CN1235008C - 综合再生加热制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合再生加热制冷系统，能够在膨胀单元内部流动的高温制冷剂和其外部流动的低温制冷剂之间进行热交换，以提高热交换效率。该系统包括用于把制冷剂压缩至高温高压的压缩机，用于在制冷模式下通过在已膨胀的低温制冷剂和室内空气之间热交换来冷却室内空气、而在加热模式下通过在高温高压的制冷剂与室内空气热交换来加热室内空气的室内单元，在制冷模式下通过在高温高压的制冷剂和室外空气之间的热交换将热量排放到空气中、而在加热模式下通过在已膨胀的制冷剂和室外空气之间热交换而加热制冷剂的室外单元，以及包括流动着从室内单元排出的高温制冷剂的热交换器和用于接收热交换器的制冷剂并使其膨胀的膨胀单元的热交换单元。

Description

综合再生加热制冷系统

技术领域

本发明涉及一种综合再生加热制冷系统，尤其涉及一种将在加热模式时能够在来自室内单元的高温制冷剂和来自室外单元的低温制冷剂之间进行热交换的热交换单元、和在其中使经过热交换器的制冷剂膨胀(expansion)的膨胀单元安装到一个加热交换单元的内部，以使流入到膨胀单元内部的高温制冷剂和低温制冷剂进行热交换，实现高效率的热交换的综合再生加热制冷系统。

背景技术

已经出现综合了制冷装置和加热装置的加热制冷装置，用来在夏季通过制冷来降低家中、办公室、工厂等的室内温度，和在冬季增加室内温度，从而实现舒适的室内环境。

上述加热制冷装置通常通过燃烧轻油或煤气以加热的方法或使用电加热器的电线圈方法来实现。

然而，在前一种情况下，由于采用燃烧室内空气的方法，会产生空气中氧气缺乏的问题，在后一种情况下，因为使用电能，会产生电能过度消耗的问题。

如图1所示，为克服上述问题，公开了一种使用制冷剂实现的加热制冷系统。上述加热制冷系统包括安装在室内的室内单元103，安装在室外的室外单元109，用来压缩和释放制冷剂的压缩机101，用于在将制冷剂供给室内单元103或室外单元109之前将制冷剂转到低温的膨胀单元105，107，和多个用于控制制冷剂流动的阀门111和113。

此处，加热制冷系统103在制冷模式下通过将室内空气与输入的制冷剂进行热交换而冷却室内空气，在加热模式下，通过与输入的制冷剂进行热交换而使该制冷剂冷凝来加热室内空气。室外单元109在制冷模式下，通过与室外空气进行热交换而冷却所输入的制冷剂，在加热模式下，通过与室外空气进行热交换而加热所输入的制冷剂。膨胀单元105，107在加热模式下，使输入到室外单元109内的制冷剂膨胀，以将制冷剂冷却到比室外空气低。在制冷模式下，使输入到室内单元103内的制冷剂膨胀，以将制冷剂的温度冷却到低于室内空气温度。

在上述传统的加热制冷系统中，由于在加热模式下，来自室外单元的低温制冷剂直接流入压缩机，在压缩机里需要大量的卡路里来压缩高温和高压制冷剂，因此在持久性方面存在很大的机械方面的问题。

另外，在上述传统的加热制冷系统中，在加热模式下，当室外温度和流入到室外单元的制冷剂之间的温差很大时，室外单元上就会结霜，致使无法获得期望的外部热量，并发生结霜问题。

发明内容

因而，本发明的一个目的是提供一种克服传统技术的上述问题的综合再生加热制冷系统。

本发明的另一目的是提供一种综合再生加热制冷系统，通过将能够在加热模式下在来自室内单元的高温的制冷剂和来自室外单元的低温制冷剂之间进行热交换的热交换单元、和能够使来自热交换器的制冷剂膨胀的膨胀单元安装到加热交换单元的内部，使流入到膨胀单元内部的高温制冷剂和低温制冷剂进行热交换而实现高的热交换效率。

本发明的另一实施例提供的综合再生加热制冷系统通过将热交换单元和膨胀单元一同安装在热交换单元的内部而能够简化热交换装置的结构。

在本发明的又一实施例中，提供了一种综合再生加热制冷系统，在只进行热交换不发生压力变化的热交换器内，以使供应给室外单元的制冷剂和从室外单元排出的制冷剂之间进行热交换的方式，来降低流入室外单元的制冷剂和室外空气的温差，从而防止室外单元结霜。

在本发明的再一实施例中，提供了一种综合再生加热制冷系统，能够使在加热模式下在热交换单元中热交换过的高温制冷剂和热交换之前的低温制冷剂混合，提高输入给压缩机的低温制冷剂的温度，从而实现压缩机的高效工作。

为实现上述目的，在包含有用于把制冷剂压缩到高温高压状态的压缩机、安装在室内的室内单元、安装在室外的室外单元以及热交换单元的加热制冷系统中，该室内单元在制冷模式下通过在已膨胀的低温制冷剂和室内空气之间进行热交换来冷却室内空气，而在加热模式下通过在高温高压的制冷剂与室内空气进行热交换而加热室内空气；该室外单元在制冷模式下通过在高温高压的制冷剂和室外空气之间的热交换将热量排放到空气中，而在加热模式下通过在已膨胀的制冷剂和室外空气之间进行热交换而加热该制冷剂；该热交换单元在加热模式下在从室内单元内输入的高温制冷剂和从室外单元输入的低温制冷剂之间进行热交换。在这样的加热制冷系统中，提供了一种综合再生加热制冷系统，其特征在于，在热交换单元的内部，安装有用于在来自室内单元的高温制冷剂和从室外单元输入的制冷剂之间进行热交换的热交换器，和用于接收热交换器的制冷剂并膨胀以冷却该制冷剂的膨胀单元；在加热模式下，来自室内单元的高温制冷剂和来自室外单元的低温制冷剂被输入到所述热交换单元，并且高温制冷剂流经所述热交换器和所述膨胀单元，并与低温制冷剂进行热交换。

优选地，进一步提供了用于防止在加热模式下室外单元结霜的制冷剂供应线路，并且该供应线路直接将来自室内单元的制冷剂供应给室外单元而不经过热交换单元。

附图说明

参照附图可以更好地理解本发明。附图仅供说明用，不是对本发明的限制。其中，

图1是传统加热制冷系统的结构图；

图2是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的结构图；

图3是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的加热工作模式图；

图4是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的制冷工作模式图；

图5到图9B是依据本发明的其他实施例的综合再生加热制冷系统图。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的优选实施例。

图2是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的结构图。图3是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的加热工作模式图。图4是依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统的制冷工作模式图。

如图2所示，依据本发明的一个实施例的综合再生加热制冷系统包括用于压缩出高温高压制冷剂的压缩机10、安装在室内的室内单元20、安装在室外的室外单元30、热交换单元40，以及膨胀单元50。室内单元20用于在制冷模式下通过在所输入的低温状态下的已膨胀制冷剂和室内空气之间进行热交换来冷却室内空气，而在加热模式下通过在所输入的高温高压的制冷剂与室内空气进行热交换而加热室内空气；室外单元30在制冷模式下通过在所输入的高温高压的制冷剂和室外空气之间的热交换将热量排出室外，并通过在加热模式下输入的已膨胀的制冷剂和室外空气之间进行热交换而加热该制冷剂；热交换单元40在加热模式下用于使输入到室外单元30内的高温制冷剂和在从室外单元30流出并输入到压缩机10的低温制冷剂之间进行热交换；膨胀单元50用于在制冷模式时，将输入到室内单元20的制冷剂膨胀成低温制冷剂。

在热交换单元40的内部，设有热交换器42以及膨胀单元44。来自室内单元20的高温制冷剂在热交换器42中流动，以与来自室外单元30的低温制冷剂进行热交换。膨胀单元44接收来自热交换器42的制冷剂，并将其膨胀到低得多的温度。因而，所输入的来自室内单元的制冷剂经过热交换器与从室外单元30输入的低温的制冷剂进行热交换，其温度被降低。该制冷剂被膨胀单元44膨胀，其温度被降得更低。特别是，由于膨胀单元44被安装在热交换单元40的内部，因而与低温制冷剂进行了热交换，并且制冷剂被膨胀而具有更低的温度。热交换器42由双毛细管组成，这样由于压差，制冷剂流动，从而完成热交换。

图3示出了使用依据本发明的综合再生加热制冷系统的加热工作。

当使用者选择了加热模式，压缩机10压缩出温度为t1的高温高压制冷剂，该制冷剂通过四向阀门12输入到室内单元20中，并通过室内单元20与室内空气进行热交换并提高了室内空气的温度。制冷剂被第一次凝缩并具有更低的温度t2(t1＞t2)。

被凝缩到温度t2的制冷剂通过第一检测阀门62和管线75流动，在经过热交换单元40的热交换器42时被第二次凝缩。在经过膨胀单元44时被膨胀到更低的温度，并形成潮湿蒸汽的状态，其温度t4比室外空气温度更低(t2＞t4，室外空气＞t4；此处，被热交换单元热交换过的、温度在t2到t4间的制冷剂的热交换随后描述)。

通过了热交换单元40并且温度为t4的潮湿蒸汽状态的制冷剂通过管线76，77被供应给室外单元30。并通过室外单元30与室外空气进行热交换，从而吸收外部温度，并在温度t5第一次蒸发。

被室外单元30加热并且温度为t5的制冷剂经由管线78流经热交换单元40，与输入到热交换器42的温度为t2的制冷剂和输入到膨胀单元44的温度为t3的制冷剂进行热交换，并在温度t6第二次蒸发(t5＜t6)。也就是，向压缩机10流动的制冷剂被加热到温度t6，通过热交换器42流向室外单元30的制冷剂被冷却到t3，并通过膨胀单元44被冷却到t4。另外，流经膨胀单元44的制冷剂在被膨胀单元44膨胀之前与从室外单元30输入的制冷剂进行热交换，这样能够被膨胀到低得多的温度。

最后，被热交换单元40第二次蒸发的温度为t6的制冷剂通过管线79和四向阀门12供应给压缩机10，并被压缩为高温高压的具有温度t1的制冷剂(t1＞t6)。

由于高温的制冷剂通过上述过程波输入到压缩机10，可以显著地降低将制冷剂压缩为高温高压所需的卡路里。另外，由于热交换单元40连续进行热交换膨胀，因而热交换效率高，并且很容易安装。

如图4所示，当使用者选择了制冷模式，压缩机10压缩出温度为t11的高温高压制冷剂，该制冷剂通过四向阀门12、管线79和热交换单元40输入到室外单元30，并通过室外单元30与室外空气进行热交换并被凝缩到温度t12(t11＞t12)。此时，由于制冷剂直接流过管线79和热交换单元40，制冷剂直接进入室外单元30，不进行任何热交换。

已由室外单元30和室外空气热交换过的、温度为t12的制冷剂通过第二检测阀门64和管线81供应给膨胀单元50，在经过膨胀单元50时被转换为低温低压温度为t13的潮湿蒸汽(t12＞113)。

被冷却到温度t13的制冷剂流入室内单元20，并通过与室内空气进行热交换而降低室内温度，并在温度t14蒸发(t13＜t14)。

被室内单元20加热到温度为t14的制冷剂经由管线72和四向阀门12供应给压缩机10，并被压缩为高温高压。

此时，公式1示出了被室内单元20或室外单元30所热交换的卡路里。

公式1

xQ＝mc(t₁-t₂)

其中，

xQ：供应给室内空气或室外空气的卡路里

m：每单位小时流过的制冷剂数

c：制冷剂的比热

t₁：所输入的制冷剂的温度

t₂：所输出的制冷剂的温度

如图5所示，在依据本发明的另一实施例的综合再生加热制冷系统中，在由于特定的室外气候条件(雨加雪、大雪等)而使室外空气温度和供应给室外单元30的制冷剂温差大(低于零下5℃)的情况下，室外单元上会结霜。

为去除形成在室外单元30上的霜，进一步装有第一制冷剂供应线路82，用于将室内单元20排出的高温制冷剂供应给室外单元30，并对其进行控制。另外，第一溶胶(sol)阀83安装在热交换单元40的前面，用来调节输入到热交换单元40的制冷剂的数量。第二溶胶阀84安装在第一制冷剂供应线路82的一侧，用来调节向室外单元30排出的制冷剂的数量。

因此，当第一溶胶阀83关闭，而第二溶胶阀84打开时，温度为t2的高温制冷剂通过第一制冷剂供应线82直接输入到室外单元30，这样可以除去室外单元30上所结的霜。

在通常情况下，能够控制从第一制冷剂供应线路流出的制冷剂的第二溶胶阀84是关闭的，这样，从室内单元20流出的制冷剂流经热交换单元40。

如图6所示，依据本发明的更进一步的另一实施例，能够预先防止室外单元30上结霜的现象。

为防止室外单元30上结霜，在热交换单元40和室外单元30之间进一步安装第二热交换器48，用于在来自热交换单元40的制冷剂和从室外单元30排出的制冷剂之间进行热交换。此时，第二热交换器48设计为只用来实现热交换而不产生压力的热交换器。

因此，在第二热交换器48中，在来自室外单元30的低温制冷剂和来自热交换单元40的制冷剂的温差变为不能结霜的温度(低于零下5℃附近)范围内之前，一直进行热交换。此后，制冷剂供应给室外单元30，从而可以基本上防止在室外单元30上结霜。

如图7所示，在依据本发明的又一实施例的综合再生加热制冷系统中，压缩机10压缩制冷剂并使之具有一定的高压以防止压缩机被损坏。

在从压缩机10输出的制冷剂高于特定温度的情况下(这种情况代表在加热制冷系统中使用的制冷剂被压缩到不正常的高温，温度比压缩机10会停止正常工作的边界温度大约低5℃。由于在被压缩机10压缩并从中输出的制冷剂的边界温度大约为130℃时，普通的压缩机10就会停止，因此，上述特定温度大约为125℃)，进一步提供了温度传感器87和制冷剂调节阀86。温度传感器87用来检测并比较来自压缩机的温度，制冷剂调节阀86依据在被检测的制冷剂的温度超过预先设定的温度范围时的温度传感器信号，控制从第二制冷剂供应线路85供应给压缩机10的低温制冷剂。

温度传感器87检测被压缩机10压缩并从中排出的制冷剂的温度，并将检测到的温度与预先设定的温度范围进行比较。(此处，预先设定的温度范围表示能够防止压缩机停止工作并能维持较高温度和压力的范围，在边界温度为130℃时，所设定的温度优选地为从100℃到125℃。)在制冷剂的温度比温度范围高的情况下，制冷剂调节阀86打开，从室外单元30排出的低温制冷剂通过第二制冷剂供应线85供应到与压缩机相连的管线80，这样就降低了输入到压缩机10的制冷剂的温度。

在从压缩机10排出的制冷剂的温度低于预先设定的温度范围时，制冷剂调节阀门86关闭，阻止从室外单元30排出的制冷剂进入管线85，被热交换器40热交换过的制冷剂输入压缩机10。

如图8所示，在依据本发明的再一实施例的综合再生加热制冷系统中，热交换单元40包括第一热交换器47、第二热交换器48和膨胀单元49。

当使用者选择了加热模式，输出温度为t21并在室内单元20中被第一次凝缩为温度t22的制冷剂通过第一单向阀门62和管线75被第一热交换器47第二次凝缩，其温度降为t23。通过第一热交换器47的制冷剂在通过第二热交换器48时被第三次凝缩，其温度被降为t24。经过了第二热交换器48的制冷剂在经过膨胀单元49时被第四次凝缩，制冷剂被更进一步地膨胀，并转换为比室外空气温度低的温度为t25的低温潮湿蒸汽状态(t23＞t24＞t25，室外空气＞t25)。

随后，已经过膨胀单元49的温度为t25的潮湿蒸汽状态的制冷剂通过管线76，77供应给室外单元30。并通过在室外单元30中与室外空气进行热交换而吸收外部热量。制冷剂自身在温度t26第一次蒸发(t25＜t26＜室外温度)。

被室外单元30加热至温度t26的制冷剂在流经第二热交换器48时，与温度为t23的高温制冷剂进行热交换，并在温度t27第二次蒸发(t26＜t27)。向压缩机10流动的制冷剂被加热到温度t27，流向室外单元30的制冷剂被冷却到t24。此时，优选地，采用完全汽化的方法使被加热到温度t27的制冷剂蒸发。

已通过第二热交换器48的温度为t27的制冷剂，在经过膨胀单元49时，与输入的温度t24的制冷剂进行热交换，并在温度t28(t27＜t28)第三次蒸发。也就是说，向压缩机10流动的制冷剂被加热到温度t28，流向室外单元30的制冷剂被冷却到t25。此时，第三次蒸发的制冷剂用于降低膨胀单元49的出口端温度和室外温度的温差，因而，可以防止由于冬季室外温度的下降而引起的结霜，并且容易地实现与室外空气的热交换。

被膨胀单元49第三次蒸发的温度为t28的制冷剂在流经第一热交换器47时，与温度为t22的高温制冷剂进行热交换。并在温度t29第四次蒸发(t28＜t29)。也就是，向压缩机10流动的制冷剂被加热到温度t29，流向室外单元30的制冷剂被冷却到温度t23。

最后，被第一热交换器47加热到温度为t29的制冷剂被供应给压缩机10，并被压缩为高温高压的具有温度t21的制冷剂。

因此，由于高温的制冷剂被输入到压缩机10，可以显著地降低将制冷剂压缩为高温高压制冷剂所需的卡路里。

如图9a和图9b所示，第二制冷剂供应线路85被安装在室外单元30和膨胀单元49之间，或膨胀单元49和第二热交换器48之间，或第二热交换器48和第一热交换器47之间，用来向压缩机10供应低温制冷剂。可以依据被温度传感器87检测的供应给压缩机的制冷剂的温度，有选择地使用低温制冷剂。也就是，在被温度传感器87检测的制冷剂的温度在高温范围内时，掺入来自室外单元30的制冷剂。在被检测的制冷剂的温度在中间温度范围内时，掺入来自膨胀单元49的制冷剂，在被检测的制冷剂的温度在低温范围内时，掺入来自第二热交换器48的制冷剂。

如上所述，在依据本发明的综合再生加热制冷系统中，将能够在加热模式下在来自室内单元的高温的制冷剂和来自室外单元的低温制冷剂之间进行热交换的热交换器、和能够膨胀来自热交换器的制冷剂的膨胀单元安装在热交换单元的内部，以通过在流入到膨胀单元内部的高温制冷剂和外部流过的低温制冷剂之间进行的热交换实现高的热交换效率。

另外，在本发明中，可以通过在一个热交换单元中设置热交换器和膨胀单元，以同时进行热交换和膨胀工作，来简化热交换系统的设备的构造。

此外，在本发明中，供应给室外单元的制冷剂与室外单元排出的制冷剂进行热交换，以使其相对于室外温度的温差小于结霜温度，从而可以防止室外单元结霜。

在本发明中，在加热模式下，没有被热交换的低温制冷剂与被热交换器热交换过的高温制冷剂相混合，以提高流入压缩机的制冷剂的温度，从而可以实现压缩机的高效工作。

由于在不脱离本发明的精神和其基本特征的条件下，本发明可以以不同的形式实现，应该明白，除非有相反的说明，上述实施例不受前面所描述的任何细节的限制，而可以在权利要求所限定的范围内自由地诠释，在权利要求的集合和边界内或等同于该集合和边界内的任何修改和变换都包含在所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.在制冷和加热系统中，包括用于把制冷剂压缩到高温高压状态的压缩机、安装在室内的室内单元、安装在室外的室外单元以及热交换单元，所述室内单元在制冷模式下通过已膨胀的低温制冷剂和室内空气之间的热交换来冷却室内空气，而在加热模式下通过高温高压的制冷剂与室内空气的热交换来加热室内空气；所述室外单元在制冷模式下通过高温高压的制冷剂和室外空气之间的热交换将热量排放到空气中，而在加热模式下通过已膨胀的制冷剂和室外空气之间进行的热交换而加热该制冷剂；所述热交换单元用于在加热模式下在从室内单元内输入的高温制冷剂和从室外单元输入的低温制冷剂之间进行热交换，在上述制冷和加热系统中，一种综合再生加热制冷系统，其特征在于，在热交换单元的内部，安装有用于在来自室内单元的高温制冷剂和从室外单元输入的制冷剂之间进行热交换的热交换器和用于接收热交换器的制冷剂并使其膨胀以冷却该制冷剂的膨胀单元；在加热模式下，来自室内单元的高温制冷剂和来自室外单元的低温制冷剂被输入到所述热交换单元，并且高温制冷剂流经所述热交换器和所述膨胀单元，并与低温制冷剂进行热交换。

2.根据权利要求1所述的综合再生加热制冷系统，其特征在于，所述热交换器是双毛细管方法的热交换器。

3.根据权利要求1所述的综合再生加热制冷系统，其特征在于，在所述热交换单元和所述室外单元之间至少安装有一个热交换器，以在加热模式下，使已被膨胀单元膨胀的制冷剂和所述室外单元排出的制冷剂进行热交换。

4.根据权利要求1所述的综合再生加热制冷系统，在所述室内单元和所述热交换单元之间进一步包括第一制冷剂供应线路，用于从所述室内单元直接向所述室外单元供应高温制冷剂，并对其进行控制。

5.根据权利要求1所述的综合再生加热制冷系统，进一步包括：

温度传感器，用来检测来自压缩机的温度，并比较被检测的制冷剂的温度是否超出预先设定的温度范围；

第二制冷剂供应线路，当被检测的制冷剂的温度超出预先设定的温度范围时，依据所述温度传感器的信号，将来自所述室外单元的低温制冷剂直接供应给所述压缩机；和

制冷剂调节阀，用于控制输入到所述制冷剂供应线路的制冷剂数量。

6.根据权利要求1所述的综合再生加热制冷系统，其中在所述的热交换单元中，第一热交换器、第二热交换器以及膨胀单元依次设置，在加热模式下，来自所述室内单元的高温制冷剂依次通过所述第一热交换器、所述第二热交换器和所述膨胀单元输入到所述室外单元，来自所述室外单元的低温制冷剂依次输入到所述第二热交换器、膨胀单元和第一热交换器，以使所述高温制冷剂和所述低温制冷剂进行热交换。

7.根据权利要求6所述的综合再生加热制冷系统，其特征在于，在所述膨胀单元和所述第二热交换器之间安装有第二制冷剂供应线路，以经由所述膨胀单元将高温制冷剂直接供应给所述压缩机。

8.根据权利要求6所述的综合再生加热制冷系统，其特征在于，在所述第二热交换器和所述第一热交换器之间安装有第二制冷剂供应线路，以经由所述第二热交换器将高温制冷剂直接供应给所述压缩机。

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