CN110906481B - 一种使用蒸发式冷却的热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用蒸发式冷却的热泵***。包括压缩机、室内换热器、室外换热器、第一节流阀、第二节流阀、电磁阀、三通调节阀、水泵、喷淋器、浓缩用蒸发器、结晶分离器和四通换向阀，热泵***室外换热器使用蒸发冷却技术，换热器外表面喷淋乙二醇溶液，夏季***运行时浓缩用蒸发器不工作，冬季运行时，制冷剂在室外换热器中与喷淋的乙二醇溶液及室外空气换热，浓缩用蒸发器负责将乙二醇溶液冷却至冻结温度以下，与结晶分离器一起实现乙二醇溶液浓度的提升，从而保证参与室外换热器换热的乙二醇溶液不结冰。本发明提高了冬季室外蒸发器的换热效率，且在冬季运行时不会出现结霜现象。

Description

一种使用蒸发式冷却的热泵***

技术领域

本发明属于热泵空调技术领域，具体涉及一种使用蒸发式冷却的热泵***。

背景技术

随着科技的发展，在世界范围内，环境保护问题与资源缺乏的问题日益突出，提高能源使用效率，减少化石能源的消耗，是目前的热点问题。热泵是一种从环境介质、余热资源中获取低品位热量，经由合适热力学循环提升热量品位，以供最终用户使用的能源设备，其能源利用效率高，是一种值得推广的节能设备。

中国专利公开号CN107110516A公开了一种使用蒸发式冷却器的热泵***，将冷凝器和水冷冷却塔结合在一起，夏季运行时，与常规空气冷却式冷凝器相比，蒸发式冷却器能够提供更好的冷却条件，制冷剂的冷凝温度因此降低，***的能耗得以减少；与使用冷却塔、水冷冷凝器的情形相比，该***流程更加简单、结构更加紧凑。该热泵***在冬季按制热模式运行时会面临问题，如果环境温度接近零度，室外侧换热器不仅水喷淋存在困难，而且外表面结冰、热阻增加，如无除冰措施，传热状况将持续恶化直至***无法运行。一种解决该问题的方案是采用两套室外换热器，夏季采用蒸发冷却式换热器，冬季采用普通的风冷式换热器。采取该方案，***冬季运行同样须采取措施解决结霜问题。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种使用蒸发式冷却的热泵***，室外换热器使用蒸发冷却技术，外表面喷淋乙二醇溶液，热泵***内增添浓缩用换热器。

本发明采取的技术方案如下：

本发明包括制冷剂管路***和乙二醇溶液管路***，制冷剂管路***包括压缩机、室内换热器、室外换热器、第一节流阀、第二节流阀、电磁阀、四通换向阀和浓缩用蒸发器，乙二醇溶液管路***包括室外换热器、三通调节阀、水泵、浓缩用蒸发器、结晶分离器和喷淋器。

四通换向阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口，三通调节阀包括进水口、第一出水口和第二出水口；喷淋器和室外换热器均位于水箱内部，水箱底部储存有乙二醇溶液，室外换热器位于乙二醇溶液上方，喷淋器位于室外换热器上方。

制冷剂管路***中，压缩机的制冷剂出口和室内换热器的其中一个端口分别与四通换向阀的第一阀口和第二阀口相连；室内换热器的另一端口分流后形成两个分支，第一分支经第一节流阀与室外换热器的其中一个端口相连，第二分支依次经电磁阀和第二节流阀与浓缩用蒸发器的制冷剂入口相连；室外换热器的另一端口与四通换向阀的第四阀口相连，浓缩用蒸发器的制冷剂出口与压缩机的低压入口连接，压缩机的中压入口与四通换向阀的第三阀口连接。

乙二醇溶液管路***中，水泵出口与三通调节阀的进水口连接，三通调节阀的第一出水口与喷洒乙二醇溶液的喷淋器连接，三通调节阀的第二出水口与浓缩用蒸发器的乙二醇溶液入口连接，浓缩用蒸发器的乙二醇溶液出口经结晶分离器与水箱底部的乙二醇溶液入口连接，水箱底部设有与水泵进口相连的乙二醇溶液出口。

热泵***制冷时，室内换热器作为蒸发器使用，室外换热器作为冷凝器使用，浓缩用蒸发器不参与循环；热泵***制热时，室内换热器作为冷凝器使用，室外换热器作为第一蒸发器使用，启用浓缩用蒸发器作为第二蒸发器使用。

热泵***用于制冷时，通过调节四通换向阀使第一阀口和第四阀口连接、使第二阀口和第三阀口连接，关闭电磁阀以及三通调节阀的第二出水口用于隔断浓缩用蒸发器。制冷剂管路***中，制冷剂从压缩机的制冷剂出口排出后经四通换向阀的第一阀口和第四阀口流向室外换热器，制冷剂在作为冷凝器的室外换热器中换热后经第一节流阀节流后流向室内换热器，制冷剂在作为蒸发器的室内换热器换热后经四通换向阀的第二阀口和第三阀口流回压缩机的中压入口。乙二醇溶液管路***中，水箱底部的乙二醇溶液在水泵的推动下依次经三通调节阀的进水口和第一出水口流向喷淋器，通过喷淋器喷淋至作为冷凝器的室外换热器表面，与室内换热器内部流动的制冷剂换热，后在水箱底部乙二醇溶液被回收并回到水泵。

热泵***用于制热时，通过调节四通换向阀使第一阀口和第二阀口连接、使第三阀口和第四阀口连接，打开电磁阀以及三通调节阀的所有端口；制冷剂从压缩机的制冷剂出口排出，依次经四通换向阀的第一阀口和第二阀口流向室内换热器；制冷剂经室内换热器被分流成两部分；一部分制冷剂经第一节流阀节流后进入室外换热器后，依次经四通换向阀的第四阀口和第三阀口回到压缩机的中压入口，完成一个循环；另一部分制冷剂经第二节流阀节流后进入浓缩用蒸发器后进入压缩机的低压入口，完成一个循环。水箱底部的乙二醇溶液在水泵的推动下流入三通调节阀的进水口，乙二醇溶液被三通调节阀分成两部分；一部分乙二醇溶液流向喷淋器，在作为第一蒸发器的室外换热器中，制冷剂与喷淋器喷淋的乙二醇溶液以及室外空气换热，乙二醇溶液在与湿空气接触的过程中吸收空气中的水份而被稀释，随后乙二醇溶液被水箱收集；另一部分乙二醇溶液流向浓缩用蒸发器，在作为第二蒸发器的浓缩用蒸发器中，制冷剂与乙二醇溶液换热，乙二醇溶液冷却到冻结温度下后部分水份结晶析出，乙二醇溶液浓度升高，经过结晶分离器分离冰晶(部分水份结晶析出后被结晶分离器分离)，浓缩后的高浓度乙二醇溶液流入水箱底部后与经过喷淋器喷淋后稀释的乙二醇溶液混合以维持水箱底部的乙二醇溶液浓度，避免室外换热器外表面结冰。

所述浓缩用蒸发器为管式换热器、夹套式换热器或回转换热器中的一种。

所述室内换热器为壳管式换热器、板式换热器、套管式换热器或盘管式换热器中的一种。

所述结晶分离器采用自动过滤器或过滤分离器中的一种。

本发明的有益效果：

1、本发明在制热模式中从制冷剂管路中进行分流，分出小部分制冷剂与部分乙二醇溶液在浓缩用蒸发器中进行换热，吸收乙二醇溶液的热量，冻结并提高溶液浓度，避免参与室外换热器换热的乙二醇溶液结冰，提高了冬季室外蒸发器的换热效率。

2、与现有技术相比，本发明提供的使用蒸发式冷却的热泵***在冬季运行时不会出现结霜现象，特别适用于中国东南部地区，这些地区冬季室外气温接近零度、湿度高，使用传统风冷热泵需要频繁除霜，给连续制热运行、制热效率带来负面影响。

附图说明

图1为本发明使用蒸发式冷却的热泵***简图

图2为本发明使用蒸发式冷却的热泵***在制冷模式下运作示意图

图3位本发明使用蒸发式冷却的热泵***在制热模式下运作示意图

图中：1压缩机，2.室内换热器，3.四通换向阀，3a第一阀口，3b第二阀口，3c第三阀口，3d第四阀口，4.电磁阀，5.第一节流阀，6.第二节流阀，7.浓缩用蒸发器，8结晶分离器，9.喷淋器，10.室外换热器，11三通调节阀，11b进水口，11a第一出水口，11c第二出水口，12.水泵

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明并不局限于上述具体的实施方式，且其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

在说明书中，可理解的是,“第一”和“第二”来指代构件时，仅用于区分目的，并不会限制构件的顺序或重要性。类似地，说明书中的“a”“b”“c”“d”等仅代表构件的不同入口或出口，并不代表其顺序。

如图1，本发明包括压缩机1，室内换热器2，四通换向阀3，电磁阀4，第一节流阀5，第二节流阀6，浓缩用蒸发器7，结晶分离器8，喷淋器9，室外换热器10，三通调节阀11，水泵12，经管道连接而成。管路包括制冷剂管路与乙二醇溶液管路。

制冷剂管路中，压缩机1的制冷剂出口通过管路与四通换向阀3的第一阀口3a连接，四通换向阀的第二阀口3b通过管路与室内换热器2的制冷剂入口连接，室内换热器2的制冷剂出口分流后与电磁阀4和第一节流阀5连接，电磁阀4与第二节流阀6连接。第一节流阀5的出口通过管路与室外换热器10的制冷剂入口连接，第二节流阀6的出口通过管路与浓缩用蒸发器7的制冷剂入口连接，室外换热器10的制冷剂出口与四通换向阀3的第四阀口3d连接，四通换向阀3的第三阀口3c通过管路与压缩机1的中压入口连接。浓缩用蒸发器7的制冷剂出口与压缩机1的低压入口连接。

乙二醇溶液管路中，水泵12出口与三通调节阀11的进水口11b连接，三通调节阀11的第一出水口11a与喷淋器9连接，以喷洒乙二醇溶液，三通调节阀11的第二出水口11c通过管路与浓缩用蒸发器7的乙二醇溶液部分入口连接，浓缩用蒸发器7的乙二醇溶液出口部分通过管路途径结晶分离器8与水箱连接，水箱底部出口与水泵12连接。

具体实施中，还包括与控制器连接的温湿度传感器，通过温湿度传感器读取的室外空气参数控制电磁阀4的开闭和三通调节阀11的流量。温湿度传感器读取环境温度后传输参数至控制器，控制热泵***根据环境温度选择制冷模式或制热模式；当室外温度达到预设低温时，温湿度传感器向控制器传输信号，控制器控制电磁阀4开启，三通调节阀11的第二出水口11c开启，以启用浓缩用蒸发器7。控制器根据环境湿度调节三通调节阀11的两侧出口，从而控制乙二醇溶液流量以维持水箱底部乙二醇溶液浓度。

本发明的具体工作原理和过程如下：

如图2所示，在机组制冷时，通过调节四通换向阀3使第一阀口3a和第四阀口3d连接、使第二阀口3b和第三阀口3c连接，关闭电磁阀4以及三通调节阀11的第二出水口11c用于隔断浓缩用蒸发器7。室内换热器2作蒸发器使用，室外换热器10做冷凝器使用。

在制冷模式下，制冷剂从压缩机1的出口排出，途径四通换向阀3的第一阀口3a和第四阀口3d，流向室外换热器10，经室外换热器10换热后经过第一节流阀5流向室内换热器2，经室内换热器2换热后，制冷剂经过四通换向阀3的第二阀口3b和第三阀口3c后流回压缩机1的中压入口，完成制冷循环。在乙二醇溶液管路中，乙二醇溶液被水泵12推动，途径三通调节阀11的进水口11b和第一出水口11a流向喷淋器9，喷淋到室外蒸发器10上进行换热，后在水箱中回收并回到水泵12。

如图3所示，冬季运行制热时，通过调节四通换向阀3使第一阀口3a和第二阀口3b连接、使第三阀口3c和第四阀口3d连接，打开电磁阀4以及三通调节阀11的所有端口；并根据室外温湿度进行流量调节，此时室内换热器2做冷凝器使用，室外换热器10做蒸发器使用。

制冷剂、乙二醇溶液被分为两个支路，在室外换热器和浓缩用蒸发器中分别换热。在室外换热器中，制冷剂与喷淋的乙二醇溶液以及室外空气换热，乙二醇溶液在与湿空气接触的过程中有可能吸收空气中的水份而被稀释。在浓缩用蒸发器中，制冷剂与乙二醇溶液换热，将乙二醇溶液冷却到冻结温度下，乙二醇溶液中部分水份结晶析出，浓度升高。两个支路的乙二醇溶液混合，将喷淋的乙二醇溶液维持在一定浓度范围，避免室外换热器外表面结冰。

在制热模式下，制冷剂从压缩机1的制冷剂出口排出，途径四通换向阀3的3a，3b通道，流向室内换热器2，后分成两部分流向第一节流阀5和第二节流阀6，进行节流后进入室外换热器10和浓缩用蒸发器7，进入室外换热器的制冷剂排出后，途经四通换向阀3的3d，3c回到压缩机1的中压入口，完成一个循环。进入浓缩用蒸发器7的部分制冷剂在浓缩用蒸发器7中换热后，进入压缩机1的低压入口，完成一个循环。

在乙二醇溶液管路中，乙二醇溶液被水泵12推动，经过三通调节阀11分成两部分：一部分流向喷淋器9，进行喷淋与室外换热器10进行换热，在这个过程中乙二醇溶液被稀释，随后被水箱收集；另一部分流向浓缩用蒸发器7，与制冷剂进行换热后，水份结晶析出，溶液浓度升高，经过结晶分离器13分离冰晶，回到水箱，混合后流向水泵12。

本发明在使用蒸发式冷却的热泵***上增添了浓缩用蒸发器，使蒸发冷却***可以在冬季正常使用，提高了蒸发冷却式热泵的运行稳定性与热效率，同时没有结霜问题，为解决现有的问题提供了新的选择。

Claims (5)

1.一种使用蒸发式冷却的热泵***，其特征在于，包括制冷剂管路***和乙二醇溶液管路***，制冷剂管路***包括压缩机(1)、室内换热器(2)、室外换热器(10)、第一节流阀(5)、第二节流阀(6)、电磁阀(4)、四通换向阀(3)和浓缩用蒸发器(7)，乙二醇溶液管路***包括室外换热器(10)、三通调节阀(11)、水泵(12)、浓缩用蒸发器(7)、结晶分离器(8)和喷淋器(9)；

四通换向阀(3)包括第一阀口(3a)、第二阀口(3b)、第三阀口(3c)和第四阀口(3d)，三通调节阀(11)包括进水口(11b)、第一出水口(11a)和第二出水口(11c)；喷淋器(9)和室外换热器(10)均位于水箱内部，水箱底部储存有乙二醇溶液，室外换热器(10)位于乙二醇溶液上方，喷淋器(9)位于室外换热器(10)上方；

制冷剂管路***中，压缩机(1)的制冷剂出口和室内换热器(2)的其中一个端口分别与四通换向阀(3)的第一阀口(3a)和第二阀口(3b)相连；室内换热器(2)的另一端口分流后形成两个分支，第一分支经第一节流阀(5)与室外换热器(10)的其中一个端口相连，第二分支依次经电磁阀(4)和第二节流阀(6)与浓缩用蒸发器(7)的制冷剂入口相连；室外换热器(10)的另一端口与四通换向阀(3)的第四阀口(3d)相连，浓缩用蒸发器(7)的制冷剂出口与压缩机(1)的低压入口连接，压缩机(1)的中压入口与四通换向阀(3)的第三阀口(3c)连接；

乙二醇溶液管路***中，水泵(12)出口与三通调节阀(11)的进水口(11b)连接，三通调节阀(11)的第一出水口(11a)与喷洒乙二醇溶液的喷淋器(9)连接，三通调节阀(11)的第二出水口(11c)与浓缩用蒸发器(7)的乙二醇溶液入口连接，浓缩用蒸发器(7)的乙二醇溶液出口经结晶分离器(8)与水箱底部的乙二醇溶液入口连接，水箱底部设有与水泵(12)进口相连的乙二醇溶液出口；

热泵***制冷时，室内换热器(2)作为蒸发器使用，室外换热器(10)作为冷凝器使用，浓缩用蒸发器(7)不参与循环；热泵***制热时，室内换热器(2)作为冷凝器使用，室外换热器(10)作为第一蒸发器使用，启用浓缩用蒸发器(7)作为第二蒸发器使用；

热泵***用于制热时，通过调节四通换向阀(3)使第一阀口(3a)和第二阀口(3b)连接、使第三阀口(3c)和第四阀口(3d)连接，打开电磁阀(4) 以及三通调节阀(11)的所有端口；

制冷剂从压缩机(1)的制冷剂出口排出，依次经四通换向阀(3)的第一阀口(3a)和第二阀口(3b)流向室内换热器(2)；制冷剂经室内换热器(2)被分流成两部分；一部分制冷剂经第一节流阀(5)进入室外换热器(10)后，依次经四通换向阀(3)的第四阀口(3d)和第三阀口(3c)回到压缩机(1)的中压入口；另一部分制冷剂经第二节流阀(6)进入浓缩用蒸发器(7)后进入压缩机(1)的低压入口；

水箱底部的乙二醇溶液在水泵(12)的推动下流入三通调节阀(11)的进水口(11b)，乙二醇溶液被三通调节阀(11)分成两部分；一部分乙二醇溶液流向喷淋器(9)，在作为第一蒸发器的室外换热器(10)中，制冷剂与喷淋器(9)喷淋的乙二醇溶液以及室外空气换热，随后乙二醇溶液被水箱收集；另一部分乙二醇溶液流向浓缩用蒸发器(7)，在作为第二蒸发器的浓缩用蒸发器(7)中，制冷剂与乙二醇溶液换热，乙二醇溶液冷却到冻结温度下后部分水份结晶析出，乙二醇溶液浓度升高，经过结晶分离器(8 )分离冰晶，浓缩后的高浓度乙二醇溶液流入水箱底部后与经过喷淋器(9)喷淋后稀释的乙二醇溶液混合以维持水箱底部的乙二醇溶液浓度。

2.根据权利要求1所述的一种使用蒸发式冷却的热泵***，其特征在于，

热泵***用于制冷时，通过调节四通换向阀(3)使第一阀口(3a)和第四阀口(3d)连接、使第二阀口(3b)和第三阀口(3c)连接，关闭电磁阀(4)以及三通调节阀(11)的第二出水口(11c)用于隔断浓缩用蒸发器(7)；

制冷剂管路***中，制冷剂从压缩机(1)的制冷剂出口排出后经四通换向阀(3)的第一阀口(3a)和第四阀口(3d)流向室外换热器(10)，制冷剂在作为冷凝器的室外换热器(10)中换热后经第一节流阀(5)流向室内换热器(2)，制冷剂在作为蒸发器的室内换热器(2)换热后经四通换向阀(3)的第二阀口(3b)和第三阀口(3c)流回压缩机(1)的中压入口；

乙二醇溶液管路***中，水箱底部的乙二醇溶液在水泵(12)的推动下依次经三通调节阀(11)的进水口(11b)和第一出水口(11a)流向喷淋器(9)，通过喷淋器(9)喷淋至作为冷凝器的室外换热器(10)表面，与室内换热器(10)内部流动的制冷剂换热，后在水箱底部乙二醇溶液被回收并回到水泵(12)。

3.根据权利要求1所述的一种使用蒸发式冷却的热泵***，其特征在于，所述浓缩用蒸发器(7)为管式换热器、夹套式换热器或回转换热器中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种使用蒸发式冷却的热泵***，其特征在于，所述室内换热器(2)为壳管式换热器、板式换热器、套管式换热器或盘管式换热器中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种使用蒸发式冷却的热泵***，其特征在于，所述结晶分离器(8)采用自动过滤器或过滤分离器中的一种。

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