专利名称：水源回热型高温热泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水源回热型高温热泵。
背景技术：
在水源高温热泵所采用的主要部件中，半封闭螺杆压缩机的排气温度最高限定值为110°c，而膨胀阀进口冷媒温度的最高限定值为68°C ;因此当水源高温热泵实现90°C出水时，其冷凝温度已达95°C，即使考虑冷凝器中的5°C过冷，膨胀阀进口冷媒温度也达90°C，远超其68°C的最高限定值；此时，非等熵压缩的排气温度也超110°C。如何把水源高温热泵的压缩机排气温度降低到110°C以下，以及把膨胀阀进口冷媒温度降低到68°C以下；确保其长期可靠运行，就成为水源高温热泵急需解决的关键性技术。 传统的经济器技术是水源高温热泵的备选方案之一。经济器兼具冷媒的过冷器，以及冷却压缩机等双重作用；其中冷凝器出口的冷媒流量被分成两部分，较少部分ml节流后在经济器中压侧蒸发，以冷却高压侧较多部分m2，使其进一步过冷；在蒸发器中冷媒流量m2减少但过冷的前提下，提高热泵的制热功率与制热能效；所形成的中压冷媒气流ml则从补气口流入压缩机，对其提供额外的冷却。然而，经济器技术存在的问题如下(I)带经济器的热泵，需增加压缩机补气口、经济器及其膨胀阀等，投资的增加使其通常适用于大型热泵；(2)只有当热泵压缩比大于4时，经济器技术才对提高其制热功率与制热能效有所帮助；(3)压缩机补气口的直径，通过限制经济器中压侧的冷媒补气流量，而限制了经济器高压侧的过冷度，通常为5至8°C，从而使得蒸发器膨胀阀的进口冷媒温度只能过冷到82°C，仍远高于最高限定值68°C，这就严重制约蒸发器膨胀阀的可靠性；(4)带有经济器的热泵为双回路系统，一旦制热负荷或水源温度波动，将会引发水源高温热泵的不稳定运行，因此该技术只适用于稳定工况运行；(5)由于经济器膨胀阀的进口冷媒温度仍为90°C，这就严重制约经济器膨胀阀的
可靠性。传统的回热器技术是水源高温热泵的备选方案之二。冷凝器出口引入回热器一侧的高温冷媒液，加热蒸发器出口引入另侧的低温冷媒气，从而使得高温冷媒液进一步过冷，以提高蒸发器中制冷量；同时低温冷媒气进一步过热，从而避免压缩机液击；这使蒸发器中用于过热的换热面积最小化，以便高效利用蒸发器换热面积，获得更高蒸发温度，或可选用更少换热面积的蒸发器。由于冷媒质量流量在回热器两侧相同，因此冷媒液的过冷焓减，便会精确等于冷媒气的过热焓增。然而，回热器技术存在的问题如下(I)冷媒气过热度的增加，会导致排气温度的升高，一旦超出其最高限定值，就会造成压缩机故障；因此这就限制了过冷度的提高；(2)带有回热器的热泵为双回路系统，一旦制热负荷或水源温度波动，将会引发水源高温热泵的不稳定运行，因此该技术只适用于稳定工况运行；(3)为确保水源高温热泵的稳定运行，需使用电子膨胀阀处理负荷波动；(4)由于该技术中冷媒气过热度的增加，导致排气温度进一步升高，因此不适用于要求降低排气温度的水源高温热泵。
发明内容
本发明的目的是综合经济器技术与回热器技术各自的优点，改进其不足之处，从
而提供一种通过水源为载冷剂以实现高温热泵两端回热，确保增加膨胀阀进口冷媒过冷度的同时，降低压缩机排气温度；不仅提高机组制热能效，而且提高产品可靠性。本发明采用的技术方案，即水源回热型高温热泵如附图I所示，其中1-压缩机；
2-油分离器；3_使用侧冷凝器；4_过冷回热器；5_手动阀门；6_干燥过滤器；7_视液镜；8-电磁阀；9_膨胀阀；10-水源蒸发器；11-手动节流阀；12-油过滤器；13-消音器；14_油冷回热器；15-温度传感器；16-温度开关；17_钼电阻温度传感器；18-压力表；19-压力传感器；20_压力控制器；21_压差开关；22_安全阀；23_冷媒充注阀；24_润滑油；25_润滑油加热器；26-冷媒。按照附图I所示的水源回热型高温热泵其由压缩机I的排气出口法兰，通过管道、油分离器2的冷媒侧、使用侧冷凝器3冷媒侧、充注三通、过冷回热器4冷媒侧、手动阀门5、干燥过滤器6、与干管并联连接的视液镜7、分流三通、电磁阀8、膨胀阀9、水源蒸发器10冷媒侧、充注三通等，连接压缩机I吸气入口法兰，以组成水源过冷热泵回路；压缩机I的出油接头，通过管道、手动阀门5、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14的油冷侧、分流三通、视液镜7、消音器13等，连接压缩机I的入油接头，以形成压缩机I的油冷回路；油分离器2的出油角阀，通过管道、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14的油分侧、视液镜7等，连接压缩机I的冷媒接头，以形成压缩机I的油分回路；通过管道、分流三通及油冷侧的手动阀门5、并联连接的过冷回热器4与油冷回热器14、汇流三通、水源蒸发器10的水源侧进口等，以形成水源回热回路；过冷回热器4冷媒侧出口的分流三通，通过管道、电磁阀8、手动节流阀11等，连接压缩机I的液冷喷射口，以形成压缩机I的电机液冷喷射回路；油冷回热回路中的分流三通，通过管道、手动阀门5等，连接压缩机I的压缩室喷射口，以形成压缩机I的压缩室喷油冷却回路；压缩机I的排气口与吸气口，使用侧冷凝器3的进水口与出水口，水源蒸发器10的进水口与出水口，过冷回热器4与油冷回热器14的分流三通进水口，油冷回热器14的油冷出口等处，各设置I只温度传感器15，压缩机I的电机绕组中预埋I只钼电阻温度传感器17，压缩机I的排气腔处设置I只温度开关16等，以形成水源高温热泵的温度检测回路；压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀各设置I只压力表18，压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀各设置I只压力控制器20，压缩机I的高压侧角阀与压差开关接头之间接A I只压差开关21，使用侧冷凝器3的冷媒侧设置I只或多只安全阀22等，以形成水源高温热泵的压力检测回路；使用侧冷凝器3的冷媒侧出口液管，与水源蒸发器10的冷媒侧出口气管，通过充注三通各设置I只冷媒充注阀23，以形成水源高温热泵的2个冷媒充注点；压缩机I的底部油池中充注润滑油24，压缩机I的底部油池中设置润滑油加热器25 ；水源过冷热泵回路中充注冷媒26。压缩机I的吸气进口处分别设置I只钼电阻温度传感器17和I只压力传感器19，与膨胀阀9形成节流控制回路。压缩机I是离心式压缩机、半封闭螺杆压缩机、开启式螺杆压缩机、涡旋式压缩机、转子式压缩机、活塞式压缩机。 使用侧冷凝器3和或水源蒸发器10，是干式换热器、满液式换热器。使用侧冷凝器3和或水源蒸发器10，是管壳式换热器、板式换热器、套管式换热器、板翅式换热器、盘管式换热器等的冷媒与载冷剂间换热器。膨胀阀9是电子膨胀阀、热力膨胀阀、手动膨胀阀、节流孔板、毛细管等，或者是其相互之间的并联连接。润滑油24是CPI320润滑油。冷媒26 是 Rl34a、Rl24、R245fa。本发明的工作原理结合附图I说明如下压缩机I启动，以驱动冷媒26流经油分离器2冷媒侧、使用侧冷凝器3冷媒侧、充注三通、过冷回热器4冷媒侧、手动阀门5、干燥过滤器6、与干管并联连接的视液镜7、分流三通、电磁阀8、膨胀阀9、水源蒸发器10冷媒侧、充注三通、压缩机I ;其中，经膨胀阀9节流后形成的低温低压两相冷媒，在水源蒸发器10冷媒侧从水源侧的水流中吸收热量Q，而蒸发成低温低压的过热冷媒气，并使水流降温后排出；然后过热冷媒气被输入轴功率W的压缩机I，压缩成高温高压的过热冷媒气，再经油分离器2的分离后，进入使用侧冷凝器3的冷媒侧凝结为高温高压的过冷冷媒液，同时把冷凝热量(Q+W)释放给使用侧的高温回水，使其进一步加热升温，而高压过冷的冷媒液再流经过冷回热器4的冷媒侧，被另侧的水源进水深度过冷，然后再经膨胀阀9节流，而重新成为低温低压的两相冷媒，以完成水源过冷热泵循环。润滑油从压缩机I内部高压端经出油接头、管道、手动阀门5、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14油冷侧、分流三通、视液镜7、消音器13等，流回压缩机I低压端入油接头，其中在油冷回热器14中把润滑油的冷却显热释放给另侧的水源进水，以完成压缩机I的润滑油冷却循环；油分离器2下部被分离出的润滑油经浮球阀控制流经出油角阀、管道、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14的油分侧、视液镜7，而流入压缩机I的冷媒接头，其中在油冷回热器14中把润滑油的分离后冷却显热释放给另侧的水源进水，以完成油分离器2的润滑油分离后冷却循环；水源进水，流经分流三通及油冷侧手动阀门5、并联连接过冷回热器4与油冷回热器14的水源侧、汇流三通等形成的水源回热回路，以充分回收过冷回热器4中另侧的高温冷媒深度过冷显热、油冷回热器14中另侧的润滑油冷却显热与润滑油分离后冷却显热，提升温度后的进水，再进入水源蒸发器10的水源侧，以提升水源蒸发器10中蒸发温度，完成水源回热循环；经过冷回热器4深度过冷后的冷媒液，流经分流三通、管道、电磁阀8、手动节流阀
11、液冷喷射口，以喷射冷媒液冷却压缩机I的电机，完成电机液冷喷射循环；经油冷回热器14的油冷侧，被另侧的水源进水充分冷却后的压缩机I中润滑油，流经分流三通、管道、手动阀门5、喷射口，以喷入并冷却压缩机I中压缩室，完成电机油冷喷射循环；压缩机I的排气口与吸气口、使用侧冷凝器3的进水口与出水口、水源蒸发器10的进水口与出水口、过冷回热器4与油冷回热器14的分流三通进水口、油冷回热器14的油冷出口等处设置温度传感器15，压缩机I电机绕组中预埋的钼电阻温度传感器17，压缩机I排气腔处设置的温度开关16等，共同配合电气控制系统，完成对水源高温热泵的温度控 制；压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀设置的压力表18与压力控制器20、压缩机I的高压侧角阀与压差开关接头之间接入的压差开关21、使用侧冷凝器3冷媒侧设置的安全阀22，共同配合电气控制系统，完成对水源高温热泵的压力控制；压缩机I吸气进口处分别设置的钼电阻温度传感器17和压力传感器19，共同配合电气控制系统，完成对膨胀阀9的开度控制；水源高温热泵组装完成后，通过使用侧冷凝器3的冷媒出口液管，与水源蒸发器10的冷媒出口气管上，设置的冷媒充注阀23，完成对水源高温热泵的冷媒充注。与现有技术相比较，本发明的结构特点如下I、通过水源过冷热泵循环，完成使用侧冷凝器3出口冷媒的深度过冷，其过冷度不再受压缩机补气口流通直径的限制，从而确保膨胀阀9的长期可靠运行；2、通过水源回热循环，即可同时回收高温冷媒深度过冷显热、润滑油冷却显热、润滑油分离后冷却显热，进而提升水源蒸发器10的水源进口温度和蒸发温度，降低热泵压缩t匕，确保水源高温热泵的高效运行；3、由于水源的回热热量，是用于提升水源蒸发器10中蒸发温度，而非像回热器技术那样，用于增加冷媒气过热度；因此就可通过提升蒸发温度，降低热泵压缩比，进而降低压缩机排气温度，确保压缩机长期可靠运行；4、由于水源过冷热泵循环的特点为冷媒的单回路循环，因此制热负荷或水源温度的波动，不再像经济器或回热器等技术中的冷媒多回路循环那样，引发水源高温热泵的不稳定运行，以使本发明广泛适用于制热负荷或水源温度不稳定的运行工况；5、为确保水源高温热泵的稳定运行，不再需要使用电子膨胀阀处理制热负荷或水源温度的波动。因此与现有经济器或回热器等技术相比，本发明的技术优势如下本发明通过冷媒单回路的水源过冷热泵循环，完成冷媒深度过冷，确保膨胀阀长期可靠运行；通过水源回热循环同时回收冷媒深度过冷显热与油冷却显热等，用于提升水源进口温度和蒸发温度，降低热泵压缩比，确保热泵高效运行，同时降低压缩机排气温度，确保压缩机长期可靠运行；此外，制热负荷与水源温度的波动，不再像经济器或回热器等技术中的多回路循环那样，引发水源高温热泵的不稳定运行，因此无需使用电子膨胀阀处理波动问题。
附图I为本发明的系统流程图。
具体实施例方式本发明提出的水源回热型高温热泵实施例如附图I所示，现说明如下其由RC2-930B型半封闭螺杆压缩机I的排气出口法兰，通过直径76mm紫铜管、接口直径76mm的油分离器2冷媒侧、进口直径76_、出口直径64_且换热面积138. 6m2的使用侧满液式管壳冷凝器3冷媒侧、接口直径64_+64_+6_的充注三通、接口直径64_的过冷回热器4冷媒侧、接口直径64_的手动球阀5、接口直径64_的干燥过滤器6、接口直径9. 4mm且与直径64mm的干管并联连接的视液镜7、接口直径64mm+64mm+6mm的分流三通、接口直径64mm的电磁阀8、接口直径4Imm且型号EX8-121的电子膨胀阀9、进口直径64mm、出口直径108mm且换热面积69. Im2的水源干式管壳蒸发器10冷媒侧、接口直径108mm+108mm+6mm的充注三通等，连接接口直径108mm的压缩机I吸气入口法兰，以组成水源过冷热泵回路；
压缩机I的接口直径3/4"出油接头，通过直径19mm紫铜管、接口直径3/4"手动球阀5、接口直径3/4"油过滤器12、接口直径3/4"手动球阀5、接口直径19mm油冷回热器14的油冷侧、接口直径19mm+19mm+6mm分流三通、接口直径3/4"视液镜7、接口直径3/4"消音器13等，连接压缩机I接口直径3/4"的入油接头，以形成压缩机I的油冷回路；油分离器2的接口直径3/8"出油角阀，通过直径3/8"紫铜管、接口直径3/8"油过滤器12、接口直径3/8"手动球阀5、接口直径3/8"油冷回热器14油分侧、接口直径3/8"视液镜7等，连接压缩机I接口直径3/8"的冷媒接头，以形成压缩机I的油分回路；通过直径159mm钢管、接口直径分别为159mm+100mm+73mm分流三通,及接口直径73mm油冷侧手动球阀5、并联连接的接口直径IOOmm过冷回热器4与接口直径73mm油冷回热器14、接口直径分别为159mm+100mm+73mm的汇流三通、水源蒸发器10水源侧的直径159mm进口等，以形成水源回热回路；过冷回热器4冷媒侧出口直径分别为64mm+64mm+9mm的分流三通,通过直径9mm紫铜管、接口直径9mm电磁阀8、接口直径9mm手动节流阀11等,连接压缩机I的直径6mm液冷喷射口，以形成压缩机I的电机液冷喷射回路；油冷回热回路中接口直径分别为19mm+19mm+6mm的分流三通,通过直径6mm紫铜管、接口直径6mm手动球阀5等，连接压缩机I中压缩室的直径6mm喷射口，以形成压缩机I的压缩室喷油冷却回路；压缩机I的直径76mm排气口与直径108mm吸气口，使用侧冷凝器3的直径133mm进水口与直径133mm出水口，水源蒸发器10的直径159mm进水口与直径159mm出水口，过冷回热器4与油冷回热器14的分流三通进水口，油冷回热器14的直径19mm油冷出口等处，各设置I只ECN-N60型温度传感器15，压缩机I的电机绕组中预埋I只PT100钼电阻温度传感器17，压缩机I的排气腔处设置I只接口直径6_的温度开关16等，以形成水源高温热泵的温度检测回路；压缩机I的高压侧接口直径1/4"角阀与低压侧接口直径1/4"角阀各设置I只型号WI-3. 8和WI-1. 8的压力表18，压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀各设置I只型号KP5和KPl的压力控制器20，压缩机I的高压侧角阀与压差开关直径1/4"接头之间接入I只油过滤器用压差开关21，使用侧冷凝器3的冷媒侧设置2只安全阀22等，以形成水源高温热泵的压力检测回路；使用侧冷凝器3的冷媒侧直径64_出口液管，与水源蒸发器10的冷媒侧直径108mm出口气管，通过直径64mm+64mm+6_与直径108mm+108mm+6_的充注三通，各设置I只1/4"针阀23，以形成水源高温热泵的2个冷媒充注点；压缩机I的底部油池中充注16kgCPI320润滑油24，压缩机I的底部油池中设置300W润滑油加热器25 ；水源过冷热泵回路中充注R124冷媒26。 压缩机I接口直径108mm的吸气进口处分别设置I只PT100钼电阻温度传感器17和I只型号PT5-07M的压力传感器19，与膨胀阀9形成节流控制回路。膨胀阀9是接口直径41mm且型号EX8-I21的电子膨胀阀9与接口直径41mm且型号RS150H的手动膨胀阀之间并联连接。本发明实施例在水源进口温度48°C，通过水源回热循环提升水源进口温度至51. 3°C，水源蒸发器进出口温差仍保持8°C，循环供水温度90°C且回水温度82°C时，可实现热泵制热功率812. lkW，总输入电功率264. lkW，热泵制热系数3. 07，距离机组Im处运行噪音80dB，运行重量9500kg。
权利要求
1.一种水源回热型高温热泵，其由压缩机(I);油分离器(2);使用侧冷凝器(3);过冷回热器⑷；手动阀门(5);干燥过滤器(6);视液镜(7);电磁阀⑶；膨胀阀(9);水源蒸发器(10);手动节流阀(11);油过滤器(12);消音器(13);油冷回热器(14);温度传感器(15);温度开关(16);钼电阻温度传感器(17);压力表(18);压力传感器(19);压力控制器(20);压差开关(21);安全阀(22);冷媒充注阀(23);润滑油(24);润滑油加热器(25);冷媒(26)。其特征在于按照附图I所示的水源回热型高温热泵其由压缩机I的排气出口法兰，通过管道、油分离器2的冷媒侧、使用侧冷凝器3冷媒侧、充注三通、过冷回热器4冷媒侧、手动阀门5、干燥过滤器6、与干管并联连接的视液镜7、分流三通、电磁阀8、膨胀阀9、水源蒸发器10冷媒侧、充注三通等，连接压缩机I吸气入口法兰，以组成水源过冷热泵回路；压缩机I的出油接头，通过管道、手动阀门5、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14的油冷侧、分流三通、视液镜7、消音器13等，连接压缩机I的入油接头，以形成压缩机I的油冷回路； 油分离器2的出油角阀，通过管道、油过滤器12、手动阀门5、油冷回热器14的油分侧、视液镜7等，连接压缩机I的冷媒接头，以形成压缩机I的油分回路；通过管道、分流三通及油冷侧的手动阀门5、并联连接的过冷回热器4与油冷回热器14、汇流三通、水源蒸发器10的水源侧进口等，以形成水源回热回路；过冷回热器4冷媒侧出口的分流三通，通过管道、电磁阀8、手动节流阀11等，连接压缩机I的液冷喷射口，以形成压缩机I的电机液冷喷射回路；油冷回热回路中的分流三通，通过管道、手动阀门5等，连接压缩机I的压缩室喷射口，以形成压缩机I的压缩室喷油冷却回路；压缩机I的排气口与吸气口，使用侧冷凝器3的进水口与出水口，水源蒸发器10的进水口与出水口，过冷回热器4与油冷回热器14的分流三通进水口，油冷回热器14的油冷出口等处，各设置I只温度传感器15，压缩机I的电机绕组中预埋I只钼电阻温度传感器17，压缩机I的排气腔处设置I只温度开关16等，以形成水源高温热泵的温度检测回路；压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀各设置I只压力表18，压缩机I的高压侧角阀与低压侧角阀各设置I只压力控制器20，压缩机I的高压侧角阀与压差开关接头之间接入I只压差开关21，使用侧冷凝器3的冷媒侧设置I只或多只安全阀22等，以形成水源高温热泵的压力检测回路；使用侧冷凝器3的冷媒侧出口液管，与水源蒸发器10的冷媒侧出口气管，通过充注三通各设置I只冷媒充注阀23，以形成水源高温热泵的2个冷媒充注点；压缩机I的底部油池中充注润滑油24，压缩机I的底部油池中设置润滑油加热器25 ;水源过冷热泵回路中充注冷媒26。
2.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于压缩机I的吸气进口处分别设置I只钼电阻温度传感器17和I只压力传感器19，与膨胀阀9形成节流控制回路。
3.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于压缩机I是离心式压缩机、半封闭螺杆压缩机、开启式螺杆压缩机、涡旋式压缩机、转子式压缩机、活塞式压缩机。
4.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于使用侧冷凝器3和或水源蒸发器10，是干式换热器、满液式换热器。
5.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于使用侧冷凝器3和或水源蒸发器10，是管壳式换热器、板式换热器、套管式换热器、板翅式换热器、盘管式换热器等的冷媒与载冷剂间换热器。
6.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于膨胀阀9是电子膨胀阀、热力膨胀阀、手动膨胀阀、节流孔板、毛细管等，或者是其相互之间的并联连接。
7.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于润滑油24是CPI320润滑油。
8.按照权利要求I所述的水源回热型高温热泵，其特征在于冷媒26是R134a、R124、R245fa。
全文摘要
一种水源回热型高温热泵通过水源过冷热泵循环，完成冷媒深度过冷，确保膨胀阀长期可靠运行；通过水源回热循环回收冷媒深度过冷显热与油冷却显热等，用于提升水源进口温度和蒸发温度，降低热泵压缩比，确保热泵高效运行，同时降低压缩机排气温度，确保压缩机长期可靠运行；此外，制热负荷与水源温度的波动，不再像经济器或回热器等技术中的多回路循环那样，引发水源高温热泵的不稳定运行，因此无需使用电子膨胀阀处理波动问题。
文档编号F25B41/00GK102721237SQ201210218839
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者侴乔力, 卢长亮, 曹峰, 李迪, 束鹏程, 杨晨, 沈贵琴, 王国庆, 祝迎花, 程度煦, 胡耿军, 许文增, 许永峰, 谢明胜, 金从卓 申请人:合肥天鹅制冷科技有限公司