CN212205141U - 一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，涉及制冷与空调设备领域，该系统内设置有过冷型经济器回路和翅片盘管专用过冷回路两种制冷剂过冷回路；制冷运行时，制冷剂通过过冷型经济器回路获得过冷能力增效；制热运行时，制冷剂先经翅片盘管过冷段与室外空气热交换得到过冷，然后通过过冷型经济器回路再次获得过冷，保证系统在低环温的情况下能获得较好的过冷能力，实现系统在低环温运行时的稳定制热。本实用新型的有益效果为：改善翅片盘管通风换热效果，延长机组除霜周期，增强制热运行可靠性；采用制热二次过冷模式，提升机组制热性能，特别适合于低环温空气源热泵机组应用，有助于该类机组在北方煤改电推广应用。

Description

一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统

技术领域

本实用新型涉及制冷与空调设备的领域，具体涉及一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统。

背景技术

空气源热泵是一种无需安装机房，不需要冷却水，利用空气为热源，可冷暖两用的空调设备，因空气随时随地可以获取利用，安装与使用方便，空气源热泵在舒适性空调领域得到广泛应用。但空气源热泵在环温10℃以下运行时，翅片盘管表面会积霜，机组需定期除霜，影响机组制热效果，同时随环温下降，压缩机排气量下降，制热能力会衰减，适合于我国长江流域以南夏热冬暖地区使用，在黄河以北地区，普通空气源热泵机组基本上不能使用。

近年来，空气源热泵机组采用经济器增效新技术，大幅提升低环温下制热能力，拓展低环温适用能力，涡旋压缩机采用EVI喷气增焓的经济器技术后，热泵机组已从普通机组的环温-10℃下限拓展至最低环温-25℃，单机双级压缩的螺杆压缩机机组适应的最低环温甚至可达到-35℃以下。目前，我国北方地区大力推行煤改电清洁采暖，低环温强热型热泵机组占据主流，应用势头非常强劲。

现有的低温强热型空气源热泵机组，采用经济器增效技术，一般应用过冷型经济器系统，辅回路由电磁阀、辅回路节流阀及单向阀组成，辅回路制冷剂经节流后形成的低温低压流体，在经济器内部流道内蒸发吸热，高效冷却主回路内来自上游冷凝器的液态制冷剂，在经济器出口主回路制冷剂获得较大的过冷度，国标标准制冷工况运行时过冷度可达10℃以上，制热运行工况可达15℃以上。普通机组过冷度一般为5℃，在采用经济器过冷后，明显提升了过冷度，因此显著提高机组能力。

但低温应用型空气源热泵机组，随环温的下降，机组制热能力衰减很大，主要原因是压缩机排气量即制冷循环流量下降较大，经济器的使用可提高流量10％以上，但无法逆转其下降趋势。如以采用EVI喷气增焓12匹R410A压缩机为例，在使用侧出水温度41℃，环温0℃时压缩机排气量为201.3g/s，环温-12℃时为89.6g/s，环温-20℃时为68.7g/s，环温-25℃时为52g/s。从以上看，随环温下降，压缩机排气量下降非常大，即制冷剂循环流量在下降，而制热运行时翅片盘管换热器与经济器均相当于蒸发器，存在制冷剂循环流量分配问题，机组控制中难于兼顾调节两个蒸发器同时获得较好的换热效果，特别是低环温运行时，因机组制冷循环流量较小，这种分配更加困难，有时出现经济器回路无法获得过冷度，有时出现翅片盘管换热器流量过小换热能力很差，这均导致机组制热性能发挥差。

在冬季低环温下，机组冷凝器出口制冷剂温度与室外空气存在较大温差，例如冷凝器出口制冷剂温度40℃，在空气侧-15℃时，则有55℃温差，存在风冷冷却制冷剂的利用价值。针对低环温下经济器过冷增效方式，使用时在经济器过冷度与翅片盘管换热器的换热效果间难于达到平衡，从而影响实际增效效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，能实现空气源热泵机组全工况高效运行，特别是在低环温下高效可靠制热运行。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，主要由压缩机、四通换向阀、翅片盘管换热器、使用侧换热器、主回路节流阀、干燥过滤器、贮液器、汽液分离器、经济器辅回路节流阀、电磁阀A、若干单向阀及管路与控制回路组成；该系统内设置有过冷型经济器回路和翅片盘管专用过冷回路两种制冷剂过冷回路；所述的经济器、电磁阀、辅回路节流阀及单向阀E组成过冷型经济器回路；所述的翅片盘管换热器底部设置翅片盘管过冷段，所述的翅片盘管过冷段和单向阀C组成翅片盘管专用过冷回路；系统制冷运行时，制冷剂通过过冷型经济器回路获得过冷能力增效；系统制热运行时，制冷剂先经翅片盘管过冷段与室外空气热交换得到过冷，然后通过过冷型经济器回路再次获得过冷，保证系统在低环温的情况下能获得较好的过冷能力，实现系统在低环温运行时的稳定制热。

作为优选的技术方案，所述的贮液器设置在主回路节流阀后的管路上，用于减少制冷时制冷剂的充注量，并保证在翅片盘管换热器内的制冷剂得到过冷。

作为本方案进一步的技术方案，所述的翅片盘管过冷段与经济器之间通过电磁阀B连通，通过打开电磁阀B，实现高环温制热运行时，制冷剂不经过翅片盘管过冷段而直接流向过冷型经济器回路。

本实用新型的有益效果为：

1、与采用传统经济器空气源热泵机组相比，采用制热二次过冷模式，一则可获得稳定的过冷度，二则有效增大过冷能力，从而提升机组制热性能；

2、与采用传统经济器空气源热泵机组相比，通过在翅片盘管底部设置专用过冷回路，可防止翅片盘管底部积霜，抑止融霜水在盘管底部冰冻冻结，改善翅片盘管通风换热效果，延长机组除霜周期，增强制热运行可靠性，改进了低环温运行制热效果；

3、在制冷回路中贮液器作为节流后通道型容器，较位于节流阀前的传统高压贮液器，可降低制冷时机组制冷剂充注量，同时提高翅片盘管换热器过冷度，有助于提升机组制冷能效；

4、与采用传统经济器空气源热泵机组相比，无论制冷与制热运行，均具有较高能效，特别适合于低环温空气源热泵机组应用，可通过自然温差冷却方式获得较稳定过冷度，有助于该类机组在北方煤改电推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为实施例1的结构示意图。

图3为实施例2中带电磁阀控制的翅片盘管过冷回路示意图。

附图标记说明：压缩机1、四通换向阀2、翅片盘管换热器3、翅片盘管过冷段3a、使用侧换热器4、主回路节流阀5、干燥过滤器6、贮液器7、汽液分离器8、经济器9、辅回路节流阀10、电磁阀A11、单向阀A12、单向阀B13、单向阀C14、单向阀D15、单向阀E16、电磁阀B17。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

实施例1：如附图2所示，这种采用双过冷模式的低环温空气源涡旋热泵系统，是一种可适应-25℃低环温运行的低温强热型冷热水机组，主要由压缩机1、四通换向阀2、翅片盘管换热器3、使用侧换热器4、主回路节流阀5、干燥过滤器6、贮液器7、汽液分离器8、经济器9辅回路节流阀10、电磁阀A11、若干单向阀及管路与控制回路组成；该系统内设置有过冷型经济器回路和翅片盘管专用过冷回路两种制冷剂过冷回路；所述的经济器9、电磁阀11、辅回路节流阀10及单向阀E16组成过冷型经济器回路；所述的翅片盘管换热器3底部设置翅片盘管过冷段3a，所述的翅片盘管过冷段3a和单向阀C14组成翅片盘管专用过冷回路。

其中压缩机1为带EVI喷气增焓高效压缩机，主回路节流阀5及辅回路节流阀10均采用电子膨胀阀节流，翅片盘管换热器3采用直径9.52mm高效内螺纹管与亲水处理铝箔换热器，在其下部设置2个制冷流道作为过冷专用回路的翅片盘管过冷段3a，制冷剂从翅片盘管换热器3内流过与翅片外流过的空气流进行对流换热；采用高效钎焊式板式换热器作为经济器9，其主通道流过来自翅片盘管换热器3的制冷剂液体，辅通道流过辅回路节流阀10节流后饱和制冷剂，二者实现对流换热。

制冷运行时，制冷循环工作流程如下：压缩机1排出的高温高压制冷剂气体经四通换向阀2后，进入翅片盘管换热器3进行风冷冷却，管内制冷剂冷凝放热变为液体并得到过冷后，经单向阀A12，流入经济器9，在经济器通道中实施过冷冷却(经济器启用时)后，可达到所需要的过冷度，之后经干燥过滤器6后进入主回路节流阀5(电子膨胀阀)进行节流降压成为气液两相饱和制冷剂，经单向阀B13进入贮液器7后，再进入下游的使用侧换热器4，蒸发吸收空调循环水中热量使空调水降温，制冷剂则成为低温低压过热气体，经四通换向阀2后进入汽液分离器8，最后回至压缩机1吸气口，从而完成一个制冷循环过程。经济器9的辅回路电磁阀A11在经济器9启用时打开，制冷剂液体进入辅回路节流阀10(电子膨胀阀)进行节流降温降压，在经济器9中从主回路制冷剂液体中吸收热量使主回路制冷剂液体冷却降温获得过冷度，辅回路制冷剂变为过热气体后，经单向阀E16进入涡旋压缩机的EVI喷口。作为优选的技术方案，单向阀16E在辅回路节流阀10可完全关闭时，可以不设置。

作为优选的技术方案，制冷运行模式中，贮液器7不再按传统方式设置在翅片盘管换热器3与主回路节流阀5之间管路中，能减小系统制冷剂充注量，提高制冷时风冷冷却的过冷度，有助于提高制冷性能。而在制热运行时，可充当高压贮液器作用。

制热运行时，制冷循环工作流程如下：压缩机1排出的高温高压制冷剂气体经四通换向阀2换向后，进入使用侧换热器4进行水冷冷却，管内制冷剂冷凝放热将空调水加热后自身被冷却变为高压中温液体，随后进入贮液器7，经单向阀C14进入翅片盘管专用过冷回路的翅片盘管过冷段3a，与空气存在自然温差换热随即被冷却降温，得到一次风冷冷却过冷度，再流入经济器9，经济器启用后，得到一次制冷剂直膨式换热冷却过冷度，使过冷度进一步加大，之后经干燥过滤器6后进入主回路节流阀5进行节流降压成为气液两相饱和制冷剂，之后进入翅片盘管换热器3，蒸发吸收室外空气侧热量使空气降温，制冷剂则成为低温低压过热气体，经四通换向阀2后进入汽液分离器8，最后回至压缩机1吸气口，从而完成一个制热循环过程。经济器9辅回路工作过程与制冷运行相同。在整个制热循环过程中，制冷剂实现两次有效过冷冷却，明显提高了过冷度，从而可提升机组制热性能。

常规的空气源热泵机组，当室外环温在5℃以下制热运行时，翅片盘管换热器表面会积霜，堵塞进风通道，导致制热量下降，机组需定期除霜运行，但除霜会带来使用侧换热器水温下降波动，进而影响用户使用空调的舒适性。特别是在0℃以下的冰冻季节，换热器表面霜层变硬难于融化，同时翅片盘管底部的霜以及融霜水冻结会造成机组制热性能进一步下降。本实施例中，在翅片盘管换热器3底部设置翅片盘管过冷段3a后，管内制冷剂温度远高于0℃，盘管底部不会积霜，也不会形成融霜水冻结堵塞翅片盘管进风通道，因此可改善制热效果，保证制热运行稳定性。

实施例2：如附图3所示，与实施例1不同之处在于，所述的翅片盘管过冷段3a与经济器9之间通过电磁阀B17连通，通过电磁阀B17的通断来控制制热运行时制冷剂是否经过翅片盘管过冷段3a，以降低流动压损。例如在高环温21℃制热运行时，机组制热效果好，用户需求的制热量小，不需要翅片盘管过冷增效，此时可打开电磁阀B17使制冷剂直接流向经济器9主回路。

通过打开电磁阀B17，实现高环温制热运行时，制冷剂不经过翅片盘管过冷段3a而直接流向过冷型经济器回路。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，其特征在于：主要由压缩机(1)、四通换向阀(2)、翅片盘管换热器(3)、使用侧换热器(4)、主回路节流阀(5)、干燥过滤器(6)、贮液器(7)、汽液分离器(8)、经济器(9)辅回路节流阀(10)、电磁阀A(11)、若干单向阀及管路与控制回路组成；该系统内设置有过冷型经济器回路和翅片盘管专用过冷回路两种制冷剂过冷回路；所述的经济器(9)、电磁阀A(11)、辅回路节流阀(10)及单向阀E(16)组成过冷型经济器回路；所述的翅片盘管换热器(3)底部设置翅片盘管过冷段(3a)，所述的翅片盘管过冷段(3a)和单向阀C(14)组成翅片盘管专用过冷回路；系统制冷运行时，制冷剂通过过冷型经济器回路获得过冷能力增效；系统制热运行时，制冷剂先经翅片盘管过冷段(3a)与室外空气热交换得到过冷，然后通过过冷型经济器回路再次获得过冷，保证系统在低环温的情况下能获得较好的过冷能力，实现系统在低环温运行时的稳定制热。

2.根据权利要求1所述的采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，其特征在于：所述的贮液器(7)设置在主回路节流阀(5)后的管路上，用于减少制冷时制冷剂的充注量，并保证在翅片盘管换热器(3)内的制冷剂得到过冷。

3.根据权利要求1所述的采用双过冷模式的低环温空气源热泵系统，其特征在于：所述的翅片盘管过冷段(3a)与经济器(9)之间通过电磁阀B(17)连通，通过打开电磁阀B(17)，实现高环温制热运行时，制冷剂不经过翅片盘管过冷段(3a)而直接流向过冷型经济器回路。

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