双级压缩低温热泵系统及其装置制造方法及图纸

一种适合于寒冷地区使用的双级压缩低温热泵系统，它是在包括由压缩机（１）、四通阀（２）、制冷剂／空气换热器（３）、热力膨胀阀（５、８）、单向阀（６、９）、高压贮液器（７）、干燥过滤器（１５）、制冷剂／水换热器（１１）和／或制冷剂／空气换热器（２９）、气液分离器（１２）、水泵（１３）和／或风机（３０）以及制冷剂和水路连接管构成的普通热泵系统制冷剂回路中增设一个由高压级压缩机（１７）、高压级四通阀（１８）、中间节流热力膨胀阀（１９）、电磁阀（２０）、中间冷却器（２１）与制冷剂连接管构成的高压级单元（１６）后形成的，采用该系统方案的热泵装置不仅具有普通热泵装置在夏季和一般冬季工况下的性能和功用，而且能在－１８℃的低温环境中稳定、可靠地长期运行，且具有足够的制热量和较高的性能系数，压缩机排气温度始终低于１３０℃，能够在没有辅助热源的条件下满足寒冷地区冬季的采暧要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通用机械或流体机械领域，尤其是涉及一种在外界低温环境条件下能向室内高效率提供热量的热泵空调系统。近年来，随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，空调用热泵在长江中下游、华南及西南等传统的非采暖区得到广泛应用，它以较低的能量消耗很好地满足了该地区冬季采暖的要求，应用效果良好。但在我国黄河流域、华北等地区一直是以燃煤、燃油和电暖气作为冬季采暖的主要手段。由于黄河流域及华北等地区气温较低，采用普通空气源热泵系统，其制热能力和性能系数大大降低，且压缩机排气温度超温，系统频繁启停，无法正常工作。因此普通空气源热泵系统无法满足寒冷地区冬季的采暖需求。为使热泵能在低温环境中高效、稳定、可靠地运行，国内外进行许多技术研发和改进。日本《冷冻》杂志1997年第7期刊登了N.Horiuchi的文章“Development ofPackaged Air Conditioner For Cold Regions”，介绍了采用变频系统当室外为低温环境时让压缩机高速工作增加工质循环量，同时向压缩机工作腔喷液以防止其排气温度超温；1993年《東芝レビュ-》第4期辰巳光好发表论文“トリプルドライ機能付きガスエアコン”，1998年《三菱重工技报》第2期刊登了山神胜治“冷媒加热式ル一ムエアコン用バ一ナの开发”的文章，都提出了采用煤油燃烧器在低环境温度时辅助加热室外换热器来提高热泵的低温性能的技术方案；2001年3月，清华大学马国远在其博士后出站报告《空气源热泵低温适应性的研究》中提出采用带辅助进气口的涡旋压缩机，在低温工况时通过辅助进气口向压缩机工作室喷制冷剂，以此改善热泵内部压缩过程来提高热泵的低温性能的技术方案；国内一些厂家曾介绍过在室内水路上装辅助电加热器来解决低温工况下制热量不足问题。总的说来，这些技术都不能有效地实现在室外温度为-18℃条件下高效率、大能力、安全可靠地向室内供热的目标，故未从根本上解决问题。鉴于上述原因，本专利技术提出一种适合寒冷地区使用的双级压缩低温热泵系统及其装置的技术方案。采用该系统方案的热泵装置不仅具有普通热泵装置在夏季和一般冬季工况下的性能和功用，而且能在-18℃的低温环境中稳定、可靠地长期运行，且具有足够的制热量和较高的性能系数，压缩机排气温度始终低于130℃，能够在没有辅助热源的条件下满足寒冷地区冬季的采暖要求。本专利技术所提出的双级压缩低温热泵系统及其装置是在普通热泵装置制冷循环回路基础上增设高压级单元构成的。其中，普通热泵装置制冷循环包括压缩机、四通阀、制冷剂/空气换热器、风扇、热力膨胀阀、干燥过滤器、单向阀、高压贮液器、制冷剂/水换热器、气液分离器、制冷剂连接管路、水泵、水路连接管；所增设的制冷循环高压级单元由高压级压缩机、高压级四通阀、中间节流热力膨胀阀、电磁阀、中间冷却器和制冷剂连接管构成。本专利技术提出的双级压缩低温热泵制冷循环及其装置的典型特征是在如附图说明图1所示的普通热泵装置制冷循环中的干燥过滤器和制热用热力膨胀阀之间的B点与四通阀和制冷剂/水换热器之间的A点的制冷剂连接管之间增设一个高压级单元。本热泵装置在夏季制冷工况与一般冬季制热工况下，高压级单元不投入运行，按普通热泵装置的功效运行，具有普通热泵装置的性能和功用；当室外环境温度降低，导致系统性能下降时，热泵装置则启动高压级单元，将单级压缩制冷循环转化为双级压缩制冷循环，增大高压液态制冷剂的过冷度，降低压缩机吸气过热度，有效地增大系统的制热能力，降低压缩机排气温度，实施结果表明，该热泵装置能在-18℃的低温环境中稳定、可靠地长期运行，且具有足够的制热量和较高的性能系数，压缩机排气温度始终低于130℃，能够满足寒冷地区的采暖需求。在本专利技术所提出的双级压缩低温热泵系统及其装置中，用在高压贮液器内设置与高压贮液器腔体隔离且具有进出口的换热盘管的中间冷却型高压贮液器取代高压贮液器和中间冷却器，将会简化系统形式，降低装置成本，提高系统的可靠性。在本专利技术所提出的双级压缩低温热泵系统及其装置中，两台压缩机或二者之一采用变频等容量可以调节的压缩机，可以在高压级单元运行时调节热泵系统的中间压力，使双级压缩低温热泵系统的性能系数和制热量得到进一步改善。在本专利技术所提出的双级压缩低温热泵系统及其装置中，用制冷剂/空气换热器代替制冷剂/水换热器，用风机代替水泵，则可利用空气将夏季制冷工况产生的冷量与冬季制热工况产生的热量直接输送给室内环境。下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术特征进一步进行描述。附图1是普通热泵装置制冷剂管路连接原理图。附图2是双级压缩低温热泵装置实施例1制冷剂管路连接原理图。附图3是双级压缩低温热泵装置实施例2制冷剂管路连接原理图。附图4是双级压缩低温热泵装置实施例2中的中间冷却型高压贮液器结构图，其中图(a)为其立剖面图，图(b)为其横剖面图。附图5是双级压缩低温热泵装置实施例3制冷剂管路连接原理图。附图中的部件名称与编号如下1压缩机；2四通阀；3制冷剂/空气换热器；4换热器风扇；5制热用热力膨胀阀；6单向阀；7高压贮液器；8制冷用热力膨胀阀；9单向阀；10水路连接管；11制冷剂/水换热器；12气液分离器；13水泵；14分液头；15干燥过滤器；16高压级单元；17高压级压缩机；18高压级四通阀；19中间节流热力膨胀阀；20电磁阀；21中间冷却器；22中间冷却型高压贮液器；23筒体；24盘管换热器；25/26高压液体进/出液管；27/28盘管换热器进/出口；29制冷剂/空气换热器；30风机。在上述部件中，制冷剂/空气换热器3与29一般采用翅片管式换热器；制冷剂/水换热器11一般采用板式换热器、套管式换热器；风机30一般采用轴流风机、离心风机与贯流风机。图2是本专利技术所提出的双级压缩低温热泵系统及其装置实施例之一的制冷剂管路连接原理图。它包括压缩机1、四通阀2、制冷剂/空气换热器3、热力膨胀阀5与8、单向阀6与9、高压贮液器7、干燥过滤器15、制冷剂/水换热器11、气液分离器12、水泵13、制冷剂连接管、水路连接管以及由高压级压缩机17、高压级四通阀18、中间节流热力膨胀阀19、电磁阀20、中间冷却器21与制冷剂连接管构成的高压级单元16。对比图1与图2可以看出，本专利技术提出的双级压缩低温热泵系统及其装置是在图1所示的普通热泵系统制冷剂连接管路上增设高压级单元16构成的。所述系统的高压级单元16连接在断开如图1所示的普通热泵系统四通阀2和制冷剂/水换热器11之间、干燥过滤器15出口和制热用热力膨胀阀5入口之间的连接管后所形成的A、A’、B、B’四个接口之间，四个接口A、A’、B、B’分别与高压级单元16的高压级四通阀18的d出口与c出口、高压液体管入口、高压液体管出口相连。由上述连接方式所构成的热泵系统则为双级压缩低温热泵系统，由该系统形式的热泵装置，不仅具备普通热泵装置的功能和功效，而且能在低温外气条件下稳定、可靠、高效地向空调水提供热量，以满足寒冷地区的采暖需求。在不同工况下该热泵系统的工作原理如下所述夏季制冷工况的工作原理在夏季制冷工况下，该双级压缩低温热泵装置中的高压级单元停止工作；原普通热泵装置所对应的各部件压缩机1、换热器风扇4、水泵13运行，四通阀2不上电。低温低压的气态制冷剂由压缩机1压缩成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于寒冷地区使用的双级压缩低温热泵系统及其装置，它包括压缩机（１）、四通阀（２）、制冷剂／空气换热器（３）、热力膨胀阀（５、８）、单向阀（６、９）、高压贮液器（７）、干燥过滤器（１５）、制冷剂／水换热器（１１）、气液分离器（１２）、水泵（１３）、制冷剂连接管、水路连接管以及高压级单元（１６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石文星，蒋正苗，田长青，闫立新，
申请(专利权)人：北京森博苑科技有限公司，北京西吉制冷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]