CN214469331U

CN214469331U - 热泵系统

Info

Publication number: CN214469331U
Application number: CN202022591867.2U
Authority: CN
Inventors: 韩年生; 项宇
Original assignee: Emerson Climate Technologies Suzhou Co Ltd
Current assignee: Copeland Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2030-11-10

Abstract

本实用新型提供一种热泵系统，包括工质循环主路径，在工质循环主路径中沿着制冷剂的流动方向依次布置有压缩机、冷凝器、主路膨胀阀和蒸发器，在工质循环主路径中，冷凝器与主路膨胀阀之间还设置有节流装置和冷却装置。根据本实用新型的热泵系统通过节流装置的节流降压作用以及冷却装置的冷却作用，能够有效降低系统中的膨胀阀前的制冷剂温度。

Description

热泵系统

技术领域

本实用新型涉及热泵系统领域，更具体地，涉及一种具有二次节流装置的高温热泵系统。

背景技术

本部分提供了与本实用新型相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。

目前在100℃以上烘干应用中通常采用电加热、燃气、燃油等传统的干燥器，但传统的干燥器存在易燃、易爆、耗能严重等问题。高温热泵机组作为高能效、环保的新能源技术，能够从低品位的水源或空气源中吸收热量，将制冷剂直接压缩至高压，最终产生100℃以上的热风或热水，从而替代传统的干燥器。高温热泵系统主要包括由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器依次连接而构成的工质循环路径。

在高温热泵系统中，膨胀阀前的制冷剂温度可能超过110℃，最高可达135℃，而一般膨胀阀的最高耐受温度则为70℃。如果采用特制的膨胀阀，则会导致成本的增加。因此，膨胀阀的耐受温度限制了高温热泵系统的大规模推广应用。

因此，需要提供一种改进的高温热泵系统，以降低膨胀阀前的制冷剂温度，从而保证膨胀阀在安全范围内运行。

实用新型内容

在本部分中提供本实用新型的总体概要，而不是本实用新型完全范围或本实用新型所有特征的全面公开。

本实用新型的目的提供一种简单、可靠、低成本的高温热泵系统，该高温热泵系统采用二次节流装置，使得系统中的膨胀阀前的制冷剂温度降低，从而在采用常规膨胀阀的情况下应用高温热泵系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种热泵系统，该热泵系统包括工质循环主路径，在工质循环主路径中沿着制冷剂的流动方向依次布置有压缩机、冷凝器、主路膨胀阀和蒸发器，其中，在工质循环主路径中，冷凝器与主路膨胀阀之间还设置有节流装置和冷却装置。

可选地，冷凝器、节流装置、冷却装置和主路膨胀阀沿着制冷剂的流动方向依次布置。

可选地，节流装置构造为毛细管、针阀、球阀或热力膨胀阀。

可选地，冷却装置构造为换热器，该换热器为制冷剂-水换热器或者制冷剂-空气换热器。

可选地，换热器中的制冷剂通过蒸发器的冷量进行冷却。

可选地，热泵系统还包括补气辅路，冷却装置构造为经济器，经济器为制冷剂-制冷剂换热器，在经济器中包括作为工质循环主路径的一部分的中温制冷剂通道和作为补气辅路的一部分的低温制冷剂通道。

可选地，压缩机构造为喷气增焓压缩机，包括吸气口、排气口和补气口，补气辅路从工质循环主路径的位于经济器下游的分支点延伸、经过低温制冷剂通道然后连接至补气口。

可选地，在补气辅路中，分支点与低温制冷剂通道的入口之间还设置有辅路膨胀阀。

可选地，在补气辅路中，进入低温制冷剂通道的制冷剂为气液混合态的制冷剂，从低温制冷剂通道排出的制冷剂为气态的制冷剂。

可选地，在工质循环主路径中，从节流装置排出的制冷剂为气液混合态的制冷剂，从冷却装置中排出的制冷剂为液态的制冷剂。

总体上，根据本实用新型的高温热泵系统至少带来以下有益效果：根据本实用新型的高温热泵系统通过节流装置的节流降压作用以及冷却装置的冷却作用，能够有效降低系统中的膨胀阀前的制冷剂温度，从而保证膨胀阀在安全范围内运行。并且，本实用新型的高温热泵系统中设置的部件数量较少、结构简单、采用常规膨胀阀即可以满足需要，具有较高的成本效益。

附图说明

根据以下参照附图的详细描述，本实用新型的前述及另外的特征和特点将变得更加清楚，这些附图仅作为示例并且不一定是按比例绘制。在附图中采用相同的参考标记指示相同的部件，在附图中：

图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的高温热泵系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型的第二实施方式的高温热泵系统的示意图；以及

图3示出了根据本实用新型的第三实施方式的高温热泵系统的示意图。

具体实施方式

现在将结合附图1-3对本实用新型的优选实施方式进行详细描述。以下的描述在本质上只是示例性的而非意在限制本实用新型及其应用或用途。在各视图中，相对应的构件或部分采用相同的参考标记。

图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的高温热泵系统的示意图，该高温热泵系统包括主要由压缩机1、冷凝器2、主路膨胀阀6和蒸发器7依次通过管道连接构成的工质循环主路径(在附图中箭头表示制冷剂的流向)。另外，在主路膨胀阀6的上游、冷凝器2与主路膨胀阀6之间的路径中还设置有毛细管3和经济器4。也就是说，对于根据本实用新型的第一实施方式的高温热泵系统，压缩机1、冷凝器2、毛细管3、经济器4、主路膨胀阀6和蒸发器7沿着工质的流动方向依次布置在工质循环主路径中。其中，冷凝器2和蒸发器7构造为制冷剂-水换热器或者制冷剂-空气换热器，具有用于工质循环主路径中的制冷剂通过的制冷剂通道和用于工质循环主路径以外的介质(例如水或空气)通过的介质通道。

另外，该高温热泵系统还包括补气辅路。该补气辅路可以布置有辅路膨胀阀5和经济器4。经济器4构造为制冷剂-制冷剂换热器。在经济器4中包括作为工质循环主路径的一部分的中温制冷剂通道和作为补气辅路的一部分的低温制冷剂通道。在具有补气辅路的高温热泵系统中，压缩机1构造为喷气增焓压缩机，与普通压缩机相比，喷气增焓压缩机除了具有吸气口12和排气口11之外，还具有补气口13。在工质循环主路径中还包括位于经济器4下游、经济器4与主路膨胀阀6之间的路径上的分支点46。补气辅路从该分支点46开始延伸，经过低温制冷剂通道并最终连接至压缩机1的补气口13(在附图中箭头表示制冷剂的流向)，辅路膨胀阀5设置在该分支点46与低温制冷剂通道的入口43之间的路径上。

在工质循环主路径中，从压缩机1排出的高温高压制冷剂气体经由管道进入冷凝器2，在冷凝器2中对其冷却介质通道中的空气或水加热、产生例如用于烘干的100℃以上的热风或热水后从冷凝器2排出。从冷凝器2中排出的制冷剂相较于从压缩机1排出的制冷剂从气态转变为液态，但仍然可以具有例如110℃以上的温度。接着，该高温高压制冷剂液体流经毛细管3，通过毛细管3的节流降压作用，从毛细管3排出的制冷剂的温度降低、压力下降，其中一部分(比如，少部分)制冷剂闪发为气态制冷剂。由此，经由毛细管3将高温高压制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂。来自毛细管3的制冷剂通过中温制冷剂通道入口41进入经济器4的中温制冷剂通道，并通过中温制冷剂通道出口42排出经济器4(此时制冷剂可以完全变为液态)。从中温制冷剂通道的出口排出经济器4的制冷剂中的一部分(下称第一制冷剂部分)直接进入主路膨胀阀6，并经过主路膨胀阀6的进一步降温降压而转变为低温低压的制冷剂液体。随后，该低温低压的制冷剂液体进入蒸发器7，在蒸发器7中被气化为制冷剂气体后进入压缩机1的进气口12。

从中温制冷剂通道的出口42排出经济器4的制冷剂中的另一部分(下称第二制冷剂部分)从工质循环主路径上的分支点46进入补气辅路，依次经过辅路膨胀阀5、经济器4中的低温制冷剂通道并回到压缩机1的与中压部位连通的补气口13。经过辅路膨胀阀5节流后，第二制冷剂部分的温度和压力均降低，从液态制冷剂转变为气液混合态制冷剂。因此，当第二制冷剂部分随后通过低温制冷剂通道入口43进入经济器4的低温制冷剂通道时，第二制冷剂部分与中温制冷剂通道中的制冷剂发生热交换，从而降低中温制冷剂通道中的制冷剂的温度，使其从气液混合态的制冷剂转变为液态制冷剂(即将经由毛细管3闪发的制冷剂气体冷却为过冷的制冷剂液体)。另外，从低温制冷剂通道出口44排出的第二制冷剂的温度还被适当地提高，使其从气液混合态的制冷剂转变为气态制冷剂并最终输送回压缩机1的补气口13。

在根据本实用新型的第一实施方式的高温热泵系统中，工质循环主路径设置有包括毛细管3和主路膨胀阀6的二次节流装置以及位于主路膨胀阀6前的冷却装置(经济器4)。一方面，通过在主路膨胀阀6的上游设置毛细管3，将高温高压的制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂；另一方面，利用经济器4将经由毛细管3闪发的制冷剂气体冷却为过冷的制冷剂液体，从而对工质循环主路径中的制冷剂(第一制冷剂部分)进行节流前(主路膨胀阀6前)降温，以将主路膨胀阀6前的制冷剂温度降低至膨胀阀的耐受温度范围内，从而保证膨胀阀的可靠运行。另外，经济器4还能够对经过辅路膨胀阀5节流的第二工质部分进行预热，以达到合适的中压，提供给压缩机进行二次压缩，从而提高系统效率。

在未设置经济器并且未设置毛细管而仅具有一次节流装置(即主路膨胀阀)的传统的高温热泵系统中，从冷凝器排出的制冷剂通常具有110℃以上的高温，这种高温的制冷剂直接经由管道输送至主路膨胀阀，因此导致主路膨胀阀需要耐受较高的温度才能维持系统稳定、可靠地运行。常规膨胀阀的耐受温度仅为70℃，而采用特制的膨胀阀则将会导致整个系统的制造成本上升。与传统的高温热泵系统相比，根据本实用新型的第一实施方式的高温热泵系统利用毛细管和经济器相互配合，尤其是将毛细管设置在经济器的上游，使得在冷凝器与主路膨胀阀之间的主路循环路径上形成制冷剂的液态-气液混合态-液态的转变，极大地降低了主路膨胀阀前的制冷剂温度，并且经过一次节流之后过冷保证主路膨胀阀前制冷剂全部为液态，从而满足常规膨胀阀的耐温和可靠性要求。由此，高温热泵系统可以采用常规膨胀阀，设计简单、可靠，制造成本低廉。

本实用新型的第二实施方式是在本实用新型的第一实施方式的基础上做出的改型。下面参照图2对本实用新型的第二实施方式进行说明。

与本实用新型的第一实施方式类似，根据本实用新型的第二实施方式的高温热泵系统包括工质循环主路径和补气辅路。具体地，工质循环主路径主要由压缩机1、冷凝器2、经济器4、主路膨胀阀6和蒸发器7依次通过管道连接构成。补气辅路包括辅路膨胀阀5和经济器4，从经济器4的中温制冷剂通道的出口的下游开始，经过低温制冷剂通道并最终连通至压缩机1的补气口13。其中，工质循环主路径和补气辅路中的例如压缩机1等的各装置的构造、布置、连接方式、工作原理均与第一实施方式类似，在此不再重复说明。与第一实施方式不同的是，在第二实施方式中采用针阀3a替代第一实施方式中设置在主路膨胀阀6的上游的毛细管3。也就是说，对于根据本实用新型的第二实施方式的高温热泵系统，压缩机1、冷凝器2、针阀3a、经济器4、主路膨胀阀6和蒸发器7沿着工质的流动方向依次布置在工质循环主路径中。

与第一实施方式中制冷剂的流动和工作状态类似，在工质循环主路径中，从冷凝器2排出的高温高压制冷剂液体流经针阀3a，针阀3a具有与毛细管3类似的节流降压作用，使得从毛细管3排出的制冷剂的温度降低、压力下降，其中一部分制冷剂闪发为气态制冷剂。由此，经由针阀3a将高温高压制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂，然后进入经济器4的中温制冷剂通道。随后制冷剂的流动和工作状态包括在补气辅路中的流动和工作状态均与第一实施方式类似，在此不再重复说明。

也就是说，根据本实用新型的第二实施方式的高温热泵系统具有包括针阀3a和主路膨胀阀6的二次节流装置和设置在主路膨胀阀6前的冷却装置(经济器4)。一方面，通过在主路膨胀阀6的上游设置针阀3a，将高温高压的制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂；另一方面，利用经济器4将经由针阀3a闪发的制冷剂气体冷却为过冷的制冷剂液体，从而对工质循环主路径中的制冷剂(第一制冷剂部分)进行节流前(主路膨胀阀6前)降温。利用针阀和经济器相互配合，尤其是将针阀设置在经济器的上游，使得在冷凝器与主路膨胀阀之间的主路循环路径上形成制冷剂的液态-气液混合态-液态的转变，极大地降低了主路膨胀阀前的制冷剂温度，并且经过一次节流之后过冷保证主路膨胀阀前制冷剂全部为液态，从而满足常规膨胀阀的耐温和可靠性要求。由此，高温热泵系统可以采用常规膨胀阀，设计简单、可靠，制造成本低廉。

另外，本领域技术人员可以理解的是，针阀3a也可以替换为球阀、热力膨胀阀等具有类似的节流降压效果的其他节流装置。

本实用新型的第三实施方式是在本实用新型的第一实施方式的基础上做出的另一改型。下面参照图3对本实用新型的第三实施方式进行说明。

根据本实用新型的第三实施方式的高温热泵系统包括主要由压缩机1、冷凝器2、主路膨胀阀6和蒸发器7依次通过管道连接构成的工质循环主路径(在附图中箭头表示制冷剂的流向)。另外，在主路膨胀阀6的上游、冷凝器2与主路膨胀阀6之间的路径中还设置有毛细管3和换热器4b。也就是说，对于根据本实用新型的第三实施方式的高温热泵系统，压缩机1、冷凝器2、毛细管3、换热器4b、主路膨胀阀6和蒸发器7沿着工质的流动方向依次布置在工质循环主路径中。其中，冷凝器2、换热器4b和蒸发器7均构造为制冷剂-水换热器或者制冷剂-空气换热器，具有用于工质循环主路径中的制冷剂通过的制冷剂通道和用于工质循环主路径以外的介质(例如水或空气)通过的介质通道。

与第一实施方式不同的是，该高温热泵系统不具有补气辅路，压缩机1可以构造为仅具有吸气口12和排气口11的常规压缩机。

与第一实施方式中制冷剂的流动和工作状态类似，在工质循环主路径中，从压缩机1的排气口11排出的高温高压制冷剂气体经由管道进入冷凝器2，在冷凝器2中对其冷却介质通道中的空气或水加热、产生例如用于烘干的100℃以上的热风或热水后从冷凝器2排出。从冷凝器2排出的高温高压制冷剂液体流经毛细管3，通过毛细管3的节流降压作用，使得从毛细管3排出的制冷剂的温度降低、压力下降，其中一部分制冷剂闪发为气态制冷剂。由此，经由毛细管3将高温高压制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂。与第一实施方式不同的是，来自毛细管3的制冷剂进入换热器4b中的制冷剂通道，制冷剂通道中的制冷剂与介质通道中的介质(空气或水)发生热交换，从而降低制冷剂的温度，使其从气液混合态的制冷剂转变为液态制冷剂(即将经由毛细管3闪发的制冷剂气体冷却为过冷的制冷剂液体)。另外，本领域技术人员可以理解的是，对于换热器4b，还需要设置诸如风机或水泵的动力装置来驱动介质在换热器4b的介质通道中流动，从而对制冷剂进行冷却。随后，从换热器4b中排出的液态制冷剂进入主路膨胀阀6，并经过主路膨胀阀6的进一步降温降压而转变为低温低压的制冷剂液体。随后，该低温低压的制冷剂液体进入蒸发器7，在蒸发器7中被气化为制冷剂气体后进入压缩机1的进气口12。

另外，在换热器4b中用于与制冷剂进行热交换的介质可以是从蒸发器7中排出的、已经在蒸发器7中与制冷剂发生热交换后的介质。本领域技术人员可以理解，可以通过管道连接蒸发器7的介质通道的出口和换热器4b的介质通道的入口，将从蒸发器7的介质通道中排出的介质引导通过换热器4b的介质通道，从而利用蒸发器7的冷量来对换热器4b中的制冷剂进行冷却。由此，系统可以避免使用额外的冷源，进一步提高了系统的能效。

根据本实用新型的第三实施方式的高温热泵系统具有包括毛细管3和主路膨胀阀6的二次节流装置和设置在主路膨胀阀6前的冷却装置(换热器4b)。一方面，通过在主路膨胀阀6的上游设置毛细管3，将高温高压的制冷剂液体转变为中温中压的气液混合态的制冷剂；另一方面，利用换热器4b将经由毛细管3闪发的制冷剂气体冷却为过冷的制冷剂液体，从而对工质循环主路径中的制冷剂进行节流前(主路膨胀阀6前)降温。利用毛细管和换热器相互配合，尤其是将毛细管设置在换热器的上游，使得在冷凝器与主路膨胀阀之间的主路循环路径上形成制冷剂的液态-气液混合态-液态的转变，极大地降低了主路膨胀阀前的制冷剂温度，并且经过一次节流之后过冷保证主路膨胀阀前制冷剂全部为液态，从而满足常规膨胀阀的耐温和可靠性要求。由此，高温热泵系统可以采用常规膨胀阀，设计简单、可靠，制造成本低廉。

上文结合具体实施方式描述了根据本实用新型的优选实施方式的高温热泵系统。可以理解，以上描述仅为示例性的而非限制性的，在不背离本实用新型的范围的情况下，本领域技术人员参照上述描述可以想到多种变型和修改。这些变型和修改同样包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种热泵系统，所述热泵系统包括工质循环主路径，在所述工质循环主路径中沿着制冷剂的流动方向依次布置有压缩机、冷凝器、主路膨胀阀和蒸发器，

其特征在于，在所述工质循环主路径中，所述冷凝器与所述主路膨胀阀之间还设置有节流装置和冷却装置。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述冷凝器、所述节流装置、所述冷却装置和所述主路膨胀阀沿着制冷剂的流动方向依次布置。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述节流装置构造为毛细管、针阀、球阀或热力膨胀阀。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述冷却装置构造为换热器，所述换热器为制冷剂-水换热器或者制冷剂-空气换热器。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于，所述换热器中的制冷剂通过所述蒸发器的冷量进行冷却。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括补气辅路，所述冷却装置构造为经济器，所述经济器为制冷剂-制冷剂换热器，在所述经济器中包括作为所述工质循环主路径的一部分的中温制冷剂通道和作为所述补气辅路的一部分的低温制冷剂通道。

7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于，所述压缩机构造为喷气增焓压缩机，包括吸气口、排气口和补气口，所述补气辅路从所述工质循环主路径的位于所述经济器下游的分支点延伸、经过所述低温制冷剂通道然后连接至所述补气口。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，在所述补气辅路中，所述分支点与所述低温制冷剂通道的入口之间还设置有辅路膨胀阀。

9.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于，在所述补气辅路中，进入所述低温制冷剂通道的制冷剂为气液混合态的制冷剂，从所述低温制冷剂通道排出的制冷剂为气态的制冷剂。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的热泵系统，其特征在于，在所述工质循环主路径中，从所述节流装置排出的制冷剂为气液混合态的制冷剂，从所述冷却装置中排出的制冷剂为液态的制冷剂。