CN110701819A - 一种三工况系统 - Google Patents

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朱轶群
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Abstract

本发明公开了一种三工况系统，旨在提供一种降低运行费用，节约能源的系统。包括带中间补气的压缩机、四通换向阀、室外换热器、室内换热器、制冰蒸发器、经济器、第一节流装置、第二节流装置和多个阀门，第一节流装置和第二节流装置为双向节流。空调工况采用单级压缩制冷系统，制冰工况采用带中间补气的准双级压缩制冷系统，冬季供热工况采用带中间补气的准双级压缩热泵系统。该系统在制冰工况下，提高了冰蓄冷系统的用能效率，节约电能。能够平衡电网峰谷负荷，有效的降低运行成本。在冬季供暖工况下，中间补气的双级压缩的供热量可满足建筑物的热负荷,减少了机组的使用量,降低了系统的能耗,节省了系统的初投资成本。

Description

一种三工况系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种可以实现空调制冷、制冰制冷与热泵系统的三工况制冷系统。
背景技术
随着空调使用量的增加，夏季空调用电量的需求不断增大。空调供冷需求主要集中在白天夏季温度较高的时间段内，夜间需求较低，空调耗电造成一定的用电高峰与低谷，如何实现空调耗电的削峰填谷逐渐成为了研究的热点问题。
目前，冰蓄冷技术是解决空调耗电削峰填谷的主要手段之一。冰蓄冷系统在制冰工况下的性能对整个系统的运行性能有着重要的影响，同时也影响着整个系统的运行效率。传统的冰蓄冷系统在电价低谷段需要双工况主机在制冰工况下制冰蓄冷，而在制冰工况下，制冰运行期间为了得到0℃的冰，制冷机的蒸发温度往往需要降低至-8℃以下，由于蒸发温度降低，主机的效率明显下降，从而造成夜间冰蓄冷过程制冷机运行的性能系数(COP)的降低，造成了能源的浪费。
在冬季，由于空气源热泵具有节能环保的技术特点，得到广泛的应用。然而单级压缩循环，压缩比高，系统效率较低，应用受到一定的限制。在-25℃室外温度下提高空气源热泵的效率并实现供暖，可以采用双级压缩循环。但是，采用双级压缩实现冬季供热时，如果按照能够满足-25℃室外温度供暖热负荷需要进行系统设计,夏季供冷时系统配置的供冷量远远大于建筑物的冷负荷,在夏季运行时系统中会有一半以上机组闲置,形成浪费。
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，而提供一种空调工况采用单级压缩制冷系统，制冰工况采用带中间补气的准双级压缩制冷系统，冬季供暖工况采用带中间补气的准双级压缩热泵系统的三工况系统，从而降低能耗，降低运行费用，节约能源。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种三工况系统，其特征在于，包括带中间补气的压缩机、四通换向阀、室外换热器、室内换热器、制冰蒸发器、经济器、第一节流装置、第二节流装置和多个阀门；所述压缩机的排气端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述压缩机的吸气端与所述四通换向阀的第三接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述室外换热器的第一接口连接，所述四通换向阀的第四接口分别与第五阀门的第一接口和所述室内换热器的第一接口连接，所述第五阀门的第二接口与所述制冰蒸发器的第一接口连接，所述制冰蒸发器的第二接口分别与第三阀门的第一接口和第二节流装置的第一接口连接，所述室内换热器的第二接口分别与所述第三阀门的第二接口和第二阀门的第二接口连接，所述第二节流装置的第二接口分别与第六阀门的第一接口和第四阀门的第一接口连接，所述第六阀门的第二接口与所述经济器的第二进液口连接，所述第四阀门的第二接口、所述经济器的液体出口、所述第二阀门的第一接口、第一阀门的第二接口及所述第一节流装置的第二接口连接，所述第一阀门的第一接口与所述经济器的第一进液口连接，所述经济器的气体出口与所述压缩机的中间补气端连接，所述第一节流装置的第一接口与所述室外换热器的第二接口连接；所述第一节流装置和第二节流装置为双向节流；所述制冰蒸发器置于制冰桶内。
所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连接，所述第二阀门开启，第一阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门与第六阀门关闭，所述压缩机的排气端、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第二接口、室外换热器、第一节流装置、第二阀门、室内换热器、四通换向阀的第四接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成封闭的单级压缩制冷循环。
所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连接，第一阀门、第四阀门与第五阀门开启，第二阀门、第三阀门与第六阀门关闭；所述压缩机、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第二接口、室外换热器、第一节流装置、第一阀门、经济器的第一进液口、经济器的液体出口、第四阀门、第二节流装置、制冰蒸发器、第五阀门、四通换向阀的第四接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成压缩制冷循环，所述经济器的气体出口与所述压缩机的补气端连接，形成带中间补气的压缩制冷循环。
所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接，所述四通换向阀的第二接口与第三接口连接，所述第三阀门与第六阀门开启，所述第一阀门、第二阀门、第四阀门与第五阀门关闭；所述压缩机、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第四接口、室内换热器、第三阀门、第二节流装置、第六阀门、经济器的第二进液口、经济器的液体出口、第一节流装置、室外换热器、四通换向阀的第二接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成封闭的循环，所述经济器的气体出口与所述压缩机的补气端连接，形成带中间补气的热泵循环。
所述经济器为闪发器。
所述第一节流装置与第二节流装置为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管和孔板节流装置中的任一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的三工况系统，在空调工况时，系统为单级压缩制冷循环；在制冰工况时，系统为带中间补气的准双级压缩制冷循环；在冬季供暖工况下，系统为带中间补气的准双级压缩热泵系统。在制冰工况下，系统吸热极限温度比空调工况的单级压缩吸热极限温度更低，可以更有效的完成制冰工况，能够减少系统机组的使用量，降低了系统的能耗，降低运行成本，降低了系统的初投资成本，减少了空调工况机组的闲置率。在冬季供暖工况下，中间补气的双级压缩的供热量可满足建筑物的热负荷,减少了机组的使用量,降低了系统的能耗,节省了系统的初投资成本。
2、本发明的三工况系统，在制冰工况下增加了补气通道，压缩过程中由于得到中间补气的冷却，压缩机的排气温度比无补气时的排气温度低，同时，由于部分蒸气没有经过从低压到高压的完整压缩过程，而只经历了从低压到排气压力的压缩过程，减少了压缩机的功耗，提高了系统的制冷性能系数，有效的节约电能。在冬季供暖工况下增加了补气通道，在冬季室外温度较低时,采用中间补气的双级压缩循环,压缩机压缩比小,系统效率高。
3、本发明的三工况系统在制冰工况运行时通过经济器实现工质过冷从而实现水与冷媒之间较大的传热系数，从而过冷水连续制冰用于冰蓄冷系统能够提高冰蓄冷系统的用能效率。
4、本发明的三工况系统简单,可以在空调工况、制冰工况、冬季供暖时选用高效的循环方式。
5、采用本发明的三工况系统，在夜间用多余的电制冰蓄冷，在白天用储存的冷量补充用冷需求以平衡电网峰谷负荷。
6、采用本发明的三工况系统可节省制冷主机容量、节省电力增容设备费。
附图说明
图1所示为本发明三工况系统的结构原理图；
图2所示为四通换向阀的接口示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明三工况系统的示意图如图1所示，包括带中间补气的压缩机1、四通换向阀7、室外换热器2、室内换热器6、制冰蒸发器8、经济器5、第一节流装置3-1、第二节流装置3-2和第一阀门4-1、第二阀门4-2、第三阀门4-3、第四阀门4-4、第五阀门4-5和第六阀门4-6等六个阀门。所述压缩机1的排气端与所述四通换向阀7的第一接口7-1连接，所述压缩机1的吸气端与所述四通换向阀7的第三接口7-3连接，所述四通换向阀7的第二接口7-2与所述室外换热器2的第一接口连接，所述四通换向阀7的第四接口7-4分别与第五阀门4-5的第一接口和所述室内换热器6的第一接口连接，所述第五阀门4-5的第二接口与所述制冰蒸发器8的第一接口连接，所述制冰蒸发器8的第二接口分别与第三阀门4-3的第一接口和第二节流装置3-2的第一接口连接，所述室内换热器6的第二接口分别与所述第三阀门4-3的第二接口和第二阀门4-2的第二接口连接，所述第二节流装置3-2的第二接口分别与第六阀门4-6的第一接口和第四阀门4-4的第一接口连接，所述第六阀门4-6的第二接口与所述经济器5的第二进液口连接，所述第四阀门4-4的第二接口、所述经济器5的液体出口、所述第二阀门4-2的第一接口、第一阀门4-1的第二接口及所述第一节流装置3-1的第二接口连接，所述第一阀门4-1的第一接口与所述经济器5的第一进液口连接，所述经济器5的气体出口与所述压缩机1的中间补气端连接，所述第一节流装置3-1的第一接口与所述室外换热器2的第二接口连接。所述第一节流装置3-1和第二节流装置3-2为双向节流。所述制冰蒸发器8置于制冰桶内。其中，所述经济器5为闪发器。通过所述第一阀门4-1、第二阀门4-2、第三阀门4-3、第四阀门4-4、第五阀门4-5、第六阀门4-6的启闭实现该三工况系统的空调工况、制冰工况和供暖工况的运行。在空调工况下，工质经所述压缩机1升压后通过所述四通换向阀7进入所述室外换热器2中冷凝散热，工质冷凝散热后经节流装置节流减压流经所述室内换热器6形成单级压缩制冷循环。在制冰工况下，工质经所述压缩机1升压后通过所述四通换向阀7进入所述室外换热器2中冷凝散热，工质冷凝散热后经节流装置后流经所述制冰蒸发器8，所述经济器5的气体出口与所述压缩机1的补气端连接，形成带中间补气的压缩制冷循环。在冬季供暖工况下，工质经所述压缩机1升压后通过所述四通换向阀7进入所述室内换热器6冷凝散热，产生制热现象，工质冷凝散热后经节流装置后流经室外换热器2，所述经济器5的气体出口与所述压缩机1的补气端连接，形成带中间补气的热泵循环。
夏季在空调工况下，所述四通换向阀7的第一接口7-1与第二接口7-2连接，所述四通换向阀7的第三接口7-3与第四接口7-4连接，所述第二阀门4-2开启，所述第一阀门4-1、第三阀门4-3、第四阀门4-4、第五阀门4-5与第六阀门4-6关闭，所述压缩机1的排气端、四通换向阀7的第一接口7-1、四通换向阀的第二接口7-2、室外换热器2、第一节流装置3-1、第二阀门4-2、室内换热器6、四通换向阀的第四接口7-4、四通换向阀的第三接口7-3依次连接后回到所述压缩机1的吸气端形成封闭的单级压缩制冷循环。压缩机1从所述室内换热器6吸入低压气体，低压气体经所述压缩机1压缩升压变为高压气体后，经所述压缩机1排气端流经所述四通换向阀7排入所述室外换热器2，通过所述室外换热器2冷凝放热变为高压液体后经所述第一节流装置3-1节流降压变为低压湿蒸气，低压湿蒸气通过所述第二阀门4-2后进入所述室内换热器6蒸发吸收房间内热量变为低压蒸气，之后流经所述四通换向阀7回到所述压缩机1的吸气端，完成空调工况的单级压缩制冷循环。
在制冰工况下，所述四通换向阀7的第一接口7-1与第二接口7-2连接，所述四通换向阀的第三接口7-3与第四接口7-4连接，所述第一阀门4-1、第四阀门4-4与第五阀门4-5开启，所述第二阀门4-2、第三阀门4-3与第六阀门4-6关闭。所述压缩机1、四通换向阀7的第一接口7-1、四通换向阀的第二接口7-2、室外换热器2、第一节流装置3-1、第一阀门4-1、经济器5的第一液体进口、经济器5的液体出口、第四阀门4-4、第二节流装置3-2、制冰蒸发器8、第五阀门4-5、四通换向阀的第四接口7-4、四通换向阀的第三接口7-3依次连接后回到所述压缩机1的吸气端形成压缩制冷循环，所述经济器5的气体出口与所述压缩机1的补气端连接，形成带中间补气的压缩制冷循环。所述压缩机1从制冰蒸发器8吸入低压气体，低压气体流经所述四通换向阀7经进入所述压缩机1压缩升压变为高压气体，高压气体经所述压缩机1的排气端流经所述四通换向阀7进入所述室外换热器2被冷凝为高压液体。从所述室外换热器2出口出来的高压液体经所述第一节流装置3-1节流降压变为中压湿蒸气后流经所述第一阀门4-1进入经济器5。所述经济器5分离出来的中压气态工质作为中间补气经经济器的气体出口直接进入所述压缩机1的补气端，所述经济器5分离出来的中压液体工质经经济器5的液体出口流出后经所述第四阀门4-4后进入所述第二节流装置3-2节流降压变为低压湿蒸气，低压湿蒸汽进入所述制冰蒸发器8蒸发吸热变为低压蒸气。从所述制冰蒸发器8流出的低压蒸气通过第五阀门4-5流经所述四通换向阀7后被所述压缩机1吸入，完成制冰工况的压缩制冷循环。
在冬季供暖工况下，所述四通换向阀的第一接口7-1与第四接口7-4连接，所述四通换向阀的第二接口7-2与第三接口7-3连接，所述第三阀门4-3与第六阀门4-6开启，所述第一阀门4-1、第二阀门4-2、第四阀门4-4与第五阀门4-5关闭。所述压缩机1、四通换向阀7的第一接口7-1、四通换向阀的第四接口7-4、室内换热器6、第三阀门4-3、第二节流装置3-2、第六阀门4-6、经济器5的第二液体进口、经济器5的液体出口、第一节流装置3-1、室外换热器2、四通换向阀的第二接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成封闭的循环，所述经济器5的气体出口与所述压缩机1的补气端连接，形成带中间补气的热泵循环。所述压缩机1从室外换热器2吸入低压气体，低压气体流经所述四通换向阀7进入所述压缩机1压缩升压变为高压气体，高压气体经所述压缩机1的排气端流经所述四通换向阀7进入所述室内换热器6冷凝散热为高压液体。从所述室内换热器6出来的高压液体通过所述第三阀门4-3后流经所述第二节流装置3-2节流降压为中压湿蒸气，中压湿蒸汽流经所述第六阀门4-6进入所述经济器5。所述经济器5分离出来的中压气态工质经经济器5的气体出口作为中间补气直接进入所述压缩机1的补气端，所述经济器5分离出来的中压液体工质经所述第一节流装置3-1节流降压变为低压湿蒸气，低压湿蒸气进入所述室外换热器2蒸发吸热变为低压蒸气。从所述室外换热器2流出的低压蒸气流经所述四通换向阀7后被所述压缩机1吸入，完成供暖工况的热泵循环。
所述第一节流装置和第二节流装置为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管和孔板节流装置中的任一种。
本发明的三工况系统，在空调工况时，系统为单级压缩制冷循环；在制冰工况时，系统为带中间补气的准双级压缩制冷循环；在冬季供暖工况时，系统为带中间补气的准双级压缩热泵循环。在制冰工况下，系统吸热极限温度比空调工况的单级压缩吸热极限温度更低，可以更有效的完成制冰工况，能够减少系统机组的使用量，降低了系统的能耗，降低了系统的初投资成本，减少了空调工况机组的闲置率，提高冰蓄冷系统的用能效率，节约电能，能够平衡电网峰谷负荷，有效的降低运行成本；在冬季供暖工况下，室外温度较低时,采用中间补气的双级压缩循环,压缩机压缩比小,系统效率高,中间补气的双级压缩的供热量可满足建筑物的热负荷,本发明提高了系统的效率,降低了系统的能耗,节省了系统的成本。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三工况系统，其特征在于，包括带中间补气的压缩机、四通换向阀、室外换热器、室内换热器、制冰蒸发器、经济器、第一节流装置、第二节流装置和多个阀门；所述压缩机的排气端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述压缩机的吸气端与所述四通换向阀的第三接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述室外换热器的第一接口连接，所述四通换向阀的第四接口分别与第五阀门的第一接口和所述室内换热器的第一接口连接，所述第五阀门的第二接口与所述制冰蒸发器的第一接口连接，所述制冰蒸发器的第二接口分别与第三阀门的第一接口和第二节流装置的第一接口连接，所述室内换热器的第二接口分别与所述第三阀门的第二接口和第二阀门的第二接口连接，所述第二节流装置的第二接口分别与第六阀门的第一接口和第四阀门的第一接口连接，所述第六阀门的第二接口与所述经济器的第二进液口连接，所述第四阀门的第二接口、所述经济器的液体出口、所述第二阀门的第一接口、第一阀门的第二接口及所述第一节流装置的第二接口连接，所述第一阀门的第一接口与所述经济器的第一进液口连接，所述经济器的气体出口与所述压缩机的中间补气端连接，所述第一节流装置的第一接口与所述室外换热器的第二接口连接；所述第一节流装置和第二节流装置为双向节流；所述制冰蒸发器置于制冰桶内。
2.根据权利要求1所述的三工况系统，其特征在于，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连接，所述第二阀门开启，第一阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门与第六阀门关闭，所述压缩机的排气端、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第二接口、室外换热器、第一节流装置、第二阀门、室内换热器、四通换向阀的第四接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成封闭的单级压缩制冷循环。
3.根据权利要求1所述的三工况系统，其特征在于，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连接，第一阀门、第四阀门与第五阀门开启，第二阀门、第三阀门与第六阀门关闭；所述压缩机、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第二接口、室外换热器、第一节流装置、第一阀门、经济器的第一进液口、经济器的液体出口、第四阀门、第二节流装置、制冰蒸发器、第五阀门、四通换向阀的第四接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成压缩制冷循环，所述经济器的气体出口与所述压缩机的补气端连接，形成带中间补气的压缩制冷循环。
4.根据权利要求1所述的三工况系统，其特征在于，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接，所述四通换向阀的第二接口与第三接口连接，所述第三阀门与第六阀门开启，所述第一阀门、第二阀门、第四阀门与第五阀门关闭；所述压缩机、四通换向阀的第一接口、四通换向阀的第四接口、室内换热器、第三阀门、第二节流装置、第六阀门、经济器的第二进液口、经济器的液体出口、第一节流装置、室外换热器、四通换向阀的第二接口、四通换向阀的第三接口依次连接后回到所述压缩机的吸气端形成封闭的循环，所述经济器的气体出口与所述压缩机的补气端连接，形成带中间补气的热泵循环。
5.根据权利要求1所述的三工况系统，其特征在于，所述经济器为闪发器。
6.根据权利要求1所述的三工况系统，其特征在于，所述第一节流装置与第二节流装置为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管和孔板节流装置中的任一种。
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