空氣源熱泵採暖系統及其控制方法與流程
2023-06-21 09:16:01
本發明涉及熱泵領域，具體涉及一種空氣源熱泵採暖系統以及基於該空氣源熱泵採暖系統的控制方法。
背景技術：
近年來，熱泵技術作為一種新能源技術備受關注，其應用領域也十分廣泛。空氣源熱泵採暖系統主要包括壓縮機、冷凝器、節流元件以及蒸發器。
現有一種二氧化碳熱泵系統，該系統除了包括壓縮機、冷凝器、節流元件以及蒸發器以外還包括回熱器，通過回熱器控制冷媒進入節流元件的溫度和壓縮機吸氣溫度；還有一種制熱空調系統，該系統中設置有雙流路蒸發器，即蒸發器底部部分管路連接冷凝器出口，冷凝器流入蒸發器的較高溫度冷媒可以防止蒸發器底部結冰。
上述兩種系統均存在一定的弊端，二氧化碳熱泵系統在採暖回水溫度過高時流出冷凝器的冷媒溫度較高，僅經過回熱器降溫時仍然會導致壓縮機吸氣溫度過高而無法正常工作；制熱空調系統僅靠雙流路蒸發器也無法保證合適壓縮機吸氣溫度和節流前冷媒溫度。
技術實現要素：
本發明的一個目的是提出一種能夠降低節流前冷媒溫度、提高循環系統效率的空氣源熱泵採暖系統。
本發明的另一個目的是提出一種能夠提高整機的制熱能力、提高系統可靠性的的空氣源熱泵採暖系統。
本發明的再一個目的是提出一種控制更精確、壓縮機工作效率更高的空氣源熱泵採暖系統的控制方法。
為達此目的，一方面，本發明採用以下技術方案：
一種空氣源熱泵採暖系統，包括依次串接形成循環迴路的壓縮機、冷凝器、節流元件和第一蒸發器，在所述冷凝器的冷媒出口和所述節流元件的冷媒進口之間連通有回熱器第一支路；在所述壓縮機的進口和所述第一蒸發器的冷媒出口之間連通有回熱器第二支路；在所述冷凝器的冷媒出口和所述回熱器第一支路的冷媒入口之間連通有第二蒸發器，所述第二蒸發器用於為從所述冷凝器流出的冷媒換熱。
作為本發明的一個優選方案，所述第一蒸發器和所述第二蒸發器集成為一體式換熱器。
作為本發明的一個優選方案，所述一體式換熱器包括兩條支路，其中一條支路為所述第一蒸發器，另一條支路為所述第二蒸發器。
作為本發明的一個優選方案，所述回熱器第一支路和所述回熱器第二支路集成為一體式回熱器，所述一體式回熱器為管式回熱器。
作為本發明的一個優選方案，所述第一蒸發器和所述第二蒸發器均為管式換熱器。
另一方面，本發明採用以下技術方案：
一種基於上述空氣源熱泵採暖系統的控制方法，所述控制方法是在制熱過程中流出冷凝器的冷媒在依次流經第二蒸發器和回熱器第一支路換熱後再流入節流元件。
進一步的，所述空氣源熱泵採暖系統處於制熱過程中時，冷媒從所述冷凝器流出後依次流經所述第二蒸發器和所述回熱器第一支路換熱後再流入所述節 流元件，從所述節流元件流出的冷媒經第一蒸發器汽化後流經回熱器第二支路換熱再進入壓縮機。
本發明的有益效果為：
(1)、本發明的空氣源熱泵採暖系統在冷凝器和節流元件之間具有一支換熱迴路，尚未節流的冷媒先經過該換熱迴路和熱源發生交換後再進入節流元件，在第一蒸發器和壓縮機進口之間具有另一支換熱迴路，節流後的冷媒經過該換熱迴路換熱後再進入壓縮機，這種雙換熱迴路的設計能夠保證合適的節流前冷媒溫度和壓縮機吸氣溫度，尤其是針對將CO2作為冷媒的情況時，通過換熱迴路能夠降低節流前溫度，減少節流元件節流過程中的損失，提高循環系統的效率。
(2)、本發明的空氣源熱泵採暖系統冷媒在節流元件之前依次經過冷凝器、第二蒸發器、回熱器第一支路進行三次換熱降溫，再經過第一蒸發器後回熱進入壓縮機，三次冷媒的降溫相比現有的一次或兩次冷媒的降溫而言，整機的制熱能力得到顯著提高，系統可靠性更強。
(3)、本發明的空氣源熱泵採暖系統可以通過第二蒸發器回收從冷凝器流出的溫度較高的冷媒的熱量，同時能夠提高低溫環境蒸發溫度和吸熱量，提高蒸發器壓力，提高壓縮機吸氣效率和吸氣過熱度，降低壓縮機液擊風險。
(4)、本發明的空氣源熱泵採暖系統的控制方法是節流前先在換熱迴路中進行換熱，節流後在第一蒸發器汽化的冷媒再經換熱迴路換熱後進入壓縮機，該控制方法流程簡單、控制更精確、壓縮機工作效率更高。
附圖說明
圖1是本發明優選實施例一提供的空氣源熱泵採暖系統的結構示意圖。
圖2是本發明優選實施例一提供的一體式換熱器的結構示意圖。
圖3是本發明優選實施例一提供的一體式換熱器的側視圖。
圖中標記為：
1、壓縮機；2、冷凝器；3、節流元件；41、第一蒸發器；411、第一蒸發器進口；412、第一蒸發器出口；42、第二蒸發器；421、第二蒸發器進口；422、第二蒸發器出口；51、回熱器第一支路；52、回熱器第二支路。
具體實施方式
下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
優選實施例一：
本優選實施例公開一種空氣源熱泵採暖系統。如圖1所示，空氣源熱泵採暖系統包括依次串接形成循環迴路的壓縮機1、冷凝器2、節流元件3和第一蒸發器41，其中，節流元件3優選為膨脹閥。
在冷凝器2的冷媒出口和節流元件3的冷媒進口之間連通有回熱器第一支路51；在壓縮機1的進口和第一蒸發器41的冷媒出口之間連通有回熱器第二支路52；在冷凝器2的冷媒出口和回熱器第一支路51的冷媒入口之間連通有第二蒸發器42，第二蒸發器42用於為從冷凝器2流出的冷媒換熱。
空氣源熱泵採暖系統的具體連接關係為：壓縮機1出口連通冷凝器2的一端，冷凝器2的另一端連通第二蒸發器進口421，第二蒸發器出口422連通回熱器第一支路51一端，另一端連接膨脹閥，膨脹閥再與第一蒸發器進口411連通，第一蒸發器出口412經回熱器第二支路52後連接至壓縮機1入口。
本實施例中，如圖2和圖3所示，優選將第一蒸發器41和第二蒸發器42集成為一體式換熱器，即該一體式換熱器包括兩條支路，其中一條支路為第一蒸發器41，另一條支路為第二蒸發器42，流經第二蒸發器42的冷媒會流經第 一蒸發器41，該一體式換熱器優選為管式換熱器，也可以是翅片式換熱器或管板式換熱器，其中，圖3中箭頭方向為空氣流向。工作時，冷媒在節流元件之前依次經過冷凝器2、第二蒸發器42、回熱器第一支路51進行三次換熱降溫，再經過第一蒸發器41後回熱進入壓縮機1，三次冷媒的降溫相比現有的一次或兩次冷媒的降溫而言，蒸發器的制熱能力、整機的制熱能力均得到顯著提高，系統可靠性也更強
本實施例中，系統冷媒優選採用CO2，，即，提供一種CO2空氣源熱泵採暖系統。該系統在節流前設置的一支換熱迴路能夠降低進入膨脹閥前的CO2溫度，減少膨脹閥的節流損失，提高循環系統的效率；能夠增加低溫環境時第一蒸發器41的吸熱量並減緩其結霜速度，提高第一蒸發器41的壓力和壓縮機1的吸氣效率，降低壓縮機液擊風險；此外，壓縮機1運行更加可靠、使用壽命更長。
回熱器第一支路51和回熱器第二支路52集成為一體式回熱器，一體式回熱器優選為管式回熱器。
本實施例中的空氣源熱泵採暖系統是將回熱器和蒸發器的雙流路組合在一起形成節流前的一支換熱迴路和節流後的一支換熱迴路，解決了現有的系統僅設置回熱器時壓縮機由於吸氣溫度過高經常會出現無法正常工作的問題，或僅設置雙流路蒸發器時無法保證合適的壓縮機吸氣溫度和節流前冷媒溫度的問題。
上述系統主要用於採暖系統中，該系統可以實現節流前的三次換熱，因而整機制熱能力得到了顯著提高，系統的COP(制熱能效比)極大地提高，工作可靠穩定，與現有的節流前只進行一次或兩次換熱的系統相比，制熱能力具有明顯的優勢，適於大範圍推廣應用。
基於本實施例中的空氣源熱泵採暖系統的控制方法具體為：
空氣源熱泵採暖系統處於制熱過程中時，冷媒從冷凝器2流出後依次流經第二蒸發器42和回熱器第一支路51換熱後再流入節流元件3，從節流元件3流出的冷媒經第一蒸發器41汽化後流經回熱器第二支路52換熱再進入壓縮機1。
上述控制方法控制更精確，既能夠保證合適的節流前冷媒溫度和壓縮機吸氣溫度，又可以通過第二蒸發器回收從冷凝器流出的溫度較高的冷媒的熱量，同時能夠提高低溫環境蒸發溫度和吸熱量，提高壓縮機吸氣效率和系統性能。
優選實施例二：
本優選實施例公開一種空氣源熱泵採暖系統，該空氣源熱泵採暖系統中，冷媒可以是但不限於是將CO2，其結構與優選實施例一基本相同。該空氣源熱泵採暖系統包括依次串接形成循環迴路的壓縮機、冷凝器、節流元件和第一蒸發器，在冷凝器的冷媒出口和節流元件的冷媒進口之間連通有回熱器第一支路；在壓縮機的進口和第一蒸發器的冷媒出口之間連通有回熱器第二支路；在冷凝器的冷媒出口和回熱器第一支路的冷媒入口之間連通有第二蒸發器，第二蒸發器用於為從冷凝器流出的冷媒換熱。
不同之處在於：第一蒸發器和第二蒸發器可以集成為一體結構，也可以是分別設置的兩個換熱器，第一蒸發器能夠實現將冷媒汽化，第二蒸發器能夠實現將從冷凝器流出的冷媒冷卻即可；兩個蒸發器均既可以是管式結構，也可以是板式或其他結構，能夠實現換熱即可。
本實施例中提供的空氣源熱泵採暖系統應用於採暖系統中，由於空氣源熱泵採暖系統的制熱能力極大地提高進而採暖系統的制熱能力也相應的提高，相比於現有採暖系統的制熱能力，採用該空氣源熱泵採暖系統制熱具有明顯的效果。
本實施例提供的空氣源熱泵採暖系統還可以應用於其他制熱系統中，如空調、熱烘乾機等領域，制熱效果均優於現有的水平，適於大範圍推廣。
基於本實施例中所述的空氣源熱泵採暖系統的控制方法與優選實施例一基本相同，在此不再贅述。
在上述實施例的描述中，需要說明的是，述及術語「第一」、「第二」、「第三」等，僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
以上是結合附圖給出的實施例，僅是實現本發明的優選方案而非對其限制，任何對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神，均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。本發明的保護範圍還包括本領域技術人員不付出創造性勞動所能想到的任何替代技術方案。