CN107747825A - 一种热泵用的桥式双向回热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵用的桥式双向回热系统，属于加热技术领域。该桥式双向回热系统基于回热流程回路构建出用于制热循环的正向回路与用于除霜循环的反向回路，并通过构建具有桥式连接结构的流向切换装置，以用于有选择地切换从压缩机输出工质的流向以允许工质朝正向回路循环流动而形成制热循环或朝反向回路循环流动而形成除霜循环。在通常情况下，该系统为基于回热流程回路进行正向工作而实现制热，可实现50℃以上的大温差制热，当室外换热器出现结霜而影响系统的运行效率时，通过流向切换装置使系统反向运行进行除霜，以确保热泵系统的运行效率，可广泛应用于不同热源的制热领域中。

Description

一种热泵用的桥式双向回热系统

技术领域

本发明涉及供热系统技术领域，具体地说，涉及一种热泵用的桥式双向回热系统。

背景技术

热泵技术通过将环境低品位热补充到热泵系统冷凝器侧，以获取热效率高于输入电功率冷凝热，是一种节能环保的高效供热技术。采用空气源热泵替代传统燃煤供暖系统，是解决我国北方目前能源与环境问题的主要手段之一。

但是，现今广泛应用的单级蒸汽式压缩热泵系统均采用纯工质为制冷剂，受压缩机排气温度的限制，在我国北方冬季气候条件下其出水温度难以达到50℃，导致其不适用于对热源侧与使用侧有较大温差要求的场合。

回热循环是一种广泛应用于家用冰箱、低温冷柜等制冷设备的技术，由于该循环中的回热器部件具有减少有害过热与节流损失的特点且其冷端与热端温差可增至50℃以上，因此基于该回热循环技术构建的回热热泵结构简单且相较于普通热泵具有更高的制热温度和制热效率。然而，该回热热泵存在无法反向运行以对冷端进行除霜的问题，在我国冬天环境温度在0℃以下的地区，回热热泵的应用通常需要额外添设电热除霜设备，除霜能耗大且效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种热泵用的桥式双向回热系统，通过自身系统进行除霜，提高其运行效率及减少成本投资。

为了实现上述目的，本发明提供的桥式双向回热系统包括均为回热流程回路的正向回路与反向回路及用于有选择地切换从压缩机输出工质的流向以允许工质朝正向回路循环流动而形成制热循环或朝反向回路循环流动而形成除霜循环的流向切换装置；正向回路包括通过管路连接的压缩机、室内换热器、回热器、制热节流装置及室外换热器；反向回路包括通过管路连接的压缩机、室外换热器、除霜节流装置、回热器及室内换热器；流向切换装置包括桥式连接结构；桥式连接结构包括与室内换热器的一端口连通的内切换端口，与回热器的热流体通道的出口端连通的入口端及与其进口端连通的排出端，与室外换热器的一端口连通的外切换端口，位于内切换端口与排出端间的单向阀，位于内切换端口与入口端间的除霜节流装置与截止阀，位于外切换端口与排出端间的单向阀，及位于外切换端口与入口端间的制热节流装置与截止阀。

基于上述具有桥式连接结构的流向切换装置的切换，可在室外换热器出现结霜时，反向运行对其进行除霜，从而提高热泵的运行效率；同时，该正向回路与反向回路均为回热流程回路，其基于节流装置与回热器的配合，可有效地提高其制热温差，以满足中高温热泵的需求。

第一个具体的方案为流向切换装置包括四通阀；四通阀的D端口与压缩机的出口端连通，E端口与室内换热器的另一端口连通，C端口与室外换热器的另一端口连通，S端口通过回热器的冷流体通道与压缩机的进口端连通。

另一个具体的方案为回热器与入口端间依次串联有储液罐与干燥过滤器；该桥式双向回热系统基于单一工质工作。通过储液罐确保进入节流装置内的工质为液相，并通过干燥过滤器去除其中的杂质与水分，以提高其运行效率。

其中，第一个优选的方案为压缩机的两端并联有开机保护管路，开机保护管路包括通过管路依次串联的出口端截止阀、储气罐及进口端截止阀，以使压缩机可低压启动。

第二个优选的方案为节流装置选自手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

第三个优选的方案为压缩机选自变频压缩机或定频压缩机。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构图；

图2为本发明实施例2的结构图；

图3为本发明实施例3的结构图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1，本桥式双向回热系统基于单一工质，包括端口间通过管路连接的压缩机1、室内换热器2、回热器3、储液罐4、干燥过滤器5、制热节流装置6、室外换热器7、除霜节流装置8、截止阀91、截止阀92、单向阀93、单向阀94及四通阀95。

四通阀95的D端口与压缩机1的出口端连通，S端口通过回热器3的冷流体通道与压缩机1的进口端连通，E端口与室内换热器2的热端口连通，C端口与室外换热器7的热端口连通；室内换热器2的冷端口通过三通管路与除霜节流装置8的出口端及单向阀94连通，以防止流体逆流回室内换热器2；室外换热器7的冷端口通过三通管路与制热节流装置6的出口及单向阀93连通，以防止流体逆流回室外换热器7；回热器3的热流体通道的进口端通过三通管路与单向阀93、94连通，出口端与储液罐4的进口端连通；干燥过滤器5的进口端与储液罐4的出口端连通，出口端通过三通管路与截止阀91、92连通；截止阀91的另一端口与制热节流装置6的进口端连通，截止阀92的另一端口与除霜节流装置8的进口端连通。

单向阀93、94与截止阀91、92一起通过管路连接成本实施例中的具有四个三通连接端口的桥式连接结构，分别为入口端401、排出端403、内切换端口402及外切换端口404。

通过关闭截止阀92及开启截止阀91，连通四通阀95的D端口与E端口，(1)启动压缩机1，以将工质压缩成高温高压气体，并通过管路输送，流经四通阀95的D端口与E端口，进入室内换热器2，通过与室内媒介进行热交换而制热，工质本身部分冷凝为液体；(2)气液两相共存的工质在后续工质的输送推动下，流经单向阀94进入回热器3的热流体通道进行预冷；经预冷的工质进入储液罐4中，以保证混合相工质中液相工质被分流出并流经干燥过滤器5去除杂质水分，经干燥过滤后的液相工质，流经截止阀91，进入制热节流装置6节流制冷，并进入室外换热器7中吸收室外环境中的热量；经室外换热的工质在后续工质的推动经过四通阀95的C端口与S端口，进入回热器3的冷流体通道，以对工质进行预热，经预热的工质流回压缩机1完成一个制热循环。在该循环流程中，通过工质从外部吸热并向内部放热，整个回路构成正向回路，其为回热流程回路，即本实施例中的正向回路包括由管路连通成回热流程回路的压缩机1、室内换热器2、回热器3、储液罐4、干燥过滤器5、制热节流装置6及室外换热器7，此时，室内换热器2构成冷凝器，而室外换热器7构成蒸发器。

通过关闭截止阀91及开启截止阀92，连通四通阀95的D端口与C端口，(1)启动压缩机1，工质被压缩机1压缩成为高温高压气体，并通过管路输送，流经四通阀95的D端口与C端口，进入室外换热器7，通过与外部环境中媒介进行热交换进行除霜，部分工质冷凝为液体；(2)换热除霜后的工质经单向阀93，进入回热器3的热流体通道进行预冷，经预冷的工质进入储液罐4中，以保证混合相工质中液相工质被分流出并流经干燥过滤器5去除杂质水分，经干燥过滤后的液相工质，流经截止阀92，进入除霜节流装置8节流制冷，并进入室内换热器2中吸收室内环境中的热量；经室内换热的工质在后续工质的推动经过四通阀95的E端口与S端口，进入回热器3的冷流体通道，以对工质进行预热，经预热的工质流回压缩机1完成一个除霜循环。在该循环流程中，由工质将室内侧的部分热量带至室外换热器7用于除霜，整个回路构成反向回路，为回热流程回路，实现室外侧除霜，即在本实施例中的反向回路包括由管路连接成回热流程回路的压缩机1、室外换热器7、回热器3、储液罐4、干燥过滤器5、除霜节流装置8及室内换热器2，此时，室内换热器2构成蒸发器，而室外换热器7构成冷凝器。

在工作过程中，可通过调整和设定制热节流装置6的开度以控制所需的制热温度，或通过调整和设定除霜节流装置8的开度以控制所需的除霜温度。

其中，压缩机1可选用变频压缩机或定频压缩机；室内换热器2可选用空气换热、水媒介换热或辐射换热等换热方式，室外换热器7可选用空气换热或水媒介换热等换热方式，具体换热方式由使用需求和条件具体确定，节流装置6、8可选用手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

在制热与除霜过程中，储液罐4可构成流体储液罐，对系统压力的变化起到缓冲保护作用。

在本实施例中，利用分布于管路中的四通阀与桥式连接结构组成的流向切换装置，以有选择地切换从压缩机输出工质的流向以允许工质朝正向回路循环流动而形成制热循环或朝反向回路循环流动而形成除霜循环，由此实现在系统中达到制热/除霜的目的，即可在室外换热器结霜严重导致换热效率下降时，反向运行实现室外侧的除霜，这种做法降低了初投资成本和运行能耗，简化了设备。其可实现50℃以上的大温差制热。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

参见图2，在压缩机1的两端并联有开机保护管路，该开机保护管路包括储气罐13，储气罐13的一端通过截止阀11与压缩机1的进口端连通，另一端通过截止阀12与压缩机1的出口端连通，工作时，通过对截止阀11、12启闭状态的控制，对压缩机1两端口进行旁通，以使压缩机1在低压负载下启动。

实施例3

作为对本发明实施例3的说明，以下仅对与上述实施例2的不同之处进行说明。

参见图2及图3，本实施例为略去实施例2中的储液罐4与干燥过滤器5，即回热器3的热流体通道的出口端直接通过三通管路与截止阀91、92连通，即与桥式连接结构的入口端401直接连接。通过取消储液罐，以在该热泵系统中，不仅可使用单一工质，也可使用混合工质，其中，混合工质可为共沸工质，也可使用非共沸工质。

在本实施例中，正向回路包括由管路连接成回热流程回路的压缩机1、室内换热器2、回热器3、制热节流装置6及室外换热器7，而反向回路包括由管路连接成回热流程回路的压缩机1、室外换热器7、回热器3、除霜节流装置8及室内换热器2。

本发明的主要构思是基于回热流程回路构建出用于制热循环的正向回路与用于除霜循环的反向回路，即正反向回路构成双向回热系统，并通过构建具有桥式连接结构的流向切换装置，以实现该双向回热系统在制热/除霜工作模式间切换，以提高实际使用过程中的运行效率；基于本构思，流向切换装置并不局限于上述实施例中的结构，还可采用不同个数的截止阀或截止阀与单向阀替换上述四通阀而实现切换，且管路连接也还可有多种显而易见的变化。

Claims (7)

1.一种热泵用的桥式双向回热系统，其特征在于，包括：

正向回路，包括通过管路连接成回热流程回路的压缩机、室内换热器、回热器、制热节流装置及室外换热器；

反向回路，包括通过管路连接成回热流程回路的所述压缩机、所述室外换热器、除霜节流装置、所述回热器及所述室内换热器；

流向切换装置，用于有选择地切换从所述压缩机输出工质的流向以允许工质朝所述正向回路循环流动而形成制热循环或朝所述反向回路循环流动而形成除霜循环，包括桥式连接结构；

所述桥式连接结构包括与所述室内换热器的一端口连通的内切换端口，与所述回热器的热流体通道的出口端连通的入口端及与其进口端连通的排出端，与所述室外换热器的一端口连通的外切换端口，位于所述内切换端口与所述排出端间的单向阀，位于所述内切换端口与所述入口端间的所述除霜节流装置与截止阀，位于所述外切换端口与所述排出端间的单向阀，及位于所述外切换端口与所述入口端间的所述制热节流装置与截止阀。

2.根据权利要求1所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

所述流向切换装置包括四通阀；

所述四通阀的D端口与所述压缩机的出口端连通，E端口与所述室内换热器的另一端口连通，C端口与所述室外换热器的另一端口连通，S端口通过所述回热器的冷流体通道与所述压缩机的进口端连通。

3.根据权利要求1所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

所述回热器与所述入口端间依次串联有储液罐与干燥过滤器，所述桥式双向回热系统基于单一工质工作。

4.根据权利要求3所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

所述流向切换装置包括四通阀；

所述四通阀的D端口与所述压缩机的出口端连通，E端口与所述室内换热器的另一端口连通，C端口与所述室外换热器的另一端口连通，S端口通过所述回热器的冷流体通道与所述压缩机的进口端连通。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

所述压缩机的两端并联有开机保护管路，所述开机保护管路包括通过管路依次串联的出口端截止阀、储气罐及进口端截止阀。

6.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

节流装置为手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

7.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的桥式双向回热系统，其特征在于：

所述压缩机为变频压缩机或定频压缩机。