CN108800646A - 一种蒸发冷空气源热泵机组 - Google Patents

一种蒸发冷空气源热泵机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸发冷空气源热泵机组,具有制冷模式和制热模式,包括压缩机、水侧换热器、蒸发式冷凝器、翅片式换热器及节流装置;处于制冷模式时,所述压缩机排出的高温高压气体经蒸发式冷凝器冷凝后成为高压液体,之后经节流装置节流为低温低压气液两相制冷剂,再经水侧换热器蒸发为低压气体,最终回到压缩机;处于制热模式时,所述压缩机排出的高温高压气体经水侧换热器冷凝后成为高压液体,之后经节流装置节流为低温低压气液两相制冷剂,再经翅片式换热器蒸发为低压气体,最终回到压缩机。本发明使得机组既通过蒸发式冷凝器大幅降低冷凝温度,提高制冷能效,又通过翅片盘管吸收室外空气热量,具有较高制热能效和可靠性,高效节能。

Description

一种蒸发冷空气源热泵机组
技术领域
[0001] 本发明属于技术领域,尤其是涉及一种蒸发冷空气源热泵机组。
背景技术
[0002] 作为冷热源兼用型一体化空调设备,风冷热泵机组具有空调系统简单、安装方便 特点,是夏热冬冷地区暖通工程项目设计中优先选用的方案,优点是同时具备夏季制冷和 冬季制热功能,制热效率是电锅炉三倍,且冬季通过翅片盘管从室外空气吸收热量,制热可 靠性较高。风冷热泵的缺点是夏季制冷时以空气作为冷却介质,空气侧传热效率低,散热效 果差且空气温升大,故机组冷)规温度较尚,制冷遗效较低。
[0003] 常规蒸发冷空气源热栗机组共蒸发式冷凝器和水侧换热器2个换热器,夏季制冷 模式时,水侧换热器用作蒸发器,通过低温低压液体制冷剂的蒸发从冷冻水中吸收热量以 实现对冷冻水的降温冷却;冷凝器则采用蒸发式冷凝器,其配套的喷淋装置使喷淋水能完 全均匀地覆盖在换热器表面,通过利用水分等温相变蒸发和空气强制循环可有效带走换热 器内部制冷剂在冷凝过程中所释放的大量热量,极大提高换热效率。同时,由于绝大部分制 冷剂的冷凝热量被循环水的相变汽化潜热所带走,故冷凝温度较风冷机组可有效降低15°C 左右,制冷能效则可提高60%以上。 _
[0004] 但常规蒸发冷空气源热栗机组冬天制热时存在较大缺陷,此时水侧换热器作为高 压冷凝器,通过高温高压气体制冷剂的冷凝放热实现对热水的升温加热;而蒸发式冷凝器 此时则用作蒸发器,通过该换热器从室外空气吸收热量。由于此时换热效率很低,故换热面 积远远不够,导致蒸发温度、制热量和制热能效较低。同时,换热器外表面需喷防冻液以避 免表面结霜,需对防冻液进行在线浓度检测和浓缩,且浓缩时由于水的汽化潜热较大,故需 要消耗大量热量且降低了设备可靠性。同时,因夏季制冷时需降低制冷剂流速以确保冷凝 排液,故出液管径较大,但在制热时将引起液体制冷剂分配不均,导致换热效率和蒸发温度 偏低、换热器表面结霜量或除湿量过大,且引起压缩机液压缩,严重影响制热性能。
发明内容
[0005] 本发明为了克服现有技术的不足,提供一种既有效提高夏季制冷能效,又具有较 高冬季制热能效和制热运行可靠性的蒸发冷空气源热泵机组。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种蒸发冷空气源热泵机组,具有 制冷模式和制热模式,包括压缩机、水侧换热器、蒸发式冷凝器、翅片式换热器及节流装置, 所述压缩机的吸气口连接有气液分离器;处于制7令模式时,所述压缩机排出的高温高压气 体经蒸发式冷凝器冷凝后成为高压液体,之后经节'流装置节流为低温•低1压气液两相制冷 剂,再经水侧换热器蒸发为低压气体,最终回到压缩机;处于制热模式时,所述压缩机排出 的高温高压气体经水侧换热器冷凝后成为高压液体,之后经节流装置节流为低1温低压气'液 两相制冷剂,再经翅片式换热器蒸发为低压气体,最终回到压缩机。本发明中通过3个换热 器的设置,在制冷和制热时分别材料其中2个换热器进行工作,使得机组既通过蒸发式冷凝 器大幅降低制冷模式运行时的冷凝温度,提尚制冷陡效,又通过翅片盘官吸收室外f 3热 量,具有较高制热能效和可靠性,起到高效节能的目的。
[0007]进一步的,还包括第一四通阀和第二四通阀,第一四通阀的入口与所述压缩机的 出气口相连通,第一四通阀的其中一出口与所述蒸发式冷凝器相连通,其中一出口与所述 翅片式换热器相连通;通过控制两个四通阀通电、断电状态变化,使夏季制冷或冬季^热模 式运行时制冷回路中制冷剂以不同状态流经各换热器和部件,通过在这些换热器和部件中 状态变化实现相应模式下对冷冻水的降温冷却或对热水的升温加热。
[0008]进一步的,第二四通阀的入口与所述压缩机的出气口相连通,第一四通阀的其中 一个出口与所述翅片式换热器相连通,其中一出口与所述水侧换热器相连通,其中一出口 与所述压缩机的吸气口相连通;通过控制两个四通阀通电、断电状态变化,使夏季制冷或冬 季制热模式运行时制冷回路中制冷剂以不同状态流经各换热器和部件,通过在这些换热器 和部件中状态变化实现相应模式下对冷冻水的降温冷却或对热水的升温加热。
[0009] 进一步的,所述第一四通阀与该气液分离器相连通;通过气液分呙器分1¾送回至 压缩机内的气体内的液体,避免液体进入压缩机对压缩机造成损坏。
[0010] 进一步的,所述节流装置包括储液器、与储液器的出口相连的干燥过滤器及与该 干燥过滤其出口相连的节流阀;所述储液器进口通过第一管路和第二管路与所述节流阀相 连通。
[0011] 进一步的,所述第一管路上设有第一单向阀和第二单向阀,所述第二管路上设有 第三单向阀和第四单向阀;所述水侧换热器与所述第二管道连通,连通处位于第三、第四单 向阀之间;所述翅片式换热器与所述第一管道连通,连通处位于第一、第二单向阀之间;通 过单向阀控制制冷剂流经回路的方向,进而实现不同模式的切换,且通过同一个回路便能 够实现两种模式的切换。
[0012] 进一步的,所述节流装置包括储液器和与储液器的出口相连的干燥过滤器,所述 储液器进口通过第一管路和第二管路与所述干燥过滤器相连通;所述第一管路上设有第一 电磁阀和第一节流阀,所第二管路上设有第二电磁阀和第二节流阀;通过两个管路上单独 设置电磁阀,使得两个管路的启闭能够单独进行控制,控制更为自由。
[0013] 进一步的,还包括除霜装置,该除霜装置可采用压缩机排出的高温高压气体对所 述翅片式换热器进行除霜操作;采用压缩机排出的高温气体直接对换热器进行除霜操作, 无需再另外采用加热源对换热器进行除霜操作,更为节约能耗。
[0014] 进一步的,所述除霜装置包括设于所述翅片式换热器上的进气口、用于连通该进 气口和所述压缩机出气口的除霜气管、设于翅片式换热器上的出气口和出液口、与该出液 口相连的排液管、用于连通该出气口和蒸发式换热器的回收管道及除湿部件;通过回收管 道将除霜的气体重新经蒸发式换热器处理,避免制冷剂的浪费,降低资源浪费率;同时,通 过除湿部件除去制冷剂气体中,进而有效避免水蒸气跟随制冷剂气体进入至空调系统中, 避免冰堵现象的出现,降低机组故障率和减小维修率。
[0015] 进一步的,所述除湿部件包括降温室和与该回收管道相配合的除湿室;所述回收 管道包括穿设于所述降温室内的凝结段、与该凝结段相连的集液段及供气段,所述凝结段 具有螺旋内壁,所述集液段至少部分为倾斜设置;通过对凝结段进行降温处理,使得气体制 冷剂内的水蒸气能够凝结成水珠,进而在集液段中被聚集和收集,实现对气体制冷剂中水 蒸气的快速去除;通过将凝结段的内壁设置为螺旋内壁,使得气体制冷剂能够在凝结段内 呈螺旋方式输送,进而帮助水蒸气凝结呈的小水珠快速聚凝呈大水滴,进而沿着倾斜设置 的集液管流动至低处,在低处被收集。
[0016]综上所述,本发明具有以下优点:通过3个换热器的设置,在制冷和制热时分别材 料其中2个换热器进行工作,使得机组既通过蒸发式冷凝器大幅降低制冷模式运行时的冷 凝温度,提高制冷能效,又通过翅片盘管吸收室外空气热量,具有较高制热能效和可靠性, 起到高效节能的目的。
附图说明
[0017] 图1为本发明第一种实施例的结构示意图。
[0018] 图2为本发明第一种实施例制冷时的流程示意图。
[0019]图3为本发明第一种实施例制热时的流程示意图。
[0020]图4为本发明第一种实施例中翅片式换热器的结构示意图。
[0021]图5为本发明第一种实施例中除霜装置的结构示意图。
[0022]图6为图5中B处的放大图。
[0023]图7为本发明第二种实施例的结构示意图。
[0024]图8为本发明第二种实施例制冷时的流程示意图。
[0025]图9为本发明第二种实施例制热时的流程示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的 附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0027]如图1-6所示,一种蒸发冷空气源热栗机组,具有夏季制冷模式和冬季制热模式, 机组包括压缩机1、水侧换热器2、蒸发式冷凝器3、翅片式换热器4、节流装置5、第一四通阀 61、第二四通阀62以及气液分离器7;机组处于制冷模式时,所述压缩机1排出的高温高压气 体经蒸发式冷凝器3冷凝后成为高压液体,之后经节流装置5节流为低温低压气液两相制冷 剂,再经水侧换热器2蒸发为低压气体,最终回到压缩机,如此反复循环;机组处于制热模式 时,所述压缩机1排出的高温高压气体经水侧换热器2冷凝后成为高压液体,之后经节流装 置5节流为低温低压气液两相制冷剂,再经翅片式换热器4蒸发为低压气体,最终回到压缩 机1,如此反复循环;该种结构下通过3个换热器的设置,在制冷和制热时分别材料其中2个 换热器进行工作,使得机组既通过蒸发式冷凝器大幅降低制冷模式运行时的冷凝温度,提 高制冷能效,又通过翅片盘管吸收室外空气热量,具有较高制热能效和可靠性,起到高效节 能的目的。
[0028] 所述第一四通阀61和第二四通阀62均包括1个出口和3个出口;所述第一四通阀61 的入口通过管道与所述压缩机1的出气口相连通,第一四通阀61的其中一出口通过管道与 所述蒸发式冷凝器3相连通,其中一出口通过管道与所述翅片式换热器4相连通,其中一出 口通过管道与所述气液分离器相连;所述第二四通阀62的入口通过管道与所述压缩机1的 出气口相连通,第二四通阀62的其中一个出口通过管道与所述翅片式换热器4相连通,其中 一出口通过管道与所述水侧换热器2相连通,其中一出口通过管道与所述压缩机1的吸气口 相连通,所述压缩机1的吸气口与所述气液分离器7相连;通过控制弟一、弟二四通阀通电、 断电状态变化,使夏季制冷或冬季制热模式运行时制冷回路中制冷剂以不同状态流经各换 热器和部件,通过在这些换热器和部件中状态变化实现相应模式下对冷冻水的降温冷却或 对热水的升温加热。 >
[0029]具体的,所述节流装置5包括储液器51、千燥过滤器52及节流阀53,所述干燥过滤 器52与储液器的出口相连,所述节流阀53与该干燥过滤其出口相连,所述储液器51进口通 过第一管路511和第二管路512与所述节流阀53相连通;进一步的,所述第一管路511上设有 第一单向阀81、第二单向阀82及第一电磁阀531,所述第二管路512上设有第三单向阀83、第 四单向阀84及第二电磁阀533;上述提及的单向阀和电磁阀均可由市面上直接购买得到,结 构不再赘述;所述水侧换热器2通过金属管路与所述第二管道512连通,金属管路与第二管 道的连通处位于第三、第四单向阀之间;所述翅片式换热器4通过金属管路与所述第一管道 511连通,金属管路与第一管道的连通处位于第一、第二单向阀之间。
[0030]作为优选的,机组还包括除霜装置,具体的,所述除霜装置包括进气口91、除霜气 管92、出气口 93和出液口 94、排液管95、回收管道96及除湿部件,所述进气口 91设于所述翅 片式换热器4上,所述除霜气管92为金属制成,用于连通该进气口和所述压缩机出气口,进 而可采用压缩机1排出的高温高压气体制冷剂对所述翅片式换热器4进行除霜操作,减小资 源浪费和降低能耗;所述出气口 93和出液口 94均设置在所述翅片式换热器4上,所述排液管 95与该出液口相连;所述回收管道96为金属制成,用于连通该出气口 93和蒸发式换热器3, 以对气体制冷剂进行回收利用。
[0031]所述除湿部件包括降温室10和与该回收管道相配合的除湿室2〇;具体的,所述回 收管道96包括凝结段961、集液段962及供气段963,所述凝结段961具有螺旋内壁,且该凝结 段961全部或者部分穿设于所述降温室内;所述降温室内风扇或喷淋管或冷凝管,进而可将 降温室内的温度降低至露点温度以下,从而使得气体制冷剂能够在凝结段内凝结成水珠; 所述集液段962的其中一段为倾斜设置,集液段962的一端与凝结段相连,另一端与所述除 湿室20相连;所述供气段963—端与所述除湿室20相连,另一端与所述蒸发式换热器相连。 [0032]所述集液管962上设有集液部件,通过集液部件对水珠进行收集,具体的,该集液 部件包括设于集液管上的开口964、集液瓶965及出液孔966;所述集液瓶965的瓶口与所述 开口964螺接配合,所述出液孔966设置在所述集液瓶底部,集液瓶内的液体可通过该出液 孔向外排出;优选的,所述出液孔上设有单向控制件967,所述集液瓶965具有弹性侧壁; 具体的,所述集液瓶为橡胶制成,进而能够发生形变;所述单向控制件967为市面上购买得 到的单向排气阀,当外力挤压集液瓶时,单向排气阀能够被打开,进而集液瓶内的液体能够 通过单向控制阀向外排出;凝结得到的水珠将流入至集液瓶内,并在集液瓶中被收集;通过 将集液瓶设置为弹性侧壁,使得在挤压集液瓶时,单向控制件能够被打开,集液瓶内的液体 能够从出液孔向外排出;而单向控制件的设置,使得外部的空气不会进入至集液瓶内,在撤 去对集液瓶的外力作用后,回收管道内的气体对集液瓶进行补气,使得集液瓶被按瘪的内 壁重新恢复到原始状态。
[0033]进一步的,所述除湿室20包括箱体201、设于箱体内的吸水件202和吸附件203;所 述箱体201内设有分别与所述吸水件2〇2和吸附件203相配合的卡槽;具体的,所述吸水件 202为海绵,所述吸附件203为活性炭层;通过海绵对气体制冷剂进行再次吸收,保证进入空 调机组内的气体制冷剂无水蒸气残留;通过活性炭层对气体制冷刑中的杂质、灰尘等进订 吸附,避免上述物质进入至机组内。 _ i
[0034] 具体原理如下:机组制冷模式运行时,制冷流程详见图2,压缩机排出高温高压气 体制冷剂经第一四通阀后进入蒸发式冷凝器,在蒸发式冷凝器中利用循环水喷淋蒸发和空 气强制循环,高温气体制冷剂释放出大量热量后冷凝为高压液体;高压液体经储液器、干燥 过滤器后进入节流阀后节流为低温低压气液两相制冷剂,之后经第二电磁阀、第四单向阀 进入水侧换热器,在水侧换热器中与温度相对较高的冷冻水进行换吸收冷冻水热量将 冷冻水降温冷却后蒸发为低压气体,之后经第二四通阀进入气液分离器,最终回到压缩机 吸气口,如此反复循环。
[0035] 机组制热模式运行时,制热流程详见图3,第一四通阀和第二四通阀的通电、断电 状态均发生变化,压缩机排出高温高压气体制冷剂经第一四通阀、第二四通阀后进入水侧 换热器,在水侧换热器中将热量释放给温度相对较低的热水对热水进行升温加热后冷凝为 高压液体;高压液体经第三单向阀、储液器、干燥过滤器器后进入节流阀后节流为低温低压 气液两相制冷剂,之后经第一电磁阀、第二单向阀进入翅片式蒸发盘管,在翅片式蒸发盘管 中通过室外空气强制循环吸收温度相对较高的室外空气热量后蒸发为低压气体,之后经第 二四通阀进入气液分离器,最终回到压缩机吸气口,如此反复循环。
[0036] 实施例2 如图7-9所示,本实施例与实施例1之间的区别为:所述节流装置5包括储液器51和与储 液器的出口相连的千燥过滤器52,所述储液器51进口通过第一管路511和第二管路512与所 述干燥过滤器52相连通;所述第一管路511上设有第一电磁阀531和第一节流阀532,所第二 管路512上设有第二电磁阀533和第二节流阀534;上述提及的电磁阀和节流阀均可由市面 上直接购买得到,结构不再赘述。
[0037] 具体原理如下:机组制冷模式运行时,制冷流程详见图8,压缩机排出高温高压气 体制冷剂经第一四通阀后进入蒸发式冷凝器,在蒸发式冷凝器中利用循环水喷淋蒸发和空 气强制循环,高温气体制冷剂释放出大量热量后冷凝为高压液体;高压液体经储液器、干燥 过滤器后进入第二节流阀后节流为低温低压气液两相制冷剂,之后经第二电磁阀、第四单 向阀进入水侧换热器,在水侧换热器中与温度相对较高的冷冻水进行换热,吸收冷冻水热 量将冷冻水降温冷却后蒸发为低压气体,之后经第二四通阀进入气液分离器,最终回到压 缩机吸气口,如此反复循环。
[0038] 机组制热模式运行时,制热流程详见图9,第一四通阀和第二四通阀的通电、断电 状态均发生变化,压缩机排出高温高压气体制冷剂经第一四通阀、第二四通阀后进入水侧 换热器,在水侧换热器中将热量释放给温度相对较低的热水对热水进行升温加热后冷凝为 高压液体;高压液体经第三单向阀、储液器、干燥过滤器器后进入第一节流阀后节流为低温 低压气液两相制冷剂,之后经第一电磁阀、第二单向阀进入翅片式蒸发盘管,在翅片式蒸发 盘管中通过室外空气强制循环吸收温度相对较高的室外空气热量后蒸发为低压气体,之后 经第二四通阀进入气液分离器,最终回到压缩机吸气口,如此反复循环。
[0039] 显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1 一种蒸发冷空气源热泵机组,具有制冷模式和制热模式,包括压缩机(1)、水侧换热 器(2)、蒸发式冷i器(3)、翅片式换热器(4)及节流装置(5),所述压缩机(1) f吸气口连接 有气液g离器(7);其特征在于:处于制冷模式时,所述压缩机(1)排出的高温高压气体经蒸 发S产凝器(3)冷凝后成为高压液体,之后经节流装置(5)节流为低温低压气液两相制冷 剂再经水侧换热器(2)蒸发为低压气体,最终回到压缩机;处于制热模式时,所述压缩机 (1)排出的高温高压气体经水侧换热器(2)冷凝后成为高压液体,之后经节流装置(5)节流 为低温低压气液两相制冷剂,再经翅片式换热器(4)蒸发为低压气体,最终回到压缩机(1)。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷空气源热栗机组,其特征在于:还包括第一四通阀(61) 和第二四通阀(62),第一四通阀(61)的入口与所述压缩机⑴的出气口相连通,第一四通阔 (61)^其中一出口与所述蒸发式冷凝器(3)相连通,其中一出口与所述翅片式换热器(4)相 连通 3°根据权利要求2所述的蒸发冷空气源热栗机组,其特征在于:第二四通阔(62)的入口 与所述压缩机(1)的出气口相连通,第二四通阔(62)的其中一个出口与所述翅片式换热器 (4)相连通,其中一出口与所述水侧换热器(2)相连通,其中一出口与所述压缩机(1)的吸气 口相连通。
4.根据权利要求2所述的蒸发冷空气源热栗机组,其特征在于:所述第一四通阀(61}与 该气液分离器(7)相连通。
5. 根据权利要求1所述的蒸发冷空气源热栗机组,其特征在于:所述节流装置(5)包括 储液器(51)、与储液器的出口相连的千燥过滤器(52)及与该干燥过滤其出口相连的节流阀 (53);所述储液器(51)进口通过第一管路(51丨)和第二管路(512)与所述节流阀(53)相连 通。
6. 根据权利要求5所述的蒸发冷空气源热泵机组,其特征在于:所述第一管路(511)上 设有第一单向阀(81)和第二单向阀(82),所述第二管路(512)上设有第三单向阀(83)和第 四单向阀(84);所述水侧换热器(2)与所述第二管道(512)连通,连通处位于第三、第四单向 阀之间;所述翅片式换热器(4)与所述第一管道(51丨)连通,连通处位于第一、第二单向阀之 间。
7. 根据权利要求1所述的蒸发冷空气源热泵机组,其特征在于:所述节流装置(5)包括 储液器(51)和与储液器的出口相连的干燥过滤器(52),所述储液器(51)进口通过第一管路 (511)和第二管路(512)与所述千燥过滤器(52)相连通;所述第一管路(51丨)上设有第一电 磁阀(531)和第一节流阀(532),所第二管路(512)上设有第二电磁阀(533)和第二节流阀 (534) 〇
8. 根据权利要求1所述的蒸发冷空气源热泵机组,其特征在于:还包括除霜装置,该除 霜装置可采用压缩机(1)排出的高温高压气体对所述翅片式换热器(4)进行除霜操作。
9. 根据权利要求8所述的蒸发冷空气源热泵机组,其特征在于:所述除霜装置包括设于 所述翅片式换热器(4)上的进气口(91)、用于连通该进气口和所述压缩机出气口的除霜气 管(92)、设于翅片式换热器⑷上的出气口(93)和出液口(94)、与该出液口相连的排液管 (95)、用于连通该出气口(93)和蒸发式换热器(3)的回收管道(96)及除湿部件。
10. 根据权利要求9所述的蒸发冷空气源热泵机组,其特征在于:所述除湿部件包括降 温室(10)和与该回收管道相配合的除湿室(2〇);所述回收管道(96)包括穿设于所述降温室 内的凝结段(961)、与该凝结段相连的集液段(962)及供气段(963),所述凝结段(961)具有 螺旋内壁,所述集液段(962)至少部分为倾斜设置。
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