CN207299596U - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热泵系统。该热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，热泵系统包括压缩机、二氧化碳气体冷却器、蒸发器、储气罐和化霜管路，冷却器进口与压缩机的排气口相连，蒸发器进口与冷却器出口相连，储气罐连接在压缩机的吸气口与蒸发器出口之间，化霜管路能够选择性地将压缩机的排气口连通至蒸发器进口，且化霜管路配置成：在连通压缩机的排气口与蒸发器进口后能够连续可变地调节化霜管路内的冷媒流量。根据本实用新型的热泵系统，通过设置化霜管路，可以控制进入蒸发器的冷媒状态，使热泵系统快速除霜，保证热泵系统在低温工况下能够高效、稳定运行，由此，热泵系统具有很强的实用性，可以在严寒地区使用，有利于加速其推广应用。

Description

热泵系统

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种以二氧化碳作为系统循环冷媒的空气源热泵系统。

背景技术

在人类能源危机和环境危机的双重压力下，节能减排已经成为人们备受关注的话题。热泵是一种基于逆卡诺循环的高效节能装置，其从低位热源中吸取热量，并将热量传递给高位热源。对于常用的二氧化碳(即CO2)空气源热泵来讲，由于地区温度的原因，其在北方地区的应用受到了一定限制，主要是由于冬季机组融霜有一定的困难。

目前应用在CO2空气源热泵上的除霜方式有逆向循环除霜和热气旁通除霜。逆向循环除霜需要增添四通换向阀来改变制冷剂流向，使机组由制热工况转换为制冷工况，除霜期间原有的热水温度会降低，除霜损失相当于两倍除霜时间的停机，机组供热量下降10％左右，并且由于四通换向阀的耐压技术不成熟且成本较高，因此逆向循环除霜应用较少。

现有的热气旁通除霜方式，不改变制冷剂的流向，机组在除霜过程中保持制热工况，压缩机排出的高温气体直接旁通一部分至室外换热器中进行融霜。此种除霜方式由于高压侧冷媒的热量还是来自于蒸发器中吸收的热量，当气温较低，除霜不够快时，将没有足够热量吸收，会使主机进入保护性停机状态。如采用简单的旁通之路，易产生压缩机液击现象。同时，在除霜过程中，因压缩机的排气量减少，会影响加热热水的效果，无法满足正常热水量的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本实用新型提出一种热泵系统，能够实现快速除霜，保证热泵稳定运行。

根据本实用新型实施例的热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，所述热泵系统包括：压缩机；二氧化碳气体冷却器，所述二氧化碳气体冷却器具有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述压缩机的排气口相连；蒸发器，所述蒸发器具有蒸发器进口和蒸发器出口，所述蒸发器进口与所述冷却器出口相连；储气罐，所述储气罐连接在所述压缩机的吸气口与所述蒸发器出口之间；以及化霜管路，所述化霜管路能够选择性地将所述压缩机的排气口连通至所述蒸发器进口，且所述化霜管路配置成：在连通所述压缩机的排气口与所述蒸发器进口后能够连续可变地调节所述化霜管路内的冷媒流量。

根据本实用新型实施例的热泵系统，通过设置化霜管路，可以控制进入蒸发器的冷媒状态，使热泵系统快速除霜，保证热泵系统在低温工况下能够高效、稳定运行。

根据本实用新型的一些实施例，所述蒸发器与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有开度可调的节流装置。

进一步地，所述蒸发器与所述节流装置之间设置有蒸发器进口段管路，所述节流装置与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有冷却器出口段管路。

具体地，所述化霜管路包括：第一段和第二段，所述第一段与所述排气口相连且与所述冷却器出口段管路并联设置，所述节流装置连接在所述第一段与所述第二段之间，所述第二段还与所述蒸发器进口相连。

进一步地，所述第二段与所述蒸发器进口段管路为同一管路。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一段上设置有通断阀。

可选地，所述节流装置为膨胀阀。

根据本实用新型的一些实施例，所述二氧化碳气体冷却器内具有供二氧化碳流动的内管和供换热液体流动的外管，所述外管套设在所述内管上并与所述内管之间限定出换热液体流道。

附图说明

图1是热泵系统的示意图。

附图标记：

热泵系统10、压缩机1、吸气口11、排气口12、二氧化碳气体冷却器2、冷却器进口21、冷却器出口22、蒸发器3、蒸发器进口31、蒸发器出口32、储气罐4、第一段51、第二段(蒸发器进口段管路)52、节流装置(膨胀阀)6、膨胀阀进口61、膨胀阀出口62、冷却器出口段管路7、通断阀8。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

下面结合图1详细描述根据本实用新型实施例的热泵系统10。

根据本实用新型实施例的热泵系统10选用二氧化碳作为系统循环冷媒，二氧化碳因其性质稳定、容易获得、GWP＝1和ODP＝0以及良好的热力学特性，成为空气源热泵系统10工质(冷媒)的最佳选择。

此处需要说明的是，GWP(Global Warming Potential)，表示全球变暖潜能值，ODP(Ozone Depletion Potential)表示消耗臭氧潜能值，ODP值和GWP值越小，则冷媒对环境的影响越小。

参照图1所示，根据本实用新型实施例的热泵系统10可以包括压缩机1、二氧化碳气体冷却器2、蒸发器3、储气罐4以及化霜管路(即后面将要提到的第一段51和第二段52)。

二氧化碳气体冷却器2具有冷却器进口21和冷却器出口22，冷却器进口21与压缩机1的排气口12相连。从压缩机1出来的高温高压冷媒进入二氧化碳气体冷却器2后，在热传递的作用下，会将大部分热量传递给二氧化碳气体冷却器2，而二氧化碳气体冷却器2通过热交换又可以将热量传给其它装置，在具体实施例中，其它装置可以是取暖器、热水器、干燥器等，由此，可将本实用新型的热泵系统10应用于建筑采暖、产生活热水、农产品及食品干燥等领域。

蒸发器3具有蒸发器进口31和蒸发器出口32，蒸发器进口31与冷却器出口22相连。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

储气罐4连接在压缩机1的吸气口11与蒸发器出口32之间。

化霜管路能够选择性地将压缩机1的排气口12连通至蒸发器进口31，且化霜管路配置成：在连通压缩机1的排气口12与蒸发器进口31后，能够连续可变地调节化霜管路内的冷媒流量，由此可以改变到达蒸发器进口31的冷媒状态，即改变了进入蒸发器3的冷媒状态，当冷媒在蒸发器进口31达到一定状态时，除霜时间会急剧缩短，从而使蒸发器3快速除霜，保证热泵系统10在低温工况下的高效、稳定运行。

参照图1所示，在除霜工况下，冷媒从压缩机1出来后分为两路，一路旁通，即进入化霜管路，另一路进入二氧化碳气体冷却器2所在管路。而在非除霜工况下，化霜管路堵塞，冷媒从压缩机1出来后直接进入二氧化碳气体冷却器2所在管路。

根据本实用新型实施例的热泵系统10，通过设置化霜管路，可以控制进入蒸发器3的冷媒状态，使热泵系统10快速除霜，保证热泵系统10在低温工况下能够高效、稳定运行，由此，热泵系统10具有很强的实用性，可以在严寒地区使用，从而扩大了热泵系统10的应用环境，有利于加速其推广应用。

在本实用新型的一些实施例中，蒸发器3与二氧化碳气体冷却器2之间设置有开度可调的节流装置6。节流装置6可以有效调节进入蒸发器3的冷媒状态。在除霜工况下，节流装置6可将冷媒状态调节成适于快速除霜的状态，从而缩短除霜时间。

进一步地，蒸发器3与节流装置6之间设置有蒸发器进口段管路52，节流装置6与二氧化碳气体冷却器2之间设置有冷却器出口段管路7。化霜管路的一部分与蒸发器进口段管路52是同一条管路。

具体地，化霜管路可以包括：第一段51和第二段52，第一段51与压缩机1的排气口12相连，且第一段51与冷却器出口段管路7并联设置，第二段52与蒸发器进口31相连，节流装置6连接在第一段51与第二段52之间。

进一步地，第二段52与蒸发器进口段管路52为同一管路。

在本实用新型的一些实施例中，第一段51上设置有通断阀8。该通断阀8在非除霜期间关闭，在除霜期间打开。而除霜工况的界定，一般由吸气温度、吸气压力或者吸气压力及其变化幅度等进行界定。

可选地，节流装置6为膨胀阀6。在具体实施例中，膨胀阀6构造为球阀，其开度连续可调，由此可以自由控制调节冷媒的流量，以使冷媒的状态满足使用要求。

参照图1所示，冷媒从压缩机1出来后分为两路，一路旁通，如图1中虚线箭头所示，进入化霜管路的第一段51，经过通断阀8可选择地连接至膨胀阀进口61，另一路进入二氧化碳气体冷却器2，如图1中实线箭头所示，在二氧化碳气体冷却器2内释放热量后经冷却器出口段管路7连接至膨胀阀进口61。第一段51与冷却器出口段管路7并联，膨胀阀出口62与蒸发器进口31相连，冷媒在蒸发器3中吸热后进入储气罐4，之后经压缩机1的吸气口11进入压缩机1，经过压缩机1压缩后由压缩机1的排气口12排出。

在本实用新型的一些实施例中，二氧化碳气体冷却器2内具有供二氧化碳流动的内管和供换热液体流动的外管，外管套设在内管上，并且外管与内管之间限定出换热液体流道。从压缩机1出来的高温高压冷媒进入二氧化碳气体冷却器2后，将大部分热量传递给换热液体流道内的换热液体，使得换热液体温度升高，以便后续使用。在一些实施例中，换热液体可以是水，水吸收热量后成为热水，以供用户使用，例如用于建筑取暖、洗浴等。

下面分别介绍根据本实用新型实施例的热泵系统10在非除霜工况时的工作原理和除霜工况时的工作原理。

(1)非除霜工况工作原理

非除霜工况时，通断阀8关闭，冷媒经二氧化碳气体冷却器2换热后进入膨胀阀6。通过控制膨胀阀6的开度，使膨胀阀出口62处的冷媒状态达到制热工况的设计要求，该状态冷媒进入蒸发器3内，吸热后经储气罐4进入压缩机1再被压缩，如此循环往复完成制热循环。

(2)除霜工况工作原理

除霜工况时，通断阀8开启，冷媒的一部分经旁通的第一段51管路流经通断阀8，另一部分经二氧化碳气体冷却器2进入膨胀阀6。通过控制膨胀阀6的开度，使膨胀阀出口62处的冷媒状态达到除霜工况的设计要求，该状态冷媒进入蒸发器3，可使热泵系统10快速除霜，从而缩短热泵系统10的除霜时间，提高热泵系统10的运行性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统选用二氧化碳作为系统循环冷媒，所述热泵系统包括：

压缩机；

二氧化碳气体冷却器，所述二氧化碳气体冷却器具有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述压缩机的排气口相连；

蒸发器，所述蒸发器具有蒸发器进口和蒸发器出口，所述蒸发器进口与所述冷却器出口相连；

储气罐，所述储气罐连接在所述压缩机的吸气口与所述蒸发器出口之间；以及

化霜管路，所述化霜管路能够选择性地将所述压缩机的排气口连通至所述蒸发器进口，且所述化霜管路配置成：在连通所述压缩机的排气口与所述蒸发器进口后能够连续可变地调节所述化霜管路内的冷媒流量。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述蒸发器与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有开度可调的节流装置。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述蒸发器与所述节流装置之间设置有蒸发器进口段管路，所述节流装置与所述二氧化碳气体冷却器之间设置有冷却器出口段管路。

4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述化霜管路包括：第一段和第二段，所述第一段与所述排气口相连且与所述冷却器出口段管路并联设置，所述节流装置连接在所述第一段与所述第二段之间，所述第二段还与所述蒸发器进口相连。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于，所述第二段与所述蒸发器进口段管路为同一管路。

6.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于，所述第一段上设置有通断阀。

7.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述节流装置为膨胀阀。

8.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述二氧化碳气体冷却器内具有供二氧化碳流动的内管和供换热液体流动的外管，所述外管套设在所述内管上并与所述内管之间限定出换热液体流道。