CN206160579U - 具有液体分离器应用的热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种热回收系统及其使用方法，该热回收系统包括液体分离器，使得该热回收系统需要相对少的制冷剂充灌量以在例如制冷和/或热回收模式下进行运行。上述液体分离器将来自于离开热回收交换器的流体中的液体和蒸汽分离，从而可以确保冷凝器盘管的进口供有蒸汽并尽可能减少进入上述冷凝器盘管的液体。上述液体分离器在例如常规的运行模式下(例如制冷和/或热回收模式)不从上述冷凝器盘管接收液体制冷剂。使用液体分离器及其在流体回路内的布置可以因此减少系统所需的运行制冷剂充灌量。流动控制设备可以控制该热回收系统的热回收和/或制冷容量。

Description

具有液体分离器应用的热回收系统
技术领域
本申请通常涉及热回收系统，例如提供制冷和制热的制冷剂系统。特别地，本申请涉及包括液体分离器的热回收系统，上述液体分离器使得上述热回收系统相对于某些串行和并行流动系统需要更少的制冷剂充灌量来进行运行。
背景技术
热回收系统是已知的，其采用热回收交换器，例如对水进行加热以用于各种用途，各种用途包括住宅或者商业用途。用于热回收系统中的制冷剂充灌量可能会相对较高。例如，根据由热回收交换器所使用容量的量，大量的液体制冷剂会从热回收热交换器离开。然后冷凝器会充满大量液体，其中液体接收器与冷凝器的液体出口流体连通，例如液体接收器与冷凝部分和过冷部分的冷凝器中间流体连通。相对大的接收器用来处理上述制冷剂充灌量。
发明内容
本申请通常涉及热回收系统，例如提供制冷和制热的制冷剂系统。特别地，本申请涉及包括液体分离器的热回收系统，上述液体分离器使得上述热回收系统相对于例如某些串行和并行流动系统需要更少的制冷剂充灌量来进行运行。
热回收交换器在热回收系统中是有用的，但是由于热回收交换器的出口会包含流到冷凝器的大量液体制冷剂，在某些情况下会需要显著的制冷剂充灌量。进入上述冷凝器的液体速率增加并且，当冷凝器的进口具有较高的液体速率时，冷凝器中的制冷剂量充满了液体并且比冷凝器的进口仅接收制冷剂蒸汽时要高得多。
在本申请的热回收系统中使用液体分离器来将来自于离开热回收交换器的流体中的液体和蒸汽分离可以确保，在所有情况下例如正常运行模式下(例如制冷和/或热回收模式下)，冷凝器盘管的进口供有蒸汽并尽可能减少进入冷凝器盘管的液体。
在一个实施例中，上述液体分离器在例如常规的运行模式下(例如制冷和/或制热模式下)不从上述冷凝器盘管接收液体制冷剂。使用液体分离器及其在流体回路内的布置可以因此减少该系统所需的运行制冷剂充灌量。
在一个实施例中，液体流出上述液体分离器并流过阀、然后流入上述流体回路的另一部分。例如，上述液体从上述液体分离器流出到上述冷凝器盘管的液体部分例如过冷段，同时蒸汽流出上述液体分离器、在蒸汽进口流入上述冷凝器盘管以被上述冷凝器盘管冷凝成液体、然后流入上述液体部分。在其他实例中的液体可以流到膨胀设备并不流到上述冷凝器例如液体部分或者过冷段。
本申请的热回收系统可以包括能够对系统产生的和/或散出的热量进行回收以用于另一目的的任何合适的流体系统。各实例包括但不限于流体制冷机例如冷水机，以及热泵，上述热泵可以包括热回收和/或热水供应。在一个实施例中，充灌的流体是一种或多种制冷剂或制冷剂混合物以及可能的其他添加剂，上述制冷剂混合物可以包括润滑剂例如油。
通过使用液体分离器，本申请的热回收系统可以以相对大的容量但是以相对较低的制冷剂充灌量需求来同时提供制冷和制热(例如热回收)。当接收器用作液体分离器时，这可以使得能够采用相对较小的接收器。
本申请的热回收设计在例如流体制冷机的设计中是有用的，例如具有热回收选项的风冷制冷机有更少的制冷剂充灌量增加并具有较高的可靠性。使用液体分离器减少和/或防止液体进入冷凝器盘管的进口，需要更少的充灌量。
在一个实施例中，流动控制设备可以控制该热回收系统的热回收和/或制冷容量。
在一个实施例中，热回收系统包括压缩机、与上述压缩机流体连通的热回收交换器、与上述热回收交换器流体连通的液体分离器。上述液体分离器包括蒸汽出口和液体出口。上述热回收系统包括冷凝器，上述冷凝器具有与上述液体分离器的蒸汽出口流体连通的进口。上述液体分离器的液体出口与上述系统的部件而不是与上述冷凝器的进口流体连通，其中来自上述液体出口的液体在上述冷凝器的下游流动。上述热回收系统包括与上述冷凝器和上述部件流体连通的膨胀设备，以及与上述膨胀设备和上述压缩机流体连通的蒸发器。
在一个实施例中，上述热回收系统包括位于上述液体分离器的蒸汽出口与上述冷凝器的进口之间的流动控制设备，上述流动控制设备与上述液体分离器的蒸汽出口流体连通并与上述冷凝器的进口流体连通。
在一个实施例中，上述热回收系统包括位于上述液体分离器与上述部件之间的流动控制设备，上述流动控制设备与上述液体分离器的液体出口流体连通并与上述部件的进口流体连通。
在一个实施例中，本申请的一个或多个流动控制设备是以下中的一种：电磁阀、处于并行流动的多个电磁阀，以及分级设备。
在一个实施例中，上述热回收交换器仅通过上述液体分离器的蒸汽出口在制冷模式和/或热回收模式下与上述冷凝器流体连通。
在一个实施例中，上述冷凝器的进口不与上述系统的液体管路流体连通。
在一个实施例中，上述冷凝器包括冷凝段和过冷段。上述冷凝器的进口通向上述冷凝段，上述过冷段是与上述液体分离器的液体出口流体连通的上述部件。
在一个实施例中，一种在制冷模式和/或热回收模式下流体流过流体回路的方法包括以下步骤：将工作流体压缩成压缩气体；将上述工作流体从压缩机导向与上述压缩机流体连通的热回收交换器；从穿过上述热回收交换器的工作流体回收热量，上述工作流体包括因回收热量的步骤而产生的一些液体；将上述工作流体导向与上述热回收交换器流体连通的液体分离器，上述液体分离器包括蒸汽出口和液体出口；将蒸汽与上述工作流体的液体分离；将分离的蒸汽导入冷凝器的进口，上述冷凝器的进口与上述液体分离器的蒸汽出口流体连通；将来自于上述工作流体的液体导入部件的进口，上述部件的进口与上述液体分离器的液体出口流体连通；引导上述蒸汽穿过上述冷凝器以将上述蒸汽冷凝成液体，并将由上述冷凝器冷凝的液体和来自于上述部件的液体导向膨胀设备以对上述液体进行膨胀，上述膨胀设备与上述冷凝器流体连通；将膨胀的液体导向蒸发器以对膨胀的液体进行蒸发，上述蒸发器与上述膨胀设备流体连通；以及将蒸发的流体导回上述压缩机。
在一个实施例中，上述方法包括以下步骤：通过使用位于上述液体分离器和上述冷凝器之间的流动控制设备对到上述冷凝器的进口的流量进行控制，上述流动控制设备与上述液体分离器的蒸汽出口流体连通并与上述冷凝器的进口流体连通。
在一个实施例中，上述方法包括以下步骤：通过使用位于上述液体分离器和上述部件之间的流动控制设备对到上述部件的进口的流量进行控制，上述流动控制设备与上述液体分离器的液体出口流体连通并与上述部件的进口流体连通。在一个实施例中，位于上述液体分离器与上述部件之间的流动控制设备使上述液体分离器中的液体流出并停止蒸汽流动直到例如没有液体在该分离器中。
在一个实施例中，上述将分离的蒸汽导入冷凝器的进口的步骤中包括仅通过上述液体分离器的蒸汽出口使上述热回收交换器与上述冷凝器流体连通。
在一个实施例中，上述将分离的蒸汽导入冷凝器的进口的步骤中包括上述冷凝器的进口不与上述流体回路的液体管路流体连通。
在一个实施例中，上述冷凝器包括冷凝段和过冷段。上述冷凝器的进口通向上述冷凝段，上述过冷段是与上述液体分离器的液体出口流体连通的部件。
附图说明
当以下详细描述结合附图进行阅读时，热回收系统及其使用方法的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。这些附图为：
图1是一种热回收系统的示意图，该热回收系统具有使用串行流动运行的流体回路。
图2是一种热回收系统的示意图，该热回收系统具有使用并行流动运行的流体回路。
图3是一种热回收系统的一个实施例的示意图，该热回收系统具有在到冷凝器的蒸汽进口管路上使用液体分离器的流体回路。
虽然以上附图对热回收系统及其使用方法的各实施例进行了说明，然而其他实施例也应如以下描述所指出的那样被考虑。在所有情况下，本申请通过表示方式而不是限制方式来呈现热回收系统及其使用方法的各示例性实施例。落入本申请描述的热回收系统及其使用方法的原则的范围和精神内的许多其他修改和实施例可以被本领域的技术人员想到。
具体实施方式
本申请通常涉及热回收系统，例如提供制冷和制热的制冷剂系统。特别地，本申请涉及包括液体分离器的热回收系统，上述液体分离器使得上述系统相对于例如某些串行和并行流动系统需要更少的制冷剂充灌量来进行运行。
图1是一种热回收系统的示意图，该热回收系统具有使用串行流动运行的流体回路。
在所示的实例中，上述热回收系统是具有热回收性能的风冷制冷机。热回收交换器10位于压缩机1的排出与冷凝器例如盘管3的冷凝段之间。这种连接称为串行设计。在图1中，各部件包括(多个)压缩机1或仅一个压缩机、热回收交换器10、盘管的冷凝段3、(多个)风扇2、盘管的过冷段5、制冷剂接收器6、角阀8、过滤器和干燥器11、膨胀设备12以及蒸发器13。
由于高压侧冷凝温度取决于盘管3中的空气侧的热交换，盘管3中的空气侧的热交换主要与空气温度和流动速率相关，因此图1的系统在某些情况下会具有有限的热回收容量。在串行设计中，热回收交换器10与冷凝器(例如风冷冷凝器)共用制冷循环冷凝的高压侧散热。如图所示，相比于冷凝器的容量，热回收容量取决于热回收交换器的容量。
并且，串行连接设计需要显著更多的制冷剂充灌量。一个原因是，由于制冷剂先穿过上述热回收交换器10并在进入上述冷凝器盘管3之前进行冷凝，进入上述冷凝器盘管3的制冷剂是两相制冷剂蒸汽(蒸汽和液体)，而不是过热制冷剂蒸汽。这会导致在冷凝器盘管3和相对管道中有更多的液体充灌量。这类系统也可以在例如穿过热回收交换器的水温太低时采用附加设备来调节水流并限制热交换容量。
虽然图1的串行设备在某些情况下可以提供简单可靠的回路结构，但是由于没有控制，可能需要相对大的接收器6来处理会填充冷凝器盘管3的显著较大的制冷剂充灌量。例如，图1的系统可以采用大约25Kg的制冷剂来提供由冷凝器盘管3进行制冷和由热回收交换器10进行热回收的合适容量。
图2是一种热回收系统的示意图，该热回收系统具有使用并行流动运行的流体回路。
在图2中，该实例也是具有热回收性能的风冷。在并行流动连接中，热回收交换器10与冷凝器盘管3并行。在图2中，各部件包括一个或多个压缩机1、(多个)风扇2、冷凝器盘管3、电磁阀4、过冷段5、制冷剂接收器6、止回阀7、角阀8、电磁阀9、热回收交换器10、过滤器和干燥器11、膨胀阀12以及蒸发器13。当在较低环境温度下进行制冷时，例如，上述系统采用大量制冷剂来保持稳定性，热回收容量也可以是相对低的。因此，在正常热回收设计中，较大的接收器用来对不同条件下的制冷剂量差异进行平衡。这可能发生在例如相对低的环境温度下，此时进入冷凝器盘管3的制冷剂非常快速地变成液体。相比于串行设计，热回收容量可以是相对大的并可以比串行设计使用相对更少的制冷剂，例如在某些情况下大约15－16Kg。然而，在并行设计中，上述流体回路或者用于热回收(例如，阀9打开并且阀4关闭)，或者用于制冷(阀9关闭并且阀4打开)，可能不能如通常那样同时运行制冷和制热功能。
在串行设计(图1)和并行设计(图2)中，接收器6都没有提供液体/蒸汽分离性能。
图3是一种热回收系统的一个实施例的示意图，该热回收系统具有在到冷凝器的蒸汽进口的蒸汽进口管路上使用液体分离器的流体回路。
图3的设计可以改善热回收容量、减少制冷剂充灌量并保持运行稳定性。
图3示出了改进的热回收流体回路，其同时包括串行类型和并行类型的优点，例如同时进行制冷和热回收(例如图1)并具有良好的容量(例如图2)，但是进一步改进为需要相对更少的制冷剂充灌量。在某些实施例中，所需要的制冷剂充灌量比并行流动更少并且可以低至10Kg或大约10Kg。在图3中，各部件包括一个或多个压缩机1、热回收交换器10、液体分离器6、流动控制设备例如电磁阀或并行的电磁阀4、(多个)风扇2、盘管3的冷凝段、止回阀7、过冷器5、控制分离器中的液面高度的阀9、角阀8、过滤器和干燥器11、膨胀设备12、蒸发器13。可以理解，液体分离器6中的压力高于止回阀7的出口，因此液体流动不会从冷凝器3回到液体分离器6。
可以理解，液体分离器的液体出口与系统的部件而不是与冷凝器的进口流体连通。在一个实施例中，热回收系统不包括过冷段5。在图3中，可以理解，过冷段5可以从该系统移除。如果没有过冷段5，液体分离器6中的液体可以流过阀9并直接流入角阀8或者流到与膨胀设备流体连通的另一条管路。
在一个实施例中，冷凝器3包括与过冷段流体连通的冷凝段。冷凝器的进口通向上述冷凝段，上述过冷段是与上述液体分离器的液体出口流体连通的部件。该构造如图3所示。
如图3所示，上述冷凝段包括与液体分离器的蒸汽出口流体连通的进口，上述过冷段包括与上述液体分离器的液体出口流体连通的进口。上述热回收系统包括与上述冷凝器的过冷段流体连通的膨胀设备，以及与上述膨胀设备和上述压缩机流体连通的蒸发器。
在某些设计中，压力调节阀或多个压力调节阀7提供了这类功能。例如，阀7是止回阀，该止回阀确保制冷剂从冷凝器3流出。可以理解，阀7可以被改变为具有可变流量的调节阀，使得穿过冷凝器3的流动速率可以被改变，从而改变通过冷凝器3的热传递。穿过冷凝器的流量越少，则穿过阀9的流量越多，从而在某些情况下会导致更多制冷剂在热回收交换器10中进行冷凝以提供更多热回收。可以理解，调节阀可以用作流动控制设备4。它的功能与使用调节阀作为阀7相同。潜在的不同之处在于尺寸和成本。
用如图3所示的设计，上述系统可以使用比图1和2中的接收器相对更小的容器，其中图3的接收器6相比之下提供蒸汽/液体分离。由于热回收交换器10的进口只有蒸汽并且冷凝器盘管3由于从分离器6的蒸汽出口接收蒸汽而将不包含同样多的制冷剂，因此这可以在使用相对少量的制冷剂充灌量时提供环境益处。
通过调整压力调节阀和风扇速度，可以得到不同的热回收容量。并且制造成本可以接近串行类型设计。可以理解，在有成本限制时，以及在不需要高容量热回收或者环境温度总是很高的地方，流动控制设备或阀4可以被移除。
在一个实施例中，对控制项1和2进行进一步说明。
1.当仅有制冷时，流动控制设备4例如电磁阀被打开。制冷剂从压缩机1被排出到热回收交换器10、然后到液体分离器6、然后到盘管3的冷凝段、然后进入盘管的过冷段5、然后传到膨胀设备(例如阀)、然后进入蒸发器13进行制冷。流动控制设备9例如电磁阀可以被打开以降低油进入液体分离器6的风险。
在一个实施例中，可以理解，上述流动控制设备也可以是由液体分离器6中的液面高度进行控制的一个阀。
在一个实施例中，上述流动控制设备可以是浮动阀并内置在上述接收器中。
2.如果上述流动控制设备4包括并行的多个阀例如电磁阀，则(多个)不同阀可以被打开以得到不同的热回收容量。在一个实施例中，上述流动控制设备可以是可控的和/或分级的设备，该可控的和/或分级的设备不形成多个阀的结构、但是提供容量管理。一些制冷剂穿过热回收交换器10，可以得到不同级别的制热容量，包括相对较低级别的制热容量。各风扇2通过压差进行调整。
各方面：各方面1至8中的任一方面可以与各方面9至14中的任一方面相结合。
方面1.一种热回收系统，其特征在于，包括：
压缩机；
热回收交换器，所述热回收交换器与所述压缩机流体连通；
液体分离器，所述液体分离器与所述热回收交换器流体连通，所述液体分离器包括蒸汽出口和液体出口；
冷凝器，所述冷凝器具有与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通的进口，所述液体分离器的液体出口与所述系统的部件而不是与所述冷凝器的进口流体连通，其中来自所述液体出口的液体在所述冷凝器的下游流动；
膨胀设备，所述膨胀设备与所述冷凝器和所述部件流体连通；以及
蒸发器，所述蒸发器与所述膨胀设备和所述压缩机流体连通。
方面2.根据方面1所述的热回收系统，其特征在于，还包括流动控制设备，所述流动控制设备位于所述液体分离器的蒸汽出口与所述冷凝器的进口之间，所述流动控制设备与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通并与所述冷凝器的进口流体连通。
方面3.根据方面2所述的热回收系统，其特征在于，位于所述液体分离器与所述冷凝器之间的流动控制设备是以下中的一种：电磁阀、处于并行流动的多个电磁阀，以及分级设备。
方面4.根据方面1至3中任一项所述的热回收系统，其特征在于，还包括流动控制设备，所述流动控制设备位于所述液体分离器与所述部件之间，所述流动控制设备与所述液体分离器的液体出口流体连通并与所述部件的进口流体连通。
方面5.根据方面4所述的热回收系统，其特征在于，位于所述液体分离器与所述部件之间的流动控制设备是以下中的一种：电磁阀、处于并行流动的多个电磁阀，以及分级设备。
方面6.根据方面1至5中任一项所述的热回收系统，其特征在于，所述热回收交换器仅通过所述液体分离器的蒸汽出口与所述冷凝器的进口流体连通。
方面7.根据方面1至6中任一项所述的热回收系统，其特征在于，所述冷凝器的进口不与所述系统的液体管路流体连通。
方面8.根据方面1至7中任一项所述的热回收系统，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝段和过冷段，所述冷凝器的进口通向所述冷凝段，所述过冷段是与所述液体分离器的液体出口流体连通的所述部件。
方面9.一种在制冷模式和热回收模式下流体流过流体回路的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将工作流体压缩成压缩气体；
将所述工作流体从压缩机导向与所述压缩机流体连通的热回收交换器；
从穿过所述热回收交换器的工作流体回收热量，所述工作流体包括因回收热量的步骤而产生的一些液体；
将所述工作流体导向与所述热回收交换器流体连通的液体分离器，所述液体分离器包括蒸汽出口和液体出口；
将蒸汽与所述工作流体的液体分离；
将分离的蒸汽导入冷凝器的进口，所述冷凝器的进口与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通；
将来自于所述工作流体的液体导入部件的进口，所述部件的进口与所述液体分离器的液体出口流体连通；
引导所述蒸汽穿过所述冷凝器以将所述蒸汽冷凝成液体，并将由所述冷凝器冷凝的液体和来自于所述部件的液体导向膨胀设备以对所述液体进行膨胀，所述膨胀设备与所述冷凝器流体连通；
将膨胀的液体导向蒸发器以对膨胀的液体进行蒸发，所述蒸发器与所述膨胀设备流体连通；以及
将蒸发的流体导回所述压缩机。
方面10.根据方面9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过使用位于所述液体分离器和所述冷凝器之间的流动控制设备对到所述冷凝器的进口的流量进行控制，所述流动控制设备与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通并与所述冷凝器的进口流体连通。
方面11.根据方面9或10所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤；
通过使用位于所述液体分离器和所述部件之间的流动控制设备对到所述部件的进口的流量进行控制，所述流动控制设备与所述液体分离器的液体出口流体连通并与所述部件的进口流体连通。
方面12.根据方面9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述将分离的蒸汽导入冷凝器的进口的步骤中包括仅通过所述液体分离器的蒸汽出口使所述热回收交换器与所述冷凝器流体连通。
方面13.根据方面9至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述将分离的蒸汽导入冷凝器的进口的步骤中包括所述冷凝器的进口不与所述流体回路的液体管路流体连通。
方面14.根据方面9至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝段和过冷段，所述冷凝器的进口通向所述冷凝段，所述过冷段是与所述液体分离器的液体出口流体连通的所述部件。
本说明书中所使用的术语意欲对各特定实施例进行描述并不意欲进行限制。各术语“一”、“一种”以及“所述”也包括复数形式，除非另外有清晰的说明。
虽然根据各种特定实施例已对各实施例进行了描述，然而本领域的技术人员将会认识到，各实施例也可以在各权利要求的精神和范围内进行修改并实施。

Claims (8)

1.一种具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，包括：
压缩机；
热回收交换器，所述热回收交换器与所述压缩机流体连通；
液体分离器，所述液体分离器与所述热回收交换器流体连通，所述液体分离器包括蒸汽出口和液体出口；
冷凝器，所述冷凝器具有与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通的进口，所述液体分离器的液体出口与所述系统的部件而不是与所述冷凝器的进口流体连通，其中来自所述液体出口的液体在所述冷凝器的下游流动；
膨胀设备，所述膨胀设备与所述冷凝器和所述部件流体连通；以及
蒸发器，所述蒸发器与所述膨胀设备和所述压缩机流体连通。
2.根据权利要求1所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，还包括流动控制设备，所述流动控制设备位于所述液体分离器的蒸汽出口与所述冷凝器的进口之间，所述流动控制设备与所述液体分离器的蒸汽出口流体连通并与所述冷凝器的进口流体连通。
3.根据权利要求2所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，位于所述液体分离器与所述冷凝器之间的流动控制设备是以下中的一种：电磁阀、处于并行流动的多个电磁阀，以及分级设备。
4.根据权利要求1所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，还包括流动控制设备，所述流动控制设备位于所述液体分离器与所述部件之间，所述流动控制设备与所述液体分离器的液体出口流体连通并与所述部件的进口流体连通。
5.根据权利要求4所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于， 位于所述液体分离器与所述部件之间的流动控制设备是以下中的一种：电磁阀、处于并行流动的多个电磁阀，以及分级设备。
6.根据权利要求1所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，所述热回收交换器仅通过所述液体分离器的蒸汽出口与所述冷凝器的进口流体连通。
7.根据权利要求1所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，所述冷凝器的进口不与所述系统的液体管路流体连通。
8.根据权利要求1所述的具有液体分离器应用的热回收系统，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝段和过冷段，所述冷凝器的进口通向所述冷凝段，所述过冷段是与所述液体分离器的液体出口流体连通的所述部件。
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