超高温热泵的制作方法

1.本实用新型涉及空调技术领域，尤其涉及一种可同时提纯冷媒及冷却压缩机电机的超高温热泵。


背景技术：

2.在常规的离心式冷水机组中常采用r134a作为制冷剂，但对于出水温度达100℃以上的超高温热泵系统，由于其出水温度较高，已超过r134a的临界温度，而且常用制冷剂r134a的gwp（全球增温潜势）更是高达1300，不满足使用和环保要求。目前在国家碳达峰、碳中和政策的号召下，采用绿色环保型冷媒已成为制冷行业中的关键。一种新冷媒r1233zd(e)由于其具有臭氧层破坏潜能odp=0，全球增温潜势gwp=1的优良环保特性脱颖而出，且r1233zd(e)的临界温度较高，可满足出水温度达100℃以上的超高温热泵系统。然而制冷剂r1233zd(e)的压力较低，在系统中的部分压力甚至会低于大气压，导致在运行过程中有可能会泄露进一些空气，而对于冷水机组而言，空气便相当于不凝性气体，在系统中运行便会增加压缩机的无用功，排气温度也会随之增加，而压缩机总功耗的增加更是会降低系统能效。因此对于采用r1233zd(e)作为制冷剂的超高温热泵系统而言，需在系统中设置提纯冷媒的装置将空气与冷媒分离开来，进而避免机组能效的降低。
3.另外，对于大温升、出水温度较高的超高温热泵系统而言，其蒸发温度与冷凝温度均较高，即便是使用系统中最低温度状态的冷媒，处于蒸发温度的冷媒也不能满足对压缩机电机等一些发热元器件的冷却，如大温升高达50℃，出水温度为100℃以上时，系统中最低的蒸发温度也在50℃左右，采用传统的方式在冷凝器底部取液态冷媒经管过滤器过滤、经节流装置节流降压，降压降到最低也不过是蒸发压力，而以蒸发压力所对应的50℃左右蒸发温度的冷媒对电机进行冷却，则不能达到冷却电机的目的，有可能会因电机绕阻温度过高而烧毁电机造成机组停机，因此需提出一种新的冷却方式完成电机的冷却。
4.综上所述，对于采用负压环保冷媒的超高温热泵系统，需对冷媒进行提纯，并满足电机冷却的要求是业内亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种可同时提纯冷媒及冷却压缩机电机的超高温热泵，以解决现有技术中冷媒中混有不凝气体导致机组能效低，以及无法满足压缩机电机冷却要求的技术问题。
6.本实用新型提出一种超高温热泵，其设有冷媒提纯装置，包括预冷器、提纯器和为提纯器提供冷量的冷却机，压缩机的部分排气经预冷器冷却为饱和气态状态后进入提纯器，提纯后的液体与蒸发器中的冷媒汇合后进入压缩机吸气口循环，不凝性气体从提纯器上方出气口排入大气，所述出气口设有电动开关。
7.所述超高温热泵的冷凝器和蒸发器之间设有第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀，所述预冷器设置在第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀之间，所述预冷器内吸热汽化的气态
冷媒从预冷器导出进入压缩机的补气口。
8.所述提纯器的液体出口管道上设有第三电子膨胀阀，提纯后的冷媒经第三电子膨胀阀节流降压后对压缩机的电机进行冷却，之后与蒸发器中的冷媒汇合。
9.优选地，所述预冷器和所述提纯器之间的管道上设有第一温度传感器，用于监测预冷器出气口的冷媒温度。
10.优选地，所述提纯器设有第一压力传感器，用于检测提纯器内的压力。
11.优选地，还包括第二温度传感器，用于检测压缩机的电机绕组温度。
12.优选地，所述冷凝器设有第二压力传感器，用于检测热泵系统的冷凝压力。
13.优选地，所述超高温热泵的制冷剂采用r1233zd(e)。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
15.1.解决了超高温热泵系统中冷媒的提纯问题，避免空气这部分不凝性气体在系统中增加压缩机的无用耗功，避免了不凝性气体导致的降低机组能效问题的发生。
16.2.在冷媒提纯前设置预冷装置，解决了冷媒提纯不彻底、不精确的问题，同时避免了空气中混入气态冷媒而一起排入大气的问题发生。
17.3.外置的冷却机根据压缩机电机绕组的散热要求设计，解决了超高温热泵系统中因蒸发温度与冷凝温度均较高，压缩机电机等发热元器件无法冷却的问题。
附图说明
18.图1是本实用新型提出的可同时提纯冷媒及冷却压缩机电机的超高温热泵系统图。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本实用新型，并不对本实用新型构成限制。
20.本实用新型提出一种可同时提纯冷媒与冷却压缩机电机的超高温热泵，该超高温热泵的系统如图1所示，包括构成制冷循环的压缩机1、冷凝器2、第一电子膨胀阀3、第二电子膨胀阀5和蒸发器6，还包括冷媒提纯装置，该装置包括预冷器4、提纯器9和为提纯器提供冷量的外置冷却机11。预冷器4设置在第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀之间，预冷器内吸热汽化的气态冷媒从预冷器上方导出进入压缩机的补气口。
21.压缩机的部分排气经预冷器4冷却为饱和气态状态后进入提纯器9，提纯器内设有盘管，冷却机提供的冷量通过盘管与饱和状态的冷媒进行热交换，饱和气态状态的冷媒冷却为液体，提纯后的液体与蒸发器6中的冷媒汇合后进入压缩机吸气口循环，不凝性气体从提纯器上方出气口排入大气，该出气口设有电动开关10。
22.相对现有技术中的利用蒸发器冷却的冷冻水为提纯器提供冷量，使饱和状态的冷媒凝结的方案，外置冷却机不会对系统提供的冷量造成影响，而且，外置的冷却机输出的冷量可以根据热泵系统中压缩机电机冷却所需的冷量进行设计。
23.提纯器9的液体出口管道上设有第三电子膨胀阀13，提纯后的冷媒经第三电子膨胀阀节流降压后对压缩机的电机14进行冷却，之后与蒸发器6中的冷媒汇合，进入压缩机吸
气口再循环。
24.超高温热泵工作时，从压缩机1的排气管分流部分高温高压的气态冷媒，进入预冷器4，高温高压的气态冷媒通过设置在预冷器内部的盘管与来自冷凝器2并经第一电子膨胀阀3节流降压后的较高压液态冷媒换热，预冷器内的液态冷媒吸热后汽化的较高压气态冷媒从预冷器上方排出并进入压缩机吸气口进行补气,这部分补气能降低压缩机的排气温度，以此降低压缩机的单位功耗，即预冷器在预冷的同时也可提升热泵系统的一部分能效，但这部分补气为较高压气体，故预冷器的作用主要以预冷为主。预冷器底部的液态冷媒则通过第二电子膨胀阀5节流后进入蒸发器6中。压缩机排出的部分过热状态的冷媒在预冷器4中被冷却为即将冷凝的气态冷媒，而这部分气态冷媒进入提纯器9，在提纯器内通过内部盘管连接了一台外置的小冷量的冷却机11，该冷却机独立存在，只与热泵系统存在热量交换，不存在质量交换，其冷量是根据热泵系统中电机冷却所需的冷量进行设计。进入提纯器的饱和状态的气态冷媒吸收冷却机11提供的冷量完成冷凝并达到了过冷状态，而空气作为不凝性气体在该温度下不能凝结为液体，因此负压冷媒中渗入的不凝性气体则从提纯器上方经电动开关10排到大气中，至此完成冷媒的提纯。提纯后的冷媒为过冷状态的液体，从提纯器9底部出来后经第三电子膨胀阀13节流降压，此时过冷状态的低压冷媒温度比蒸发温度更低，可满足对压缩机的电机14的冷却，冷却完电机之后的冷媒进入蒸发器6，与蒸发器中冷媒混合后被压缩机吸入再循环。
25.提纯器9的上部设有第一压力传感器12，用于检测提纯器内的冷媒压力p1。预冷器4出口至提纯器9入口之间的管道上设有第一温度传感器8，用于监测预冷器出气口温度t
l
。压缩机的电机绕组上装有第三温度传感器15，用来检测电机绕阻的温度。冷凝器2上安装有第二压力传感器7，用来检测系统的冷凝压力pc，根据冷凝压力pc可算得对应的冷凝温度tc。
26.冷媒的精确提纯与电机的冷却需要通过控制系统进行合理的控制，所述的控制包括对第一电子膨胀阀3的控制、对提纯器出气口上的电动开关10的控制和对第三电子膨胀阀13的控制。
27.本实用新型提出的超高温热泵控制方法如下：
28.对于冷媒提纯的一路，从压缩机1排气管分流出部分高温高压气体，依次进入预冷器4、提纯器9，完成这部分冷媒的提纯。在预冷器4中利用冷凝器出口经第一电子膨胀阀3节流后冷媒的冷量进行预冷，使压缩机的过热排气冷却为即将冷凝的气体。预冷器中的冷量通过冷凝器2出口第一电子膨胀阀3的开度来控制，其控制方法为：
29.热泵机组停机状态下，第一电子膨胀阀3的目标开度为0%，当热泵机组接收到开机命令后，第一电子膨胀阀的目标开度由0%增加至50%，持续t1分钟，该实施例中t1为2min，2min后第一电子膨胀阀3进入自动调节。
30.第一电子膨胀阀3的自动调节所使用到的参数为预冷器相对温差δt
l
，预冷器相对温差δt
l
=预冷器出气口温度t
l-冷凝温度tc。
31.其中，冷凝温度tc为冷凝压力pc对应的饱和温度。
32.第一电子膨胀阀3利用预冷器相对温差δt
l
控制，每t2秒执行一次动作，该实施例t2为5s，每次动作幅度不超过a，该实施例a为3%；当预冷器相对温差δt
l
超过温差设定值t
设
时，该实施例中t
设
为1.5℃，自动增大第一电子膨胀阀3的开度，以此降低压缩机排气管分流出的高温气体过热度，使其愈发的接近冷凝压力所对应的饱和气态温度值；反之则调小第
一电子膨胀阀3的开度。
33.在冷媒提纯器9上方的电动开关10的通断根据提纯器内压力p1与冷凝压力pc的提纯压比k判断；
34.提纯压比k=冷凝压力/冷媒提纯器内压力=pc/p1；
35.当提纯压比k≥设定压比k0时，（其中设定值k0＞1，即设定值下的冷凝压力大于提纯器内压力），打开电动开关10，将不凝性气体排到系统外，使其进入环境当中；
36.当提纯压比k＜设定压比k0时，关闭电动开关10，随热泵系统运行一段时间后，当k≥k0时，再次打开该电动开关10，以此循环往复不断完成冷媒的提纯。
37.对于电机的冷却，经冷却机11的冷却完成提纯后的冷媒已成为过冷的液态冷媒，并沉积于提纯器9的底部，过冷状态的冷媒再经第三电子膨胀阀13节流降压，变为低压的过冷状态的冷媒，其温度低于热泵系统中的蒸发温度，按照冷却机11的设计冷量，过冷的低压冷媒可满足对压缩机电机的冷却。
38.第三电子膨胀阀13的开度根据压缩机电机的温度控制，在热泵机组停机状态下，第三电子膨胀阀13的目标开度为0%；当热泵机组接收到开机命令后，第三电子膨胀阀13的目标开度由0%增加至50%，持续时间t3后，其开度自动调节。该实施例持续时间t3为3min。第三电子膨胀阀的自动调节的目标开度最小值为0%，因超高温热泵系统温升较大，压缩机压比较大，电机发热量也较大，故其目标开度最大值为100%。对比检测到的电机绕阻温度与电机绕阻温度设定值，可自动增大或调小第三电子膨胀阀13的开度，防止电机出现过热或凝露的现象，至此超高温热泵系统便同时完成了电机的冷却与冷媒的提纯。
39.本实用新型提出的超高温热泵系统中，冷媒提纯的一路为部分压缩机排气管的高温高压气态冷媒，经预冷器冷却为即将冷凝的饱和气态冷媒后进入提纯器，采用外置的一台小冷量冷却机，通过盘管对提纯器内冷媒进行冷凝并使冷媒达到过冷的液体状态，而作为不凝性气体的空气则排入大气，至此完成冷媒的提纯。同时，电机冷却的一路为过冷后的液态冷媒再经第三电子膨胀阀节流降压，使过冷状态的低压冷媒温度比蒸发温度更低，满足对电机的冷却。
40.本实用新型提出的超高温热泵系统的控制方法通过压力传感器测得冷媒提纯器内压力与系统的冷凝压力，通过温度传感器测得预冷器出口冷媒温度与电机绕阻温度，分别配合相对应的控制逻辑来控制冷媒提纯器上方不凝性气体排出用的电动开关的通断、预冷器前第一电子膨胀阀的开度，以及电机冷却流路上第三电子膨胀阀的开度，实现冷媒的精确提纯与电机的合理冷却。
41.以上所述仅为本实用新型的具体实施方式。应当指出的是，凡在本实用新型构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本实用新型的保护范围之内。