热泵系统及变频器降温方法与流程

本发明涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种热泵系统及变频器降温方法。

背景技术：

热泵在供热市场中得到越来越广泛的应用，需求水温也越来越高，甚至高达80℃。在这么高的水温下，对应制热系统的冷凝温度需81℃。为了让可以保证热泵的高能效和运行范围广，在热泵离心机中变频技术的应用也越来越普及。

为了使机组空间小，功能集成，变频器往往设置在机组上，即常说的“机载变频器”。变频器的高效工作与其内部电气元件的冷却密切相关，若变频器的温度过高，将直接影响电气元件运行的可靠性。

因此，为了保证变频器内部电气元件的冷却，这种变频器在现有技术中常用冷媒冷却。然而，对于80℃这么高的出水温度，冷凝管路中的压力非常高，对于变频器的冷却非常不利。具体表现在：冷凝温度高，制冷循环中的单位质量制冷量小，意味着所需质量流量大才能达到所需冷量，对能效提升不利；从这么高的冷凝温度降低到普遍冷却温度36℃，温差过大，如果通过节流降压来冷却，需要设置多个节流装置，而且节流会导致闪发气体，使液体冷媒量变少，冷却效果降低，同样不利于能效提升。

技术实现要素：

本发明提供了一种热泵系统及变频器降温方法，以解决现有技术中热泵系统中对变频器的降温效果差的问题。

本发明提供了一种热泵系统，包括：冷凝器；蒸发器，分别通过降压流路和升压流路与冷凝器连接；变频器，设置在降压流路上；热泵系统还包括：过冷流路，过冷流路连接在冷凝器和蒸发器之间；过冷节流阀，设置在过冷流路上；过冷器，连接在过冷节流阀的下游与变频器的上游之间，过冷流路通过过冷器对降压流路上进入变频器前的冷媒进行降温。

在一个实施方式中，过冷器包括过冷箱体和设置在过冷箱体内的过冷管路，过冷箱体与降压流路相连通，过冷管路与过冷流路相连通；或者，过冷管路与降压流路相连通，过冷箱体与过冷流路相连通。

在一个实施方式中，过冷箱体与降压流路相连通，过冷管路与过冷流路相连通，过冷管路用于对过冷箱体中的冷媒进行降温。

在一个实施方式中，热泵系统还包括降压节流阀，降压节流阀设置在降压流路上，并位于过冷器与变频器之间。

在一个实施方式中，热泵系统还包括压缩机，压缩机设置在升压流路上。

在一个实施方式中，压缩机为双级压缩机，包括相连接的一级压缩件和二级压缩件，一级压缩件相对设置在二级压缩件的上游。

在一个实施方式中，热泵系统还包括经济器，经济器连接在冷凝器和蒸发器之间，并与一级压缩件和二级压缩件之间的管路连接。

在一个实施方式中，经济器的上游与冷凝器之间设置有第一节流阀，经济器的下游与冷凝器之间设置有第二节流阀。

本发明还提供了一种变频器降温方法，包括：在冷凝器和蒸发器之间设置过冷流路；让过冷流路中过冷后的低温冷媒对进入变频器前的高温冷媒降温。

在一个实施方式中，过冷流路中的低温冷媒通过热交换的方式对进入变频器前的高温冷媒进行降温。

在本发明的技术方案中，在冷凝器和蒸发器之间设置一条过冷流路，通过过冷节流阀可以让过冷流路中的冷媒降温。经过过冷节流阀的冷媒温度就会低于降压流路中进入变频器前的冷媒温度，通过过冷器就可以让过冷流路中的冷媒对降压流路中的冷媒降温。这样一来就降低了进入变频器中的冷媒温度，进而降低了冷媒温度对于变频器内部电气元件的影响，有效地降低变频器的工作温度，保证变频器的稳定工作。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的热泵系统的实施例的整体结构图；

图2示出了根据本发明的热泵系统的应用效果图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、冷凝器；20、蒸发器；30、降压流路；31、变频器；32、降压节流阀；40、升压流路；41、压缩机；411、一级压缩件；412、二级压缩件；50、过冷流路；51、过冷节流阀；60、过冷器；61、过冷箱体；62、过冷管路；70、经济器；71、第一节流阀；72、第二节流阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

鉴于现有技术的不足，本发明基于制冷循环的原理，创新提出一种热泵系统，相较于现有技术中2～5℃的过冷度，本发明的过冷度可以高达44℃。通过过冷将冷媒状态转至常规温度水平，再进入变频器进行冷却，形成全新的冷却系统。

该热泵系统旨在将进入变频器的冷媒的温度降低至另一个数量级的层次，这与采用普通制冷循环的过冷出发点不同，所需的产生效果也不同。

具体的，图1示出了本发明的热泵系统的实施例，该热泵系统包括冷凝器10、蒸发器20、降压流路30、升压流路40、过冷流路50和过冷器60。蒸发器20分别通过降压流路30和升压流路40与冷凝器10连接，降压流路30上设置有变频器31。过冷流路50连接在冷凝器10和蒸发器20之间，过冷流路50上设置有过冷节流阀51。过冷器60连接在过冷流路50上的过冷节流阀51的下游与降压流路30上的变频器31的上游之间，过冷流路50通过过冷器60对降压流路30上进入变频器31前的冷媒进行降温。

应用本发明的技术方案，在冷凝器10和蒸发器20之间设置一条过冷流路50，通过过冷节流阀51可以让过冷流路50中的冷媒降温。经过过冷节流阀51的冷媒温度就会低于降压流路30中进入变频器31前的冷媒温度，通过过冷器60就可以让过冷流路50中的冷媒对降压流路30中的冷媒降温。这样一来就降低了进入变频器31中的冷媒温度，进而降低了冷媒温度对于变频器31内部电气元件的影响，有效地降低变频器31的工作温度，保证变频器31的稳定工作。

为了进一步降低进入变频器31中的冷媒温度，热泵系统还包括降压节流阀32，降压节流阀32设置在降压流路30上，并位于过冷器60与变频器31之间。通过降压节流阀32可以对经过过冷器60降温的冷媒进一步降温，从而进一步降低了冷媒温度对于变频器31内部电气元件的影响。

通过上述的结构：一方面供变频器31冷却的冷媒液体温度可以大幅下降，但却保持压力基本不变，此时的温度水平基本与常规制冷冷凝器10的温度水平一样(一般为36℃)，另一方面本发明所要求的过冷度刚好使节流后的液体所对应的蒸发压力线的干度为0或仍位于干度0线的左侧，即：仍保持纯液体特征，通过过冷流路50和过冷器60侧的冷媒蒸发量的控制，这个目标可以实现。

如上的过冷流路50和过冷器60所产生的效果及控制要求与现有技术完全不同。如图2所示，现有技术变频器31冷却的循环为1→2’→3’→4’，本发明的变频器31冷却的循环为1→2→3→4。从循环图外形上看，形状一样，但实际上所进行的目的和效果完全不同。现有技术变频器31冷却循环，由于冷凝器10温度和压力并不高，通过节流装置进行普通节流即可对变频器31冷却，但节流后的线是位于干度0线和干度1线之间，即：两相区，存在气体。而在本发明中，通过过冷流路50和过冷器60的过冷，并通过目标控制后，节流完的液体完全处于干度0线或左侧位置。这样，整个制冷循环的单位质量制冷量得到最大化，而且无闪发气体的产生，使进入变频器31后的换热更加充分。

如图1所示，作为一种可选的实施方式，在本实施例中，过冷器60包括过冷箱体61和设置在过冷箱体61内的过冷管路62。过冷箱体61与降压流路30相连通，过冷管路62与过冷流路50相连通，过冷管路62用于对过冷箱体61中的冷媒进行降温。与过冷流路50相连通的过冷管路62中冷媒温度低于与降压流路30相连通的过冷箱体61中冷媒温度，通过过冷箱体61中冷媒与过冷管路62进行热交换，就可以降低降压流路30中的冷媒温度。

作为其他的可选的实施方式，也可以让过冷管路62与降压流路30相连通，而让过冷箱体61与过冷流路50相连通。同样可以利用热交换来降低降压流路30中的冷媒温度。

如图1所示，在本发明的技术方案中，热泵系统还包括压缩机41，压缩机41设置在升压流路40上。使用时，通过压缩机41来对冷媒加压可以实现冷媒的循环。更为优选的，压缩机41为多级压缩机，以尽可能地增大冷媒的压力，提高热泵系统的供热温度。可选的，在本实施例的技术方案中，压缩机41为双级压缩机，包括相连接的一级压缩件411和二级压缩件412，一级压缩件411相对设置在二级压缩件412的上游。

如图1所示，为了使得进入压缩机41中的冷媒更便于压缩，热泵系统还包括经济器70，经济器70连接在冷凝器10和蒸发器20之间，并与一级压缩件411和二级压缩件412之间的管路连接。通过经济器70可以让一部分低温冷媒进入到一级压缩件411和二级压缩件412之间，让该部分低温冷媒加速压缩机41内气态冷媒的凝结为液态冷媒，进而有助于二级压缩件412更高效地对冷媒进行加压。优选的，经济器70的上游与冷凝器10之间设置有第一节流阀71，经济器70的下游与冷凝器10之间设置有第二节流阀72。通过第一节流阀71可以降低进入经济器70的冷媒温度，进而有助于让进入一级压缩件411和二级压缩件412之间的气态冷媒更好地凝结。通过第二节流阀72可以降低进入蒸发器20内冷媒的压强，有助于冷媒在蒸发器20内蒸发吸热。

本发明还提供了一种变频器降温方法，该变频器降温方法包括在冷凝器10和蒸发器20之间设置过冷流路50，让过冷流路50中过冷后的低温冷媒对进入变频器31前的高温冷媒降温。应用本发明的变频器降温方法，可以有效降低进入变频器31中的冷媒温度，进而降低了冷媒温度对于变频器31内部电气元件的影响，有效地降低变频器的工作温度，保证变频器31的稳定工作。更为优选的，过冷流路50中的低温冷媒通过热交换的方式对进入变频器31前的高温冷媒进行降温。在使用时，通过在过冷流路50和变频器31所在的流路之间设置一个热交换用的过冷器60来进行换热即可。

本发明的发明点在于，变频器31冷却系统中采用过冷流路50和过冷器60使高压、高温冷凝温度达81℃的冷媒获取充分过冷度，使得节流至蒸发压力所对应的冷媒液体仍为纯液体特性，即：位于干度为0的位置，避免发节流过程闪发气体的产生，然后再进入变频器31进行冷却，最大程度发挥制冷循环自身的单位制冷量，提升冷却能效。

具体的，在本发明的热泵系统中，冷凝器10、蒸发器20与压缩机41构成包括升压流路40和降压流路30的双级压缩的主回路循环，通过主回路循环产生冷凝器10侧的高压、高温气体和蒸发器20侧换热后的低压蒸汽，然后通过冷凝器10换热产生所需求的80℃热水。本发明建立于上述主回路循环基础上，额外增设过冷流路50和过冷器60部分。

主回路循环连接顺序依次为：冷凝器10→过冷器60→降压节流阀32→变频器31→蒸发器20→压缩机41→冷凝器10。

过冷流路50的连接顺序依次为：冷凝器10→过冷节流阀51→过冷器60→蒸发器20。

本发明的技术方案巧妙利用了过冷这个措施，先将高温高压液态冷媒降至普通制冷的水平，并控制节流降压的液体状态，使用于热泵系统的变频器31冷却单位质量制冷量最大化，所需冷却流量最小，从而达到提升能效的目的。

应用本发明的技术方案，实现了如下效果：

1、解决高温出水状态下变频器冷却问题；

2、从制冷循环自身提高单位质量制冷量，减少所需冷媒流量，提升能效；

3、减少节流过程闪发气体的产生，保证纯冷媒液体特性，提高换热效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。