CN108061403A - 一种双向自复叠热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向自复叠热泵***，属于加热技术领域。该双向自复叠热泵***包括压缩机、室内换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置、室外换热器、第一四通阀与第二四通阀；通过对双四通阀端口连通状态的组合，将压缩机、室内换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置及室外换热器组合出均为自复叠流程的制热回路与除霜回路，以在室外换热器出现结霜而影响***的运行效率时进行除霜，且可实现75℃以上的大温差制热，可广泛应用于制热技术领域。

Description

一种双向自复叠热泵***

技术领域

本发明涉及供热***技术领域，具体地说，涉及一种双向自复叠热泵***。

背景技术

以消耗煤炭资源采暖的传统采暖方式因其污染大、效率低且不可再生等问题而引起人们的担忧，解决这些问题的可行方式之一是充分使用空气源热泵技术进行替代传统技术进行采暖，虽然空气源热泵技术取得了突飞猛进，但热泵设备仍以低温热泵为主，通常输出温度低于55℃。

在采用热泵技术对燃煤采暖***进行改造的过程中，为了匹配原采暖***中的室内末端设备，必须输出较高温度的热水，但将目前普遍使用的蒸汽压缩式空气源热泵应用于寒冷地区会存在以下缺陷：制热能力衰减、制热效率降低、压缩机排气温度升高导致热泵不能运行或运行可靠性降低、出风温度低而严重影响室内环境的舒适性。因此，若要将热泵技术应用至寒冷地区，需克服低温环境对其性能的影响。

自复叠制冷/制热技术是一种使用单个压缩机达到大温差制冷/制热的常用技术，现已广泛应用于低温保存箱、低温恒温槽、真空冷冻干燥机、天然气液化装置等多种低温设备及热泵热水器、采暖热泵等多种高温设备，该技术是实现高温热泵大温跨制热的有效途径。自复叠高温热泵出水温度可达80℃以上，压缩机排气温度合适，制热效率远超100％，比传热直接电加热具有明显的节能性。但由于其基于非共沸混合工质运行，中间换热过程存在气液分离等步骤，无法实现普通热泵空调一样的简单反向运行，这对冬季室外温度处于0℃以下时的结霜状况造成了很严重的不利后果。由于室外换热器承担着吸热换热的作用，在结霜的工况下换热性能严重下降，会导致热泵性能和运行状况恶化，不利于热泵的长期使用，因此自复叠热泵通常需要另增一套电热除霜设备，不仅除霜能耗大，且效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向自复叠热泵***，基于双四通阀端口连通状态的组合，以在正常工作时能实现大温差制热，而在必要时可对室外换热器进行除霜，有效地提高了热泵的运行效率及减少成本投资。

为了实现上述目的，本发明提供的双向自复叠热泵***包括压缩机、室内换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置、室外换热器、第一四通阀与第二四通阀；第一四通阀的D端口与压缩机的出口端连接，E端口与室外换热器的进口端连通，S端口与主节流装置的出口端连通，C端口与室内换热器的进口端连通；第二四通阀的D端口与室外换热器的出口端连通，E端口与精馏柱的进口端连通，S端口与室内换热器的出口端连通，C端口与第二回热器冷流体通道的进口端连通；第一回热器的热流体通道的进口端与精馏柱的顶部排气端口连通，冷流体通道的出口端通过精馏柱的釜顶换热器与压缩机的进口端连通；第二回热器的热流体通道的出口端与主节流装置的进口端连通；精馏柱的底部排液端口通过副节流装置与第一回热器的冷流体通道的进口端连通。

通过切换两个四通阀上不同端口连通关系的组合，以使工质沿由压缩机、室内换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置及室外换热器连接成的自复叠流程回路循环流动而对室内环境进行制热，或使工质沿由压缩机、室外换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置及室内换热器连接成的自复叠流程回路循环流动对室外换热器进行除霜，从而可在室外换热器出现结霜时对其进行除霜，以提高热泵的运行效率；同时，该热泵***的制热与除霜过程均为自复叠流程，其基于节流装置与回热器的配合，可有效地提高制热温差与除霜温差。

一个具体的方案为压缩机的两端并联有开机保护管路，开机保护管路包括通过管路依次串联的出口端截止阀、储气罐及进口端截止阀，以使压缩机能低压启动。

另一个具体的方案为精馏柱与压缩机间旁接有分存管路，分存管路包括储液罐，储液罐的一端通过截止阀与精馏柱的底部排液端口连通，另一端通过截止阀与压缩机的进口端连通，以根据实际需要，从回路中分存出部分多余的工质，或在回路中工质偏少时充入部分存储在储液罐中的工质，以满足实际工况需要。此外，可利用该分存管路对工作回路中工质浓度进行调整，以优化工况。

一个优选的方案为节流装置选自手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

另一个优选的方案为压缩机选自变频压缩机或定频压缩机。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构图；

图2为本发明实施例2的结构图；

图3为本发明实施例3的结构图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1，本双向自复叠热泵***包括端口间通过管路连接的压缩机1、室内换热器2、精馏柱3、第一回热器41、第二回热器42、副节流装置43、主节流装置5、室外换热器6、第一四通阀7及第二四通阀8；其基于非共沸混合工质工作。

第一四通阀7的D端口与压缩机1的出口端连通，S端口与主节流装置5的出口端连通，E端口与室外换热器6的进口端连通，C端口与室内换热器2的进口端连通。

第二四通阀8的D端口与室外换热器6的出口端连通，S端口与室内换热器2的出口端连通，E端口与精馏柱3的进口端连通，C端口与第二回热器42的冷流体通道的进口端连通。

第一回热器41的热流体通道的进口端与精馏柱3的顶部排气端口连通，出口端与第二回热器42的热流体通道的进口端连通；冷流体通道的进口端通过三通管路与副节流装置43的出口端及第二回热器42的冷流体流道的出口端连通，出口端通过精馏柱3的釜顶换热器后与压缩机1的进口端连通。主节流装置5的进口端与第二回热器42的热流体通道的出口端连通，副节流装置43的进口端与精馏柱3的底部排液端口连通。

通过连通第一四通阀7的D端口与C端口，及连通第二四通阀8的D端口与C端口，(1)启动压缩机1，以将工质压缩成高温高压气体，并通过管路输出，流经第一四通阀7的D端口与C端口，进入室内换热器2，通过与室内媒介进行热交换而制热，工质本身部分冷凝为液体；(2)气液两相共存的工质在后续工质的输送推动下，流经第二四通阀8的S端口与E端口，进入精馏柱3；在精馏柱3内，主要成分为混合工质中的低沸点组分的工质从精馏柱3顶部的排气端口排出，依次流经第一回热器41的热流体通道、第二回热器42的热流体通道进行两次预冷后由主节流装置5节流制冷，并流经第一四通阀7的S端口与E端口进入室外换热器6中吸收室外环境中的热量；经室外换热的工质在后续工质的推动下流经第二四通阀8的D端口与C端口，进入第二回热器42的冷流体通道，以对精馏柱3顶部排出的气体进行再次预冷；而含有较多高沸点组分的混合物从精馏柱3底部排液端口流出，经过副节流装置43节流制冷后与第二回热器42出口的冷流体混合后进入第一回热器41的冷流体通道，对精馏柱3顶部排出的气体进行首次预冷，并流经精馏柱3而流回压缩机1完成本轮制热循环。在该循环流程中，通过工质从外部吸热并向内部放热，整个回路构成制热回路，为自复叠热泵流程；在此循环进行制热的过程中，室内换热器2构成冷凝器，而室外换热器6构成蒸发器。

通过连通第一四通阀7的D端口与E端口，及连通第二四通阀8的D端口与E端口，(1)启动压缩机1，将工质压缩成高温高压气体，并通过管路输送，流经第一四通阀7的D端口与E端口，进入室外换热器6，通过与外部环境中媒介进行热交换进行除霜，部分工质冷凝为液体；(2)换热后的工质流经第二四通阀8的D端口与E端口，进入精馏柱3；在精馏柱3内，主要成分为混合工质中的低沸点组分的工质从精馏柱3顶部的排气端口排出，依次流经第一回热器41的热流体通道、第二回热器42的热流体通道进行两次预冷后由主节流装置5节流制冷，并流经第一四通阀7的S端口与C端口进入室内换热器2中吸收室内环境中的热量；经室内换热的工质在后续工质的推动下流经第二四通阀8的S端口与C端口，进入第二回热器42的冷流体通道，以对精馏柱3顶部排出的气体进行再次预冷；而含有较多高沸点组分的混合物从精馏柱3底部排液端口流出，经过副节流装置43节流制冷后与第二回热器42出口的冷流体混合后进入第一回热器41的冷流体通道，对精馏柱3顶部排出的气体进行首次预冷，并流经精馏柱3而流回压缩机1完成本轮除霜循环。在该循环流程中，由工质将室内侧的部分热量带至室外换热器6用于除霜，整个回路构成除霜回路，为自复叠除霜流程；在此循环除霜的过程中，室内换热器2构成蒸发器，而室外换热器6构成冷凝器。

在制热与除霜过程中，可通过调整和设定主节流装置5与副节流装置43的开度以控制所需的制热与除霜温度。

其中，压缩机1可选用变频压缩机或定频压缩机；室内换热器2可选用空气换热、水媒介换热或辐射换热等换热方式，室外换热器6可选择使用空气换热或水媒介换热等换热方式，具体换热方式由使用需求和条件具体确定；副节流装置43与主节流装置5可选用手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

在本实施例中，利用分布于管路中的两个四通阀组成的控制单元，以控制从压缩机输出工质的流向以允许工质朝制热回路循环流动而形成制热循环或朝除霜回路循环流动而形成除霜循环，即制热循环与除霜循环均为自复叠流程，且在制热循环过程中工质从室内换热器流向室外换热器，而在除霜循环过程中工质从室外换热器流向室内换热器，从而构成双向自复叠热泵***，由此在***中达到制热/除霜的目的，即可在室外侧换热器结霜严重导致换热效率下降时，反向运行实现室外侧的除霜，这种做法降低了初投资成本和运行能耗，简化了设备；且通过回热器与节流装置的配合而可实现75℃以上的大温差制热。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

参见图2，在压缩机1的两端并联有开机保护管路，该开机保护管路包括储气罐13，储气罐13的一端通过截止阀11与压缩机1的进口端连通，另一端通过截止阀12与压缩机1的出口端连通，工作时，通过对截止阀11、12启闭状态的控制，对压缩机1两端口进行旁通，以使压缩机1在低压负载下启动。

实施例3

作为对本发明实施例3的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

参见图3，在精馏柱3与压缩机1间旁接有分存管路，该分存管路包括储液罐92，储液罐92的一端通过截止阀91与精馏柱3的底部排液端口连通，另一端通过截止阀93与压缩机1的进口端连通。通过对两个截止阀启闭状态的控制，在回路中工质过剩时，存储部分工质；而在工质偏少时向回路中充入工质，以确保回路运行效率。此外，精馏柱底部储存的主要为混合工质中的高沸点组分，使储液罐91中存储的为混合工质中的高沸点组分，因此可对***内工质浓度进行调节，以优化热泵的工作状况。

Claims (6)

1.一种双向自复叠热泵***，基于非共沸混合工质进行工作，其特征在于，包括压缩机、室内换热器、精馏柱、第一回热器、第二回热器、副节流装置、主节流装置、室外换热器、第一四通阀及第二四通阀；

所述第一四通阀的D端口与所述压缩机的出口端连接，E端口与所述室外换热器的进口端连通，S端口与所述主节流装置的出口端连通，C端口与所述室内换热器的进口端连通；所述第二四通阀的D端口与所述室外换热器的出口端连通，E端口与所述精馏柱的进口端连通，S端口与所述室内换热器的出口端连通，C端口与所述第二回热器冷流体通道的进口端连通；

所述第一回热器的热流体通道的进口端与所述精馏柱的顶部排气端口连通，冷流体通道的出口端通过所述精馏柱的釜顶换热器与所述压缩机的进口端连通；所述第二回热器的热流体通道的出口端与所述主节流装置的进口端连通；所述精馏柱的底部排液端口与所述第一回热器的冷流体通道的进口端通过所述副节流装置连通。

2.根据权利要求1所述的双向自复叠热泵***，其特征在于：

所述压缩机的两端并联有开机保护管路，所述开机保护管路包括通过管路依次串联的出口端截止阀、储气罐及进口端截止阀。

3.根据权利要求1所述的双向自复叠热泵***，其特征在于：

所述精馏柱与所述压缩机间旁接有分存管路，所述分存管路包括储液罐，所述储液罐的一端通过截止阀与所述精馏柱的底部排液端口连通，另一端通过截止阀与所述压缩机的进口端连通。

4.根据权利要求3所述的双向自复叠热泵***，其特征在于：

所述压缩机的两端并联有开机保护管路，所述开机保护管路包括通过管路依次串联的出口端截止阀、储气罐及进口端截止阀。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的双向自复叠热泵***，其特征在于：

节流装置为手动膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或热力膨胀阀。

6.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的双向自复叠热泵***，其特征在于：

所述压缩机为变频压缩机或定频压缩机。