CN111649499B - 一种风冷热泵四管制冷热水机组 - Google Patents

一种风冷热泵四管制冷热水机组 Download PDF

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    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Abstract

本发明涉及一种风冷热泵四管制冷热水机组，包括系统I和系统II；所述系统I包括依序相连的气液分离器I、压缩机I、油分离器I和四通换向阀I，该四通换向阀I的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器I和辅助换热器I；该辅助换热器I还连接换向组件I；该换向组件I还连接储液器I和制冷换热器；所述系统II包括依序相连的气分离器II、压缩机II、油分离器II和四通换向阀II，该四通换向阀II的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器II和辅助换热器II；所述制热换热器还同时连接储液器I和储液器II；所述辅助换热器还连接换向组件II。本发明可使四管制机组在多种模式之间平稳高效地进行自由切换，实现冷热负荷自动匹配。

Description

一种风冷热泵四管制冷热水机组
技术领域
本发明涉及一种空调系统，尤其是一种冷热水机组，具体的说是一种风冷热泵四管制冷热水机组。
背景技术
目前，现有四管制机组在由其它模式切换到制热模式或者开启单独制热模式时，冷水侧换热器就会闲置，并与压缩机吸气侧相通，由于模式切换或者是制冷剂迁移的原因冷水侧换热器内部会短时间集聚大量的制冷剂；在制热模式运行时，由于冷水侧换热器与压缩机吸气侧相通，冷水侧集聚的制冷剂就会在吸气压力对应的饱和温度下进行蒸发，当环境温度较低导致吸气压力对应的饱和温度低于水的冰点温度时，冷水侧换热器就会存在“冻管”的风险，同时如果制冷剂不能及时从冷水换热器回到系统中参与循环，将会导致循环过程缺制冷剂，严重可能导致压缩机烧毁。
因此，需要加以改进，解决四管制机组在低环温温度下制冷剂迁移、制冷剂回收的问题，并能够实现完全的冷热平衡。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种风冷热泵四管制冷热水机组，能够在多种模式之间平稳高效地进行自由切换，实现冷热负荷自动匹配，而且还可解决在低环温温度下制冷剂迁移和回收的问题，提高系统运行的稳定性和可靠性。
本发明的技术方案是：
一种风冷热泵四管制冷热水机组，包括系统I和系统II；
所述系统I包括依序相连的气液分离器I、压缩机I、油分离器I和四通换向阀I，该四通换向阀I的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器I和辅助换热器I；该辅助换热器I还连接换向组件I；该换向组件I还连接储液器I和制冷换热器；该制冷换热器还连接所述气液分离器I，并分别通过工质泵I连接储液器I和通过工质泵II连接储液器II；
所述干燥过滤器I的出口经过电子膨胀阀I后连接到所述制冷换热器；
所述系统II包括依序相连的气分离器II、压缩机II、油分离器II和四通换向阀II，该四通换向阀II的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器II和辅助换热器II；所述制热换热器还同时连接储液器I和储液器II；所述辅助换热器还连接换向组件II ；该换向组件II还连接所述制冷换热器和储液器II；
所述干燥过滤器II的出口经过电子膨胀阀III连接所述制冷换热器；
所述制冷换热器内的水管连接冷冻水回路；所述制热换热器内的水管连接热水回路。
进一步的，所述换向组件I由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：a、b、c、d；其中，ad之间串接一个单向阀和一个电磁阀；ab和bc之间分别设有一个单向阀；cd之间串接一个单向阀和一个电磁阀；所述d点经过电子膨胀阀II后连接到干燥过滤器I的出口；所述b点连接所述干燥过滤器I的进口；所述c点连接所述储液器I。
进一步的，所述换向组件II由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：e、f、g、h；其中，eh之间串接一个单向阀和一个电磁阀；ef和fg之间分别设有一个单向阀；gh之间串接一个单向阀和一个电磁阀；所述h点经过电子膨胀阀IV连接干燥过滤器II的出口；所述f点连接该干燥过滤器II 的进口；所述g点连接所述储液器II。
进一步的， 所述四通换向阀I的S端与所述气液分离器I之间设有一个单向阀或电动球阀。
进一步的，所述四通换向阀II的S端与所述气液分离器II之间设有一个单向阀或电动球阀。
进一步的，所述工质泵I与所述储液器I之间设有一个单向阀。
进一步的，所述工质泵II与所述储液器II之间设有一个单向阀。
本发明的有益效果：
本发明设计合理，使用方便，可使四管制机组在多种模式之间平稳高效地进行自由切换，实现冷热负荷自动匹配，而且还可解决在低环温温度下制冷剂迁移和回收的问题，提高系统运行的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是单独制冷模式下的制冷剂流向示意图。
图3是单独制热模式下的制冷剂流向示意图。
图4是制冷+制热模式下的制冷剂流向示意图。
其中：
10-系统I；11-压缩机I；12-油分离器I；13-四通换向阀I；14-辅助换热器I；15-干燥过滤器I；16-储液器I；17-气液分离器I；18-工质泵I；19-电子膨胀阀I；
20-系统II；21-压缩机II；22-油分离器II；23-四通换向阀II；24-辅助换热器II；25-干燥过滤器II；26-储液器II；27-气液分离器II；28-工质泵II；29-电子膨胀阀III；30-制冷换热器；31-电子膨胀阀II；32-电磁阀I；33电磁阀II；34-单向阀I；35-单向阀II；36-单向阀III；37-单向阀IV；38-单向阀V；39-单向阀VI；40-制热换热器；41-电子膨胀阀IV；42-电磁阀III；43-电磁阀IV；44-单向阀VII；45-单向阀VIII；46-单向阀IX；47-单向阀X；48-单向阀XI；49-单向阀XII。图中箭头代表制冷剂流向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种风冷热泵四管制冷热水机组，包括系统I10和系统II20。
所述系统I10包括依序相连的气液分离器I17、压缩机I11、油分离器I12和四通换向阀I13等。该四通换向阀I13的E、S和C口分别连接制热换热器40、气液分离器I17和辅助换热器I14。该辅助换热器I14还连接换向组件I。该换向组件I还连接储液器I16和制冷换热器30。
所述换向组件I由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：a、b、c、d；其中，ad之间串接单向阀I34和电磁阀I32；在ab之间设有单向阀II35；在bc之间设有单向阀III36；在cd之间串接单向阀IV37和电磁阀II33；所述d点经过电子膨胀阀II31后连接到干燥过滤器I15的出口；所述b点连接所述干燥过滤器I15的进口；所述c点连接所述储液器I16。
所述四通换向阀I13的S端与所述气液分离器I17之间设有单向阀V38。
所述工质泵I18与所述储液器I16之间设有单向阀VI39。
所述系统II20包括依序相连的气分离器II27、压缩机II21、油分离器II22和四通换向阀II23等。该四通换向阀II23的E、S和C口分别连接制热换热器40、气液分离器II27和辅助换热器II24。所述制热换热器40还同时连接储液器I16和储液器II26。所述辅助换热器II24还连接换向组件II 。该换向组件II还连接所述制冷换热器30和储液器II26。
所述换向组件II由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：e、f、g、h；其中，eh之间串接单向阀VII44和电磁阀III42；在ef之间设有单向阀VIII45；在fg之间设有单向阀IX46；在gh之间串接单向阀X47和电磁阀IV43；所述h点经过电子膨胀阀IV41后连接干燥过滤器II25的出口；所述f点连接该干燥过滤器II25 的进口；所述g点连接所述储液器II26。
所述四通换向阀II23的S端与所述气液分离器II27之间设有单向阀XI48。
所述工质泵II28与所述储液器II26之间设有单向阀XII49。
所述制冷换热器30为圆筒状，内部用管板分隔为两个独立的制冷剂腔室：左腔室和右腔室，供制冷剂存储和流过。同时，该两个制冷剂腔室设有连通的水管，可以与制冷剂进行充分的换热。该水管与外部的冷冻水回路相连，通过换热产生冷冻水。所述左腔室上设有第一进口、第一出口和第一辅出口；所述右腔室上设有第二进口、第二出口和第二辅出口。所述第一进口经过所述电子膨胀阀III29后连接所述干燥过滤器II25的出口；所述第一出口连接所述气液分离器II27；所述第一辅出口经所述工质泵II28后连接到储液器II26；所述第二进口经所述电子膨胀阀I19后连接所述干燥过滤器I15的出口；所述第二出口连接所述气液分离器I17；所述第二辅出口经过所述工质泵I18后连接到储液器I16。
所述制热换热器40的结构与所述制冷换热器基本相同，区别在于制热换热器没有辅出口。该制热换热器40的左腔室设有第三进口和第三出口，其右腔室设有第四进口和第四出口。所述第三进口连接所述四通换向阀II23的E口；所述第三出口连接所述储液器II26；所述第四进口连接所述四通换向阀I13的E口；所述第四出口连接所述储液器I16。所述制热换热器40内设有贯穿左、右腔室的水管，并使该水管连接外部热水回路，以便通过热交换而产生热水。
上述各单向阀的方向如图1所示，可确保制冷剂的流向，防止反向流动。
本发明的工作过程为：
1. 单独制冷模式，如图2所示。
系统I10中的制冷剂循环流向为：从压缩机I11出来的制冷剂气体流经油分离器I12后，经过四通换向阀I13。此时四通换向阀I的D口与C口相连，制冷剂气体进入辅助换热器I14进行冷凝。此时辅助换热器I14充当冷凝器使用，冷凝后的制冷剂液体依次经过单向阀II35、干燥过滤器I15、电子膨胀阀I19进入制冷换热器30的右腔室进行蒸发。蒸发后的制冷剂气体经过气液分离器I17后进入压缩机I，完成循环。
系统II20制冷剂循环流向为：从压缩机II21出来的制冷剂气体流经油分离器II22后，经过四通换向阀II23。此时四通换向阀II23的D口与C口相连，制冷剂气体进入辅助换热器II24进行冷凝。此时辅助换热器II24充当冷凝器使用，冷凝后的制冷剂液体依次经过单向阀VIII45、干燥过滤器II25、电子膨胀阀III29后进入制冷换热器30的左腔室进行蒸发。蒸发后的制冷剂气体经过气液分离器II27后进入压缩机II21，完成循环。
在此模式下，制冷换热器40闲置，其内部以及与其连接管路里残留的制冷剂可通过四通换向阀II23的E口、S口回到制冷剂循环回路中，以防系统缺少制冷剂。
进一步的，当制冷换热器30存储冷媒过多时，一方面换热器内制冷剂饱和温度低于载冷剂冰点温度时有冻裂换热管风险；另一方面，会导致循环过程缺冷媒，影响机组性能。因此，所述制冷换热器30左右腔室上分别安装有液位传感器和压力传感器，可分别检测两个腔室内的液位和换热器内冷媒压力。当某个腔室内的液位高于目标值或压力低于目标值时，可开启与之相连的工质泵I18或工质泵II28，将相应腔室内积存制冷剂泵到储液器I16或储液器II26中，确保机组的正常运行。
2. 单独制热模式，如图3所示。
系统I10制冷剂循环流向为：从压缩机I11出来的制冷剂气体流经油分离器I12后，经过四通换向阀I13。此时四通换向阀I的D口与E口相连，制冷剂气体进入制热换热器40的右腔室进行冷凝。冷凝后的制冷剂液体经过储液器I16、单向阀III36、干燥过滤器I15、电子膨胀阀II31、电磁阀I32、单向阀I34后进入辅助换热器I14。此时辅助换热器I14充当蒸发器使用。蒸发后的制冷剂气体通过四通换向阀I13的C口、S口和气液分离器I17后进入压缩机I11，完成循环。
系统II20制冷剂循环流向为：从压缩机II21出来的制冷剂气体流经油分离器II22后，经过四通换向阀II23。此时四通换向阀II23的D口与E口相连，制冷剂气体进入制热换热器40的左腔室进行冷凝。冷凝后的制冷剂液体经过储液器II26、单向阀IX46、干燥过滤器II25、电子膨胀阀IV41、电磁阀III42、单向阀VII44后进入辅助换热器II24。此时辅助换热器II24充当蒸发器使用。蒸发后的制冷剂气体通过四通换向阀II23的C口、S口、单向阀XI48，以及气液分离器II27后进入压缩机II21，完成循环。
此模式下，制冷换热器30为闲置，其内部以及与其连接管路里残留的制冷剂通过吸气管路回到冷媒循环回路中，防止系统中制冷剂缺少。
在该制热模式时还设置了化霜流路，通过四通换向阀I13和四通换向阀II23的换向，使D、C口导通和S、E口导通，同时关闭电磁阀I32和电磁阀III42，打开电磁阀II33和电磁阀IV43进行流路切换，可利用热气对辅助换热器I14和辅助换热器24进行化霜。所述电子膨胀阀II31和电子膨胀阀IV41同时起到两种功能：在制热模式时可作制热膨胀阀使用，在化霜时也可作化霜膨胀阀使用，从而，使系统结构更加简洁、紧凑。
3. 制冷+制热模式，如图4所示。
系统I10制冷剂循环流向为：从压缩机I11出来的制冷剂气体流经油分离器I12后，经过四通换向阀I13，此时四通换向阀I13的D口与E口相连，制冷剂气体进入制热换热器40的右腔室进行冷凝。冷凝后的制冷剂液体经过储液器I16、单向阀III36、干燥过滤器I15、电子膨胀阀I19后进入制冷换热器30的右腔室进行蒸发。蒸发后的制冷剂气体通过气液分离器I17后进入压缩机I11完成循环。
系统II20制冷剂循环流向为：从压缩机II21出来的制冷剂气体流经油分离器II22后，经过四通换向阀II23。此时四通换向阀II23的D口与E口相连，制冷剂气体进入制热换热器40的左腔室进行冷凝。冷凝后的制冷剂液体经过储液器II26、单向阀IX46、干燥过滤器II25、电子膨胀阀II29后进入制冷换热器30的左腔室进行蒸发。蒸发后的制冷剂气体通过气液分离器II27后进入压缩机II21完成循环。
此模式下，辅助换热器I14和辅助换热器II24均为闲置，其内部及其连接管路里残留的制冷剂通过四通换向阀13的C口、S口回到冷媒循环回路中，以防系统缺少冷媒。
本发明可以使四管制系统在多种模式之间平稳高效地进行自由切换，实现冷热负荷的自动匹配，而且还可解决在低环温温度下制冷剂迁移和回收的问题，有效提高了系统运行的稳定性和可靠性。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种风冷热泵四管制冷热水机组，包括系统I和系统II；其特征是：
所述系统I包括依序相连的气液分离器I、压缩机I、油分离器I和四通换向阀I，该四通换向阀I的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器I和辅助换热器I；该辅助换热器I还连接换向组件I；该换向组件I还连接储液器I和制冷换热器；该制冷换热器还连接所述气液分离器I，并分别通过工质泵I连接储液器I和通过工质泵II连接储液器II；
还包括干燥过滤器I和干燥过滤器II；
所述干燥过滤器I的出口经过电子膨胀阀I后连接到所述制冷换热器；
所述系统II包括依序相连的气分离器II、压缩机II、油分离器II和四通换向阀II，该四通换向阀II的E、S和C口分别连接制热换热器、气液分离器II和辅助换热器II；所述制热换热器还同时连接储液器I和储液器II；所述辅助换热器II还连接换向组件II ；该换向组件II还连接所述制冷换热器和储液器II；
所述干燥过滤器II的出口经过电子膨胀阀III连接所述制冷换热器；
所述制冷换热器内的水管连接冷冻水回路；所述制热换热器内的水管连接热水回路。
2.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述换向组件I由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：a、b、c、d；其中，ad之间串接一个单向阀和一个电磁阀；ab和bc之间分别设有一个单向阀；cd之间串接一个单向阀和一个电磁阀；所述d点经过电子膨胀阀II后连接到干燥过滤器I的出口；所述b点连接所述干燥过滤器I的进口；所述c点连接所述储液器I。
3.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述换向组件II由多个单向阀和电磁阀串接而成，包含四个节点：e、f、g、h；其中，eh之间串接一个单向阀和一个电磁阀；ef和fg之间分别设有一个单向阀；gh之间串接一个单向阀和一个电磁阀；所述h点经过电子膨胀阀IV连接干燥过滤器II的出口；所述f点连接该干燥过滤器II 的进口；所述g点连接所述储液器II。
4.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述四通换向阀I的S端与所述气液分离器I之间设有一个单向阀或电动球阀。
5.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述四通换向阀II的S端与所述气液分离器II之间设有一个单向阀或电动球阀。
6.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述工质泵I与所述储液器I之间设有一个单向阀。
7.根据权利要求1所述的风冷热泵四管制冷热水机组，其特征是：所述工质泵II与所述储液器II之间设有一个单向阀。
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