CN109916109A - 一种热泵系统和空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热泵系统和空调器，热泵系统包括：两级以上的压缩机、蒸发器(5)和冷凝器(6)，还包括闪发装置、所述闪发装置能够将闪发产生的气体导入所述两级以上的压缩机中，且在至少两个相邻的压缩机之间还设置有至少一个冷却器、能够用于对该两个相邻的压缩机中一个压缩机的排气进行冷却降温、而后再与闪发装置闪发产生的气体一起进入该两个相邻的压缩机中的另一个压缩机中进行压缩。通过本发明能够降低除最低级压缩机外所有压缩机的吸气温度，降低压缩系统的最终排气温度，压缩机的耗功得到减少，使得热泵系统的制热能效得以提高。
Description
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种热泵系统和空调器。
背景技术
热泵技术作为一种新型节能环保技术，可以将低温热源的热能转移到高温热源，对能源节约、生态环境保护等方面具有重大的意义，尤其在能源危机和全球变暖效应越来越严重的时候，热泵技术也成为了大家关注和研究的重点，各类热泵技术的研究、应用及推广也得到了相当大的重视。
补气增焓技术作为一种常见的热泵技术，主要应用在双级或多级压缩的热泵系统上，不仅能提高热泵系统的能效，还可以降低排气温度，但对于蒸发温度过低和冷凝温度过高的情况，依旧会存在排气温度也过高的情况。
由于现有技术中的双级或多级压缩的补气增焓热泵系统存在制热能效较低，排气温度过高等技术问题，因此本发明研究设计出一种热泵系统和空调器。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的双级或多级压缩的补气增焓热泵系统存在制热能效较低，排气温度过高的缺陷，从而提供一种热泵系统和空调器。
本发明提供一种热泵系统，其包括：
两级以上的压缩机、蒸发器和冷凝器，还包括闪发装置、所述闪发装置能够将闪发产生的气体导入所述两级以上的压缩机中，且在至少两个相邻的压缩机之间还设置有至少一个冷却器、能够用于对该两个相邻的压缩机中一个压缩机的排气进行冷却降温、而后再与闪发装置闪发产生的气体一起进入该两个相邻的压缩机中的另一个压缩机中进行压缩。
优选地，
所述两级以上的压缩机为双级压缩机、包括低压级的第一压缩机和高压级的第二压缩机，且所述第一压缩机和所述第二压缩机串联，且所述冷却器包括第一冷却器、设置在所述第一压缩机和所述第二压缩机之间的冷媒管路上。
优选地，
还包括第一闪发器，设置在所述蒸发器和所述冷凝器之间，且所述第一闪发器具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路的一端连接，且所述第一中压补气管路的另一端连接到所述第一冷却器和所述第二压缩机之间的所述冷媒管路上。
优选地，
在所述第一闪发器和所述蒸发器之间还设置有第一节流装置，和在所述第一闪发器和所述冷凝器之间还设置有第二节流装置。
优选地，
所述两级以上的压缩机为三级压缩机、包括低压级的第一压缩机、中压级的第二压缩机和高压级的第三压缩机，且所述第一压缩机、所述第二压缩机和所述第三压缩机串联，且所述冷却器包括第一冷却器和第二冷却器，所述第一冷却器设置在所述第一压缩机和所述第二压缩机之间的冷媒管路上、所述第二冷却器设置在所述第二压缩机和所述第三压缩机之间的冷媒管路上。
优选地，
还包括第一闪发器和第二闪发器，所述第一闪发器和第二闪发器设置在所述蒸发器和所述冷凝器之间，且所述第一闪发器位于所述第二闪发器和所述蒸发器之间、所述第二闪发器位于所述第一闪发器和所述冷凝器之间。
优选地，
所述第一闪发器具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路的一端连接，且所述第一中压补气管路的另一端连接到所述第一冷却器和所述第二压缩机之间的所述冷媒管路上。
优选地，
所述第二闪发器具有第二气体出口、且所述第二气体出口与第二中压补气管路的一端连接，且所述第二中压补气管路的另一端连接到所述第二冷却器和所述第三压缩机之间的所述冷媒管路上。
优选地，
在所述第一闪发器和所述蒸发器之间还设置有第一节流装置，和在所述第一闪发器和所述第二闪发器之间还设置有第二节流装置，和在所述第二闪发器和所述冷凝器之间还设置有第三节流装置。
优选地，
所述热泵系统的制冷剂为R32或R717。
本发明还提供一种空调器，其包括前述的热泵系统。
本发明提供的一种热泵系统和空调器具有如下有益效果：
本发明通过在补气增焓系统中的两级以上的压缩机中的两相邻压缩机之间设置至少一个冷却器，能够对较低压压缩机压缩后的制冷剂进行冷却降温，然后再进入较高压的压缩机中进一步压缩，能够有效地降低除最低级压缩机以外所有压缩机的吸气温度，降低压缩系统的最终排气温度，使得压缩机的耗功减少，从而有效地提高了热泵系统的制热能效，并且还能够通过将冷却器中放出的热量进行回收、用于制热，从而进一步提高制热舒适度，进一步提高了制热能效。
附图说明
图1是本发明的具有双级压缩机的热泵系统循环图；
图2是本发明的具有三级压缩机的热泵系统循环图；
图3是图1中的lgp-h图(双级压缩)；
图4是常规与图3相对比的不具有冷却结构时的lgp-h图；
图5是图2中的lgp-h图(三级压缩)；
图6是常规的与图5相对比的不具有冷却结构时的lgp-h图。
图中附图标记表示为：
101、第一压缩机；102、第二压缩机；103、第三压缩机；201、第一冷却器；202、第二冷却器；301、第一节流装置；302、第二节流装置；303、第三节流装置；401、第一闪发器；402、第二闪发器；5、蒸发器；6、冷凝器；71、第一中压补气管路；72、第二中压补气管路。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明提供一种热泵系统，其包括：
两级以上的压缩机、蒸发器5和冷凝器6，还包括闪发装置、所述闪发装置能够将闪发产生的气体导入所述两级以上的压缩机中，且在至少两个相邻的压缩机之间还设置有至少一个冷却器、能够用于对该两个相邻的压缩机中一个压缩机的排气进行冷却降温、而后再与闪发装置闪发产生的气体一起进入该两个相邻的压缩机中的另一个压缩机中进行压缩。
本发明通过在补气增焓系统中的两级以上的压缩机中的两相邻压缩机之间设置至少一个冷却器，能够对较低压压缩机压缩后的制冷剂进行冷却降温，然后再进入较高压的压缩机中进一步压缩，能够降低除最低级压缩机外所有压缩机的吸气温度，降低压缩系统的最终排气温度，从而降低压缩机的耗功，使得热泵系统的制热能效得以提高，另外还通过将冷却器中放出的热量进行回收、用于制热，从而进一步提高制热舒适度，进一步提高了制热能效。(本发明中的高压、低压和中压是相对的概念，即高压>中压>低压)
优选地，
如图1所示(第一种实施方式)，所述两级以上的压缩机为两个单独的压缩机、包括低压级的第一压缩机101和高压级的第二压缩机102，且所述第一压缩机101和所述第二压缩机102串联，且所述冷却器包括第一冷却器201、设置在所述第一压缩机101和所述第二压缩机102之间的冷媒管路上。这是本发明的热泵系统的第一种实施方式的具体结构示意图，即采用的双级压缩系统，第一冷却器设置在低压级的第一压缩机和高压级的第二压缩机之间，能够将第一压缩机压缩后的制冷剂进行冷却降温后、再送入到第二压缩机中压缩，从而有效地降低了补气后的混合吸气温度，使其完全冷却到达饱和状态，如图3所示，能够有效地降低排气温度，提高系统的制热能效。
优选地，
所述闪发装置还包括第一闪发器401，设置在所述蒸发器5和所述冷凝器6之间，且所述第一闪发器401具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路71的一端连接，且所述第一中压补气管路71的另一端连接到所述第一冷却器201和所述第二压缩机102之间的所述冷媒管路上。这是本发明的第一种实施方式下的闪发装置的优选结构形式，即将第一闪发器的中压气体出口通过补气管路连接至第一冷却器和第二压缩机之间能够对冷却器冷却后的制冷剂进行混合，在此基础上还降低了压缩机的排气温度，有效提高了系统的制热能效。
优选地，
在所述第一闪发器401和所述蒸发器5之间还设置有第一节流装置301，和在所述第一闪发器401和所述冷凝器6之间还设置有第二节流装置302。这是本发明的第一种实施方式的进一步的优选结构形式，即通过第一节流装置能够对第一闪发器闪发产生的液体制冷剂进行进一步节流作用，使其满足进入蒸发器中的条件，通过第二节流装置能够对冷凝器放热后的制冷剂进行节流降压，使其进入第一闪发器中进行闪发作用。
如图1和3所示，热泵系统(第一种实施方式)的具体实施方式：第二压缩机102的高温高压排气进入冷凝器6放出热量冷凝后，进入第二节流装置302后，制冷剂变为中温中压的气液两相，然后进入第一闪发器401后实现气液分离，其中中压饱和液体进入第一节流装置301再次变成低温低压的气液两相，然后进入蒸发器5吸收热量后变为低压气体，然后进入第一压缩机101进行压缩，压缩后的过热排气通过第一冷却器201放出部分热量，温度降低，与第一闪发器401出来的中压饱和气体混合后，进入第二压缩机102进行压缩。整个热泵系统的制热量为两部分，一部分为过热排气在第一冷却器201中放出的部分热量，另一部分为冷凝器6放出的热量。
优选地，
如图2所示(第二种实施方式)，所述两级以上的压缩机为三个单独的压缩机、包括低压级的第一压缩机101、中压级的第二压缩机102和高压级的第三压缩机103，且所述第一压缩机101、所述第二压缩机102和所述第三压缩机103串联，且所述冷却器包括第一冷却器201和第二冷却器202，所述第一冷却器201设置在所述第一压缩机101和所述第二压缩机102之间的冷媒管路上、所述第二冷却器202设置在所述第二压缩机102和所述第三压缩机103之间的冷媒管路上。这是本发明的热泵系统的第二种实施方式的具体结构示意图，即采用的三级压缩系统，第一冷却器设置在低压级的第一压缩机和中压级的第二压缩机之间，能够将第一压缩机压缩后的制冷剂进行冷却降温后、再送入到第二压缩机中压缩，第二冷却器设置在中压级的第二压缩机和高压级的第三压缩机之间，能够将第二压缩机压缩后的制冷剂进行冷却降温后、再送入到第三压缩机中压缩，经过两次冷却从而进一步有效地降低了补气后的混合吸气温度，使其完全冷却到达饱和状态，如图5所示，能够有效地降低排气温度，提高系统的制热能效。
优选地，
所述闪发装置还包括第一闪发器401和第二闪发器402，所述第一闪发器401和第二闪发器402设置在所述蒸发器5和所述冷凝器6之间，且所述第一闪发器401位于所述第二闪发器402和所述蒸发器5之间、所述第二闪发器402位于所述第一闪发器401和所述冷凝器6之间。这是本发明的第二种实施方式下的闪发装置的优选结构形式，能够将第一闪发器的中压气体出口通过补气管路连接至第一冷却器和第二压缩机之间能够对冷却器冷却后的制冷剂进行混合，能够将第二闪发器的中压气体出口通过补气管路连接至第二冷却器和第三压缩机之间能够对冷却器冷却后的制冷剂进行混合，从而提高增焓效果，在此基础上还降低了压缩机的排气温度，有效提高了系统的制热能效。
优选地，
所述第一闪发器401具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路71的一端连接，且所述第一中压补气管路71的另一端连接到所述第一冷却器201和所述第二压缩机102之间的所述冷媒管路上。这是本发明的第二种实施方式下的闪发装置的优选结构形式，能够将第一闪发器的中压气体出口通过补气管路连接至第一冷却器和第二压缩机之间能够对冷却器冷却后的制冷剂进行混合，在此基础上还降低了压缩机的排气温度，有效提高了系统的制热能效。
优选地，
所述第二闪发器402具有第二气体出口、且所述第二气体出口与第二中压补气管路72的一端连接，且所述第二中压补气管路72的另一端连接到所述第二冷却器202和所述第三压缩机103之间的所述冷媒管路上。这是本发明的第二种实施方式下的闪发装置的优选结构形式，能够将第二闪发器的中压气体出口通过补气管路连接至第二冷却器和第三压缩机之间能够对冷却器冷却后的制冷剂进行混合，在此基础上还降低了压缩机的排气温度，有效提高了系统的制热能效。
优选地，
在所述第一闪发器401和所述蒸发器5之间还设置有第一节流装置301，和在所述第一闪发器401和所述第二闪发器402之间还设置有第二节流装置302，和在所述第二闪发器402和所述冷凝器6之间还设置有第三节流装置303。这是本发明的第二种实施方式的进一步的优选结构形式，即通过第一节流装置能够对第一闪发器闪发产生的液体制冷剂进行进一步节流作用，使其满足进入蒸发器中的条件，通过第三节流装置能够对冷凝器放热后的制冷剂进行节流降压，使其进入第二闪发器中进行闪发作用，通过第二节流装置能够对第二闪发器后的制冷剂进行节流降压，使其进入第一闪发器中进行闪发作用。
如图2和5所示，该系统也可以是三级压缩增焓带冷却系统(第二种实施方式)，整个系统的循环方式与双级压缩增焓带冷却和系统的循环方式相近。第三压缩机103的高温高压排气进入冷凝器6放出热量冷凝后，进入第三节流装置303后，制冷剂变为中温中压的气液两相，然后进入第二闪发器402后实现气液分离，其中中压饱和液体进入第二节流装置302再次变成低温低压的气液两相，然后再进入第一闪发器401后实现气液分离，其中中压饱和液体进入第一节流装置301再次变成低温低压的气液两相，然后进入蒸发器5吸收热量后变为低压气体，然后进入第一压缩机101进行压缩，压缩后的过热排气通过第一冷却器201放出部分热量，温度降低，与第一闪发器401出来的中压饱和气体混合后，进入第二压缩机102进行压缩，压缩后的过热排气通过第二冷却器202放出部分热量，温度降低，与第二闪发器402出来的中压饱和气体混合后，进入第三压缩机103进行压缩。整个热泵系统的制热量为三部分，一部分为过热排气在第一冷却器201中放出的部分热量，另一部分为过热排气在第二冷却器202中放出的部分热量，第三部分为冷凝器6放出的热量。
优选地，
所述热泵系统的制冷剂为R32或R717。这是本发明的热泵系统的优选制冷剂种类。
本发明通过冷却器回收利用了压缩机过热排气的热量，有效降低了高级压缩机的耗功和吸气温度，从而提高了系统的制热能效和降低了排气温度。
这里以R32和R717为例，理论计算对比了单级系统、双级压缩增焓系统、双级压缩增焓带冷却系统、三级压缩增焓系统和三级压缩增焓带冷却系统，其中冷却为完全冷却，即压缩机排出的过热气体在冷却器中被冷却为饱和气体，对比情况见表1和表2。
表1 R32理论循环对比
表2 R717理论循环对比
从上述表1和表2中可以明显地看出不管是双级增焓系统还是三级增焓系统，相对比于原有的不具备冷却的系统而言，具有冷却的系统其排气温度得到了明显的降低，制热能效COP值也明显地有所提高，使用R32的系统在原有的COP值的基础上增加了8-12个百分点，使用R717的系统在原有的COP值的基础上增加了10-15个百分点效果显著。
本发明的系统也不限于双级、三级压缩，通过上面所述，也可以根据双级、三级压缩增焓带冷却系统，类比得出多级压缩增焓带冷却系统，整个系统的原理相同，在这里就不进行详细讲解。
该系统中从冷却器出来的制冷剂气体在完全冷却情况下，制热能效提升效果最明显，图1和图2中的左图对应此时的循环lgp-h图，但在实际应用时也可能是部分冷却，此时制热能效也有一定的提升效果。
本发明还提供一种空调器，其包括前述的热泵系统。本发明能够降低除最低级压缩机外所有压缩机的吸气温度，降低压缩系统的最终排气温度，从而降低压缩机的耗功，使得热泵系统的制热能效得以提高，另外还通过将冷却器中放出的热量进行回收、用于制热，从而进一步提高制热舒适度，进一步提高了制热能效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种热泵系统，其特征在于：包括：
两级以上的压缩机、蒸发器(5)和冷凝器(6)，还包括闪发装置、所述闪发装置能够将闪发产生的气体导入所述两级以上的压缩机中，且在至少两个相邻的压缩机之间还设置有至少一个冷却器、能够用于对该两个相邻的压缩机中一个压缩机的排气进行冷却降温、而后再与闪发装置闪发产生的气体一起进入该两个相邻的压缩机中的另一个压缩机中进行压缩。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述两级以上的压缩机为双级压缩机、包括低压级的第一压缩机(101)和高压级的第二压缩机(102)，且所述第一压缩机(101)和所述第二压缩机(102)串联，且所述冷却器包括第一冷却器(201)、设置在所述第一压缩机(101)和所述第二压缩机(102)之间的冷媒管路上。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：
所述闪发装置还包括第一闪发器(401)，设置在所述蒸发器(5)和所述冷凝器(6)之间，且所述第一闪发器(401)具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路(71)的一端连接，且所述第一中压补气管路(71)的另一端连接到所述第一冷却器(201)和所述第二压缩机(102)之间的所述冷媒管路上。
4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于：
在所述第一闪发器(401)和所述蒸发器(5)之间还设置有第一节流装置(301)，和在所述第一闪发器(401)和所述冷凝器(6)之间还设置有第二节流装置(302)。
5.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述两级以上的压缩机为三级压缩机、包括低压级的第一压缩机(101)、中压级的第二压缩机(102)和高压级的第三压缩机(103)，且所述第一压缩机(101)、所述第二压缩机(102)和所述第三压缩机(103)串联，且所述冷却器包括第一冷却器(201)和第二冷却器(202)，所述第一冷却器(201)设置在所述第一压缩机(101)和所述第二压缩机(102)之间的冷媒管路上、所述第二冷却器(202)设置在所述第二压缩机(102)和所述第三压缩机(103)之间的冷媒管路上。
6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：
所述闪发装置还包括第一闪发器(401)和第二闪发器(402)，所述第一闪发器(401)和第二闪发器(402)设置在所述蒸发器(5)和所述冷凝器(6)之间，且所述第一闪发器(401)位于所述第二闪发器(402)和所述蒸发器(5)之间、所述第二闪发器(402)位于所述第一闪发器(401)和所述冷凝器(6)之间。
7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于：
所述第一闪发器(401)具有第一气体出口、且所述第一气体出口与第一中压补气管路(71)的一端连接，且所述第一中压补气管路(71)的另一端连接到所述第一冷却器(201)和所述第二压缩机(102)之间的所述冷媒管路上。
8.根据权利要求6或7所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二闪发器(402)具有第二气体出口、且所述第二气体出口与第二中压补气管路(72)的一端连接，且所述第二中压补气管路(72)的另一端连接到所述第二冷却器(202)和所述第三压缩机(103)之间的所述冷媒管路上。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的热泵系统，其特征在于：
在所述第一闪发器(401)和所述蒸发器(5)之间还设置有第一节流装置(301)，和在所述第一闪发器(401)和所述第二闪发器(402)之间还设置有第二节流装置(302)，和在所述第二闪发器(402)和所述冷凝器(6)之间还设置有第三节流装置(303)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的热泵系统，其特征在于：
所述热泵系统的制冷剂为R32或R717。
11.一种空调器，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述的热泵系统。
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