可旋转窗式热泵系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于供暖、供冷可旋转窗式热泵系统。系统包括膨胀压缩机、气体冷却器、储液罐、阀门、蒸发器、转盘、微电机等。储液罐位于预膨胀阀和支路旁通阀之间，并通过管路与膨胀压缩机联接，膨胀机出口与支路旁通阀的出口共同接到蒸发器的入口。外壳机体通过销钉与转盘固定连接，机组需要在供暖与供冷之间切换时，可以通过微电机带动整机在转盘上旋转方便实现。当系统运行工况偏离设计工况时，可通过调节两阀门的开度来保持系统高压侧压力为最优高压压力。在供暖工况下，可通过停止膨胀压缩机运行并打开两阀门，利用高压侧的热流体进入蒸发器除霜。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于空调设备，具体涉及到以二氧化碳为制冷剂、采用跨临界循环热泵供暖、供冷的窗机系统。
技术介绍
由于CFCs(氯氟烃)与HCFCs(氢氯氟烃)等制冷剂对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，目前世界各国从事此方面的科学家正在抓紧研究其替代工作。其中二氧化碳以其优良的环保特性和良好的传热性质被重新引入到制冷热泵行业中来。前国际制冷学会主席Gustav Lorentzen教授于90年代初期最早提出采用跨临界循环，以CO2为制冷剂是解决CFC替代的根本性方法。但是在实际的技术应用中实现CO2跨临界循环空气—空气热泵，存在一定的问题。传统空气—空气式热泵都采用四通阀进行换向，不仅用于季节转换，且在冬季工况下用于除霜。由于R22或R134的工作压力不高，四通阀具有相当高的可靠性，所以可满足R22或R134作为制冷剂的循环要求。但是以二氧化碳作为制冷剂情况则不然，CO2不仅工作压力高，高低压差大(6-7MP)，重要的是适用于CO2作为制冷剂的专用四通阀很难满足其压力要求，制造难度较大，目前尚未见生产。针对CO2跨临界循环空气—空气窗式热泵的特定要求，本技术设计出不带四通阀的窗式热泵，解决了CO2跨临界循环应用于实际的关键技术。
技术实现思路
本技术的目的是根据CO2窗式热泵系统的特点，提供一种不带四通阀、能够供暖、供冷的可旋转窗式热泵系统，以满足季节转换的需要。本技术的结构原理如附图1～3所示。可旋转窗式热泵系统主要由膨胀压缩机1、气体冷却器2、预膨胀阀3、储液罐4、蒸发器6、风机7、圆柱型外壳8、转盘9、微电机10、中间隔板11组成。储液罐4位于预膨胀阀3和支路旁通阀5之间，并通过管路与膨胀压缩机1联接，膨胀机出口与支路旁通阀5的出口共同接到蒸发器6的入口。外壳8是一个圆柱型有前后开口的外包机体，转盘与机体间有转轴和定位销，既可保证灵活旋转，又可保证定位牢固。机体通过销钉与转盘9固定连接，即整机安装在一个转盘9上，微电机10带动整体窗式热泵系统在转盘9上旋转。通过用微电机10可在短时间内将整机旋转180度，室内(外)换热器变为室外(内)换热器，可以满足按照冬夏季工况改变系统工作方式的目的。膨胀压缩机1为压缩机和膨胀机同轴联接，膨胀机可以回收CO2流体由高压到低压过程的膨胀功，即回收流体的膨胀功直接用于辅助驱动压缩机，并作为压缩机的部分输入功。储液罐4置于预膨胀阀3和支路旁通阀5之间。当系统在设计工况下运行时，预膨胀阀3全开，支路旁通阀5关闭，经过气体冷却器2放热冷却后的CO2流体经过储液罐4进入膨胀压缩机1的膨胀机部分膨胀做功，同时压力降低，进入蒸发器6吸热气化后重新被吸入压缩机进行压缩。CO2跨临界循环系统不同于传统工质，它在超临界区放热，温度和压力相互独立，因而具有使系统性能最高和最优排气压力，该最优压力可以通过测量蒸发温度和气体冷却器出口工质温度用经验公式计算得到。CO2可旋转窗式热泵系统可以通过预膨胀阀3和支路旁通阀5的综合调节，并利用储液罐的缓冲作用来使系统在变工况下保持最优压力。一方面，当工况变化导致系统最优压力降低，实际高压侧压力高于最优压力时，需要将之调低。在压缩机质流率不变的情况下，可以通过与膨胀机并联的支路旁通阀5进行支路旁通来增加流出高压侧的工质量，使高压侧工质减少，将其压力降到最优压力。在蒸发器工况不变的情况下，系统高压侧减少的工质可以储存在储液罐中。另一方面，当工况变化导致系统最优压力升高时，实际高压侧压力低于最优压力，需要将之调高。可以减小预膨胀阀3的开度，使从气体冷却器出来的CO2流体通过预膨胀阀3进行预膨胀，使其密度变小，由于膨胀机的容积吸气量不变，所以其质流率变小，在压缩机质流率不变的情况下，高压侧工质增加，压力可升到最优压力。高压侧增加的工质由储液罐提供。当然支路旁通和预膨胀都会造成节流损失，系统运行的具体调节依据还应综合考虑系统偏离最优压力的性能损失和节流损失的相对关系。储液罐4可进行容量调节并与预膨胀阀3和支路旁通阀5使系统产生高压排气，在冬季热泵工况下，可以利用此高压排气对室外蒸发器6进行除霜。除霜时，膨胀压缩机1停机、预膨胀阀3和支路旁通阀5开启，通过气体冷却器2内的高温高压流体流入室外蒸发器6进行除霜。除霜结束后，系统重新启动。附图说明附图1为本技术在夏季空调工况下循环系统图。附图2为可旋转窗式热泵系统A-A剖面侧视图。附图3为本技术在冬季热泵工况下循环系统图。其中膨胀压缩机-1；气体冷却器-2；预膨胀阀-3；储液罐-4；支路旁通阀-5；蒸发器-6；风机-7；外壳机体-8；转盘-9；微电机-10；中间隔板-11。具体实施方式本技术以CO2热泵系统实现夏季供冷和冬季供暖来体现应用实施例。膨胀压缩机1选用本技术提出的CO2跨临界循环专用机，气体冷却器2与蒸发器6采用微通道翅片式风冷换热器，预膨胀阀3和支路旁通阀5采用步进电机驱动的2500步的普通电子膨胀阀，储液罐4采用能够承受12MPa压力的压力容器，实现基本的CO2跨临界循环。参照附图1、3来实现季节变化转换功能。夏季工况下(室外温度为35℃，相对湿度55％时)，蒸发器6在室内侧，气体冷却器2在室外侧。压缩机排出的高温高压CO2流体在室外气体冷却器中放热后，进入膨胀机膨胀做功以辅助驱动压缩机，膨胀后的低温低压CO2流体进入室内的蒸发器6吸热。大约5分钟后，室内温度达到25℃，满足空调要求。当夏季制冷工况转换为冬季制热工况时，通过用微电机10可将机体在转盘9上旋转180度，室内换热器由蒸发器6变为气体冷却器2，实现季节转换的目的。冬季工况下(室外温度为-1O℃，相对湿度40％时)，气体冷却器2在室内侧，蒸发器6在室外侧。压缩机排出的高温高压CO2流体在室内气体冷却器中放热制暖。大约5分钟后，室内温度达到20℃，满足供暖要求，然后高温高压CO2流体进入膨胀机膨胀做功以辅助驱动压缩机，膨胀后的低温低压CO2流体进入室外的蒸发器6吸收热量。当冬季制热工况转换为夏季制冷工况时，基本与夏冬季节转换时一样，通过用微电机10将机体在转盘9上旋转180度，室内换热器由气体冷却器2变为蒸发器6，实现季节转换的目的。当系统高压压力偏高时，通过与膨胀机并联的支路旁通阀5进行支路旁通来增加流出高压侧的工质量，使高压侧工质减少，将其压力降到最优压力；当系统高压压力偏低时，可以减小预膨胀阀3的开度，使其质流率变小，在压缩机质流率不变的情况下，高压侧工质增加，压力可升到最优压力。需要除霜时，将膨胀压缩机1停止运行，把预膨胀阀3、支路旁通阀5打开，利用气体冷却器2内高压侧的热流体进入室外蒸发器6进行除霜。本技术的有益效果在于，使CO2窗式热泵系统在尚无专用四通阀的条件下，通过微电机带动整机旋转，满足季节转换的需要，又能通过两个膨胀阀，利用储液罐的缓冲作用，实现调节系统最优高压压力和高压热流体除霜的功能。因此本技术具有结构简单、调节方便的特点。对CO2热泵系统的推广应用与环保起到积极的促进作用。权利要求1.可旋转窗式热泵系统，主要由膨胀压缩机(1)、气体冷却器(2)、预膨胀阀(3)、储液罐(4)、蒸发器(6)、风机(7)组成，其特征在于储液罐(4)位于预膨胀阀(3)和支路旁通阀(5)之间，并通过管路本文档来自技高网...

【技术保护点】
可旋转窗式热泵系统，主要由膨胀压缩机（１）、气体冷却器（２）、预膨胀阀（３）、储液罐（４）、蒸发器（６）、风机（７）组成，其特征在于储液罐（４）位于预膨胀阀（３）和支路旁通阀（５）之间，并通过管路与膨胀压缩机（１）联接，膨胀机出口与支路旁通阀（５）的出口共同接到蒸发器（６）的入口，外壳机体（８）通过销钉与转盘（９）固定连接，微电机（１０）带动整体窗式热泵系统在转盘（９）上旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马一太，管海清，李敏霞，杨俊兰，刘圣春，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]