一种水汽能热泵机组及其系统的制作方法

本发明属于制冷制热机组，具体说是一种水汽能热泵机组及其系统。

背景技术

大气污染日趋严重，温室气体排放加剧，温室负面效应日益凸显，冰川融化，海平面上升引起全人类高度重视，采用节能清洁能源先进技术替代传统锅炉采暖已是必然趋势。数据显示，2015年中国建筑能源消费总量为8.57亿吨标准煤，占全国能源消费总量的20%，其中：公共建筑能耗占建筑能耗3.41亿吨标准煤；城镇居住建筑能耗3.2亿吨标准煤；农村建筑能耗1.97亿吨标准煤。全国建筑总面积达到613亿平方米，其中公共建筑面积约113亿平方米；城镇居住建筑面积248亿平方米；农村居住建筑252亿平方米。在全国总建筑能耗与面积中，北方城镇采暖面积和能耗分别为129亿平方米和1.93亿吨标准煤，采暖能耗强度为14.9千克标准煤/平方米。如何满足当今人民生活水平日益提高所带来高能耗问题是一个不可违避的现实。然而方兴未艾的各类热源塔技术兴起，科技工作者为此研究付出巨大努力，其成功案列广布南方许多地区，但需要与之相适应制热热泵主机，而且如何实现在北方高纬度地区使用变得切实可行，必须是以低温空气能作为热源来满足供暖需求。《中国建筑能耗研究报告（2017年）》中建议，未来建筑节能工作要与大气污染综合治理相结合，全面推进北方地区清洁采暖，助推生态文明建设；与人民对美好生活的需要相结合，大力发展健康建筑，助推健康中国战略的实施；与市场经济改革相结合，发挥行业协会力量推动行业自主减排行动，助推我国碳减排目标实现。

目前空气能热泵主机很难适应零度以下环境温度高效运行要求，其技术障碍主要体现在：

（1）大量霜积聚将使蒸发器传热性能减弱；

（2）结霜阻碍了室外盘管间的气体流动，风机能量损耗增加。

因此，随着室外换热器壁而霜层的增多，室外换热器蒸发温度下降、机组制热量减少、风机性能衰减、输入电流增大、供热性能系数降低，严重时压缩机会停比运行，以致机组不能正常工作。因此，周期性除霜成为空气源热泵正常运行所必须采取的手段。

（3）化霜方式影响到用户体验。

（4）化霜耗能多，化霜时间长。

（5）中央空调热泵机组无法采用反向运行化霜。

（6）采用防冻液作为吸热介质会出现冰点温度上移，导致结冰胀坏蒸发器铜管时有发生。

（7）浓缩防冻液装置耗能过大。

（8）主机低温环境运行导致冷冻油回油困难。

（9）蒸发器温度过低难免不出现液击，导致压缩机寿命大大缩短。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种节能、化霜效果好，且具有浓缩防冻液功能的水汽能热泵机组及其系统，采用的技术方案如下：

包括主机及变频压缩机和定频压缩机所组成的双平行压缩系统，其特征在于：所述主机包括分段式冷凝器，在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器的中间串联油气分离器和制冷剂出角阀，且补气增焓装置并联在所述变频压缩机、定频压缩机和所述分段式冷凝器之间，一侧变频压缩机通过左制冷剂进角阀和左气液分离器连接到组合式干式蒸发器，另一侧所述定频压缩机通过右制冷剂进角阀和右虹吸罐连接到组合式干式蒸发器，膨胀节流装置置于所述补气增焓和所述组合式干式蒸发器之间，在所述变频压缩机、定频压缩机并联回路侧设置有冷冻油冷却装置，且所述冷冻油冷却装置采用了防冻液进行冷却。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述组合式干式蒸发器采用冷媒走管程、防冻液走壳程的方式，该组合式干式蒸发器的管程分为两半，一半管程与定频压缩机相连，另一半管程与变频压缩机相连，且各自一半内又分成低位与高位两部分，冷凝器经膨胀节流装置的液相制冷剂输入至低位部分列管内，所述低位部分列管内的液相制冷剂在高位部分管程内获得防冻液潜热并全部蒸发后进入压缩机，且高位部分列管比低位部分列管数量多三分之一以上。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

根据权利要求1所述一种水汽能热泵机组及其系统，其特征在于：所述分段式冷凝器的前段分配给变频压缩机，后段分配给定频压缩机，且采用制冷剂走壳程、暖媒水走管程的方式。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述变频压缩机、定频压缩机与所述组合式干式蒸发器之间配备有虹吸罐，所述虹吸罐的虹吸管下端设置于所述组合式干式蒸发器的最低位。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述变频压缩机和定频压缩机均为螺杆式压缩机。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述系统配备了水汽能热源塔和浓缩装置，且热源塔具备防雨水进入功能，浓缩装置采用了冷凝喷射溶液浓缩方式。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述系统配备有水汽能热源塔和浓缩装置，且热源塔所配备的冷凝喷射溶液浓缩装置机构内有水汽能回收热能回馈装置。

有益效果

本发明采用多个主件优化组合，尤其还采用了防冻液去冷却冷冻油，其意义在于低温环境下，冷冻油还起到了密封、冷却、降噪等作用，冷冻油能够在螺杆与压缩室以及阴阳螺杆间形成动态密封，减少制冷剂在压缩过程中由高压侧向低压侧的泄漏并减少相互间的机械摩损；

本发明在机组启动初期可采用电加热方式来为冷冻油加热，当压缩机温度升高后，可以采用防冻液来为其冷却，相比现行热泵机组通常采用一套冷却装置，并且应用了一套定频一套变频的压缩机，使本发明的结构简单、运行成本低，节能效果更好；

本发明专利还大量采用了诸如虹吸罐、油气分离器，补气增焓装置多个组合式创新以增强机组运行安全可靠性；还有采用了组合式干式蒸发器达到更加有效防止液击事件发生，该蒸发器为管壳式换热器，并且制冷剂走管程，其中列管从端面垂直一分为二，分别为两个压缩机所配备，一半为变频压缩机所配备，而另一半为定频压缩机所配备，而每一半又分成两部分列管，这些列管分成下部列管和上部列管，下部列管为少数用来通过来自冷凝器液相制冷剂的，并在此获得防冻液潜热部分被蒸发后会有两相相混的制冷剂进入到上部列管内进一步获取防冻液潜热而蒸发，蒸发后全部变成了气相制冷剂了，这种干式蒸发器可有效防止液击，同时，为了防止油堵该发明还在压缩机前设置了虹吸罐，利用虹吸原理把蒸发器低位冷冻油直接吸入到压缩机里；

本发明的水汽能热泵机组用于寒冷地区，不仅能有效防止液击还可有效防止油堵，从而提高压缩机使用寿命，相较满液式蒸发方式其应用针对性非常强，该组合式干式蒸发器列管分配方式有别于现有技术方案；

本发明的水汽能热泵机组配备有防冻液浓缩装置防止防冻液作为吸热介质出现冰点温度上移的现象，导致结冰，从而胀坏蒸发器铜管的现象发生。

附图说明

图1为水汽能热泵机组的结构图。

图中：1、变频压缩机；2、制冷剂进角阀；3、虹吸罐；4、膨胀节流装置；5、补气增焓装置；6、组合式干式蒸发器；7、定频压缩机；8、冷冻油冷却装置；9、防冻液入热源塔管道；10、水汽能热源塔；11、溶液浓缩装置；12、溶液泵；13、防冻液循环泵；14、暖媒水管道；15、分段式管壳式冷凝器；16、油气分离器；17、制冷剂出角阀。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为双压缩机热泵机组及其系统，一个是定频压缩机7，另一个是变频压缩机1，热源塔防冻液循环泵13和暖媒水管道14上的循环泵先于压缩机启动，当热泵机组准备运行前首先电加热启动把冷冻油预热，预热使冷冻油达到适合温度时，变频压缩机1先行启动，当达到工频后启动定频压缩机7，而后制冷剂便被压缩至分段式管壳式冷凝器15的管壳内经该冷凝器管程内的暖媒水吸热后，制冷剂释放潜热便成为液体制冷剂，在进入分段式管壳式冷凝器15之前须经过制冷剂出角阀17和油气分离器16，制冷剂出角阀17和制冷剂进角阀2不仅用于调节制冷剂流量，而且可用于维修机组时便于保存制冷剂泄漏；油气分离器16的作用既可防止冷冻油进入分段式管壳式冷凝器15而影响到换热效果，同时也是一种阻油器，并可借助压差使冷冻油回流至压缩机内，这样，可以起到节省冷冻油提高机组效率作用，因为冷冻油过多不只是增加成本问题，而且也会占据冷凝及蒸发空间影响到机组效率问题；当分段式管壳式冷凝器15内制冷剂释放潜热后便经过补气增焓装置5组件后又通过相应管道流经膨胀节流装置4，该膨胀节流装置4可由热力膨胀阀及电控阀所组成，最后再进入到组合式干式蒸发器6内，制冷剂在所诉组合式干式蒸发器6内流经方式是：液相制冷剂进入低位部分列管内部获取防冻液部分潜热便形成气液两相流体，然后，再进入高位部分列管获取更多的防冻液潜热，这样，制冷剂基本完全蒸发后便可被吸入变频压缩机1和定频压缩机7里面，而组合式干式蒸发器6与压缩机之间增设虹吸罐3则是因为从分段式管壳式冷凝器15过来的冷冻油在低温情况下是呈液态形式的，当冷冻油在组合式干式蒸发器6管程内部积累到一定程度后便堵住了制冷剂通道，导致机组无法正常运行。只有解决了液击和油堵问题，制冷剂才能很好地周而复始地循环，经过制冷剂相变方式通过防冻液入热源塔管道9不断通过水汽能热源塔10由防冻液向空气索取低温热源并由热泵主机把热量转移至高温处，而防冻液循环泵13不断把经过水汽能热源塔10的防冻液泵入主机蒸发器内部去释放潜热给制冷剂了，这就形成防冻液循环过程，然而防冻液在过水汽能热源塔10时与逆流而上的空气进行了热量交换，并不断获取空气的显热，同时也获取了空气中的水汽潜热，从而导致了防冻液溶液被凝结水稀释，其溶液量增多，也会引起溶液冰点温度上移，最终会发生溶液结冰并胀坏蒸发器的铜管，故此必须配备防冻液溶液浓缩装置11，当溶液量增多达到一定程度后可立马启动溶液浓缩装置11，溶液浓缩毕可由溶液泵12泵入去组合式干式蒸发器6防冻液管道里。最终通过热泵主机把低温热源热量转移到暖媒水，并由通往用户的暖媒水管道14输送给用户。当冷冻油工作温度过高时，则需要冷冻油冷却装置8来为其降温。

本发明专利其流程结构不局限于实施例，其结构形式可以多样，它优先于双螺杆压缩机，其蒸发器与冷凝器虽然都是管壳式换热器，但蒸发器须采用适宜低温环境能够极大防止液击事件发生的干式蒸发结构。对于冷冻油特别予以对待的冷却装置。还有角阀配置也是一个特别点，综其上述本发明专利并非是简单多个技术的组合，其最大意图在于此热泵机组配备了水汽能热源塔并结合了防冻液溶液浓缩装置，能够使该系统设备装置适应低温环境良好的运行，其工况能够得到较佳的经济性。