CN108870818B - 一种水汽能热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水汽能热泵装备及其机组系统，尤其是水汽能热泵机组，该机组包括：变频压缩机及定频压缩机所形成的双并行压缩，组合式干式蒸发器，组合式分段冷凝器，还有补气增焓装置，油气分离器，虹吸罐，冷冻油冷却装置，膨胀节流装置，制冷剂进角阀，制冷剂出角阀，上述主要构件组成低温热源主机，各部件组合形成最佳防止液击高效运行，并采用防冻液冷却冷冻油能够更好地把冷冻油控制在适宜温度范围内，达到更好润滑压缩机作用，从而适应极低温环境下高效制热，应用北方高纬度地区采暖可替代现行锅炉采暖，是一个非常清洁节能的环保设备。
Description
技术领域
本发明属于制冷制热机组，具体说是一种水汽能热泵系统。
背景技术
目前空气能热泵主机很难适应零度以下环境温度高效运行要求，其技术障碍主要体现在：
(1)大量霜积聚将使蒸发器传热性能减弱；
(2)结霜阻碍了室外盘管间的气体流动，风机能量损耗增加。
因此，随着室外换热器壁而霜层的增多，室外换热器蒸发温度下降、机组制热量减少、风机性能衰减、输入电流增大、供热性能系数降低，严重时压缩机会停比运行，以致机组不能正常工作。因此，周期性除霜成为空气源热泵正常运行所必须采取的手段。
(3)化霜方式影响到用户体验。
(4)化霜耗能多，化霜时间长。
(5)中央空调热泵机组无法采用反向运行化霜。
(6)采用防冻液作为吸热介质会出现冰点温度上移，导致结冰胀坏蒸发器铜管时有发生。
(7)浓缩防冻液装置耗能过大。
(8)主机低温环境运行导致冷冻油回油困难。
(9)蒸发器温度过低难免不出现液击，导致压缩机寿命大大缩短。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种节能、化霜效果好的低温热源热泵设备及其机组系统，采用的技术方案如下：
包括主机及变频压缩机和定频压缩机所组成的双平行压缩系统，其特征在于：所述主机包括分段式冷凝器，在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器的中间串联油气分离器和制冷剂出角阀，且补气增焓装置并联在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器之间，一侧变频压缩机通过左制冷器进角阀和左气液分离器连接到组合式干式蒸发器，另一侧所述定频压缩机通过右制冷器进角阀和右虹吸罐连接到组合式干式蒸发器，膨胀节流装置置于所述补气增焓和所述组合式干式蒸发器之间，在所述变频压缩机、定频压缩机并联回路侧设置有冷冻油冷却装置，通过与之相连的冷却液流量调节电控阀和防冻液去热源塔及热源塔防冻液回蒸发器连接。
作为上述技术方案的进一步改进或优选：
所述组合式干式蒸发器采用冷媒走管程、防冻液走壳程的方式，该组合式干式蒸发器的管程分为两半，一半管程与定频压缩机相连，另一半管程与变频压缩机相连，且各自一半内又分成低位与高位两部分，冷凝器经膨胀节流装置的液相制冷剂输入至低位部分管内，所述低位部分管内的液相制冷剂在高位部分管程内获得防冻液潜热并全部蒸发后进入压缩机，且高位部分列管比低位部分列管数量至少多三分之一。
作为上述技术方案的进一步改进或优选：
所述分段式冷凝器的前段分配给变频压缩机，后段分配给定频压缩机，且采用制冷剂走壳程、暖媒水走管程的方式。
作为上述技术方案的进一步改进或优选：
所述变频压缩机、定频压缩机与所述组合式干式蒸发器之间配备有虹吸罐，所述虹吸罐的下端设置于所述组合式干式蒸发器的最低位。
作为上述技术方案的进一步改进或优选：
所述变频压缩机和定频压缩机均为螺杆式压缩机。
作为上述技术方案的进一步改进或优选：
所述主机还配备有水汽能热源塔，且所述水汽能热源塔至所述组合式干式蒸发器之间的循环介质为防冻液。
有益效果
本发明采用多个主件优化组合，尤其还采用了防冻液去冷却冷冻油，其意义在于低温环境下，冷冻油还起到了密封、冷却、降噪等作用，冷冻油能够在螺杆与压缩室以及阴阳螺杆间形成动态密封，减少制冷剂在压缩过程中由高压侧向低压侧的泄漏并减少相互间的机械摩损；
本发明专利采用了防冻液来冷却冷冻油，并且采用电控阀控制防冻液流量大小实现精准温度控制，准确把控冷冻油工作温度范围，既不使冷冻油过于粘稠，也不能使其气化而无法润滑公母转子并达到动态密封效果；
本发明在机组启动初期可采用电加热方式来为冷冻油加热，当压缩机温度升高后，可以采用防冻液来为其冷却，相比现行热泵机组通常采用一套冷却装置，并且应用了一套定频一套变频的压缩机，使本发明的结构简单、运行成本低，节能效果更好；
本发明专利还大量采用了诸如虹吸罐、油气分离器，补气增焓装置多个组合式创新以增强机组运行安全可靠性；还有采用了组合式干式蒸发器达到更加有效防止液击事件发生，该蒸发器为管壳式换热器，并且制冷剂走管程，其中列管从端面垂直一分为二，分别为两个压缩机所配备，一半为变频压缩机所配备，而另一半为定频压缩机所配备，而每一半又分成两部分列管，这些列管分成下部列管和上部列管，下部列管为少数用来通过来自冷凝器液相制冷剂的，并在此获得防冻液潜热部分被蒸发后会有两相相混的制冷剂进入到上部列管内进一步获取防冻液潜热而蒸发，蒸发后全部变成了气相制冷剂了，这种干式蒸发器可有效防止液击，同时，为了防止油堵该发明还在压缩机前设置了虹吸罐，利用虹吸原理把蒸发器低位冷冻油直接吸入到压缩机里；
本发明的水汽能热泵机组用于寒冷地区，不仅能有效防止液击还可有效防止油堵，从而提高压缩机使用寿命，相较满液式蒸发方式其应用针对性非常强，该组合式干式蒸发器列管分配方式有别于现有技术方案；
本发明专利相对现行热泵机组具有如下优势：
1、适合较低环境温度运行；
2、气液分离效果好，没有液击之虑；
3、能耗损失小，能效比提高明显；
4、机组使用寿命长；
5、不用担心防冻液冰点温度上移；
6、安全运行可靠。
附图说明
图1为热泵机组的结构图。
图中：1、冷冻油冷却装置；2、变频压缩机；3、左制冷剂进角阀；4、气液分离器；5、组合式干式蒸发器；6、膨胀节流装置；7、防冻液去热源塔；8、热源塔防冻液回蒸发器；9、右虹吸罐；10、右制冷剂进角阀；11、定频压缩机；12、用户暖媒水管道；13、制冷剂出角阀；14、油气分离器；15、补气增焓装置；16、分段式冷凝器；17、冷却液流量调节电控阀。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为双压缩机热泵机组及其系统，一个是定频压缩机11，另一个是变频压缩机2，用户暖媒水管道12上的循环泵(图中未画出)先于所述定频压缩机11和变频压缩机2启动，当热泵机组准备运行前首先电加热启动预热冷冻油，预热使冷冻油达到适合温度时，变频压缩机2先行启动，当达到工频后启动定频压缩机11，而后制冷剂便被压缩至分段式冷凝器16的管壳内经该冷凝器管程内的暖媒水吸热后，制冷剂释放潜热成为液体制冷剂，在进入分段式冷凝器16之前须经过制冷剂出角阀13和油气分离器14，所述制冷剂出角阀13和右制冷剂进角阀10不仅用于调节制冷剂流量，而且可用于维修机组时便于保存制冷剂泄漏；油气分离器16的作用既可防止冷冻油进入分段式冷凝器16而影响到换热效果，同时也是一种阻油器，并可借助压差使冷冻油回流至压缩机内，这样，可以起到节省冷冻油提高机组效率作用，因为冷冻油过多不只是增加成本问题，而且也会占据冷凝及蒸发空间影响到机组效率问题；当分段式冷凝器16内制冷剂释放潜热后便经过补气增焓装置15组件后又通过相应管道流经膨胀节流装置6，该膨胀节流装置6可由热力膨胀阀及电控阀所组成，最后再进入到组合式干式蒸发器5内，制冷剂在所述组合式干式蒸发器5内流经方式是：液相制冷剂进入低位部分列管内部获取防冻液部分潜热便形成气液两相流体，然后，再进入高位部分列管获取更多的防冻液潜热，这样，制冷剂基本完全蒸发后便可通过气液分离器4和左制冷剂进角阀3被吸入变频压缩机2和定频压缩机11里面，而组合式干式蒸发器5与定频压缩机11之间右侧增设右虹吸罐9和右制冷剂进角阀10，增设所示右虹吸罐9则是因为从分段式冷凝器14过来的冷冻油在低温情况下是呈液态形式的，当冷冻油在组合式干式蒸发器5管程内部积累到一定程度后便堵住了制冷剂通道，导致机组无法正常运行，所述右虹吸罐9则解决了液击和油堵问题，制冷剂能很好地周而复始地循环，经过制冷剂相变方式不断通过防冻液去热源塔7和热源塔防冻液回蒸发器8，由防冻液向空气索取低温热源并由热泵主机把热量转移至高温处，并由用户暖媒水管道12输送给用户。经过当冷冻油工作温度过高时，则需要冷冻油冷却装置1来为其降温，由于冷冻液既不能太过粘稠也不能太过于稀释，因此，需要冷却液流量调节电控阀17来调节。
本发明专利其流程结构不局限于实施例，其结构形式可以多样，它优先于双螺杆压缩机，其蒸发器与冷凝器虽然都是管壳式换热器，但蒸发器须采用适宜低温环境能够极大防止液击事件发生的干式蒸发结构。对于冷冻油特别予以对待的冷却装置。还有角阀配置也是一个特别点，综其上述本发明专利并非是简单多个技术的组合，其最大意图在于此热泵机组能够适应低温环境特殊运行工况能够得到较佳的经济性。
Claims (3)
1.一种水汽能热泵系统，包括主机及变频压缩机和定频压缩机所组成的双平行压缩系统，其特征在于：所述主机包括分段式冷凝器，在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器的中间串联油气分离器和制冷剂出角阀，且补气增焓装置并联在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器之间，一侧变频压缩机通过左制冷器进角阀和左气液分离器连接到组合式干式蒸发器，另一侧所述定频压缩机通过右制冷器进角阀和右虹吸罐连接到组合式干式蒸发器，膨胀节流装置置于所述补气增焓和所述组合式干式蒸发器之间，在所述变频压缩机、定频压缩机并联回路侧设置有冷冻油冷却装置，通过与之相连的冷却液流量调节电控阀和防冻液去热源塔及热源塔防冻液回蒸发器连接，且所述冷冻油冷却装置采用了防冻液进行冷却；
所述组合式干式蒸发器采用冷媒走管程、防冻液走壳程的方式，该组合式干式蒸发器的管程分为两半，一半管程与定频压缩机相连，另一半管程与变频压缩机相连，且各自一半内又分成低位与高位两部分，冷凝器经膨胀节流装置的液相制冷剂输入至低位部分管内，所述低位部分管内的液相制冷剂在高位部分管程内获得防冻液潜热并全部蒸发后进入压缩机，且高位部分列管比低位部分列管数量多三分之一以上，所述分段式冷凝器的前段分配给变频压缩机，后段分配给定频压缩机，且采用制冷剂走壳程、暖媒水走管程的方式，所述变频压缩机、定频压缩机与所述组合式干式蒸发器之间配备有虹吸罐，所述虹吸罐的下端设置于所述组合式干式蒸发器的最低位。
2.根据权利要求1所述一种水汽能热泵系统，其特征在于：所述变频压缩机和定频压缩机均为螺杆式压缩机。
3.根据权利要求1或2所述的一种水汽能热泵系统，其特征在于：所述主机还配备有水汽能热源塔，且所述水汽能热源塔至所述组合式干式蒸发器之间的循环介质为防冻液。
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