CN112268387A - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种热泵系统。本发明的热泵系统，包括：冷凝器；被冷却装置；和冷却流路，连接冷凝器和被冷却装置，引导冷凝器中的冷媒流向被冷却装置，对被冷却装置进行冷却，并利用冷却介质对由冷凝器流向被冷却装置的冷媒进行冷却。这样，取自冷凝器的冷媒在流向被冷却装置之前可以先被冷却介质冷却，温度降低，因此，可以改善对被冷却装置的冷却效果。

Description

热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种热泵系统。

背景技术

在离心式等热泵系统中，对于电机、变频器和润滑油管路等在工作时容易产生较多热量的部件(后续统称为被冷却装置)，通常采用冷媒进行冷却。一般，从冷凝器底部取液态冷媒，液态冷媒经过节流后，到达被冷却装置处，对被冷却装置进行冷却。该过程中，若从冷凝器底部取得的液态冷媒温度较高，那么温度较高的液态冷媒节流时，大部分冷量会消耗在降低冷媒自身温度上，剩余冷量才用于冷却被冷却装置，因此，容易导致被冷却装置的冷却效果不佳。而被冷却装置冷却效果不佳，容易引发热泵系统启动超温和高温保护，造成热泵系统无法正常运转，影响机组运行稳定性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：改善对热泵系统中的被冷却装置的冷却效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热泵系统，其包括：

冷凝器；

被冷却装置；和

冷却流路，连接冷凝器和被冷却装置，引导冷凝器中的冷媒流向被冷却装置，对被冷却装置进行冷却，并利用冷却介质对由冷凝器流向被冷却装置的冷媒进行冷却。

在一些实施例中，冷却介质为冷冻水、冷媒或者空气。

在一些实施例中，冷却流路包括第一换热器，第一换热器具有第一换热流道，第一换热流道连接冷凝器和被冷却装置，冷却介质流经第一换热器并在流经第一换热器的过程中对流经第一换热流道的冷媒进行冷却。

在一些实施例中，第一换热器还具有第二换热流道，冷却介质流经第二换热流道并在流经第二换热流道的过程中对流经第一换热流道的冷媒进行冷却。

在一些实施例中，第一换热器为板式换热器。

在一些实施例中，

第二换热流道与热泵系统的与冷凝器位于同一制冷循环回路中的蒸发器的冷冻水出口连通，使得冷却介质为取自蒸发器的冷冻水；或者，

第二换热流道与冷凝器的冷媒出口和热泵系统的与冷凝器位于同一制冷循环回路中的蒸发器的冷媒进口连接，且第二换热流道与冷凝器冷媒出口之间的管路上设有冷却节流件，使得冷却介质为取自冷凝器的冷媒，且取自冷凝器的冷媒在流经冷却节流件之后流入第二换热流道；或者，

冷却流路还包括第二换热器、冷却节流件和冷却压缩机，冷却压缩机、第二换热器、冷却节流件和第二换热流道依次首尾连接，形成冷却循环回路，使得冷却介质为在冷却循环回路中循环流动的冷媒。

在一些实施例中，第二换热器为风冷换热器。

在一些实施例中，第一换热器还包括风机，风机向第一换热流道吹送空气，对流经第一换热流道的冷媒进行冷却，使得冷却介质为空气。

在一些实施例中，冷却流路与热泵系统的与冷凝器位于同一制冷循环回路中的蒸发器的换热管连接，使得冷却介质为蒸发器中位于换热管外部的进行蒸发的冷媒。

在一些实施例中，被冷却装置包括热泵系统的电机、变频器和润滑油管路中的至少之一。

在一些实施例中，冷却流路利用冷却介质对由冷凝器流向被冷却装置的冷媒进行过冷。

由于在本发明中，取自冷凝器的冷媒在流向被冷却装置之前可以先被冷却介质冷却，温度降低，因此，可以改善对被冷却装置的冷却效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中热泵系统的流路示意图。

图2为本发明第二实施例中热泵系统的流路示意图。

图3为本发明第三实施例中热泵系统的流路示意图。

图4为本发明第四实施例中热泵系统的流路示意图。

图5为本发明第五实施例中热泵系统的流路示意图。

图中：

10、热泵系统；10a、制冷循环回路、10b、冷却流路；10c、冷却循环回路；

1、压缩机；2、冷凝器；3、蒸发器；31、换热管；32、冷冻水出口；33、冷冻水入口；34、冷媒出口；4、被冷却装置；5、第一换热器；51、第一换热流道；52、第二换热流道；53、风机；54、第一接口；55、第二接口；56、第三接口；57、第四接口；6、第二换热器；7、冷却节流件；8、冷却压缩机。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1-图5示例性地示出了本发明的热泵系统。图中的箭头表示冷媒或冷却介质的流动方向。

参照图1，一些实施例中，热泵系统10(例如离心式热泵系统)包括制冷循环回路10a、被冷却装置4和冷却流路10b。

制冷循环回路10a为热泵系统10实现制冷制热等基本功能的回路，其包括依次连接的压缩机1、冷凝器2和蒸发器3。

被冷却装置4为热泵系统10中被取自冷凝器2的冷媒冷却的结构部件。例如，被冷却装置4包括热泵系统10的电机、变频器和润滑油管路中的至少之一。

冷却流路10b用于将取自冷凝器2的冷媒(通常是取自冷凝器2底部的冷媒)提供给被冷却装置4，以实现对电机、变频器和润滑油等待冷却对象的冷却。

参照图1，冷却流路10b连接冷凝器2和被冷却装置4，并引导冷凝器2中的冷媒流向被冷却装置4，对被冷却装置4进行冷却。完成对被冷却装置4冷却后的冷媒，变成气态，进入到蒸发器3中，回到制冷循坏回路10a中，继续参与制冷或制热循环。

在热泵系统工作于高出水温度等工况下，冷却流路10b从冷凝器2底部所取的液态冷媒温度也较高，这种温度较高的液态冷媒在释放潜热时，大部分冷量消耗在降低自身温度上，导致用于冷却被冷却装置4的冷量较少，影响冷却效果。

针对上述情况，参照图1-5，一些实施例中，冷却流路10b被构造为利用冷却介质对由冷凝器2流向被冷却装置4的冷媒进行冷却。

利用冷却流路10b对流向被冷却装置4的冷媒进行预先冷却，可以降低冷媒温度，减少冷媒所释放冷量在降低自身温度上的消耗，使冷媒所释放冷量能更多地用于冷却被冷却装置4，因此，可以更充分地降低被冷却装置4的温度，有效改善对被冷却装置4的冷却效果。

而被冷却装置4的冷却效果改善后，可以提高热泵系统10的运行稳定性和可靠性，降低热泵系统10出现超温和高温保护的风险。其中，超温保护是指，当被冷却装置4的温度高于第一预设温度时，热泵系统10的控制装置控制报警器进行报警，提示工作人员查看处理，此时，热泵系统10仍继续运行。高温保护是指，当被冷却装置4的温度高于第二预设温度时，热泵系统10的控制装置控制机组停机，进行停机保护。第二预设温度大于第一预设温度。

相关技术中，针对被冷却装置4冷却效果不佳的问题，所采取的措施通常为增大冷却取液量，即，通过从冷凝器2底部取更多的液态冷媒对被冷却装置4进行冷却，来进一步降低被冷却装置4的温度。这种方式，一方面会导致液态冷媒损耗增加，影响机组运行效率，另一方面，由于冷却取液量不可能无限增大，因此，冷却效果仍然受限，尤其在超高温出水(出水温度大于80℃)等情况下，仍然难以满足被冷却装置4的冷却需求。

而通过利用冷却流路10b对冷却用冷媒进行预先冷却，使得无需增大冷却取液量，即可改善冷却效果，因此，可以避免增大冷却取液量方式所带来的一系列问题，使得能在不增加液态冷媒损耗，不影响机组运行效率的基础上，更有效地改善冷却效果，更充分地满足被冷却装置4的冷却需求。

其中，冷却介质对冷媒的冷却可以为对冷媒的过冷，将冷媒冷却为温度低于凝固点但仍不凝固或结晶的液体，使冷媒成为过冷液体，以使冷媒所释放冷量能大部分用于冷却被冷却装置4，更有效地改善对被冷却装置4的冷却效果，更合理地控制被冷却装置4的温度。

图1-5示出了冷却流路10b的几种不同实现方式。

参照图1-4，在一些实施例中，冷却流路10b包括第一换热器5，第一换热器5具有第一换热流道51，第一换热流道51连接冷凝器2和被冷却装置4，冷却介质流经第一换热器5并在流经第一换热器5的过程中对流经第一换热流道51的冷媒进行冷却。这样，冷却介质与取自冷凝器2并流向被冷却装置4的冷媒(可以简称为冷却用冷媒)在第一换热器5中进行换热，可以实现对冷却用冷媒的冷却。

其中，第一换热流道51通过其第一接口54和第二接口55与冷凝器2和被冷却装置4连接。具体地，第一接口54和第二接口55彼此连通，且第一接口54与冷凝器2(具体为冷凝器2底部液态冷媒的出口)连接，第二接口55与被冷却装置4连接，以实现第一换热流道51与冷凝器2和被冷却装置4的连接。

而作为使冷却介质在流经第一换热器5的过程中对流经第一换热流道51的冷媒进行冷却的一种实现方式，参照图1-3，在一些实施例中，第一换热器5还具有第二换热流道52，冷却介质流经第二换热流道52并在流经第二换热流道52的过程中对流经第一换热流道51的冷媒进行冷却。此时的第一换热器5可以为板式换热器。

例如，参照图1，一些实施例中，第二换热流道52与热泵系统10的与冷凝器2位于同一制冷循环回路10a中的蒸发器3的冷冻水出口32连通。具体地，第二换热流道52具有彼此连通的第三接口56和第四接口57，第三接口56与蒸发器3的冷冻水出口32连通。此时，冷却介质为取自蒸发器3的冷冻水。工作时，参照图1，取自冷凝器2底部的高温液态冷媒经由第一换热流道51的第一接口54流入第一换热器5中，并经由第一换热流道51的第二接口55流出第一换热器5，同时，取自蒸发器3水侧的冷冻水经由第二换热流道52的第三接口56流入第一换热容器5中，并经由第二换热流道52的第四接口57流出第一换热器5，该过程中，流经第一换热流道51的高温液态冷媒与流经第二换热流道52的冷冻水进行热交换，冷冻水在第一换热器5中温度升高，高温液态冷媒温度降低，产生过冷，过冷后的液态冷媒经由第二接口55流向被冷却装置4，对被冷却装置4进行冷却，而温度升高后的冷冻水则经由第四接口57流出。一些实施例中，第四接口57与蒸发器3的冷冻水入口33连通，使得与流经第一换热流道51的高温液态冷媒换热后温度升高的冷冻水从第四接口57流出后，经由冷冻水入口33流回至蒸发器3。可见，以取自蒸发器3的冷冻水作为冷却介质，对取自冷凝器2的液态冷媒进行冷却，可以实现对冷却用冷媒的过冷。

再例如，参照图2，一些实施例中，第二换热流道52与冷凝器2的冷媒出口和蒸发器3的冷媒进口连接，且第二换热流道52与冷凝器2冷媒出口之间的管路上设有冷却节流件7(例如节流阀或节流孔板)。具体地，第二换热流道52的第三接口56与冷凝器2的冷媒出口连通，第二换热流道52的第四接口57与蒸发器3的冷媒进口连通。此时，冷却介质为取自冷凝器2的冷媒，且取自冷凝器2的冷媒在流经冷却节流件7之后流入第二换热流道52。工作时，参照图2，取自冷凝器2底部的液态冷媒经过冷却节流件7节流后，经由第三接口56进入第二换热流道52中，并在流经第二换热流道52的过程中与冷却用冷媒(即取自冷凝器2底部并流经第一换热流道51的液态冷媒)进行热交换，使冷却用冷媒温度降低，产生过冷，过冷后的液态冷媒从第二接口55流出，流向被冷却装置4，对被冷却装置4进行冷却，同时，第二换热流道52中与冷却用冷媒换热后的冷媒蒸发为气态，从第四接口57流出，回到蒸发器3中。可见，以取自冷凝器2底部并经过节流的液态冷媒作为冷却介质，对冷却用冷媒进行冷却，可以使得冷却用冷媒过冷。

又例如，参照图3，一些实施例中，冷却流路10b还包括第二换热器6、冷却节流件7和冷却压缩机8，冷却压缩机8、第二换热器6、冷却节流件7和第二换热流道52依次首尾连接，形成冷却循环回路10c。此时，冷却介质为在冷却循环回路10c中循环流动的冷媒。冷却压缩机8、第二换热器6、冷却节流件7和第二换热流道52构成独立于制冷循环回路10a的冷却循环回路10c。在该独立冷却循环回路10c中，冷却压缩机8将气态冷媒压缩为高温高压的气态冷媒，高温高压的气态冷媒流入第二换热器6中，并在第二换热器6中冷凝为液态冷媒，之后，液态冷媒流经冷却节流件7进行节流，然后流入第一换热器5的第二换热流道52中，并在第一换热器5中，与冷却用冷媒进行热交换，该过程中，第二换热流道52中的冷媒吸热蒸发为气态冷媒，并回到冷却压缩机8中进行压缩，同时，冷却用冷媒的热量被带走，温度降低，产生过冷。可见，在制冷循环回路10a之外增设独立的冷却循环回路10c，并以冷却循环回路10c中的冷媒作为冷却介质，与冷却用冷媒进行热交换，可以使冷却用冷媒产生过冷。

继续参照图3，在一些实施例中，第二换热器6为风冷换热器，例如为翅片式换热器。此时，第二换热器6包括风机53，风机53吹送空气，与流经第二换热器6的冷媒进行换热。

由上述对图1-3所示实施例的介绍可知，在这些实施例中，第一换热器5均利用液态冷却介质对冷却用冷媒进行冷却。然而，作为变型，第一换热器5也可以利用气态冷却介质对冷却用冷媒进行冷却。这一点在此处以图4所示的实施例为例予以说明。

参照图4，在一些实施例中，第一换热器5在包括第一换热流道51的基础上，不再包括第二换热流道52，而是包括风机53，风机53向第一换热流道51吹送空气，对流经第一换热流道51的冷媒进行冷却。此时，冷却介质为空气。第一换热器5为风冷换热器，例如可以为翅片式换热器。工作时，参照图4，在冷却用冷媒流经第二换热流道51的过程中，风机53将空气不断吹送至第一换热流道51表面，空气通过第一换热流道51与第一换热流道51中的冷却用冷媒进行热交换，将冷却用冷媒的热量带走，使冷却用冷媒的温度降低，产生过冷。可见，以空气作为冷却介质，对冷却用冷媒进行冷却，可以使冷却用冷媒过冷。

综合对图1-4所示实施例的介绍可知，这些实施例中均通过在热泵中增设第一换热器5来实现对冷却用冷媒的冷却。但应当理解，使冷却介质能在流经第一换热器5的过程中对流经第一换热流道51的冷媒进行冷却的实现方式并不局限于此。

例如，参照图5，在一些实施例中，冷却流路10b与蒸发器3的换热管31连接。此时，无需另设第一换热器5，而直接以蒸发器3中位于换热管31外部的进行蒸发的冷媒作为冷却介质。工作时，参照图5，冷却用冷媒进入到换热管31中，换热管31外为蒸发器3中不断蒸发的冷媒，这些不断蒸发的冷媒在蒸发为气态的过程中带走热量，从而可以将换热管31中的冷却用冷媒的温度降低，使冷却用冷媒产生过冷，过冷后的液态冷媒被送至被冷却装置4处，对被冷却装置4进行冷却，而从蒸发器3流出的经过蒸发的冷媒变为气态，经由蒸发器3的与压缩机1吸气口连通的冷媒出口34流至压缩机1，参与制冷或制热循环。可见，以制冷循环回路10a的蒸发器3中不断蒸发的冷媒作为冷却介质，对冷却用冷媒进行冷却，可以使冷却用冷媒过冷。

在上述各实施例中，图1所示的实施例以冷冻水作为冷却介质，图2、图3和图5所示的实施例以冷媒作为冷却介质，图4所示的实施例以空气作为冷却介质，可见，冷却介质可以为冷冻水、冷媒或空气。

根据试验验证，在图1-5所示的方案中，图1和图4所示的方案尤其适用于常规热泵系统10，图2和图5的方案尤其适用于中等出水温度(出水温度<75℃)的热泵系统10，且图1、图2、图4和图5所示的方案结构相对简单，成本相对较低；而图3所示的方案采用独立的冷却循环回路10c，当冷却循环回路10c中采用不同冷媒和/或不同冷却压缩机8时，可以获得不同温度范围的冷却用液态冷媒，同时由于冷却循环回路10c中设有过流节流件7，调节过流节流件7，也可获得不同温度范围内的冷却用液态冷媒，因此，使用更加灵活，适用范围更广，尤其适用于超高温(出水温度>80℃)热泵系统。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种热泵系统(10)，其特征在于，包括：

冷凝器(2)；

被冷却装置(4)；和

冷却流路(10b)，连接所述冷凝器(2)和所述被冷却装置(4)，引导所述冷凝器(2)中的冷媒流向所述被冷却装置(4)，对所述被冷却装置(4)进行冷却，并利用冷却介质对由所述冷凝器(2)流向所述被冷却装置(4)的冷媒进行冷却。

2.根据权利要求1所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述冷却介质为冷冻水、冷媒或者空气。

3.根据权利要求1所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述冷却流路(10b)包括第一换热器(5)，所述第一换热器(5)具有第一换热流道(51)，所述第一换热流道(51)连接所述冷凝器(2)和所述被冷却装置(4)，所述冷却介质流经所述第一换热器(5)并在流经所述第一换热器(5)的过程中对流经所述第一换热流道(51)的冷媒进行冷却。

4.根据权利要求3所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述第一换热器(5)还具有第二换热流道(52)，所述冷却介质流经所述第二换热流道(52)并在流经所述第二换热流道(52)的过程中对流经所述第一换热流道(51)的冷媒进行冷却。

5.根据权利要求4所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述第一换热器(5)为板式换热器。

6.根据权利要求4所述的热泵系统(10)，其特征在于，

所述第二换热流道(52)与所述热泵系统(10)的与所述冷凝器(2)位于同一制冷循环回路(10a)中的蒸发器(3)的冷冻水出口(32)连通，使得所述冷却介质为取自所述蒸发器(3)的冷冻水；或者，

所述第二换热流道(52)与所述冷凝器(2)的冷媒出口和所述热泵系统(10)的与所述冷凝器(2)位于同一制冷循环回路(10a)中的蒸发器(3)的冷媒进口连接，且所述第二换热流道(52)与所述冷凝器(2)冷媒出口之间的管路上设有冷却节流件(7)，使得所述冷却介质为取自所述冷凝器(2)的冷媒，且取自所述冷凝器(2)的冷媒在流经所述冷却节流件(7)之后流入所述第二换热流道(52)；或者，

所述冷却流路(10b)还包括第二换热器(6)、冷却节流件(7)和冷却压缩机(8)，所述冷却压缩机(8)、所述第二换热器(6)、所述冷却节流件(7)和所述第二换热流道(52)依次首尾连接，形成冷却循环回路(10c)，使得所述冷却介质为在所述冷却循环回路(10c)中循环流动的冷媒。

7.根据权利要求6所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述第二换热器(6)为风冷换热器。

8.根据权利要求3所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述第一换热器(5)还包括风机(53)，所述风机(53)向所述第一换热流道(51)吹送空气，对流经所述第一换热流道(51)的冷媒进行冷却，使得所述冷却介质为空气。

9.根据权利要求1所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述冷却流路(10b)与所述热泵系统(10)的与所述冷凝器(2)位于同一制冷循环回路(10a)中的蒸发器(3)的换热管(31)连接，使得所述冷却介质为所述蒸发器(3)中位于所述换热管(31)外部的进行蒸发的冷媒。

10.根据权利要求1所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述被冷却装置(4)包括所述热泵系统(10)的电机、变频器和润滑油管路中的至少之一。

11.根据权利要求1-10任一所述的热泵系统(10)，其特征在于，所述冷却流路(10b)利用冷却介质对由所述冷凝器(2)流向所述被冷却装置(4)的冷媒进行过冷。

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