CN212901796U - 一种蒸发冷却式热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蒸发冷却式热泵空调系统，涉及空调系统领域，包括压缩机、四通阀、风冷冷凝器、储液器、蒸发器和气液分离器依序连接而成的制冷剂循环回路，蒸发式冷凝器与风冷冷凝器并联设置，蒸发式冷凝器进口经电磁阀与压缩机排气口连接，蒸发式冷凝器出口与储液器进口连接；风冷冷凝器与蒸发器间设有单向阀组件，储液器与主路膨胀阀间设置有经济器，储液器出口管路分为二路，一路与经济器液路进口相连，一路连接辅路膨胀阀后与经济器气路进口相连，经济器液路出口与主路膨胀阀进口连接，经济器气路出口连接压缩机喷气增焓接口形成喷气增焓回路。本实用新型可在宽广环境温度范围内进行制冷和制热运行，同时提升空调制冷和制热性能。

Description

一种蒸发冷却式热泵空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调系统的领域，具体涉及一种能同时提升制冷和制热性能，且能在开机情况下对蒸发式冷凝器进行维护的蒸发冷却式热泵变频空调系统。

背景技术

蒸发式冷凝器是借助一部分液体变成汽态因而放出蒸发潜热来实现冷却作用。由于它省去冷却水在冷凝器中显热传递阶段,使冷凝温度更接近空气的湿球温度,冷凝温度可比冷却塔/水冷式冷凝器系统低3～5℃,压缩机功率比冷却塔/冷凝器系统节省至少10％的功耗。由于其循环水用量减少，冷却水泵功耗大约是普通的冷却塔/冷凝器系统中所需要的水泵功率 25％。蒸发式冷凝器由于其冷凝效果好、节水、节能的特点受到广泛关注。

现有蒸发冷却式热泵空调系统中，有仅带蒸发式冷凝器的蒸发冷却式热泵系统和集成蒸发式冷凝器、风冷冷凝器的蒸发冷却式热泵系统。仅带蒸发式冷凝器的蒸发冷却式热泵系统中，仅有蒸发式冷凝器作热源端，制冷工况下，由于水的蒸发导致整体换热系数较高；在制热工况下，换热面积偏少，制热量仅为相同制冷量的常规风冷热泵制热量的70％，且环境温度低时，水易于冻结不利于空调系统正常制冷/热运行。集成复合式蒸发冷却式热泵系统中，蒸发式冷凝器和风冷冷凝器串联布置，同样在制热工况下，换热面积偏少，制热量仅为相同制冷量的常规风冷热泵制热量的70％。由于蒸发式冷凝器涉及水和空气热交换，为维持蒸发式冷凝器的换热性能需每隔一段时间就对其进行维护，停机进行保养可能就会影响空调场所的空调效果。同时，现有蒸发冷却式热泵空调系统中，侧重于制冷运行性能，对于低于-10℃低温制热鲜有涉及，不利于寒冷地区使用。

因此，如何提高蒸发式热泵空调系统制热性能，拓宽系统运行范围，是本领域技术人员待解决问题。

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，而提供一种蒸发冷却式热泵空调系统，可在宽广环境温度范围内进行制冷和制热运行，同时提升空调制冷和制热性能，保证系统安全、稳定运行。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种蒸发冷却式热泵空调系统，包括压缩机、四通阀、风冷冷凝器、储液器、蒸发器和气液分离器依序连接而成的制冷剂循环回路，蒸发式冷凝器与风冷冷凝器并联设置，该蒸发式冷凝器进口经电磁阀与压缩机排气口连接，蒸发式冷凝器出口与储液器进口连接；所述风冷冷凝器与蒸发器间设有单向阀组件，所述储液器与主路膨胀阀间设置有经济器，该储液器出口管路分为二路，一路与经济器液路进口相连，一路连接辅路膨胀阀后与经济器气路进口相连，经济器液路出口与主路膨胀阀进口连接，经济器气路出口连接压缩机喷气增焓接口形成喷气增焓回路；制冷时，依靠电磁阀切换风冷冷凝器和蒸发式冷凝器运行，实现较宽环境温度范围内稳定制冷，同时实现制冷运行中对蒸发式冷凝器进行日常维护保养；制热时，依靠喷气增焓回路，提高主路膨胀阀前的制冷剂的过冷度，使系统可在更低环境温度进行制热运行。

作为优选的技术方案，所述单向阀组件包括四个单向阀，其中单向阀A和单向阀B同向串接，并在连接处形成第一端口；单向阀C和单向阀D同向串接，并在连接处形成第三端口；单向阀A入口端与单向阀C的入口端连接，并形成第四端口，单向阀B的出口端与单向阀D的出口端相连，并形成第二端口；第一端口与蒸发器液管口相连，第二端口与储液器进口相连，第三端口与风冷冷凝器液管口相连，第四端口与主路膨胀阀出口相连。

作为优选的技术方案，所述压缩机为带喷气增焓的涡旋直流变频压缩机。

作为优选的技术方案，所述风冷冷凝器包括翅片盘管换热器和轴流风机，该轴流风机为双速轴流风机或变速轴流风机。

作为优选的技术方案，所述蒸发式冷凝器包括带冷却水路的布水系统、蒸发冷盘管换热器、填料和变频轴流风机。

作为优选的技术方案，所述蒸发器为板式换热器或壳管式换热器。

作为优选的技术方案，所述经济器为板式换热器。

作为优选的技术方案，所述储液器为单向储液器。

作为优选的技术方案，所述辅路膨胀阀和主路膨胀阀为电子膨胀阀。

本实用新型的有益效果为：制冷时采用蒸发冷却方式降低冷凝温度，提升高环境温度制冷性能，扩展制冷高温运行范围；制热时采用喷气增焓强热技术，提高低环境温度制热性能，扩展制热低温运行范围；即同时提高机组制冷和制热的能力和能效，扩大适用运行环境温度范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为第一种制冷状态工作示意图(图中箭头表示制冷剂流向)。

图3为第二种制冷状态工作示意图(图中箭头表示制冷剂流向)。

图4为制热状态工作示意图(图中箭头表示制冷剂流向)。

附图标记说明：压缩机1、风冷冷凝器2、蒸发式冷凝器3、蒸发器4、气液分离器5、四通阀6、经济器7、储液器8、辅路膨胀阀9、主路膨胀阀10、单向阀A11、单向阀B12、单向阀C13、单向阀D14、电磁阀21。

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：如附图1所示，这种蒸发冷却式热泵空调系统，包括压缩机1、四通阀6、风冷冷凝器2、储液器8、蒸发器4和气液分离器5依序连接而成的制冷剂循环回路，蒸发式冷凝器3与风冷冷凝器2并联设置，该蒸发式冷凝器3进口经电磁阀21与压缩机1排气口连接，蒸发式冷凝器3出口与储液器8进口连接；所述风冷冷凝器2与蒸发器4间设有单向阀组件，所述单向阀组件包括四个单向阀，其中单向阀A11和单向阀B12同向串接，并在连接处形成第一端口；单向阀C13和单向阀D14同向串接，并在连接处形成第三端口；单向阀A11入口端与单向阀C13的入口端连接，并形成第四端口，单向阀B12的出口端与单向阀D14的出口端相连，并形成第二端口；第一端口与蒸发器4液管口相连，第二端口与储液器8进口相连，第三端口与风冷冷凝器2液管口相连，第四端口与主路膨胀阀10出口相连；所述储液器8与主路膨胀阀10间设置有经济器7，该储液器8出口管路分为二路，一路与经济器7液路进口相连，一路连接辅路膨胀阀9后与经济器7气路进口相连，经济器7液路出口与主路膨胀阀 10进口连接，经济器7气路出口连接压缩机1喷气增焓接口形成喷气增焓回路。

作为优选的技术方案，所述压缩机1为带喷气增焓的涡旋直流变频压缩机。

作为优选的技术方案，所述风冷冷凝器2包括翅片盘管换热器和轴流风机，该翅片盘管换热器优选为强化制热性能设计的翅片盘管换热器，提升系统制热性能；该轴流风机为双速轴流风机或变速轴流风机，适应变频压缩机运行，拓宽系统运行范围。

作为优选的技术方案，所述蒸发式冷凝器3包括带冷却水路的布水系统、蒸发冷盘管换热器、填料和变频轴流风机，变频轴流风机用于提升系统在部分负荷时的能效。

作为优选的技术方案，所述蒸发器4为板式换热器或壳管式换热器。

作为优选的技术方案，所述经济器7为板式换热器。

作为优选的技术方案，所述储液器8为单向储液器，储液器8容量设计能平衡制冷、制热运行时系统制冷剂的充注量。

作为优选的技术方案，所述辅路膨胀阀9和主路膨胀阀10为电子膨胀阀。

作为优选的技术方案，所述电磁阀21为耐高温耐高压，且适用于所用制冷剂的电磁阀。电磁阀21适用工作温度120℃，适用设计工作压力4.2MPa，制冷剂为R410A。

本实施例的工作过程：在制冷运行时，电磁阀21开启，压缩机1排气可同时进入风冷冷凝器2和蒸发式冷凝器3。请参照图2，由于蒸发式冷凝器3的变频轴流风机开启且风冷冷凝器2的轴流风机关闭，通过风冷冷凝器2回路的制冷剂冷凝压力高，配合管路设计，利用液态制冷剂液封风冷冷凝器2回路，此时蒸发式冷凝器3的制冷剂回路畅通，而风冷冷凝器2的制冷剂回路不通。制冷优先运行蒸发式冷凝器3，可比运行风冷冷凝器2降低空调机组的冷凝温度13～15度，是目前最优异的冷却方式，制冷量可高20％左右，极大提升空调机组制冷性能，同时结合变频系统优势，可提升系统部分负荷时制冷能效。由于有相对较低的冷凝温度，结合变频系统可降低压缩机排量稳定系统冷凝温度在压缩机允许范围内，使蒸发冷却式热泵系统可在50℃高环境温度下进行制冷稳定运行。

参照图3，在制冷运行时，电磁阀21关闭，压缩机1排气只通过四通阀6进入风冷冷凝器2回路循环，停用蒸发式冷凝器3。此时配合电控设计，可在开机情况下，就对蒸发式冷凝器3进行日常维护保养。在开启辅路膨胀阀9，启用喷气增焓回路，可提高主路膨胀阀10前的制冷剂的过冷度10度以上，喷气增焓技术可提升风冷冷凝制冷能力15％左右，而在相同规格压缩机和相同工况情况下蒸发式冷凝制冷量较风冷冷凝制冷量大20％，即相同工况情况下采用喷气增焓技术的风冷冷凝与采用蒸发式冷凝的制冷量相差仅5％，因此基本上可保证不影响空调正常使用。通过开关电磁阀21切换风冷冷凝器2和蒸发式冷凝器3运行，实现无缝转换，可方便对蒸发式冷凝器3进行保养和维护。同时在低环境温度制冷运行时，由于低温水易冻结，为确保空调系统正常运行，可通过关闭电磁阀21切换到风冷冷凝器2运行模式来消除冰冻影响，并且变频系统可方便调节系统冷凝温度，确保压缩机可正常稳定运行，使蒸发冷却式热泵系统可在-5℃低环境温度下进行制冷稳定运行，在无需对冷却水添加有腐蚀性防冻剂情况下，扩展空调系统制冷运行范围。制冷运行时，采用蒸发冷却技术、变频技术，提高系统制冷能力、能效；通过切换蒸发式冷凝器和风冷冷凝器，使系统可在-5℃～50℃间较宽环境温度范围内稳定运行，同时方便对蒸发式冷凝器的日常维护保养。

请参照图4，在制热运行时，电磁阀21关闭，压缩机1排气通过得电四通阀6转换进入蒸发器4中冷凝换热，再进入风冷冷凝器2中蒸发，后返回压缩机1形成制冷剂循环回路。同时开启辅路膨胀阀9，启用喷气增焓回路，提高主路膨胀阀10前的制冷剂的过冷度10度以上，即采用喷气增焓强热技术提升空调系统制热能力15％左右。由于系采用蒸发式冷凝器3冷凝时，比风冷冷凝器2冷凝时空调系统冷凝温度低13～15度，制冷量可提高20％左右，即相同制冷量情况下采用蒸发式冷凝器的压缩机规格较采用风冷冷凝器2的压缩机规格可小17％；由于制热蒸发温度比制冷蒸发温度低约6度，制冷量低20％左右，但制热时制热量可附加功率消耗量约可提升30％，因此同一压缩机时风冷制热量较风冷制冷量高10％，风冷制热量较蒸发冷制冷量低9％；因此相同制冷量下，相同制热工况的蒸发冷热泵较风冷热泵制热量小 30％左右。目前大多蒸发式热泵系统制热量是相同冷量的风冷热泵制热量70％左右，蒸发式热泵系统的制热量是制冷量的90％左右，若设计过多偏重制冷时比值更低，总之比制冷量低；同时大多采用常规制热系统，运行环境温度范围仅-10～21℃。本实用新型采用变频系统可提升压缩机排量增加性能3％，再增加喷气增焓强热技术后系统过冷度提升10度以上可提升制热性能15％，此时制热量较常规风冷制热量可大18％，采用变频技术和喷气增焓强热技术的风冷制热量较蒸发冷制冷量可大8％，在相同制冷量、相同制热工况下蒸发冷热泵较风冷热泵制热量仅低19％，提升制热性能11％。由此实施例的蒸发冷却式热泵系统制热量是相同冷量的风冷热泵制热量81％左右，蒸发式热泵系统的制热量是制冷量的108％左右，明显提升制热性能。由于系统采用变频技术，可方便调节系统制热时蒸发温度稳定压缩机正常运行，使蒸发冷却式热泵系统在35℃环境温度下可进行制热稳定运行；同时采用喷气增焓强热技术，可使系统制热时蒸发温度低至-30℃，使蒸发冷却式热泵系统在-20℃环境温度下可进行制热稳定运行，极大扩展空调系统制热运行范围。制热运行时，采用变频技术、喷气增焓强热技术，提高系统制热能力、能效；使系统可在-20℃～35℃间较宽环境温度范围内进行制热稳定运行。

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 (9)

1.一种蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：包括压缩机(1)、四通阀(6)、风冷冷凝器(2)、储液器(8)、蒸发器(4)和气液分离器(5)依序连接而成的制冷剂循环回路，蒸发式冷凝器(3)与风冷冷凝器(2)并联设置，该蒸发式冷凝器(3)进口经电磁阀(21)与压缩机(1)排气口连接，蒸发式冷凝器(3)出口与储液器(8)进口连接；所述风冷冷凝器(2)与蒸发器(4)间设有单向阀组件，所述储液器(8)与主路膨胀阀(10)间设置有经济器(7)，该储液器(8)出口管路分为二路，一路与经济器(7)液路进口相连，一路连接辅路膨胀阀(9)后与经济器(7)气路进口相连，经济器(7)液路出口与主路膨胀阀(10)进口连接，经济器(7)气路出口连接压缩机(1)喷气增焓接口形成喷气增焓回路；制冷时，依靠电磁阀(21)切换风冷冷凝器(2)和蒸发式冷凝器(3)运行，实现较宽环境温度范围内稳定制冷；制热时，依靠喷气增焓回路，提高主路膨胀阀(10)前的制冷剂的过冷度。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述单向阀组件包括四个单向阀，其中单向阀A(11)和单向阀B(12)同向串接，并在连接处形成第一端口；单向阀C(13)和单向阀D(14)同向串接，并在连接处形成第三端口；单向阀A(11)入口端与单向阀C(13)的入口端连接，并形成第四端口，单向阀B(12)的出口端与单向阀D(14)的出口端相连，并形成第二端口；第一端口与蒸发器(4)液管口相连，第二端口与储液器(8)进口相连，第三端口与风冷冷凝器(2)液管口相连，第四端口与主路膨胀阀(10)出口相连。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述压缩机(1)为带喷气增焓的涡旋直流变频压缩机。

4.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述风冷冷凝器(2)包括翅片盘管换热器和轴流风机，该轴流风机为双速轴流风机或变速轴流风机。

5.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述蒸发式冷凝器(3)包括带冷却水路的布水系统、蒸发冷盘管换热器、填料和变频轴流风机。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述蒸发器(4)为板式换热器或壳管式换热器。

7.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述经济器(7)为板式换热器。

8.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述储液器(8)为单向储液器。

9.根据权利要求1所述的蒸发冷却式热泵空调系统，其特征在于：所述辅路膨胀阀(9)和主路膨胀阀(10)为电子膨胀阀。

Images