）连通，所述的回油蒸发进口（23）与回油蒸发出口（24）连通，所述的冷水进水口（25）与热水出水口（26）连通；

所述的回油型气液分离器（6）包括罐体（64）及设于罐体上的第二气态制冷剂进口（61）、第二气态制冷剂出口（62）和回油出口（63）；

所述压缩机（1）的出口与所述的高温高压气态制冷剂进口（21）连接，所述的高温高压气液制冷剂出口（22）与高温高压液态制冷剂进口（31）连接，所述的高温高压液态制冷剂出口（32）与所述储液器（8）的进口连接，所述储液器（8）的出口经所述的节流阀（4）与所述蒸发器（5）的进口连接，所述蒸发器（5）的出口与所述的第一气态制冷剂进口（33）连接，所述的第一气态制冷剂出口（34）与所述的第二气态制冷剂进口（61）连接，所述的第二气态制冷剂出口（62）与所述压缩机（1）的进口连接；

所述的回油出口（63）经所述的电磁阀（7）连接所述的回油蒸发进口（23），所述的回油蒸发出口（24）连接所述的第二气态制冷剂进口（61）；

所述的电磁阀（7）打开，沉积在所述回油型气液分离器（6）底部的油液经所述的回油出口（63）-电磁阀（7）-回油蒸发进口（23）-回油套管蒸发器型气冷器（2）-回油蒸发出口（24）-第二气态制冷剂进口（61）-回油型气液分离器（6）-第二气态制冷剂出口（62）的路径回到压缩机，系统进行回油工作。

2.根据权利要求1所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述的回油套管蒸发器型气冷器（2）为套管换热器，所述的蒸发器（5）为翅片换热器，所述的经济器（3）为套管换热器。

3.根据权利要求1所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述的回油套管蒸发器型气冷器（2）包括高温高压气态制冷剂换热通道（27）、冷水吸热通道（28）、回油油液吸热蒸发通道（29），所述高温高压气态制冷剂换热通道（27）的两端分别设所述的高温高压气态制冷剂进口（21）和高温高压气液制冷剂出口（22），所述冷水吸热通道（28）的两端分别设所述的冷水进水口（25）和热水出水口（26），所述回油油液吸热蒸发通道（29）的两端分别设所述的回油蒸发进口（23）和回油蒸发出口（24）。

4.根据权利要求3所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述回油套管蒸发器型气冷器（2）包括自外至内依次套在一起的外侧钢管（210）、麻花状铜管（211）、换热铜管（212），所述的换热铜管（212）内为所述的回油油液吸热蒸发通道（29），所述换热铜管（212）与麻花状铜管（211）之间为所述的冷水吸热通道（28），所述麻花状铜管（211）与外侧钢管（210）之间为所述的高温高压气态制冷剂换热通道（27）；所述的换热铜管（212）从所述麻花状铜管（211）内引出，所述的麻花状铜管（211）从所述的外侧钢管（210）内引出，所述的高温高压气态制冷剂进口（21）和高温高压气液制冷剂出口（22）分别连接在所述外侧钢管（210）的两端，所述的回油蒸发进口（23）和回油蒸发出口（24）分别形成在所述换热铜管（212）的两端，所述的冷水进水口（25）和热水出水口（26）分别形成在所述麻花状铜管（211）的两端。

5.根据权利要求4所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述的外侧钢管（210）、麻花状铜管（211）、换热铜管（212）呈螺旋状盘绕。

6.根据权利要求1所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述的第二气态制冷剂进口（61）和第二气态制冷剂出口（62）设在所述回油型气液分离器（6）的罐体（64）顶部，所述的回油出口（63）设在所述回油型气液分离器（6）的罐体（64）底部，所述的回油出口（63）位于所述回油型气液分离器（6）内的部分向下弯曲且尽可能靠近所述回油型气液分离器（6）罐体（64）内壁的底部。

7.根据权利要求6所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述第二气态制冷剂进口（61）的内端经直管延伸至所述罐体（64）内的上部并弯折向所述罐体（64）的侧壁。

8.根据权利要求6所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述第二气态制冷剂出口（62）的内端经U形管延伸至所述罐体（64）内的上部，所述U形管的下端位于所述罐体（64）的底部。

9.根据权利要求8所述的避免压缩机回液冲击的二氧化碳空气源热泵系统，其特征是：所述U形管的管壁上设有通孔，为所述的通孔配置阻挡网。