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CN105783326B - 变流量单工质共用换热器复叠热泵系统 - Google Patents

变流量单工质共用换热器复叠热泵系统 Download PDF

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CN105783326B CN201610288319.8A CN201610288319A CN105783326B CN 105783326 B CN105783326 B CN 105783326B CN 201610288319 A CN201610288319 A CN 201610288319A CN 105783326 B CN105783326 B CN 105783326B
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Abstract

本发明公开了一种变流量单工质共用换热器复叠热泵系统。本发明每组压缩机组包括压缩机、四通换向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀，压缩机排气端连接四通换向阀第一接口，压缩机吸气端连接四通换向阀第三接口，第一电磁阀一端与第二电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第二接口连接，第一电磁阀另一端并联后通过第一换热器、第一节流阀和冷凝蒸发器第二接口连接，第二电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第三接口连接，第三电磁阀与第四电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第四接口连接，第三电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第一接口连接，第四电磁阀另一端并联后通过第二换热器、第二节流阀和冷凝蒸发器第四接口连接。本发明的复叠热泵系统由单工质组成，不用膨胀容器等装置，系统结构简单。

Description

变流量单工质共用换热器复叠热泵系统
技术领域
本发明涉及一种热泵机组，更具体的说，涉及一种多机头的复叠热泵循环系统，用以提高复叠热泵系统效率，同时对于热泵系统的工质流量可进行调节。
背景技术
单级压缩热泵系统由于受到压缩机吸排气压缩比的限制，不适用于压缩比(排气压力与吸气压力之比)大于12的热泵系统。在现有技术中，当压缩比大于12时通常采用双级压缩热泵系统。双级压缩热泵机组可以由一个电机带动，也可以通过多机头配组实现。但这两种方式高低压互通，压缩机的回油问题不容易解决。
在需要从较低温度获得热量或需要向较高温度输送热量时，复叠热泵系统也是很好的解决方式。热量通过低温级热泵系统工质从低温热源吸热，传递给连接低温级热泵系统和高温级热泵系统的冷凝蒸发器，再由高温级热泵系统工质将热量传递到高温环境中。这种传统的复叠热泵系统由两种工质组成，高温级热泵系统采用高温工质，低温级热泵系统采用低温工质。但由于低温工质在常温下处于超临界状态，通常在低温级设膨胀容器，系统复杂而且很难实现变工质流量控制。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的缺陷，提供一种多机头单工质的复叠热泵循环系统，用以提高复叠热泵系统效率，同时对于热泵系统的工质流量可进行调节。
本发明通过下述技术方案实现：
一种变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，包括多组并联连接的压缩机组、第一换热器、冷凝蒸发器、第二换热器、第一节流阀和第二节流阀，每组压缩机组包括压缩机、四通换向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀，压缩机排气端连接四通换向阀第一接口，压缩机吸气端连接四通换向阀第三接口，第一电磁阀一端与第二电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第二接口连接，第一电磁阀另一端并联后通过第一换热器、第一节流阀和冷凝蒸发器第二接口连接，第二电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第三接口连接，第三电磁阀与第四电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第四接口连接，第三电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第一接口连接，第四电磁阀另一端并联后通过第二换热器、第二节流阀和冷凝蒸发器第四接口连接。
压缩机可作为制冷循环的高温级和低温级压缩机，也可作为热泵循环的高温级和低温级压缩机。当压缩机作为制冷系统的高温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第二接口相通，第三接口与第四接口相通，第一电磁阀和第三电磁阀打开，第二电磁阀和第四电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第二接口、第一电磁阀到第一换热器中冷凝，经第一节流阀节流后在冷凝蒸发器中蒸发，吸收低温级的冷凝热，再经过第三电磁阀、四通换向阀第四接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为制冷系统的低温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第二接口相通，第三接口与第四接口相通，第二电磁阀和第四电磁阀打开，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第二接口、第二电磁阀到冷凝蒸发器中冷凝，向高温级散热，冷凝后的工质经第二节流阀节流后在第二换热器中蒸发，产生制冷现象，再经过第四电磁阀、四通换向阀第四接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为热泵系统的高温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第四接口相通，第二接口与第三接口相通，第二电磁阀和第四电磁阀打开，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第四接口、第四电磁阀到第二换热器中冷凝，产生制热现象，经第二节流阀节流后在冷凝蒸发器中蒸发，吸收低温级的冷凝热，再经过第二电磁阀、四通换向阀第二接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为热泵系统的低温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第四接口相通，第二接口与第三接口相通，第一电磁阀和第三电磁阀打开，第二电磁阀和第四电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第四接口、第三电磁阀到冷凝蒸发器中冷凝，向高温级散热，冷凝后的工质经第一节流阀节流后在第一换热器中蒸发，吸收低温热源热量，再经过第一电磁阀、四通换向阀第二接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中。
所述压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中或其它型式压缩机的任一种,变流量方式通过交流变频或直流变频进行调节，也可采用工质卸载和加载方式实现工质的流量调节。
所述第一换热器和第二换热器为风冷式、水冷式或其它型式换热器。
所述冷凝蒸发器为板式换热器、套管式换热器或其它型式换热器。
所述第一节流阀和第二节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。
所述电磁阀可由手动截止阀、球阀等代替。
所述四通换向阀亦可由多个电磁阀代替。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、系统灵活：本发明的复叠热泵系统中的压缩机都可通过吸气端和排气端电磁阀的开启或关闭作为制冷系统的高温级、低温级和热泵系统的高温级、低温级使用，实现高温级压缩机与低温级压缩机的相互转换，便于进行级间能量调节。
2、系统简单：本发明的复叠热泵系统由单工质组成，不用膨胀容器等装置，系统结构简单。
3、效率高：由于采用变工质流量方式实现控制，高温级热泵系统和低温级热泵系统工质流量配比合理，系统效率高。
4、解决压缩机回油问题：本发明高温级热泵系统与低温级热泵系统隔离，解决了采用双级压缩循环系统时出现的回油不均问题。
附图说明
图1所示为本发明变流量单工质共用第一换热器、第二换热器复叠热泵系统示意图；
图2所示为本发明中四通换向阀的四个接口示意图，
图3所示为本发明中冷凝蒸发器的四个接口示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明详细说明。
实施例1
图1是本发明的变流量单工质共用第一换热器、第二换热器复叠热泵系统示意图，包括多组并联连接的压缩机组、第一换热器4、冷凝蒸发器6、第二换热器7、第一节流阀5-1和第二节流阀5-2，每组压缩机组包括压缩机1、四通换向阀2、第一电磁阀3-1、第二电磁阀3-2、第三电磁阀3-3、第四电磁阀3-4，所述压缩机1排气端连接所述四通换向阀第一接口2-1，所述压缩机吸气端连接所述四通换向阀第三接口2-3，所述第一电磁阀3-1与所述第二电磁阀3-2一端并联连接后与所述四通换向阀第二接口2-2连接，所述第一电磁阀3-1另一端依次与所述第一换热器4、所述第一节流阀5-1和所述冷凝蒸发器第二接口6-2连接，所述第二电磁阀3-2另一端依次与所述冷凝蒸发器第三接口6-3连接，所述第三电磁阀3-3与所述第四电磁阀3-4一端并联连接后与所述四通换向阀第四接口6-4连接，所述第三电磁阀3-3另一端与所述冷凝蒸发器第一接口6-1连接，所述第四电磁阀3-4另一端依次与所述第二换热器7、所述第二节流阀5-2和所述冷凝蒸发器第四接口6-4连接。
图2所示为所述四通换向阀2的四个接口，其中：四通换向阀第一接口2-1，四通换向阀第二接口2-2，四通换向阀第三接口2-3，四通换向阀第四接口2-4。当所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第二接口2-2相通时，所述四通换向阀第三接口2-3与所述四通换向阀第四接口2-4相通；当所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第四接口2-4相通时，所述四通换向阀第二接口2-2与所述四通换向阀第三接口2-3相通。
图3所示为所述冷凝蒸发器6的四个接口，其中：冷凝蒸发器第一接口6-1，冷凝蒸发器第二接口6-2，冷凝蒸发器第三接口6-3，冷凝蒸发器第四接口6-4。所述冷凝蒸发器第一接口6-1与所述冷凝蒸发器第二接口6-2相通，所述冷凝蒸发器第三接口6-3与所述冷凝蒸发器第四接口6-4相通。
图1所示变流量单工质共用第一换热器、第二换热器复叠热泵系统可以实现变流量单工质复叠制冷系统循环，也可以实现变流量单工质复叠热泵系统循环。其中任一台所述压缩机1既可作为制冷系统循环(或热泵系统循环)高温级压缩机使用，也可作为制冷系统循环(或热泵系统循环)低温级压缩机使用。具体情况如下：
1、所述压缩机1作为制冷系统循环高温级压缩机使用：所述第一换热器4为冷凝器，各组压缩机组的所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第二接口2-2相通，所述四通换向阀第三接口2-3与所述四通换向阀第四接口2-4相通，所述第一电磁阀3-1和所述第三电磁阀3-3打开，所述第二电磁阀3-2和所述第四电磁阀3-4关闭。工质由所述压缩机1压缩后经所述四通换向阀第一接口2-1、所述四通换向阀第二接口2-2及所述第一电磁阀3-1进入所述第一换热器4中冷凝，向环境散热，经所述经第一节流阀5-1节流后从所述冷凝蒸发器第二接口6-2进入所述冷凝蒸发器6中蒸发，吸收低温级制冷系统热量后从所述冷凝蒸发器第一接口6-1流出，经所述第三电磁阀3-3、所述四通换向阀第四接口2-4及所述四通换向阀第三接口2-3回到所述压缩机1中。
2、所述压缩机1作为制冷系统循环低温级压缩机使用：所述第二换热器7为蒸发器，各组压缩机组的所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第二接口2-2相通，所述四通换向阀第三接口2-3与所述四通换向阀第四接口2-4相通，所述第二电磁阀3-2和所述第四电磁阀3-4打开，所述第一电磁阀3-1和所述第三电磁阀3-3关闭。工质由所述压缩机1压缩后经所述四通换向阀第一接口2-1、所述四通换向阀第二接口2-2及所述第二电磁阀3-2从所述冷凝蒸发器第三接口6-3进入所述冷凝蒸发器6中冷凝，向高温级制冷系统放热后从所述冷凝蒸发器第四接口6-4流出，经所述第二节流阀5-2节流后进入所述第二换热器7中蒸发，产生制冷现象，经所述第四电磁阀3-4、所述四通换向阀第四接口2-4及所述四通换向阀第三接口2-3回到所述压缩机1中。
3、所述压缩机1作为热泵系统循环高温级压缩机使用：所述第二换热器7为冷凝器，各组压缩机组的所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第四接口2-4相通，所述四通换向阀第二接口2-2与所述四通换向阀第三接口2-3相通，所述第二电磁阀3-2和所述第四电磁阀3-4打开，所述第一电磁阀3-1和所述第三电磁阀3-3关闭。工质由所述压缩机1压缩后经所述四通换向阀第一接口2-1、所述四通换向阀第四接口2-4及所述第四电磁阀3-4进入所述第二换热器7中冷凝放热，产生制热现象，经所述第二节流阀5-2节流后从所述冷凝蒸发器第四接口6-4进入所述冷凝蒸发器6中蒸发，吸收低温级热泵系统热量后从所述冷凝蒸发器第三接口6-3流出，经所述第二电磁阀3-2、所述四通换向阀第二接口2-2及所述四通换向阀第三接口2-3回到所述压缩机1中。
4、所述压缩机1作为热泵系统循环低温级压缩机使用：所述第一换热器4为蒸发器，各组压缩机组的所述四通换向阀第一接口2-1与所述四通换向阀第四接口2-4相通，所述四通换向阀第二接口2-2与所述四通换向阀第三接口2-3相通，所述第一电磁阀3-1和所述第三电磁阀3-3打开，所述第二电磁阀3-2和所述第四电磁阀3-4关闭。工质由所述压缩机1压缩后经所述四通换向阀第一接口2-1、所述四通换向阀第四接口2-4及所述第三电磁阀3-3从所述冷凝蒸发器第一接口6-1进入所述冷凝蒸发器6中冷凝，向高温级热泵系统散热后从所述冷凝蒸发器第二接口6-2流出，经所述第一节流阀5-1节流后进入所述第一换热器4中蒸发，吸收低温热源热量，经所述第一电磁阀3-1、所述四通换向阀第二接口2-2及所述四通换向阀第三接口2-3回到所述压缩机1中。
本发明实施例中只列举了共用第一换热器、第二换热器复叠热泵系统在实际应用中可以采用共用第一换热器、并联第二换热器复叠热泵系统和并联第一换热器、共用第二换热器复叠热泵系统。
本发明的变流量单工质复叠热泵系统中的压缩机可通过开停或电机变频实现高温级制冷(或热泵)系统及低温级制冷(或热泵)系统的流量变化。
本发明的变流量单工质复叠热泵系统在具体运用时，压缩机可部分或全部采用定频压缩机，以降低投资。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，其特征在于，包括多组并联连接的压缩机组、第一换热器、冷凝蒸发器、第二换热器、第一节流阀和第二节流阀，每组压缩机组包括压缩机、四通换向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀，压缩机排气端
连接四通换向阀第一接口，压缩机吸气端连接四通换向阀第三接口，第一电磁阀一端与第二电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第二接口连接，第一电磁阀另一端并联后通过第一换热器、第一节流阀和冷凝蒸发器第二接口连接，第二电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第三接口连接，第三电磁阀与第四电磁阀一端并联连接后与四通换向阀第四接口连接，第三电磁阀另一端并联后与冷凝蒸发器第一接口连接，第四电磁阀另一端并联后通过第二换热器、第二节流阀和冷凝蒸发器第四接口连接,
压缩机可作为制冷循环的高温级和低温级压缩机，也可作为热泵循环的高温级和低温级压缩机；
当压缩机作为制冷系统的高温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第二接口相通，第三接口与第四接口相通，第一电磁阀和第三电磁阀打开，第二电磁阀和第四电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第二接口、第一电磁阀到第一换热器中冷凝，经第一节流阀节流后在冷凝蒸发器中蒸发，吸收低温级的冷凝热，再经过第三电磁阀、四通换向阀第四接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为制冷系统的低温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第二接口相通，第三接口与第四接口相通，第二电磁阀和第四电磁阀打开，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第二接口、第二电磁阀到冷凝蒸发器中冷凝，向高温级散热，冷凝后的工质经第二节流阀节流后在第二换热器中蒸发，产生制冷现象，再经过第四电磁阀、四通换向阀第四接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为热泵系统的高温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第四接口相通，第二接口与第三接口相通，第二电磁阀和第四电磁阀打开，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第四接口、第四电磁阀到第二换热器中冷凝，产生制热现象，经第二节流阀节流后在冷凝蒸发器中蒸发，吸收低温级的冷凝热，再经过第二电磁阀、四通换向阀第二接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中；当压缩机作为热泵系统的低温级压缩机时，四通换向阀第一接口与第四接口相通，第二接口与第三接口相通，第一电磁阀和第三电磁阀打开，第二电磁阀和第四电磁阀关闭，此时工质被压缩机压缩后经四通换向阀第一接口、四通换向阀第四接口、第三电磁阀到冷凝蒸发器中冷凝，向高温级散热，冷凝后的工质经第一节流阀节流后在第一换热器中蒸发，吸收低温热源热量，再经过第一电磁阀、四通换向阀第二接口、四通换向阀第三接口回到压缩机中。
2.根据权利要求1所述的变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，其特征在于，所述压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机或活塞压缩机。
3.根据权利要求1所述的变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，其特征在于，所述第一换热器和第二换热器为风冷式或水冷式。
4.根据权利要求1所述的变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，其特征在于，所述冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。
5.根据权利要求1所述的变流量单工质共用换热器复叠热泵系统，其特征在于，所述第一节流阀和第二节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。
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