旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统，通过在原有的热泵系统中安装蓄热包、气液分离器、变流量节流阀、热力膨胀阀、手动开关阀、水箱、相关管道，使得该系统具有强化制热的功能。该系统利用蓄存的压缩机壳体废热加热从室外换热器流出的低温低压气体，回路中的气液分流器中气态制冷剂和经过蓄热体系后的制冷剂混合后流进压缩机。此循环利用了压缩机壳体废热，降低了循环系统的耗电量，提高了节能水平，同时旁通补气可有效增加制冷循环中的制冷剂流量，从而提升热泵系统的制热能力，值得在实际中应用推广。

Enhanced heat pump system with by-pass gas supply combined with heat storage of compressor housing

The invention discloses an enhanced heating heat pump system for by-pass air-supplement combined compressor shell heat storage. By installing a heat storage bag, a gas-liquid separator, a variable flow throttle valve, a thermal expansion valve, a manual switch valve, a water tank and related pipes in the original heat pump system, the system has the function of intensifying heating. The system uses the waste heat of the stored compressor shell to heat the low temperature and low pressure gas flowing out of the outdoor heat exchanger, and the gas-liquid shunt in the loop mixes the gaseous refrigerant and the refrigerant flowing into the compressor after the heat storage system. This cycle utilizes the waste heat of the compressor shell, reduces the power consumption of the cycle system and improves the energy saving level. At the same time, bypass gas can effectively increase the refrigerant flow rate in the refrigeration cycle, thereby enhancing the heating capacity of the heat pump system, which is worth popularizing in practice.

【技术实现步骤摘要】
旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统
本专利技术为一种强化制热的热泵系统，涉及的领域包括冰箱、冰柜、空调、热泵、热水器等制冷领域。
技术介绍
北方地区在冬季一般采用燃煤取暖，但由于对环境有极大的污染性，所以国家大力推广和倡导“煤改电”的政策，而空气源热泵空调作为节能环保的产品成为了关注的焦点。空气源热泵空调以电能作为驱动力，安装方便，初始投资低，节能环保，是我国室内空调器使用主要类型。但是用传统的空气源热泵来实现供暖需求受到外界气候环境的影响较大，尤其是低温严寒的环境下制热性能变差、制热量衰减，影响了空调的热舒适性。主要原因有：(1)外界环境温度较低时，室外换热器蒸发温度会降低，单位制冷剂从蒸发侧吸收的热量将逐渐降低，而且换热片表面的温度低于0℃，会形成霜层，严重影响了换热器的换热。(2)蒸发温度的降低，会导致压缩机吸气比容增大，循环周期的吸气量降低，如果压缩机转速一定，则整个系统的制冷剂流量将减少；同时压缩机的容积效率的降低也会导致制热性能的变差。(二)、补气增焓作为强化低温制热的一种技术。其是利用回路中的气液分离器或者闪发器中的气态制冷剂直接回流至压缩机，可以有效增加制冷剂流量，从而提升热泵系统的制热能力。但是这种系统需要一个带有补气口的压缩机，成本较高，而且制冷剂直接在压缩机缸内混合，容易造成压缩机运行不稳定等情况。
技术实现思路
本专利技术为一种强化制热的热泵系统。利用压缩机壳体废热加热部分进入压缩机入口的气体制冷剂，同时回路中的气液分流器中气态制冷剂和经过蓄热体系后的制冷剂混合后流进压缩机。此循环利用了压缩机壳体废热，降低了循环系统的耗电量，提高了节能水平，同时可有效增加制冷循环中的制冷剂流量，从而提升热泵系统的制热能力。本专利技术采用的技术方案是旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统，该系统是在热泵系统中安装蓄热包8、气液分离器6、热力膨胀阀5、变流量节流阀3、换热盘管9、四通换向阀1、水箱13及相关管路通道。冷凝器2与压缩机4之间设有四通换向阀1。冷凝器2、压缩机4、蒸发器10和水管15的管道处均安装有温度传感器14。蓄热包8安装在压缩机4的外壳处，蓄热包8中充满有蓄热材料，该蓄热材料为适应于压缩机4排气温度的相变材料；在制冷设备正常工作的条件下，相变材料吸收压缩机4出口管段的热量，相变材料由固态变为液态，存储热量并和换热盘管9进行换热，之后盘管加热进入换热盘管9的低温低压气体，使得制冷剂处于过热状态。气液分离器6连接于冷凝器2的出口、蒸发器10的入口、压缩机4的入口处，使得从冷凝器2流出的气液混合状态制冷剂气液分离，气体经过变流量节流阀3进入压缩机4入口段，液体制冷剂经过手动开关阀流进蒸发器10。气液分离器6与蒸发器10之间设有毛细管11；气液分离器6与冷凝器2之间连接有储液罐12。热力膨胀阀5安装于冷凝器2的出口和气液分离器6的入口管道处，用于感应压缩机4出口温度和冷凝器2入口温度。变流量节流阀3安装于在气液分离器6和压缩机4的入口之间，变流量节流阀3通过变流量调节有效控制旁通补气量，使得在不同的温度环境下，压缩机4有尽可能合理的补气量，从而达到最好的制热效果。手动开关阀控制系统的运行状态。手动开关阀a7-1、手动开关阀c7-3、手动开关阀b7-2、手动开关阀d7-4、手动开关阀e7-5之间通过关闭相互配合，控制着系统处于五种运行状态：(1)空气源热泵的运行状态；(2)旁通补气强化制热的运行状态；(3)压缩机壳体蓄热强化制热的运行状态；(4)旁通补气联合压缩机壳体蓄热强化制热的运行状态；(5)小水箱强化制热的运行状态。小水箱16与水箱13连接，当夏天外界环境温度极高的时候，循环系统处于小水箱强化制热的运行状态。蓄热包8的热量无法及时排出，会影响压缩机4的正常运行，此时蓄热包8中的盘管和一个小水箱16连接，这样将多余的热量对小水箱16中的水管15加热，然后把小水箱16的热水再通过管道加到水箱13中。保证压缩机4的运行工况，使得系统在外界环境温度过高时也能良好地运行。本专利技术具有的创新点在于：(1)、传统的空气源热泵特性是依靠外界空气流动来和换热器进行热交换，因此受外界气候环境影响较大，尤其是低温严寒的恶劣情况下制热量严重衰减，影响了空调的热舒适性。本专利技术提出的热泵系统比传统空气源热泵系统制热能力大幅加强。(2)、传统的补气增焓热泵系统通常采用压缩机气缸直接补气的方法，而本专利技术提出一种旁通补气强化制热的新型制热循环，从循环旁路对回气支管进行补气。其优点主要是：压缩机没有补气腔，在制热的工况下合理地补气可以提升制热量的同时也可以提升系统效率，而且系统更为可靠，可以匹配与常规系统相同的压缩机，在工程实际应用和成本等方面具有一定的优势。(3)、对压缩机壳体废热进行回收利用，具有节能环保的理念。将此热量通过相变潜热的形式储存起来用于加热进入压缩机的气态制冷剂，从而提升热泵系统的制热能力。附图说明图1旁通补气联合压缩机壳体蓄热强化制热的热泵系统图2旁通补气强化制热的热泵系统图图3压缩机壳体蓄热强化制热的热泵系统图图4旁通补气联合压缩机壳体蓄热强化制热的热泵系统图图5特殊工况下本系统强化制热的热泵系统图图中：1、四通换向阀，2、冷凝器，3、变流量节流阀，4、压缩机，5、热力膨胀阀，6、气液分离器，7、手动开关阀，8、蓄热包，9、换热盘管，10、蒸发器，11、毛细管，12、储液罐，13、水箱，14、温度传感器，15、水管，16、小水箱，17、换热盘管，18、水泵。具体实施方式(一)、单独旁通补气强化制热旁通补气强化制热的热泵系统，其循环系统如图2所示。控制手动开关阀a7-1、手动开关阀7-3c关闭，手动开关阀b7-2关、手动开关阀d7-4关、手动开关阀e7-5开，循环系统处于旁通补气强化制热的运行状态。利用回路中的气液分离器6中的气态制冷剂回流至压缩机4，可有效地增加制冷循环中制冷剂的流量，从而提升了热泵系统的制热能力。(二)、单独压缩机壳体蓄热强化制热压缩机壳体蓄热强化制热的热泵系统，其循环系统如图3所示。控制手动开关阀a7-1、手动开关阀c7-3常关，手动开关阀b7-2开、手动开关阀d7-4开、手动开关阀e7-5关，循环系统处于压缩机4壳体蓄热强化制热的运行状态。其利用压缩机4的壳体废热，用相变蓄热材料来蓄存这部分热量，后加热从蒸发器10流出的制冷剂蒸气，使之过热后流进压缩机4入口。此种系统节约能源、降低能耗，同时提高系统的性能系数，一定程度上提高了系统的制热量。(三)、旁通补气联合压缩机壳体蓄热强化制热旁通补气联合压缩机壳体蓄热强化制热系统，如图4所示。其循环流程：压缩机4压缩排出高温高压的气态制冷剂，流经四通换向阀1后进入冷凝器2，被冷却冷凝为过冷液体。接着制冷剂流体经热力膨胀阀5进入气液分离器6进行气液分离，系统至此被分为两路。一路，气液分离器6的饱和液体经毛细管11，进行节流，后在蒸发器10中吸热变成蒸气状态，随后流经至换热盘管9，在此与包裹在压缩机4壳体外的蓄热包8充分热交换，温度升高的过热蒸气通过管路进入压缩机4入口段管路；另一路气液分离器6的中压制冷剂蒸气经过变流量节流阀3后与压缩机4吸气管路中的低压过热蒸气在进行不可逆混合后流回压缩机4。控制手动开关阀a7-1、手动开关阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统，其特征在于：该系统是在热泵系统中安装蓄热包(8)、气液分离器(6)、热力膨胀阀(5)、变流量节流阀(3)、换热盘管(9)、四通换向阀(1)、水箱(13)及相关管路通道；冷凝器(2)与压缩机(4)之间设有四通换向阀(1)；冷凝器(2)、压缩机(4)、蒸发器(10)和水管(15)的管道处均安装有温度传感器(14)；蓄热包(8)安装在压缩机(4)的外壳处，蓄热包(8)中充满有蓄热材料，该蓄热材料为适应于压缩机(4)排气温度的相变材料；在制冷设备正常工作的条件下，相变材料吸收压缩机(4)出口管段的热量，相变材料由固态变为液态，存储热量并和换热盘管(9)进行换热，之后盘管加热进入换热盘管(9)的低温低压气体，使得制冷剂处于过热状态；气液分离器(6)连接于冷凝器(2)的出口、蒸发器(10)的入口、压缩机(4)的入口处，使得从冷凝器(2)流出的气液混合状态制冷剂气液分离，气体经过变流量节流阀(3)进入压缩机(4)入口段，液体制冷剂经过手动开关阀流进蒸发器(10)；气液分离器(6)与蒸发器(10)之间设有毛细管(11)；气液分离器(6)与冷凝器(2)之间连接有储液罐(12)；热力膨胀阀(5)安装于冷凝器(2)的出口和气液分离器(6)的入口管道处，用于感应压缩机(4)出口温度和冷凝器(2)入口温度；变流量节流阀(3)安装于在气液分离器(6)和压缩机(4)的入口之间，变流量节流阀(3)通过变流量调节有效控制旁通补气量，使得在不同的温度环境下，压缩机(4)有尽可能合理的补气量，从而达到最好的制热效果。...

【技术特征摘要】
1.旁通补气联合压缩机壳体蓄热的强化制热热泵系统，其特征在于：该系统是在热泵系统中安装蓄热包(8)、气液分离器(6)、热力膨胀阀(5)、变流量节流阀(3)、换热盘管(9)、四通换向阀(1)、水箱(13)及相关管路通道；冷凝器(2)与压缩机(4)之间设有四通换向阀(1)；冷凝器(2)、压缩机(4)、蒸发器(10)和水管(15)的管道处均安装有温度传感器(14)；蓄热包(8)安装在压缩机(4)的外壳处，蓄热包(8)中充满有蓄热材料，该蓄热材料为适应于压缩机(4)排气温度的相变材料；在制冷设备正常工作的条件下，相变材料吸收压缩机(4)出口管段的热量，相变材料由固态变为液态，存储热量并和换热盘管(9)进行换热，之后盘管加热进入换热盘管(9)的低温低压气体，使得制冷剂处于过热状态；气液分离器(6)连接于冷凝器(2)的出口、蒸发器(10)的入口、压缩机(4)的入口处，使得从冷凝器(2)流出的气液混合状态制冷剂气液分离，气体经过变流量节流阀(3)进入压缩机(4)入口段，液体制冷剂经过手动开关阀流进蒸发器(10)；气液分离器(6)与蒸发器(10)之间设有毛细管(11)；气液分离器(6)与冷凝器(2)之间连接有储液罐(12)；热力膨胀阀(5)安装于冷凝器(2)的出口和气液分离器(6)的入口管道处，用于感应压缩机(4)出口温度和冷凝器(2)入口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠宝，马崇，陈子鹏，郑斌，高敏，娄凤飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11