CN1209534A - 变量热泵致冷剂的蒸发分离 - Google Patents

Abstract

一热泵系统具有一安装在室外主盘管下方并通过阀与其平行连接的分开的室外盘管。当系统以加热模式启动时,辅助盘管的入口关闭而出口打开,以使压缩机真空将挥发性较大的高压成分逸出,从而充满系统。然后关闭出口阀而将低压成分阻挡在辅助盘管中。在一第二实施例中,采用蓄能器帮助辅助盘管对致冷剂混合物进行真空分离。其变型包括在启动后通过膨胀阀产生阻塞流。

Description

变量热泵致冷剂的蒸发分离

本发明涉及将储存在热泵的蓄能器内和/或室外主盘管的结构下部的非共沸热泵致冷剂混合物中的较易挥发性成分与较不易挥发性成分加以真空分离。

流行的以电为动力的家用或小型商用热泵系统具有工作和性能两方面的限制。主要是它们在低于约30°F或40°F的低环境温度下容量不足，故必须采用补充热源如电阻加热或燃烧矿物燃料。此外，在低环境温度下工作的热泵对空气进行加热的温度太低，不足以使人舒适，而进入室内的低于约90°F的空气则由于空气的流动而产生通风空气的不舒适感。

热泵在用于加热时已知可采用多成分的致冷剂，以延伸其可用范围的低温端。

本发明的目的包括改善将致冷剂混合物的低压成分与系统中循环着的混合物中剩下部分加以分离，直接从多成分致冷剂分离出低压非共沸成分，且无需任何另外的主要硬件成分。

按照本发明，当系统停止工作时利用室外主盘管的结构下部来储存全部多成分非共沸致冷剂混合物，而当系统常规启动时，致冷剂的高压成分被压缩机引起的真空汽化，主盘管的结构下部用来储存致冷剂的低压成分。按照本发明，盘管部分在两端均设有阀以控制其工作。在一第二实施例中，本发明在系统以加热模式工作时，除利用盘管下部之外还采用吸入式蓄能器，储存低压成分。

本发明的其它目的、特点和优点将通过以下对附图所示的示意性实施例的具体描述而变得显而易见。

图1为本发明第一实施例的一双向热泵系统的示意图。

图2为本发明第二实施例的一双向热泵系统的示意图。

图3为一对于图1和图2实施例改进的真空装置的局部示意图。

图4为一对于图1和图2实施例另一改进的真空装置的局部示意图。

现参见图1，按照本发明的一热泵系统12包括一室内部分13和一室外部分14。该室内部分包括一传统的主盘管16，一传统的膨胀装置例如一阀17，以及一单向流动装置例如一止回阀18。该止回阀18使该膨胀阀17不工作，除非室内部分中沿逆时针方向流动。该室外部分14包括一传统的主盘管21，一膨胀阀22，一止回阀23，一通过导管27与一四通阀28连接的压缩机26。阀28可通过电气或电子方式例如用线圈31予以定位，以便当热泵系统在如图所示以加热模式工作时通过导管27与导管29及盘管16连接，或者(在另一位置)以冷却模式工作时通过导管27与导管30及盘管21连接。压缩机26可以是任何传统的活塞式或涡卷式或其它类型的压缩机。

压缩机26系通过导管33从传统的吸入式蓄能器34进料，根据四通阀28的位置，可以从盘管16或盘管21经导管35向蓄能器输入。蓄能器34具有一传统的放油口(未示)，用于对返回压缩机的蓄能器中的所有的液体慢慢地进行计量，以便回收压缩机油，使压缩机不发生冲击。

在以加热模式工作时，将膨胀阀22的入口经导管37与止回阀18及盘管16的流出口连接，而阀22的出口则通过导管39与盘管21连接。这里所示的本发明系热泵被调节用于加热工作模式中，这是由于按照本发明要求低压致冷剂成分的分离能在加热过程中增加系统容量。至今所描述的装置都是传统的。

按照本发明，室外主盘管21设有一第二部分43，其两端均可通过一相应的阀44，45与盘管21的相应端连接，阀44,45的每一个均可采用一适当的装置例如线圈46,47通过电气或电子进行工作。盘管部43在结构上设于盘管部21下面，以便在系统中易于接受尽可能多的流向外侧的液体。通常，从冷却转换到加热，尤其是那种比通常的空调需要更高容量的加热会在北半球每年的秋季发生。有时候系统被关闭后，接着转向增强加热运行，将阀44,45均打开，使大多数液体致冷剂储存在盘管43中。然后，在重新启动时，阀44将被关闭，而阀45将保持打开。当压缩机启动时，它将在导管30、35中和盘管43中产生真空。致冷剂混合物的高压成分更易挥发，并将从盘管43中的液体中逸出，而将低压成分(不易挥发)以液体形式留在盘管43中。当足够的高压蒸汽离开盘管43而使系统充分进料时，阀45也被关闭，并使盘管43与系统完全隔绝。混合物的低压成分被储存在盘管43中，直至重新需要一较低容量的混合物时，例如在北半球春天需要冷却时。为使混合物回到其原来的成分，只需将阀44、45全部打开。

为使本发明合适地工作，已如前述系统中的大多数液体在上述分离工作开始时必须在盘管43中。这需要：大多数液体流到室外装置，液体将流到盘管43中而不是盘管21中，盘管43具有适当的容量以储存系统中大量处于液态的致冷剂。本发明的好处在于这一事实，即液体将自然地倾向于移到系统中最低压力或温度的区域。在秋天或初冬，当打算转换到高压致冷剂时，室外装置将更冷，从而比室内装置具有更低的压力，故当系统不工作时，大多数进料将倾向于移向系统的室外侧。而且，当装置以所示加热模式工作时，室外盘管将起蒸发器的作用，从而将在系统中具有最低的温度。秋天或初冬时，当在采用完全混合物的加热模式后关闭系统时，室外盘管中的温度根据环境条件将在一定时间内维持在低于室内盘管中的温度。可能的话，所有导管均应配置成向外排至室外部分，尤其是排至室外部分中的盘管43。如果室内部分与室外部分之间的线路在没有池槽的情况下不能配置成通过重力导向室外部分流动，例如将室内装置结构上安装在室外装置的下方，则室内部分中的液体因其高温而汽化并在室外部分重新冷凝。此外，如有需要，可在任何给定情况下采用加热线路以避免重新冷凝。

如果盘管43不能具有足够的尺寸以容纳处于液态的大部分系统致冷剂，则可采用图2的修改，以便在分离过程中借助于蓄能器。在图2中，蓄能器34在其底部具有一附加的流体入口50，该入口经导管51、阀52和导管53与盘管43出口处的阀45连接。蓄能器应和盘管43一样低。阀52通过任何合适的电气或电子装置例如线圈54进行工作。当系统以冷却模式工作时，三个阀44、45、52全部打开，当系统不工作时，这些阀仍保持打开。当加热模式启动时需要将低压成分进行分离，仅将阀44关闭，阀45和52仍保持打开。压缩机通过从蓄能器34逸出的高压蒸汽经导管33进料。在这个过程中，液体从盘管43经阀52流到入口50，而蒸汽则经阀45和导管30、35流到蓄能器34。当足够的蒸汽逸出蓄能器(在一定程度上，以及盘管43)时，阀45和52关闭，大多数致冷剂的低压成分被以液态储存在盘管43中。本发明的这个实施例具有额外的优点，即蓄能器内沸腾表面积较大，可进行更有效的分离，而在吸入流内夹带液滴的倾向则较少。

在图1和图2的实施例中，即使在启动时将阀44关闭，由于液体经膨胀阀22流动，故加到盘管43上的真空并不很好。因此在致冷剂成分中只实现约10％的变换。为克服这一点，图3示出一种修改方案，其中，膨胀阀22可通过例如一马达57加以调节，以使它在启动过程中能完全关闭，籍以改善真空。在这种情况下，致冷剂成分中能实现约20％数量级的变换。

如果在任一实施例中不希望采用可调节膨胀阀22a，则可采用一由任何可调节的电气或电子装置例如线圈59控制的分离阀58，如图4所示。在图4中，到膨胀阀22的通道在启动过程中干脆关闭。在图3或图4中选择哪一种方案则取决于采用本发明的系统的具体设计特征。

Claims (7)

1．一种热泵系统，包括：

一室内主盘管；

一室外主盘管；

一压缩机；

一吸入式蓄能器，为所述压缩机的进口送料；

用于交替地将所述压缩机的流出口导向所述室外盘管和将所述蒸发器的流出口导向所述吸入蓄能器，以使所述室外盘管作为一冷凝器，所述室内盘管作为一蒸发器，而所述热泵系统以冷却模式工作，或将所述压缩机的流出口导向所述室内盘管和将所述室外盘管的流出口导向所述吸入式蓄能器，以使所述室内盘管作为一冷凝器，所述室外盘管作为一蒸发器，而所述热泵系统以加热模式工作的装置；以及

用于选择致冷剂膨胀后的流向从作为冷凝器的所述盘管之一流到作为蒸发器的所述盘管之一的装置；

其特征在于，包括以下的改进：

所述室外主盘管具有两个部分，所述部分的第一个与所述导向装置和所述膨胀装置处于流体连接，所述部分的第二个在两端各有一关闭阀，用于选择性地将所述第二部分分别置于与所述导向装置和所述膨胀装置处于流体连接，所述第二部分低于所述第一部分，从而使液体致冷剂在所述系统停止工作时且所述关闭阀打开时能移动到所述第二部分，并在所述系统工作时且所述第二部分与所述导向装置处于流体连接而所述关闭阀的另一个被关闭时使致冷剂通过真空分离从所述第二部分中排出。

2．如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

当所述系统正在工作且所述第二部分与所述导向装置处于流体连接，而所述关闭阀的另一个关闭时，用以防止流体流到所述膨胀装置的装置。

3．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膨胀装置是可调节的，并还包括：

用于当所述系统正在工作且所述部分与所述导向装置处于流体连接而所述关闭阀的另一个关闭时，全部关闭所述膨胀装置的装置。

4．如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

一在所述蓄能器底部的流体入口，和一第三关闭阀连接以选择性地允许所述流体入口与所述导向装置处于流本连接，而使液体致冷剂在所述系统不工作且所述第三关闭阀打开时经所述流体入口流入所述蓄能器，并通过真空分离将致冷剂在所述系统工作时且所述第三关闭阀打开时从所述蓄能器排出。

5．一种热泵系统工作的方法，所述热泵系统具有一室内主盘管、一室外主盘管、一压缩机、一为所述压缩机的输入供料的吸入蓄能器、以及用于致冷剂膨胀后在所述主盘管之间流动的装置，其特征在于，包括：

所述室外盘管设有两个部分，所述部分的第一个在所有时间均与所述系统流体连接，所述部分的第二个位于所述第一部分的下面并具有关闭阀，该关闭阀选择性地将任一端与所述第一部分的相应端部和所述系统连接；

通过打开所述关闭阀将具有低压成分的非共沸多成分致冷剂混合物向所述系统供料；

所述系统以冷却模式工作时，将两个所述关闭阀打开，从而利用全部所述混合物；

将两个所述关闭阀打开，使所述系统为不工作状态，从而使所述致冷剂以液态形式流入所述第二部分；

调节所述系统进入加热模式工作，且将所述关闭阀中与所述吸入式蓄能器的入口连接最近的一个打开而将另一个关闭阀关闭，从而所述混合物部分除所述低压部分以外将蒸发并与所述低压成分分离，从而增加所述系统的容量。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调节步骤还包括当所述另一个关闭阀关闭时通过所述膨胀装置产生阻塞流。

7．如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述系统为不工作时或以加热模式工作时，所述吸入式蓄能器上装设一流体入口，它通过一关闭阀与所述第二部分的出口处于流体连接而使致冷剂在所述系统不工作时流入所述蓄能器，并在所述系统以加热模式工作时通过真空分离从所述蓄能器排出。

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