CN108759156B - 二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统 - Google Patents
二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统，其旨在提供一种冬季供暖时采用带低压级压缩机热泵除霜的系统。包括高压级压缩机组、室内换热器、第一节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、中间冷却器及多个低压级单元；每个低压级单元包括低压级压缩机、四通换向阀、第二节流阀、室外换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀；通过第一四通换向阀的接口切换及第一两通阀、第二两通阀和第三两通阀的启闭实现冬季二次节流中间不完全冷却制热/融霜循环，以及夏季的单级压缩制冷循环。除霜循环与制热循环均是双级压缩循环，温度波动小，除霜效率高，压缩机能够稳定运行，提高了系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及热泵空调技术领域，更具体的说，是涉及一种冬季采用热气为室外换热器轮流融霜的二次节流中间不完全冷却双级压缩制热循环，夏季采用单级压缩制冷循环的热泵系统。
背景技术
空气源热泵是一种以低温热源为基础，利用空气中的低品位热能制取高于环境温度的热水或空气的节能装置。空气源热泵的运行受周围环境的温、湿度影响较大，在寒冷地区或极端天气条件下运行时系统的制热效率低与结霜问题制约着其推广范围及发展速度。
现有的热泵系统主要采用单机压缩循环与双级压缩循环。单机压缩热泵系统通常采用逆循环除霜法，通过改变四通换向阀的连接方式，短暂的改变整个热泵系统的工质的流动方向，进而改变热量的转移方向，使蒸发器转变为冷凝器，为室外机加热达到除霜效果。但是，对于双级压缩循环，由于高低压级压缩机与中间冷却器结构复杂，连接方式复杂，进出口较多且功能不同，进出口无法逆向使用，系统管道连接上实现困难。同时，蒸发器表面温度与环境温度之间的温差较大，除霜时间长，室内环境的温度波动较大，室内环境的舒适度低。因此,为使双级压缩热泵系统保持高效率运行,必须对室外机进行有序、高效地除霜。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种冬季供暖时采用带低压级压缩机热泵除霜的双级压缩制热循环，夏季供冷时采用单级压缩制冷循环的二次节流中间完全冷却双级压缩热泵系统。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统，包括高压级压缩机组、室内换热器、第一节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、中间冷却器及多个低压级单元；每个所述低压级单元包括低压级压缩机、四通换向阀、第二节流阀、室外换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀；所述低压级压缩机的吸气端与所述四通换向阀的第四接口连接，所述低压级压缩机的排气端与所述四通换向阀的第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口分别与所述第一单向阀的进口及所述第二单向阀的出口连接，所述四通换向阀的第一接口经所述室外换热器与所述第二节流阀的第一接口连接，所述第二节流阀的第二接口分别与所述第三单向阀的出口及第四单向阀的进口连接；所述第三单向阀的进口并联在一起后与所述中间冷却器的出液口连接，所述第四单向阀的出口并联在一起后通过所述第二电磁阀的与所述中间冷却器的进液口连接；所述第一单向阀的出口、所述第二单向阀的进口以及所述高压级压缩机组的吸气端并联在一起后，通过所述第一电磁阀与所述中间冷却器的出气口连接；所述高压级压缩机组的排气端经所述室内换热器、第一节流阀、所述第二电磁阀与所述中间冷却器的进液口连接；所述第三电磁阀的两端并联连接于所述高压级压缩机组的吸气端与排气端；通过所述四通换向阀的接口切换及所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭实现冬季二次节流中间不完全冷却制热/融霜循环，以及夏季的单级压缩制冷循环。
所述高压级压缩机组包括一台或多台高压级压缩机，当采用多台高压级压缩机时，每台所述高压级压缩机的吸气接口并联作为所述高压级压缩机组的吸气端，每台所述高压级压缩机的排气接口并联作为所述高压级压缩机组的排气端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的热泵系统，通过阀门的切换，冬季供暖时采用带低压级压缩机热泵除霜的双级压缩制热循环，夏季供冷时采用单级压缩制冷循环，每个低压级单元轮档除霜，在除霜模式下，实现除霜功能的低压级压缩机转换成高压级压缩机运行，实现除霜功能的低压级单元中的低温压缩机吸收来自实现制热功能的低压级压缩机的中压过热蒸气，实现低压级单元的逆循环融霜，除霜循环与制热循环均是双级压缩循环，进而形成一个动态系统，温度波动小，除霜效率高，节约能源。同时，压缩机能够稳定运行，提高了系统的使用寿命。
2、本发明二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统中的室外换热器除霜采用逆循环热泵除霜法，从霜层内部加热,霜容易从冷却表面脱落,所以实际上除霜的热量比理论值小得多。同时,霜层融化由内到外,在除霜初期没有水蒸气向室外换热器外逸出。只有当霜融化脱落后,肋管上的热才向外辐射,但此时除霜阶段也趋于结束,因此与室内及周围围护结构的换热量少,其除霜效率比较高。
3、本发明二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统中的室外换热器除霜采用逆循环热泵除霜法，室外换热器可以轮档除霜，实现室外换热除霜时，室内换热器的持续供热，增加了室外换热除霜时室内环境温度的舒适性。
4、本发明二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统在冬季供热采用双级压缩循环，可以在极低的室外环境温度下取热，且高压级压缩机个数多个，低压级单元个数多个，可以根据不同的工况要求，不同的供热量需求，实现高低压级变流量循环，匹配出高低压级级间最佳容量比，制热效率高，在夏季供冷时，高压级压缩机停机，所有低压级压缩机并联运行，实现制冷循环的无极流量调节，制冷效率高。
5、本发明二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统在冬季供热时的低压级压缩机在对应低压单元除霜的热力过程中转换为高压级压缩机工作，有利于高低压级压缩机润滑油回油均匀，高低压级压缩机磨损程度均匀，延长整个热泵系统的使用寿命。
6、本发明二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统冬季供热时，当有低压级单元中室外换热器除霜时，除霜低压级单元低温室外换热器除霜的热量来源为中压过热气体，即除霜低压级单元中低压级压缩机直接从制冷低压级单元低压级压缩机排气端吸入过热度较高的中压蒸气，除霜低压级单元低压级压缩机排出的高压工质温度更高，进入除霜低压级单元室外换热器的工质温度更高，除霜效果更好，除霜速度更快。
附图说明
图1所示为本发明二次节流中间不完全冷却的双级压缩热泵系统的示意图；
图2所示为中间冷却器接口示意图。
实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明二次节流中间不完全冷却的双级压缩热泵系统的示意图如图1所示，包括高压级压缩机组、室内换热器5、第一节流阀4-1、第一电磁阀8-1、第二电磁阀8-2、第三电磁阀8-3、中间冷却器3及多个低压级单元。本实施例中，所述高压级压缩机组包括一台或多台高压级压缩机1-2，当采用多台高压级压缩机时，每台所述高压级压缩机1-2的吸气接口并联作为所述高压级压缩机组的吸气端，每台所述高压级压缩机1-2的排气接口并联作为所述高压级压缩机组的排气端。每个所述低压级单元包括低压级压缩机1-1、四通换向阀2、第二节流阀4-2、室外换热器6、第一单向阀7-1、第二单向阀7-2、第三单向阀7-3及第四单向阀7-4；所述低压级压缩机1-1的吸气端与所述四通换向阀2的第四接口连接，所述低压级压缩机1-1的排气端与所述四通换向阀2的第二接口连接，所述四通换向阀2的第三接口分别与所述第一单向阀7-1的进口及所述第二单向阀7-2的出口连接，所述四通换向阀2的第一接口经所述室外换热器6与所述第二节流阀4-2的第一接口连接，所述第二节流阀4-2的第二接口分别与所述第三单向阀7-3的出口及第四单向阀7-4的进口连接；所述第三单向阀7-3的进口并联在一起后与所述中间冷却器3的出液口3-3连接，所述第四单向阀7-4的出口并联在一起后通过所述第二电磁阀8-2的与所述中间冷却器的进液口3-2连接；所述第一单向阀7-1的出口、所述第二单向阀7-2的进口以及所述高压级压缩机组的吸气端并联在一起后，通过所述第一电磁阀8-1与所述中间冷却器3的出气口3-1连接；所述高压级压缩机组的排气端经所述室内换热器5、第一节流阀4-1、所述第二电磁阀8-2与所述中间冷却器3的进液口3-2连接；所述第三电磁阀8-3的两端并联连接于所述高压级压缩机组的吸气端与排气端。通过所述四通换向阀的接口切换及所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭实现冬季二次节流中间不完全冷却制热/融霜循环，以及夏季的单级压缩制冷循环。具体运行过程如下：
在冬季供热时，本发明的热泵系统以二次节流中间不完全冷却制热循环运行。其中所述低压级单元可用于制热循环或除霜循环，用于制热循环时工作在双级压缩的低压级系统中，即该低压级单元中的室外换热器从室外环境吸收热量，定义为制热低压级单元。用于除霜循环时工作在双级压缩的高压级系统中，即该低压级单元中的室外换热器除霜，定义为除霜低压级单元。在夏季供冷时，本发明的热泵系统以单级压缩制冷循环运行，其中所述低压级单元用于制冷循环，即低压级单元中的室外换热器向室外环境散发热量，定义为制冷低压级单元。
在冬季供热时，本发明的热泵系统以二次节流中间不完全冷却制热循环运行。当低压级单元中室外换热器都不需要除霜时，所有低压级单元用于制热循环，即所有低压级单元为制热低压级单元。所述第一电磁阀8-1打开，所述第二电磁阀8-2打开，所述第三电磁阀8-3关闭。制热低压级单元中所述四通换向阀2的第一接口与第四接口连接、第二接口与第三接口连接。二次节流中间不完全冷却双级压缩制热循环热力过程如下：制热低压级单元中的低压级压缩机1-1经所述四通换向阀2从所述室外换热器6中吸入低压蒸气，低压蒸气经所述四通换向阀2及第一单向阀7-1后，与从所述中间冷却器3的出气口3-1流出经所述第一电磁阀8-1出来的饱和中压蒸气混合；混合成过热度更小的中压过热蒸气被所述高压级压缩机组的吸气端吸入；蒸气经所述高压级压缩机组中的高压级压缩机1-2压缩升压变为高压过热蒸气后被排入所述室内换热器5中冷凝，向室内转移热量，产生制热现象。冷凝的高压液体经所述第一节流阀4-1节流降压变为中压湿蒸气经所述第二电磁阀8-2、中间冷却器3的进液口3-2进入所述中间冷却器3。从所述中间冷却器3的出液口3-3出来的中压饱和液体工质依次经所述第三单向阀7-3、第二节流阀4-2节流降压变为低压湿蒸气进入所述室外换热器6中蒸发，吸收室外环境的热量，从所述室外换热器6中出来的低压蒸气经所述四通换向阀2回到所述低压级压缩机1-1吸气端，完成二次节流中间不完全冷却双级压缩制热循环。
当有低压级单元中室外换热器需要除霜时，对应的低压级单元为除霜低压级单元，其余的低压级单元为制热低压级单元。所述第一电磁阀8-1关闭，所述第二电磁阀8-2打开，所述第三电磁阀8-3关闭，除霜低压级单元中所述四通换向阀2第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接，制热低压级单元中所述四通换向阀2的接口连接不变。在上述二次节流中间不完全冷却双级压缩制热循环热力过程基础上，除霜低压级单元中所述室外换热器6除霜热力过程如下：除霜低压级单元中所述低压级压缩机1-1经所述四通换向阀2及第二单向阀7-2从制热低压级单元所述低压级压缩机1-1的排气端吸入过热度较大的中压蒸气，中压蒸气经所述低压级压缩机1-1压缩升压后变为高压过热蒸气被排入所述低温室外换热器6中冷凝，加热所述室外换热器6，产生所述室外换热器6的融霜现象，被冷凝成的高压液体工质经所述第二节流阀4-2节流降压变为中压湿蒸气，湿蒸气经所述第四单向阀7-4、第二电磁阀8-2、中间冷却器3的进液口3-2进入所述中间冷却器3，完成采用低压级压缩机排出的高温热气融霜的二次节流中间不完全冷却双级压缩制热循环。
在夏季供冷时，本发明的热泵系统以单级压缩制冷循环运行，所有高压级压缩机停机，所有低压级单元用于制冷循环。所述第一节流阀4-1开度调节到最大，所述第一电磁阀8-1关闭，所述第二电磁阀8-2关闭，所述第三电磁阀8-3打开，所述制冷低压级单元中四通换向阀2的第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接。制冷低压级单元中所述低压级压缩机1-1经所述第三电磁阀8-3、第二单向阀7-2、四通换向阀2从所述室内换热器5中吸入低压蒸气，低压蒸气经所述制冷低压级压缩机1-1压缩升压变为高压蒸气经所述四通换向阀2被排入所述室外换热器6中冷凝，向室外转移热量。从所述室外换热器6出来的高压液体经所述第二节流阀4-2节流降压变为低压湿蒸气，低压湿蒸气依次经第四单向阀7-4、所述第一节流阀4-1进入所述室内换热器5蒸发，吸收室内环境热量，产生制冷现象。从室内换热器5中出来的低压蒸气经所述第三电磁阀8-3、第二单向阀7-2、四通换向阀2回到制冷单元中所述低压级压缩机1-1的吸气端，完成单级压缩制冷循环。
本发明冬季供热时由于为除霜低压级单元室外换热器6除霜的热量来自制热低压级单元室外换热器6，所以所述低压级单元个数多个，所述高压级压缩机个数不限。当有低压级单元中所述室外换热器6需要除霜时，为加大除霜效率，所述高压级压缩机1-2可以全部停机，使更大流量的中压工质流向除霜低压级单元，实现多个所述室外换热器6同时除霜时，所述高压级压缩机1-2可以部分停机，实现多个室外换热器6除霜轮档除霜，保证所述室内换热器5持续供热。一个除霜低压级单元中所述室外换热器6除霜结束后立即转换为制热低压级单元，为其它低压级单元所述室外换热器6除霜，待所有所述室外换热器6除霜完成，所有所述低压级单元转换为制热低压级单元。
所述低压级压缩机和高压级压缩机可以为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。
所述中间冷却器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。
所述第一节流阀和第二节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。
所述单向阀、四通换向阀为现有技术。在系统中可以用单向阀、电磁阀、手阀及三通换向阀代替。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统，其特征在于，包括高压级压缩机组、室内换热器、第一节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、中间冷却器及多个低压级单元；每个所述低压级单元包括低压级压缩机、四通换向阀、第二节流阀、室外换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀；所述低压级压缩机的吸气端与所述四通换向阀的第四接口连接，所述低压级压缩机的排气端与所述四通换向阀的第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口分别与所述第一单向阀的进口及所述第二单向阀的出口连接，所述四通换向阀的第一接口经所述室外换热器与所述第二节流阀的第一接口连接，所述第二节流阀的第二接口分别与所述第三单向阀的出口及第四单向阀的进口连接；所述第三单向阀的进口并联在一起后与所述中间冷却器的出液口连接，所述第四单向阀的出口并联在一起后通过所述第二电磁阀的与所述中间冷却器的进液口连接；所述第一单向阀的出口、所述第二单向阀的进口以及所述高压级压缩机组的吸气端并联在一起后，通过所述第一电磁阀与所述中间冷却器的出气口连接；所述高压级压缩机组的排气端经所述室内换热器、第一节流阀、所述第二电磁阀与所述中间冷却器的进液口连接；所述第三电磁阀的两端并联连接于所述高压级压缩机组的吸气端与排气端；通过所述四通换向阀的接口切换及所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭实现冬季二次节流中间不完全冷却制热/融霜循环，以及夏季的单级压缩制冷循环；在冬季供热时，以二次节流中间不完全冷却制热循环运行；当低压级单元中室外换热器都不需要除霜时，所有低压级单元用于制热循环，即所有低压级单元为制热低压级单元；所述第一电磁阀打开，所述第二电磁阀打开，所述第三电磁阀关闭；制热低压级单元中所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第二接口与第三接口连接；当有低压级单元中室外换热器需要除霜时，对应的低压级单元为除霜低压级单元，其余的低压级单元为制热低压级单元；所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀打开，所述第三电磁阀关闭，除霜低压级单元中所述四通换向阀第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接，制热低压级单元中所述四通换向阀的接口连接不变；在夏季供冷时，以单级压缩制冷循环运行，所有高压级压缩机停机，所有低压级单元用于制冷循环；所述第一节流阀开度调节到最大，所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀关闭，所述第三电磁阀打开，制冷低压级单元中四通换向阀的第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接。
2.根据权利要求1所述的二次节流中间不完全冷却双级压缩热泵系统，其特征在于，所述高压级压缩机组包括一台或多台高压级压缩机，当采用多台高压级压缩机时，每台所述高压级压缩机的吸气接口并联作为所述高压级压缩机组的吸气端，每台所述高压级压缩机的排气接口并联作为所述高压级压缩机组的排气端。
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| 赵瑞昌.复叠式制冷系统性能的模拟分析.2018,第46卷(第3期),第76页-第83页. * |
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