CN108007007B - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵系统。该热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，压缩机、二氧化碳气体冷却器、蒸发器串联，油气分离装置连接在压缩机与蒸发器之间，二氧化碳气体管路设置在油气分离装置与压缩机之间，回油管路与二氧化碳气体管路并联设置，且回油管路能够选择性地将油气分离装置的排油口连通至压缩机的吸油口，回油管路上设置有回油加热装置和通断阀，回油管路配置成：在液位下降至压缩机的设计液位时，回油加热装置开启，在液位下降至压缩机的液位下限时，通断阀开启，压缩机开始回油，设计液位高于液位下限。根据本发明的热泵系统，通过设置回油管路，能够实现快速回油，提高冷媒循环量，保证热泵系统在低温工况下能够高效、稳定运行。

Description

热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种以二氧化碳作为系统循环冷媒的空气源热泵系统。

背景技术

在人类能源危机和环境危机的双重压力下，节能减排已经成为人们备受关注的话题。热泵是一种基于逆卡诺循环的高效节能装置，其从低位热源中吸取热量，并将热量传递给高位热源。对于常用的二氧化碳(即CO2)空气源热泵来讲，由于地区温度的原因，其在北方地区的应用受到了一定限制，主要是由于冬季机组融霜和压缩机回油有一定的困难。

目前小功率热泵机组不需要设置专门的回油装置，靠制冷剂流动惯性回油。大功率热泵机组通过设置回油电磁阀和储油罐定期回油。但是对于低温工况运行时，油的粘度较大，以及CO2空气源热泵运行压力较高，对回油电磁阀的耐压、耐冻要求较高，由于回油电磁阀技术限制，导致CO2空气源热泵机组回油的问题严重，压缩机作为热泵机组的主要部件之一，回油出现问题，将直接影响机组稳定运行，严重时会导致压缩机缺油而烧坏，并且低温运行时回油温度较低，将使得压缩机腔体温度受回油温度的影响而下降，影响压缩机正常运行。与此同时系统随着室外温度的降低，系统制冷剂循环量下降较快，影响加热热水的效果，无法满足正常热水量的需求，机组性能参数降低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种热泵系统，能够实现快速回油，保证热泵系统稳定运行。

根据本发明实施例的热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，所述热泵系统包括：压缩机；二氧化碳气体冷却器，所述二氧化碳气体冷却器具有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述压缩机的排气口相连；蒸发器，所述蒸发器具有蒸发器进口和蒸发器出口，所述蒸发器进口与所述冷却器出口相连；油气分离装置，所述油气分离装置连接在所述压缩机与所述蒸发器出口之间；二氧化碳气体管路，所述二氧化碳气体管路设置在所述油气分离装置的出气口与所述压缩机的吸气口之间；以及回油管路，所述回油管路与所述二氧化碳气体管路并联设置，且所述回油管路能够选择性地将所述油气分离装置的排油口连通至所述压缩机的吸油口，所述回油管路上设置有回油加热装置和通断阀，所述回油管路配置成：在液位下降至所述压缩机的设计液位时，所述回油加热装置开启，在液位下降至所述压缩机的液位下限时，所述通断阀开启，所述压缩机开始回油，在液位上升至所述压缩机的液位上限时，所述回油加热装置和所述通断阀同时关闭，所述设计液位高于所述液位下限，所述液位上限高于所述设计液位。

根据本发明实施例的热泵系统，通过设置回油管路，能够实现快速回油，提高冷媒循环量，保证热泵系统在低温工况下能够高效、稳定运行，由此，热泵系统具有很强的实用性，可以在严寒地区使用，从而扩大了热泵系统的应用环境，有利于加速其推广应用。

具体地，所述回油加热装置包括：进油口、出油口和加热件，所述进油口与所述油气分离装置的排油口相连，所述出油口与所述压缩机的吸油口相连。

进一步地，所述进油口的高度低于所述出油口的高度。

根据本发明的一些实施例，所述进油口与所述出油口之间形成油加热腔体，所述加热件设置在所述油加热腔体内。

可选地，所述加热件为电加热棒。

可选地，所述通断阀为电磁通断阀。

根据本发明的一些实施例，所述蒸发器与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有节流装置。

根据本发明的一些实施例，所述热泵系统还包括：回热器，所述回热器串联在所述冷却器出口与所述蒸发器进口之间。

可选地，所述油气分离装置为储气罐。

附图说明

图1是热泵系统的示意图；

图2是回油加热装置的示意图。

附图标记：

热泵系统10、压缩机1、排气口11、吸气口12、吸油口13、二氧化碳气体冷却器2、冷却器进口21、冷却器出口22、蒸发器3、蒸发器进口31、蒸发器出口32、油气分离装置4、出气口41、排油口42、二氧化碳气体管路5、回油管路6、回油加热装置7、进油口71、出油口72、加热件73、油加热腔体74、通断阀8、节流装置91、回热器92、水路回路93。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1-图2详细描述根据本发明实施例的热泵系统10。

根据本发明实施例的热泵系统10选用二氧化碳作为系统循环冷媒，二氧化碳因其性质稳定、容易获得、GWP＝1和ODP＝0以及良好的热力学特性，成为空气源热泵系统10工质(冷媒)的最佳选择。

此处需要说明的是，GWP(Global Warming Potential)，表示全球变暖潜能值，ODP(Ozone Depletion Potential)表示消耗臭氧潜能值，ODP值和GWP值越小，则冷媒对环境的影响越小。

参照图1所示，根据本发明实施例的热泵系统10可以包括压缩机1、二氧化碳气体冷却器2、蒸发器3、油气分离装置4、二氧化碳气体管路5以及回油管路6。

二氧化碳气体冷却器2具有冷却器进口21和冷却器出口22，冷却器进口21与压缩机1的排气口11相连。从压缩机1出来的高温高压冷媒进入二氧化碳气体冷却器2后，在热传递的作用下，会将大部分热量传递给二氧化碳气体冷却器2，而二氧化碳气体冷却器2通过热交换又可以将热量传给其它装置，在具体实施例中，其它装置可以是取暖器、热水器、干燥器等，由此，可将本发明的热泵系统10应用于建筑采暖、产生活热水、农产品及食品干燥等领域。

蒸发器3具有蒸发器进口31和蒸发器出口32，蒸发器进口31与冷却器出口22相连。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

油气分离装置4连接在压缩机1与蒸发器出口32之间，二氧化碳气体管路5设置在油气分离装置4的出气口41与压缩机1的吸气口12之间，回油管路6与二氧化碳气体管路5并联设置，且回油管路6能够选择性地将油气分离装置4的排油口42连通至压缩机1的吸油口13。

具体地，回油管路6上设置有回油加热装置7和通断阀8，回油加热装置7和通断阀8串联后分别与油气分离装置4和压缩机1相连接。

回油管路6的工作原理为：当热泵系统10的运行过程中，压缩机1的液位逐渐下降，在压缩机1的液位下降至压缩机1的设计液位时，回油加热装置7开启，在压缩机1的液位下降至压缩机1的液位下限时，通断阀8开启，压缩机1开始回油，其中，设计液位高于液位下限。当压缩机1的液位上升至压缩机1的液位上限时，回油加热装置7和通断阀8同时关闭，液位上限高于设计液位。

压缩机1的油液经油气分离装置4流入回油加热装置7，被回油加热装置7加热，回油加热装置7工作时，一方面可以使油温升高，从而降低压缩机1腔体温度受回油温度的影响而波动，有利于提升压缩机1的运行稳定性。另一方面，在室外温度相对较高时，回油中携带的冷媒(即二氧化碳)液滴，经过回油加热装置7被加热至汽化，避免压缩机1液击的发生，在室外温度相对较低时，经过回油加热装置7加热，冷媒液滴未能汽化，一定量的液滴将会进入压缩机1，由于压缩机1腔体温度较高，使得进入压缩机1的这部分冷媒液滴瞬间汽化，由此增加了压缩机1的吸气量，提高了系统循环冷媒的循环量，进而提高了热泵系统10的性能参数。

热泵系统10在非低温工况运行时，回油加热装置7作为回油管路6的储油罐使用。热泵系统10在低温工况运行时，回油加热装置7的启停，由室外环境温度或压缩机1的吸气温度(或压力)控制。

通断阀8在非回油期间关闭，在回油期间打开。当通断阀8关闭时，油液无法在回油管路6内流通，当通断阀8打开时，油液可从回油管路6进入压缩机1。

需要指出的是，在图1所示的实施例中，压缩机1的数量为两个，两个压缩机1并联设置，回油管路6为两条，油气分离装置4与每个压缩机1之间均设置有一条回油管路6，在一些未示出的实施例中，压缩机1的数量也可以是一个，此时回油管路6为一条，回油管路6连接在油气分离装置4与压缩机1之间。图1所示的实施例仅是为了说明本发明的技术方案，不能理解为对本发明的限制。

根据本发明实施例的热泵系统10，通过设置回油管路6，能够有效缩短回油时间，实现快速回油，并且可以提高冷媒循环量，保证热泵系统10在低温工况下能够高效、稳定运行，由此，热泵系统10具有很强的实用性，可以在严寒地区使用，从而扩大了热泵系统10的应用环境，有利于加速其推广应用。

具体地，参照图2所示，回油加热装置7可以包括：进油口71、出油口72和加热件73，进油口71与油气分离装置4的排油口42相连，出油口72与压缩机1的吸油口13相连。

进一步地，进油口71的高度低于出油口72的高度，由此可以提高油液在回油加热装置7内的停留时间，保证油液被充分加热。

在本发明的一些实施例中，进油口71与出油口72之间形成油加热腔体74，加热件73设置在油加热腔体74内。从压缩机1出来的油液经油气分离装置4进入油加热腔体74后，加热件73可对油液进行加热，以使油液温度升高，由此，进入压缩机1的油液温度较高，压缩机1的腔体温度不会发生较大波动，有利于保证压缩机1的运行稳定性。在室外温度相对较高时，加热件73可将油液中携带的冷媒液滴加热至汽化，由此可以避免压缩机1发生液击现象，在室外温度相对较低时，油液中的冷媒液滴未能汽化，一定量的冷媒液滴进入压缩机1后，由于压缩机1腔体温度较高，这部分冷媒液滴会瞬间汽化，从而增加了压缩机1的吸气量。

可选地，加热件73为电加热棒，但不限于此。

可选地，通断阀8为电磁通断阀，电磁通断阀的可靠性较高。

在本发明的一些实施例中，蒸发器3与二氧化碳气体冷却器2之间设置有节流装置91。具体地，节流装置91设置在冷却器出口22与蒸发器进口31之间。节流装置91可以有效调节进入蒸发器3的冷媒状态，例如，可将冷媒状态调节成适于快速除霜的状态，从而缩短除霜时间。

在本发明的一些实施例中，热泵系统10还包括：回热器92，回热器92串联在冷却器出口22与蒸发器进口31之间，回热器92可以对系统循环冷媒进行一定程度的加热。

如图1中箭头所示，从二氧化碳气体冷却器2出来的系统循环冷媒依次经过回热器92、节流装置91、蒸发器3、回热器92，到达油气分离装置4，再进入压缩机1。从压缩机1出来的系统循环冷媒，一部分进入二氧化碳气体冷却器2，另一部分进入节流装置91。

可选地，油气分离装置4为储气罐。

参照图1所示，热泵系统10的右侧为水路回路93。从压缩机1出来的高温高压冷媒进入二氧化碳气体冷却器2后，将大部分热量传递给水路回路93，水路回路93内的水吸收热量后成为热水，以供用户使用，例如用于建筑取暖、洗浴等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种热泵系统，所述热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，所述热泵系统包括：

压缩机；

二氧化碳气体冷却器，所述二氧化碳气体冷却器具有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述压缩机的排气口相连；

蒸发器，所述蒸发器具有蒸发器进口和蒸发器出口，所述蒸发器进口与所述冷却器出口相连；

油气分离装置，所述油气分离装置连接在所述压缩机与所述蒸发器出口之间；

二氧化碳气体管路，所述二氧化碳气体管路设置在所述油气分离装置的出气口与所述压缩机的吸气口之间；以及

回油管路，所述回油管路与所述二氧化碳气体管路并联设置，且所述回油管路能够选择性地将所述油气分离装置的排油口连通至所述压缩机的吸油口，其特征在于，所述回油管路上设置有回油加热装置和通断阀，所述回油管路配置成：在液位下降至所述压缩机的设计液位时，所述回油加热装置开启，在液位下降至所述压缩机的液位下限时，所述通断阀开启，所述压缩机开始回油，在液位上升至所述压缩机的液位上限时，所述回油加热装置和所述通断阀同时关闭，所述设计液位高于所述液位下限，所述液位上限高于所述设计液位。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述回油加热装置包括：进油口、出油口和加热件，所述进油口与所述油气分离装置的排油口相连，所述出油口与所述压缩机的吸油口相连。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述进油口的高度低于所述出油口的高度。

4.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述进油口与所述出油口之间形成油加热腔体，所述加热件设置在所述油加热腔体内。

5.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述加热件为电加热棒。

6.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述通断阀为电磁通断阀。

7.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述蒸发器与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有节流装置。

8.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括：回热器，所述回热器串联在所述冷却器出口与所述蒸发器进口之间。

9.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述油气分离装置为储气罐。

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