CN107514832A - 一种低温风冷螺杆热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温风冷螺杆热泵系统，旨在提供一种具有能够提高系统运行效率和制冷性能，而不会产生压缩机带载启动现象的优点的一种低温风冷螺杆热泵系统，其技术方案要点是，第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机通过分别通过第一四通换向阀和第二四通换向阀与风冷翅片换热器连通，第一四通换向阀和第二四通换向阀还连通至管式换热器内，风冷翅片换热器还连通有闪蒸式经济器，风冷翅片换热器与闪蒸式经济器之间设有制冷单向阀，第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机分别设有独立的吸气管路，排气管路和压缩机回油管路，能够保证两个压缩机回路独立运行和启动，不会互相影响，保证可靠的润滑油管路；增加了部分负荷下的效率以及降低成本。

Description

一种低温风冷螺杆热泵系统

技术领域

本发明涉及制冷空调设备领域，具体涉及一种低温风冷螺杆热泵系统。

背景技术

风冷热泵机组是由压缩机、换热器、节流器、吸热器等装置构成的一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。冷媒在压缩机内完成气态的升压升温过程，进入换热器后与风进行热量交换，被冷却并转化为流液态。

当冷媒运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。

现有风冷螺杆热泵机组通常采用多系统独立制冷系统回路，若热泵机组仅一个螺杆压缩机，则称为单机头机组；如果热泵机组有多个螺杆压缩机，则称为多机头机组，传统的风冷螺杆热泵机组多机头机组，每一个压缩机制冷系统都是独立回路设计，即每一个压缩机制冷系统回路的制冷剂和润滑油管路在任何时候都不会混合在一起。

多机头独立制冷系统回路的风冷螺杆热泵机组的制冷剂管路，润滑油管路都是各自独立的，有几个机头就有几套管路和零部件。现有风冷涡旋热泵机组通常采用双压缩机并联或三压缩机并联的设计。

目前，公开号为CN103615836A的中国专利公开了一种螺杆式全热回收风冷热泵空调机组，它包括压缩机、油分离器、热回收器、四通换向阀、电磁阀、翅片换热器、单向阀组件和蒸发器。所述热回收器串联在螺杆式压缩机和四通换向阀之间，螺杆式压缩机的排气口连接油分离器，油分离器制冷剂的出口和热回收器相连，油分离器的油路出口通过第三电磁阀和第二干燥过滤器与螺杆式压缩机的回气端相连。

所述热回收器为壳管式换热器、板式换热器或套管换热器中的任意一种；第一电磁阀的一接口通过管道连接于热回收器制冷剂的出口，其另一接口通过管道连接于贮液器制冷剂的进口；所述翅片换热器的一侧配备风机。

这种螺杆式全热回收风冷热泵空调机组具有节省能源，经济实用的特点。

而公开号为CN104315754A的中国专利公开了一种涡旋并联热泵机组及其启动方式，它包括机架、与机架相匹配的机壳、若干均匀设置在所述机架上的涡旋压缩机，所述涡旋压缩机相互并联构成若干个并联单元。

所述并联单元的两端通过并联管路分别连接有蒸发器和冷凝器，所述蒸发器通过节流装置与所述冷凝器相连接，并且所述蒸发器的进水口二和出水口二分别设有相匹配的进水管道二和出水管道二，所述冷凝器的进水口一和出水口一分别设有相匹配的进水管道一和出水管道一，并且进水管道一连接有高磁设备。

这种适用于寒冷地区的热泵空调机组则具有结构紧凑，噪音低，效率高，安全防爆，可靠性高，操作简单的特点，第一种技术，其采用的压缩机为螺杆压缩机，但其为独立制冷系统；第二种技术，其采用并联设计，但使用的涡旋压缩机。相比于独立制冷系统，并联设计可以提升热泵机组的效率，而螺杆压缩机和涡旋压缩机相比，螺杆压缩机可以做到更高的制冷量。如果直接将螺杆压缩机并联设置，则有可能出现带载启动现象，影响压缩机启动的平缓性。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温风冷螺杆热泵系统，其具有能够提高系统运行效率和制冷性能，而不会产生压缩机带载启动现象的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低温风冷螺杆热泵系统，包括并联设置的第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机、连通两台压缩机的油分离单元，压缩机外设有风冷翅片换热器和管式换热器，第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机通过分别通过第一四通换向阀和第二四通换向阀与风冷翅片换热器连通，第一四通换向阀和第二四通换向阀还连通至管式换热器内，风冷翅片换热器还连通有闪蒸式经济器，风冷翅片换热器与闪蒸式经济器之间设有制冷单向阀，第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机分别设有独立的吸气管路，排气管路和压缩机回油管路。

通过采用上述技术方案，将第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机并联设置，可以增加系统整体的制冷效率以增加制冷量。使用独立的吸气管路，排气管路和压缩机回油管路可以实现独立的关断和开启，减少两台压缩机之间的影响，防止带载启动现象的产生，提高两台压缩机启动时的平缓性。

使用了两个独立的四通换向阀，风冷翅片管换热器以及壳管式换热器的换热面积增加，四通换向阀的压降会大幅降低，换热器的传热温差更小，冷凝温度更低，蒸发温度更高，系统运行效率更高。

在制热模式下，闪蒸式经济器的控制液位远高于制冷模式下的控制液位，其液位差值即为制冷和制热模式下的制冷剂充的注量差别。

进一步设置：所述油分离单元包括分别与第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机连通的第一油分离器和第二油分离器，还包括次级油分离器，两台压缩机与油分离单元之间均设有排气单向阀。

通过采用上述技术方案，首先，可以保证当两台压缩机不同时运行时，正在运行的压缩机系统所排放的气体不会向未运行的压缩机系统的排气口倒灌。

其次，当两台压缩机不同时运行时，未运行的压缩机系统的第一油分离器内部腔体的压力和正在运行的压缩机系统的排气压力相同，运行的压缩机系统的第一油分离器的润滑油不会向未运行的压缩机系统的第一油分离器内倒灌。同时也可以在第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机各自连通至第一油分离器以及第二油分离器的回油管路上设置一个单向阀，来避免润滑油的非正常倒灌。

而当一个压缩机系统处于运行状态，另一个压缩机系统准备启动时，准备启动的压缩机系统在启动初期不会带载启动，避免了启动初期的电机过载，同时单向阀的作用是保证当压缩机加载到排气压力时可以在完全克服排气背压以后打开。

进一步设置：所述次级油分离器分别对第一螺杆压缩机和第二螺杆压缩机供油，且管路上分别设有电磁阀用于实现各自独立的关断和开启。

通过采用上述技术方案，可以保证当两台压缩机不同时运行时，处于待机状态的压缩机系统的压缩机供油管路处于关闭状态，避免向其供油，导致此压缩机启动初期液体压缩损坏压缩机。

当两台压缩机不同时运行时,处于待机状态的压缩机内的压力为高低压平衡的压力，其压力高于正在运行的压缩机系统的吸气压力，低于正在运行的压缩机系统的排气压力和供油总管压力，电磁阀的进出口形成正向压差，可以保证处于电磁阀更紧密的关闭状态。

进一步设置：所述次级油分离器连通至第一四通换向阀和第二四通换向阀，用于维持次级油分离器内的压力且使其小于第一油分离器内压力。

通过采用上述技术方案，当两个压缩机系统同时运行时，能够保证第一油分离器和第二油分离器内的油压都始终高于次级油分离器内的油压，第一油分离器和第二油分离器内分离下来的润滑油全部返回到次级油分离器内，且第一油分离器和第二油分离器之间的回油不会相互之间迁移。

能够使第一油分离器在任何时候都不储存油，减少了系统润油量充注量，而压缩机供油统一从次级油分离器中提供，管路设计简单、可靠。

当两个压缩机系统不同时运行时，未运行的压缩机系统的油分离器内部腔体的压力和正在运行的压缩机系统的排气压力相同，不会出现第一油分离器和第二油分离器之间的回油相互之间迁移的现象。

进一步设置：所述第一四通换向阀和第二四通换向阀并联设置，并将它们的一个出口合并连通至风冷翅片换热器，另一个出口合并且连通至壳管式换热器。

通过采用上述技术方案，第一四通换向阀和第二四通换向阀并联，共用壳管式换热器和风冷翅片管换热器，部分负荷下可以最大化的降低四通换向阀压降、降低蒸发和冷凝传热压降，降低冷凝温度且提高蒸发温度。

进一步设置：所述风冷翅片换热器与闪蒸式经济器之间依次设有共用的油引射器、干燥过滤器和主供液电子膨胀阀。

进一步设置：所述风冷翅片换热器与壳管式换热器之间设有制冷膨胀阀、制热膨胀阀、制冷单向阀和制热单向阀。

通过采用上述技术方案，共用油槽能够实现一个油槽向两个压缩机转子腔双路供油，根据两个螺杆压缩机的开启和关闭状态，确定两个回油电磁阀的开启和关闭。

共用引射器可以实现一个引射器，双路引射回油至两个压缩机的吸气管路，根据各自压缩机的开启和关闭状态，确定引射回油电磁阀的开启和关闭状态。而引射回路引射源来自次级油分离器，引射液体来自于壳管式换热器底部，在制热运行模式下，引射回油电磁阀的阀前压力为壳管式换热器内的高压液体压力，阀后压力为吸气管的吸气压力，正向压力差，电磁阀处于紧密关闭状态。

引射回路引射源压力为次级油分离器的高压压力，高于壳管式换热器内的高压液体压力，因此引射回路由于压力差自动闭合，无流体流动。

共用的制冷膨胀阀和制热膨胀阀，以及制冷单向阀和制热单向阀在为双路设计，阀前为并联，阀后为串联，大容量的制冷系统可以采用双路并联的小阀或采用单个大阀，小容量的系统可以采用单个小阀，其取决于系统设计需要。

共用闪蒸式经济器实现二路补气，通过补气电磁阀和补气单向阀可以根据压缩机的开启和关闭，以确定两个系统的补气回路的开启和关闭。

进一步设置：所述壳管式换热器与次级油分离器之间设有用于配合电磁阀及单向阀排气单向阀使用以防止制冷剂凝结的引射电磁阀。

通过采用上述技术方案，制冷运行模式、机组待机状态下，水路并没有停止运行，蒸发管内由于水泵的加热作用，温度逐渐升高。当冷冻水温度高于待机时系统平衡的制冷剂压力时，制冷剂和冷冻水之间产生反向的换热，制冷剂吸收冷冻水的热量后，蒸发并沿着引射管路和四通换向阀，吸气管路进入到压缩机中。

增加电磁阀和排气单向阀，可以阻隔制冷剂的流动通道避免制冷剂气体进入压缩机、油分离器和油槽中，并能够避免制冷剂在油槽中凝结为液体，防止压缩机启动后，油槽向压缩机转子腔的供油带有大量的制冷剂液体，同时避免制冷剂在油槽内的沸腾而导致大量的润滑油进入到制冷系统，防止出现系统油含量增大的现象。

进一步设置：所述第一四通换向阀和第二四通换向阀外设有用于减小吸气压降的吸气蝶阀。

通过采用上述技术方案， 吸气蝶阀在制热模式下开启，制热运行时，机组先启动制冷模式，待压差达到四通换向阀的最小换向压差后，四通换向阀线圈通电，四通换换向成功。

制热启动后，吸气蝶阀开启前，阀的开启压差是四通换向阀的吸气口之间的吸气压降。当吸气蝶阀开启后，吸气压力大幅度上升，大部分的吸气将通过吸气蝶阀被旁通，而进入到四通换向阀的气体流量减小，压降减小。同时由于四通换向阀高低压侧的压差仍然存在，就能够保证四通换向阀处于制热的正常位置。吸气蝶阀能够与两个四通换向阀同时关闭。

进一步设置：所述系统的制冷管路使用R134a制冷剂。

通过采用上述技术方案，两台压缩机并联使用，更适宜采用变频技术和R134a制冷剂，可以实现带反馈的精确的能量调节，当一台压缩机运行和另一台压缩机准备启动时，可以方便的降低在运行压缩机的运行速度以便顺利启动第二台压缩机，使之更加平稳的启动，避免了带载启动。

而R134a制冷剂具有更陡的饱和压力曲线，也就说明了其单位压降导致的温度降低相比其他制冷剂更高，吸气压降和排气压降对效率的降低会更明显，为了降低吸气压降，排气压降以及提高换热器性能，采用并联系统是更好的一种选择。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

并联双回路螺杆压缩机用于风冷热泵机组；能够保证两个压缩机回路独立运行和启动，不会互相影响，保证可靠的润滑油管路；增加了部分负荷下的效率以及降低成本。

能够独立防止制冷剂迁移和除霜液体迁移回路，能够实现双压缩机系统独立运行和关机、两路供油管路可以各自独立的实现关断和开启，减少两台压缩机之间的影响，防止带载启动现象的产生，提高两台压缩机启动时的平缓性。

能够使次级油分离器内的气体形成始终第一油分离器和第二油分离器内的压力。其适用于R134a制冷剂以及适用于采用变频技术，结合并联螺杆压缩机本身设计的高效性，机组的效率可以进一步提高。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是实施例1的连接示意图；

图2是实施例2的连接示意图；

图3是实施例3的连接示意图；

图4是实施例4的连接示意图；

图5是实施例5的连接示意图；

图6是实施例6的连接示意图；

图7是实施例7的连接示意图；

图8是实施例8的连接示意图。

图中，1、第一螺杆压缩机；11、第一四通换向阀；12、消声器；2、第二螺杆压缩机；21、第二四通换向阀；3、油分离单元；31、第一油分离器；32、第二油分离器；33、次级油分离器；34、排气单向阀；4、风冷翅片换热器；5、管式换热器；6、闪蒸式经济器；7、高压储液罐；8、电磁阀；81、油引射器；82、干燥过滤器；83、主供液电子膨胀阀；84、制冷膨胀阀；85、制热膨胀阀；86、制冷单向阀；87、制热单向阀；88、引射电磁阀；9、吸气蝶阀；10、满液式蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明所采用的技术方案是：

实施例1，一种低温风冷螺杆热泵系统，该循环主要零部件包括：两台螺杆压缩机，三台油分离器，两台四通换向阀，一台闪蒸式经济器6，一台风冷翅片管换热器，一台壳管式换热器5，两件制冷膨胀阀84，两件制热膨胀阀85和一件主供液电子膨胀阀83。如图1所示，包括相互并联设置的第一螺杆压缩机1和第二螺杆压缩机2，第一螺杆压缩机1和第二螺杆压缩机2外均设置有消声器12，用以减少工作时的噪声。两台压缩机的进气口上设有与其连通的单向排气阀，用来控制气流流量。

如图1所示，两个螺杆压缩机外还设有油分离单元3，油分离单元3包括次级油分离器33。第一螺杆压缩机1外连通有第一油分离器31，第二螺杆压缩机2外连通有第二油分离器32，第一油分离器31的出气口和第二油分离器32的出气口管路合并为一路，再与次级油分离器33的进气口连接。次级油分离器33的出气口管路分为两路后分别连接有第一四通换向阀11和第二四通换向阀21。

如图1所示，系统内还包括壳管式换热器5，第一四通换向阀11的一个出口与壳管式换热器5腔体的吸气口相连。第二四通换向阀21的一个出口与壳管式换热器5的腔体相连。第一四通换向阀11的进口与第一螺杆压缩机1的吸气口相连；第二四通换向阀21的进口与第二螺杆压缩机2的吸气口相连。

如图1所示，第一四通换向阀11外连接有风冷翅片管换热器，风冷翅片管换热器的出液口通过系统内设置的分流头或分流管，并与设置在风冷翅片管换热器外的制冷单向阀86相连。第二四通换向阀21连通至第二组风冷翅片管换热器的进气口，第二组风冷翅片管换热器的出液口外连通有第二个制冷单向阀86。

如图1所示，两个制冷单向阀86出口的管路合并在一起，其外连接有干燥过滤器82，干燥过滤器82的出口外设有与其连通有主供液电子膨胀阀83，主供液电子膨胀阀83外设有闪蒸式经济器6。

如图1所示，两组风冷翅片管换热器外均设有制热单向阀87，两个制热单向阀87的进口分别与壳管式换热器5的制热液路口相连。而两个制热单向阀87出口的管路合并在一起，且连接到干燥过滤器82的进口。

如图1所示，闪蒸式经济器6出液口的出口管路一分二，分为两条支路，其一连通制热膨胀阀85，其二连通制冷膨胀阀84。两条支路再一分为二为，一共四条支路，分别连通第一螺杆压缩机1的制冷膨胀阀84、第二螺杆压缩机2的制冷膨胀阀84、第一螺杆压缩机1的制热膨胀阀85和第二螺杆压缩机2的制热膨胀阀85。

壳管式换热器5与次级油分离器33之间设有用于配合电磁阀8及单向阀排气单向阀34使用以防止制冷剂凝结的引射电磁阀88和油引射器81。

通过若干条支路，闪蒸式经济器6的储液口分别与两个制冷膨胀阀84和两个制热膨胀阀85的进口连接。两个制冷膨胀阀84和两个制热膨胀阀85的出口分别与壳管式换热器5的两组制冷进液管、两组分流头（或分流管）连接。而闪蒸式经济器6出气口处的管路一分为二并分别与设于系统内的两组补气单向阀连接。

如图1和图2所示，第一油分离器31回油口处的管路与第二油分离器32回油口处的管路二合一，合并为一个总管路，并与次级油分离器33的进油管连接。次级油分离器33出油口处的管路一分二为两个支路。其一为第一螺杆压缩机1供油管路，连接到第一螺杆压缩机1的供油口。其二为第二螺杆压缩机2供油管路，连接到第二螺杆压缩机2的供油口。

实施例2，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图2所示，第一四通换向阀11与风冷翅片管换热器的回气口连接，管路上安装吸气蝶阀9，同时第二四通换向阀21与另一组风冷翅片管换热器组件的回气口连接，管路上也安装有吸气蝶阀9。

实施例3，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图3所示，与实施例1或2的不同之处在于，共用制冷膨胀阀84和制热膨胀阀85，且制冷单向阀86和制热单向阀87为双路设计，即阀前为并联，阀后为并联。根据设计需要，大容量的制冷系统可以采用双路并联的小阀或采用单个大阀，小容量的系统可以采用单个小阀。

实施例4，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图4所示，与实施例3的不同之处在于，闪蒸式经济器6减少一个接头，其接头并联到主供液电子膨胀阀83之后，引射回油从若干条返回到各自压缩机的吸气管改为一条总吸气管。

实施例5，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图5所示，与实施例4的不同之处在于，将使用的降膜蒸发器更改为满液式蒸发器10，并增加高压储液罐7。

实施例6，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图6所示，与实施例3的不同之处在于，其采用制冷制热共用膨胀阀，并增加一个制冷单向阀86和制热单向阀87。

实施例7，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图7所示，与实施例3的不同之处在于，风冷翅片管换热器更改为制冷双流程逆流和制热单流程设计逆流设计。

实施例8，一种低温风冷螺杆热泵系统，如图8所示，与实施例3的不同之处在于，风冷翅片管换热器更改为制冷逆流和制热逆流设计。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：包括并联设置的第一螺杆压缩机（1）和第二螺杆压缩机（2）、连通两台压缩机的油分离单元（3），压缩机外设有风冷翅片换热器（4）和管式换热器（5），第一螺杆压缩机（1）和第二螺杆压缩机（2）通过分别通过第一四通换向阀（11）和第二四通换向阀（21）与风冷翅片换热器（4）连通，第一四通换向阀（11）和第二四通换向阀（21）还连通至管式换热器（5）内，风冷翅片换热器（4）还连通有闪蒸式经济器（6），风冷翅片换热器（4）与闪蒸式经济器（6）之间设有制冷单向阀（86），第一螺杆压缩机（1）和第二螺杆压缩机（2）分别设有独立的吸气管路，排气管路和压缩机回油管路。

2.根据权利要求1所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述油分离单元（3）包括分别与第一螺杆压缩机（1）和第二螺杆压缩机（2）连通的第一油分离器（31）和第二油分离器（32），还包括次级油分离器（33），两台压缩机与油分离单元（3）之间均设有排气单向阀（34）。

3.根据权利要求2所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述次级油分离器（33）分别对第一螺杆压缩机（1）和第二螺杆压缩机（2）供油，且管路上分别设有电磁阀（8）用于实现各自独立的关断和开启。

4.根据权利要求3所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述次级油分离器（33）连通至第一四通换向阀（11）和第二四通换向阀（21），用于维持次级油分离器（33）内的压力且使其小于第一油分离器（31）内压力。

5.根据权利要求1所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述第一四通换向阀（11）和第二四通换向阀（21）并联设置，并将它们的一个出口合并连通至风冷翅片换热器（4），另一个出口合并且连通至壳管式换热器（5）。

6.根据权利要求5所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述风冷翅片换热器（4）与闪蒸式经济器（6）之间依次设有共用的油引射器（81）、干燥过滤器（82）和主供液电子膨胀阀（83）。

7.根据权利要求6所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述风冷翅片换热器（4）与壳管式换热器（5）之间设有制冷膨胀阀（84）、制热膨胀阀（85）、制冷单向阀（86）和制热单向阀（87）。

8.根据权利要求4所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述壳管式换热器（5）与次级油分离器（33）之间设有用于配合电磁阀（8）及单向阀排气单向阀（34）使用以防止制冷剂凝结的引射电磁阀（88）。

9.根据权利要求8所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述第一四通换向阀（11）和第二四通换向阀（21）外设有用于减小吸气压降的吸气蝶阀（9）。

10.根据权利要求1所述的一种低温风冷螺杆热泵系统，其特征在于：所述系统的制冷管路使用R134a制冷剂。