CN1818513A - 一种变容量热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变容量热泵系统。本系统包括分离装置和主系统两部分，分离装置安装在冷凝器出口和压缩机出口的交汇点和第一节流装置之间，由精馏柱和储存富含低沸点工质的储液罐组成。该系统通过高低沸点工质的分离和提取，从而改变系统中混合工质运行的浓度，以满足系统不同容量的需要。本发明解决了用储存富含高沸点工质的办法进行容量调节的系统的压缩机润滑油减少的问题，避免了压缩机因缺油而导致的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩式热泵系统，尤其涉及一种变容量热泵系统。
背景技术
热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置，但它所供给的热量却是所消耗的高位能和吸取的低位能之和，在冬季供暖具有明显的节能效果。但是热泵系统特性决定了在冬季供暖时，热泵的能量输出与建筑物消耗随着环境温度的降低成相反的趋势，这势必影响舒适性的需要，削弱了热泵的优势。混合工质变容量调节技术被应用于热泵系统，可以使热泵系统满足低温环境下高负荷的需求，例如美国专利USA patent 4722195、USA patent5012651、中国专利00135060.9、98118641.6、03141556.3等均属于此类发明。其中USApatent 4722195所述的系统，与主系统的节流装置并联的精馏装置由精馏柱，高压组分储液罐，加热器，冷却装置组成，通过精馏装置将高压组分分离，使得系统在低负荷要求下以较高比例的低压组分浓度循环，而在高的负荷需求下以冲灌浓度循环。系统中精馏柱的加热器的能源，从系统经换热器取得。由于从系统取得这些能源是通过换热器完成的，不可避免会有传热温差损失，影响精馏过程所需要的温度，从而影响精馏效果；此外，这种做法还增加了系统的管路，使系统复杂，制造成本增加。USA patent5012651和中国专利03141556.3均带有储存富含高沸点工质的储液罐，系统增容时，储存高沸点工质的同时也将压缩机润滑油储存在储液罐中，使润滑油不能通过系统循环带回到压缩机，因而压缩机易缺油导致损坏。中国专利03141556.3将分离装置放置在低压段，需要进行特殊的保温来避免热量的损耗。为了克服上述缺点，提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有存储富含低沸点工质储液罐的混合工质变容量热泵系统。
变容量热泵系统主要包括由室外换热器、压缩机、第一节流装置及室内换热器组成的主系统和由精馏柱、储液罐、冷却器组成的分离装置。其中，主系统为：压缩机排气口分出的第一管路经第一平衡压力件与第一电磁阀的一端相连，压缩机排气口分出的第二管路与四通换向阀的第一端口相连，四通换向阀的第二端口经室内换热器分别与第一单向阀和第二单向阀的一端相连，第一单向阀分出的第一管路与第一电磁阀的另一端相连，第一单向阀分出的第二管路经第二电磁阀与储液罐的上部第一端口相连，第一单向阀分出的第三管路经第二平衡压力件与精馏柱的底部第一端口相连，第一单向阀分出的第四管路经第五电磁阀以及第二节流装置连接在室外换热器和四通换向阀的第三端口之间，第一单向阀分出的第五管路经第四单向阀连接在第三单向阀和室外换热器的另一端口之间，精馏柱的底部第二端口经第一节流装置与冷却器的一端相连，冷却器的另一端分别与第二单向阀和第三单相阀的相连，四通换向阀的第四端口与压缩机吸气口相连；分离装置为：精馏柱的上部第一端口经第三电磁阀与储液罐的下部端口相连，精馏柱的上部第二端口经第四电磁阀与储液罐的上部第一端口相连，储液罐的上部第二端口与冷却器的一端相连，储液罐的上部第三端口与冷却器的另一端相连，储液罐的上部第四端口与冷却器的另一端相连，冷却器在储液罐内部。
本发明具有以下优点：
1.分离装置在系统的高压侧，实现高压分离。储存富含低沸点工质，解决了系统的回油问题。
2.精馏柱进料是由冷凝器和压缩机出口工质组成的高温的气液混合物，精馏过程不需额外的热源。
3.精馏柱热量加入不需通过换热器，使得换热温差损失降到了零，大大增加了精馏的效率，简化了系统，降低了制造成本。
4.由于分离装置处于与环境温度相差不大的工作温度，因此，无需进行特别的保温处理。
附图说明
附图是变容量热泵系统结构示意图。
具体实施方式
如附图所示，变容量热泵系统主要包括由室外换热器4、压缩机1、第一节流装置3b及室内换热器2组成的主系统和由精馏柱10、储液罐6、冷却器5组成的分离装置。其中，主系统为：压缩机1排气口分出的第一管路经第一平衡压力件17与第一电磁阀12a的一端相连，压缩机1排气口分出的第二管路与四通换向阀20的第一端口相连，四通换向阀20的第二端口经室内换热器2分别与第一单向阀13c和第二单向阀15c的一端相连，第一单向阀13c分出的第一管路与第一电磁阀12a的另一端相连，第一单向阀13c分出的第二管路经第二电磁阀7a与储液罐6的上部第一端口相连，第一单向阀13c分出的第三管路经第二平衡压力件11与精馏柱10的底部第一端口相连，第一单向阀13c分出的第四管路经第五电磁阀19以及第二节流装置18连接在室外换热器4和四通换向阀20的第三端口之间，第一单向阀13分出的第五管路经第四单向阀14c连接在第三单向阀16c和室外换热器4的另一端口之间，精馏柱10的底部第二端口经第一节流装置3b与冷却器5的一端相连，冷却器5的另一端分别与第二单向阀15c和第三单相阀16c的相连，四通换向阀20的第四端口与压缩机1吸气口相连；分离装置为：精馏柱10的上部第一端口经第三电磁阀8a与储液罐6的下部端口相连，精馏柱10的上部第二端口经第四电磁阀9a与储液罐6的上部第一端口相连，储液罐6的上部第二端口与冷却器5的一端相连，储液罐6的上部第三端口与冷却器5的另一端相连，储液罐6的上部第四端口与冷却器5的另一端相连，冷却器5在储液罐6内部
本发明所用的制冷工质是两种或两种以上沸点不同的纯质制冷剂的混合物。该系统通过高低沸点工质的分离和提取，从而改变系统中混合工质运行的浓度，以满足系统不同容量的需要。本发明解决了用储存富含高沸点工质的办法进行容量调节的系统的压缩机润滑油减少的问题，避免了压缩机因缺油而导致的损坏。
所述的第一平衡压力件17、第二平衡压力件11、第一节流装置3b、第二节流装置18b是毛细管、手动调节阀或电子膨胀阀。
下面结合附图给出本发明的详细工作过程。
制热工况下，系统容量与用户负荷近似相等时，系统定容量运行。此时，第一电磁阀12a、第二电磁阀7a、第三电磁阀8a和第四电磁阀9a都关闭。从压缩机1出来的气体工质经四通换向阀20，进入室内换热器2冷凝成高温液体，经第一单向阀13c、第二平衡压力件11进入精馏柱底部，出来后经第一节流装置3b、冷却器5、第三单向阀16c、室外换热器4、四通换向阀20，流回压缩机1。
当系统容量比用户负荷大时，系统需要减容。此时，第一电磁阀12a打开，第二电磁阀7a关闭，第三电磁阀8a打开、第四电磁阀9a打开。压缩机1排气口分成两路，第一路经四通换向阀20通向室内换热器2，第二路通过第一平衡压力件17、第一电磁阀12a，与室内换热器2出口的液体混合成高温的气液混合物，通过第一单向阀13c、第二平衡压力件11，进入精馏柱10，气体工质上升经过第四电磁阀9a后进入储液罐6上方的冷却器5冷却成液体，经第三电磁阀8a回流到精馏柱10中，与上升的气体进行精馏作用，分离出富含低沸点工质混合物进入并储存于储液罐6，富含高沸点混合工质流入精馏柱10底部，经第一节流装置3b、冷却器5、第三单向阀16c、室外换热器4，四通换向阀20，流回压缩机1。减容完毕时，第一电磁阀12a、第二电磁阀7a、第三电磁阀8a和第四电磁阀9a都关闭，系统在新的容量下进行定容量运行。
当系统容量比用户负荷小时，系统需要增容。此时，第一电磁阀12a关闭，第二电磁阀7a打开，第三电磁阀8a打开，第四电磁阀9a关闭。制冷剂经压缩机1出口流经四通换向阀20、室内换热器2、第一单向阀13c后分成两路，大部分流体通过第二电磁阀7a，进入储液罐6顶部，其余流体经第二平衡压力件11后进入精馏柱10底部。在压力作用下，制冷剂流经第三电磁阀8a进入精馏柱10，并从精馏柱10底部流出，经第一节流装置3b、冷却器5、第三单向阀16c、室外换热器4、四通换向阀20，回到压缩机1。增容完毕时，第一电磁阀12a、第二电磁阀7a、第三电磁阀8a和第四电磁阀9a都关闭，系统在新的容量下进行定容量运行。
制冷工况下，系统通过四通换向阀和四个单向阀换向工作实现制冷的目的。其增容、减容以及定容量运行的原理与制热工况时类似，这里不再描述。
为了防止压缩机1的工作温度高于正常值，本发明设置了第二节流装置18b和第五电磁阀19。当压缩机1的工作温度正常时，第五电磁阀19关闭。当压缩机1的工作温度高于正常值时，第五电磁阀19打开，少量高压液体制冷剂经第五电磁阀19，在第二节流装置中降压后直接进入压缩机1，在里面吸收热量，降低压缩机1的工作温度。
Claims (3)
1、一种变容量热泵系统，其特征在于，主要包括由室外换热器(4)、压缩机(1)、第一节流装置(3b)及室内换热器(2)组成的主系统和由精馏柱(10)、储液罐(6)、冷却器(5)组成的分离装置；其中，主系统为：压缩机(1)排气口分出的第一管路经第一平衡压力件(17)与第一电磁阀(12a)的一端相连，压缩机(1)排气口分出的第二管路与四通换向阀(20)的第一端口相连，四通换向阀(20)的第二端口经室内换热器(2)分别与第一单向阀(13c)和第二单向阀(15c)的一端相连，第一单向阀(13c)分出的第一管路与第一电磁阀(12a)的另一端相连，第一单向阀(13c)分出的第二管路经第二电磁阀(7a)与储液罐(6)的上部第一端口相连，第一单向阀(13c)分出的第三管路经第二平衡压力件(11)与精馏柱(10)的底部第一端口相连，第一单向阀(13c)分出的第四管路经第五电磁阀(19)以及第二节流装置(18b)连接在室外换热器(4)和四通换向阀(20)的第三端口之间，第一单向阀(13c)分出的第五管路经第四单向阀(14c)连接在第三单向阀(16c)和室外换热器(4)的另一端口之间，精馏柱(10)的底部第二端口经第一节流装置(3b)与冷却器(5)的一端相连，冷却器(5)的另一端分别与第二单向阀(15c)和第三单相阀(16c)的相连，四通换向阀(20)的第四端口与压缩机(1)吸气口相连；分离装置为：精馏柱(10)的上部第一端口经第三电磁阀(8a)与储液罐(6)的下部端口相连，精馏柱(10)的上部第二端口经第四电磁阀(9a)与储液罐(6)的上部第一端口相连，储液罐(6)的上部第二端口与冷却器(5)的一端相连，储液罐(6)的上部第三端口与冷却器(5)的另一端相连，储液罐(6)的上部第四端口与冷却器(5)的另一端相连，冷却器(5)在储液罐(6)内部。
2、根据权利要求1所述的变容量热泵系统，其特征在于：所用的制冷工质是两种或两种以上沸点不同的纯质制冷剂的混合物。
3、根据权利要求1所述的变容量热泵系统，其特征在于：所述的第一平衡压力件(17)、第二平衡压力件(11)、第一节流装置(3b)、第二节流装置(18b)是毛细管、手动调节阀或电子膨胀阀。
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