CN108061399A - 一种双向回热热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向回热热泵系统，属于加热技术领域。该双向回热热泵系统包括压缩机、室内换热器、回热器、节流装置、室外换热器、第一四通阀及第二四通阀；通过两个四通阀端口连通状态的组合，以使工质沿压缩机、室内换热器、回热器、节流装置及室外换热器流动而对室内环境进行加热，而在室外换热器出现结霜而影响热泵系统的运行效率时，通过改变两个四通阀端口连通状态的组合，以使工质沿压缩机、室外换热器、回热器、节流装置及室内换热器流动而对室外换热器进行加热而实现除霜，可广泛应用于不同热源的制热领域中。

Description

一种双向回热热泵系统

技术领域

本发明涉及供热系统技术领域，具体地说，涉及一种制热回路与除霜回路均采用回热流程的的双向回热热泵系统。

背景技术

近年来，由于全球变暖和资源危机的加剧，以传统燃煤供暖为代表的传统民用取热方式日渐被以电能驱动的清洁取热方式所取代，其中，空气源热泵的应用最具有代表性。

现有的单级蒸汽压缩式热泵技术由于压缩机本身性能和热源温度的限制，通常仅能实现50℃以下的供暖，而在我国北方等冬季室外温度与室内需求温度相差较大的场合，这种热泵已不适用。采用双级压缩等方式的热泵则无疑增加了设备成本和系统的复杂性，因此实际生产生活中，需要制取高温的场合通常仍采用直接电加热或燃煤的方式。燃煤取热由于其污染严重和浪费资源的劣势正逐渐受到淘汰，而直接供电加热的方式实际上直接消耗了宝贵的电能，其热效率也不会超过100％。

回热循环是一种采用单个压缩机实现大温差制冷的制冷循环，其现已被广泛应用于低温保存、低温恒温控制、真空冷冻干燥、天然气液化和空气液化分离等场合中。其主要工作原理为使用回热器对制冷工质进行预冷以实现冷凝器侧与蒸发器侧的大温差制冷。因此，在蒸发器侧为室外温度时，冷凝器侧就可以满足中高温热泵的制热温度需求，且其热效率远超100％，是一种高效的制热方法。

在北方地区空气源热泵的应用过程中，结霜是一个不容忽视的问题。由于室外温度远低于0℃，空气源热泵在室外侧吸热时空气中的水分会凝结在室外换热器表面，造成传热性能恶化，导致热泵工作效率下降，造成电能的浪费，甚至会导致设备的损坏。在普通空调领域，可以通过反向运行的方式进行除霜，但由于回热器的存在，应用常规回热循环的热泵通常不能反向工作，因此需要额外增设电热除霜系统，不仅除霜能耗大，且效果较差。。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向回热热泵系统，通过在均采用回热器的制热回路与除霜回路间切换，以在制热模式下满足中高温热泵需求的同时，在必要时可对室外换热器进行除霜，有效地提高了热泵的运行效率及减少设备的成本投资。

为了实现上述目的，本发明提供的双向回热热泵系统包括压缩机、室内换热器、回热器、节流装置、室外换热器、第一四通阀及第二四通阀；第一四通阀的D端口与压缩机的出口端连接，E端口与室内换热器的进口端连通，S端口与节流装置的出口端连通，C端口与室外换热器的进口端连通；第二四通阀的D端口与回热器热流体通道的进口端连通，E端口与室外换热器的出口端连通，S端口与回热器冷流体通道的进口端连通，C端口与室内换热器的出口端连通；节流装置的进口端与回热器热流体通道的出口端连通，回热器冷流体通道的出口端与压缩机的进口端连通。

通过切换两个四通阀上不同端口连通关系的组合，组合出由管路将压缩机、室内换热器、回热器、节流装置、室外换热器连接成为制热回路，或组合出由管路将压缩机、室外换热器、回热器、节流装置、室内换热器连接成为除霜回路，而两个四通阀组成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制热回路循环流动而形成制热循环或朝除霜回路循环流动而形成除霜循环的回路切换单元，从而可在室外换热器出现结霜时，使工质沿除霜回路循环流动运行而对室外换热器进行除霜，以提高其运行效率；同时，该制热回路与除霜回路均基于其节流装置与回热器的配合，可有效地提高制热与除霜温差，以满足中高温热泵的需求。

一个具体的方案为热流体通道的出口端与节流装置的进口端通过依次串联的储液罐与干燥过滤器连通，且该热泵系统基于单一工质工作。以确保进入节流装置内进行节流制冷的工质为液相，并通过干燥过滤器除去液相工质中的杂质与水分，以提高其运行效率；同时可充当缓冲罐而起到缓冲回路中压力变化的作用。

另一个具体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，以使压缩机能低压启动。

在上述主方案与另一个具体方案的基础上，优选的方案为节流装置的进口端与热流体通道的出口端通过干燥过滤器连通，以滤去工质中的杂质水分。

一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。

另一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；

图4为本发明实施例4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，本双向回热热泵系统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、节流装置5、室外换热器6、第一四通阀7及第二四通阀8；其可基于单一工质工作，也可基于混合工质工作，混合工质可以是共沸混合工质，也可是非共沸混合工质。

第一四通阀7的D端口与压缩机1的出口端连通，S端口与节流装置5的出口端连通，E端口与室内换热器2的进口端连通，C端口与室外换热器6的进口端连通。

第二四通阀8的D端口与回热器3的热流体通道的进口端连通，S端口与回热器3的冷流体通道进口端连通，E端口与室外换热器6的出口端连通，C端口与室内换热器2的出口端连通。

回热器3的热流体通道的出口端与节流装置5的进口端连通，冷流体通道的出口端与压缩机1的进口端连接。

连通第一四通阀7的D端口与E端口，及连通第二四通阀8的D端口与C端口，(1)启动压缩机1，以将工质压缩成高温高压气体，并通过管路输出，流经第一四通阀7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，流经第二四通阀8的C端口与D端口，进入回热器3的热流体通道对其进行预冷，经预冷后的工质进入节流装置5进行节流制冷；经节流制冷之后的工质流经第一四通阀7的S端口与C端口，进入室外换热器6，通过与外部环境中媒介进行热交换吸收热量，吸收热量后的工质流经回热器3的冷流体通道进行预热处理，经预热处理后的工质流回压缩机1而完成制热循环。在该循环流程中，通过工质从外部吸热并向内部放热，整个回路构成制热回路，为回热循环；在此循环过程中，室内换热器2构成冷凝器，而室外换热器6构成蒸发器。

连通第一四通阀7的D端口与C端口，及连通第二四通阀8的D端口与E端口，(1)启动压缩机1，将工质压缩成高温高压气体，并通过管路输送，流经第一四通阀7的D端口与C端口，进入室外换热器6，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)换热除霜后的工质流经第二四通阀8的E端口与D端口，进入回热器3的热流体通道进行预冷；经预冷后的工质流经节流装置5进行节流制冷后，流经第一四通阀7的S端口与E端口进入室内换热器2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下流经第二四通阀8的C端口与S端口，进入回热器3的冷流体通道进行预热，经预热后的工质流回压缩机1而完成除霜循环。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6用于除霜，整个回路构成除霜回路，为回热循环；在此循环过程中，室内换热器2构成蒸发器，而室外换热器6构成冷凝器。

在制热与除霜过程中，可通过调整和设定节流装置5的开度以控制所需的制热与除霜温度。

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6可选择使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5可选用手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

在本实施例中，利用分布于管路中的两个四通阀组成的回路切换单元，以有选择地切换从压缩机输出工质的流向以允许工质朝制热回路循环流动而形成制热循环或朝除霜回路循环流动而形成除霜循环，即在制热回路与除霜回路中均为回热循环，且在制热过程中工质从室内换热器流向室外换热器，而在除霜过程中工质从室外换热器流向室内换热器，从而构成双向回热热泵系统，由此在系统中达到制热/除霜的目的，即可在室外侧换热器结霜严重导致换热效率下降时，利用回路切换单元使工质沿除霜回路运行实现室外侧的除霜，降低了初投资成本和运行能耗，简化了设备；且基于回热循环中的回热器与节流装置的配合而可实现50℃以上的大温差制热，从而满足中高温热泵对于温度位的需求。

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，在回热器3的热流体通道的出口端与节流装置5的进口端间增设依次串联的储液罐4和干燥过滤器9，以使进入节流装置5中的工质均为液相工质，同时去除液相工质中的杂质与水分，从而提高节流制冷效率，同时储液罐4构成制热/除霜回路中压力变化的缓冲器。

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3，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的出口端连通，另一端通过截止阀12与压缩机1的进口端连通，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4

作为对本发明实施例4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4，在回热器3的热流体通道的出口端与节流装置5的进口端间增设干燥过滤器9，以去除工质中的杂质和水分，提高热泵的工作效率。

Claims (7)

1.一种双向回热热泵系统，其特征在于，包括压缩机、室内换热器、回热器、节流装置、室外换热器、第一四通阀及第二四通阀；

所述第一四通阀的D端口与所述压缩机的出口端连接，E端口与所述室内换热器的进口端连通，S端口与所述节流装置的出口端连通，C端口与所述室外换热器的进口端连通；

所述第二四通阀的D端口与所述回热器的热流体通道的进口端连通，E端口与所述室外换热器的出口端连通，S端口与所述回热器冷流体通道的进口端连通，C端口与所述室内换热器的出口端连通；

所述节流装置的进口端与所述热流体通道的出口端连通，所述冷流体通道的出口端与所述压缩机的进口端连通。

2.根据权利要求1所述的双向回热热泵系统，其特征在于：

所述热流体通道的出口端与所述节流装置的进口端通过依次串联的储液罐与干燥过滤器连通，所述双向回热热泵系统基于单一工质工作。

3.根据权利要求1所述的双向回热热泵系统，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。

4.根据权利要求3所述的双向回热热泵系统，其特征在于：

所述热流体通道的出口端与所述节流装置的进口端通过依次串联的储液罐与干燥过滤器连通；所述双向回热热泵系统基于单一工质工作。

5.根据权利要求1或3所述的双向回热热泵系统，其特征在于：

所述节流装置的进口端与所述热流体通道的出口端通过干燥过滤器连通。

6.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的双向回热热泵系统，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双向回热热泵系统，其特征在于：

所述压缩机为变频压缩机或定频压缩机。