一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统的制作方法

1.本实用新型涉及蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，尤其涉及到一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统。


背景技术：

2.制冷热泵循环系统可用于替代传统的电加热系统，大幅降低电力消耗，促进节能减排和碳中和目标。
3.制冷热泵循环系统用于除湿、烘干等应用时，和溶液除湿、固体吸附除湿等方式相比，结构紧凑，运行稳定，维护方便。但制冷热泵循环系统采用的冷却除湿手段，需要先将空气降温至低于露点温度，其后使空气凝露实现除湿。这部分降低到露点温度对应的显热量对于除湿本身并无直接作用，相反在总制冷量中占据了较大的比例，影响了系统的除湿性能。
4.专利cn112050618a公开了一种三效热回收型混风式热泵烘干系统，通过在制冷热泵循环系统的蒸发器前后设置环路热管，实现空气间的能量转移，利用流经蒸发器降温除湿后空气的冷量预冷进入蒸发器前的回风，使蒸发器总制冷量中降温到露点温度对应的显热占比减小、除湿对应的潜热占比增加，从而提升了系统的除湿能力。
5.上述专利采取的措施改善了蒸发器的除湿效果，但需要引入单独的环路热管系统。环路热管作为被动式换热系统，与制冷热泵系统的主动式换热不同，缺乏直接驱动的手段，需要采用重力、毛细力自驱动，实际应用效果往往难以保障。若采用制冷剂泵等动力部件驱动，则价格昂贵，经济性不佳。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统；该系统不需要额外设置环路热管，通过内部制冷剂流路的自回旋，可实现热管同样的作用，但结构紧凑、效果可控、易于实现。
7.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
8.一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，包括制冷剂循环流路和空气流路，其中，
9.所述制冷剂循环流路包括顺序连接的压缩机、冷凝器、过冷器、低压节流阀和低压蒸发器，所述过冷器出口的制冷剂流路还分出另一支路，分别流经中压节流阀、中压蒸发器、再热器和预冷器后，进入压缩机；
10.所述空气流路包括进风一分为二的第一空气支路和第二空气支路，所述第一空气支路为依次流经中压蒸发器、预冷器、低压蒸发器、再热器和过冷器的空气通道一；所述第二空气支路为旁通的空气通道二；所述第一空气支路与所述第二空气支路在过冷器外混合后，一同流经冷凝器。
11.本实用新型的进一步设置为：所述压缩机为带中间补气口的喷气增焓式压缩机，
所述过冷器出口的另一支路分别流经中压节流阀、中压蒸发器、再热器和预冷器后，进入压缩机的中间补气口。
12.本实用新型的进一步设置为：所述压缩机为低压压缩机和高压压缩机串联的两级压缩形式；
13.所述高压压缩机的排气口与所述冷凝器相连接，所述低压压缩机的排气口与所述高压压缩机的吸气口相连接，所述过冷器出口的另一支路分别流经中压节流阀、中压蒸发器、再热器和预冷器后，进入高压压缩机的吸气口。
14.本实用新型的进一步设置为：所述制冷剂循环流路的循环过程为：
15.低压蒸发器中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，被压缩机从吸气口吸入压缩到中间压力；中压蒸发器中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，再流经再热器被低压蒸发器后的更低温的空气冷却后，进入预冷器被流经的空气再次加热到过热气体，被压缩机从中间补气口吸入，与另一股低压侧被压缩到中间压力的制冷剂混合后，再次被压缩到较高的冷凝压力，高温高压的制冷剂随后依次进入冷凝器和过冷器冷凝及过冷，从过冷器流出后一分为二，分别经低压节流阀和中压节流阀节流到低压和中间压力，分别进入低压蒸发器和中压蒸发器，完成制冷剂循环。
16.本实用新型的进一步设置为：所述空气流路的循环过程为：
17.进风分为两个支路，其中第一空气支路分别流经中压蒸发器、预冷器和低压蒸发器，实现梯级降温除湿，再分别流经再热器和过冷器，实现梯级过冷再热；第二空气支路直接旁通，与第一空气支路从过冷器流出的空气混合后，一同流经冷凝器，带走冷凝热量。
18.本实用新型公开了一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，与现有技术相比：
19.1)系统内设置有低压和中压两条制冷剂支路，其中低压制冷剂支路起主要除湿作用，而中压制冷剂支路内融合有预冷器和再热器组成的环绕式回热器，用于低压蒸发器前后空气流体的换热，降低了低压蒸发器入口空气携带的无效显热，提升总制冷量中除湿对应的潜热占比，从而提升除湿量，增大除湿能效。
20.2)不设置独立环路热管，相反采用环绕式回热器的形式，在主动式换热的蒸汽压缩式制冷剂循环中实现，克服传统独立环路热管被动式换热效果难以保证的应用瓶颈。换热可控，且效果更加显著。
21.3)环绕式回热器和蒸汽压缩式制冷热泵循环融合为整体式结构，更加紧凑，且易于实现。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例1中制冷热泵循环系统的结构连接示意图。
23.图2为本实用新型实施例2中制冷热泵循环系统的结构连接示意图。
24.图3为本实用新型实施例1和实施例2中制冷热泵循环的压力-焓值图(p-h图)。
25.图4为本实用新型实施例3中制冷热泵循环系统的结构连接示意图。
26.其中：1、压缩机；1-1、低压压缩机；1-2、高压压缩机；2、冷凝器；3、过冷器；4、低压节流阀；5、低压蒸发器；6、中压节流阀；7、中压蒸发器；8、再热器；9、预冷器；10、进风；11、第一空气支路；12、第二空气支路。
具体实施方式
27.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.实施例1：
31.参阅图1所示，本实施例1中的一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，包括制冷剂循环流路和空气流路，其中，所述制冷剂循环流路包括顺序连接的压缩机1、冷凝器2、过冷器3、低压节流阀4和低压蒸发器5，所述过冷器3出口的制冷剂流路还分出另一支路，分别流经中压节流阀6、中压蒸发器7、再热器8和预冷器9后，进入压缩机1；所述空气流路包括进风10一分为二的第一空气支路11和第二空气支路12，所述第一空气支路为依次流经中压蒸发器7、预冷器9、低压蒸发器5、再热器8和过冷器3的空气通道一；所述第二空气支路为旁通的空气通道二；所述第一空气支路与所述第二空气支路在过冷器3外混合后，一同流经冷凝器2；
32.所述压缩机1为带中间补气口的喷气增焓式压缩机，所述过冷器3出口的另一支路分别流经中压节流阀6、中压蒸发器7、再热器8和预冷器9后，进入压缩机1的中间补气口；
33.所述制冷剂循环流路的循环过程为：低压蒸发器5中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，被压缩机1从吸气口吸入压缩到中间压力；中压蒸发器7中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，再流经再热器8被低压蒸发器5后的更低温的空气冷却后，进入预冷器9被流经的空气再次加热到过热气体，被压缩机1从中间补气口吸入，与另一股低压侧被压缩到中间压力的制冷剂混合后，再次被压缩到较高的冷凝压力，高温高压的制冷剂随后依次进入冷凝器2和过冷器3冷凝及过冷，从过冷器3流出后一分为二，分别经低压节流阀4和中压节流阀6节流到低压和中间压力，分别进入低压蒸发器5和中压蒸发器7，完成制冷剂循环；
34.所述空气流路的循环过程为：进风分为两个支路，其中第一空气支路分别流经中压蒸发器7、预冷器9和低压蒸发器5，实现梯级降温除湿，再分别流经再热器8和过冷器3，实现梯级过冷再热；第二空气支路直接旁通，与第一空气支路从过冷器3流出的空气混合后，一同流经冷凝器2，带走冷凝热量。
35.本实施例1中的一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，参见图3，制冷剂流动过程为：低压蒸发器5中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体(状态j至状态a)，被压缩机1从吸气口吸入压缩到中间压力(状态a至状态b)；中压蒸发器7中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体(状态f至状态g)，再流经再热器8被低压
蒸发器5后的更低温的空气冷却后(状态g至状态h)，进入预冷器9被流经的空气再次加热到过热气体(状态h至状态i)，被压缩机1从中间补气口吸入，与另一股低压侧被压缩到中间压力的制冷剂混合后(状态i和状态b混合至状态c)，再次被压缩到较高的冷凝压力(状态c至状态d)。该高温高压的制冷剂随后依次进入冷凝器2和过冷器3冷凝及过冷(状态d至状态e)，从过冷器3流出后一分为二，分别经低压节流阀4和中压节流阀6节流到低压和中间压力(状态e至状态j，状态e至状态f)，进入低压蒸发器5和中压蒸发器7，完成制冷剂循环。
36.实施例2：
37.参阅图2所示，本实施例2中的一种带环绕式回热器的蒸汽压缩式制冷热泵循环系统，包括制冷剂循环流路和空气流路，其中，所述制冷剂循环流路包括顺序连接的压缩机1、冷凝器2、过冷器3、低压节流阀4和低压蒸发器5，所述过冷器3出口的制冷剂流路还分出另一支路，分别流经中压节流阀6、中压蒸发器7、再热器8和预冷器9后，进入压缩机1；所述空气流路包括进风10一分为二的第一空气支路11和第二空气支路12，所述第一空气支路为依次流经中压蒸发器7、预冷器9、低压蒸发器5、再热器8和过冷器3的空气通道一；所述第二空气支路为旁通的空气通道二；所述第一空气支路与所述第二空气支路在过冷器3外混合后，一同流经冷凝器2；
38.所述压缩机1为低压压缩机1-1和高压压缩机1-2串联的两级压缩形式；所述高压压缩机1-2的排气口与所述冷凝器2相连接，所述低压压缩机1-1的排气口与所述高压压缩机1-2的吸气口相连接，所述过冷器3出口的另一支路分别流经中压节流阀6、中压蒸发器7、再热器8和预冷器9后，进入高压压缩机1-2的吸气口；
39.所述制冷剂循环流路的循环过程为：低压蒸发器5中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，被低压压缩机1-1从吸气口吸入；中压蒸发器7中的两相制冷剂从流经的空气中蒸发吸热成过热气体，再流经再热器8被低压蒸发器5后的更低温的空气冷却后，进入预冷器9被流经的空气再次加热到过热气体，被高压压缩机1-2从吸气口吸入，与另一股低压侧被压缩到中间压力的制冷剂混合后，再次被压缩到较高的冷凝压力，高温高压的制冷剂随后依次进入冷凝器2和过冷器3冷凝及过冷，从过冷器3流出后一分为二，分别经低压节流阀4和中压节流阀6节流到低压和中间压力，分别进入低压蒸发器5和中压蒸发器7，完成制冷剂循环；
40.所述空气流路的循环过程为：进风分为两个支路，其中第一空气支路分别流经中压蒸发器7、预冷器9和低压蒸发器5，实现梯级降温除湿，再分别流经再热器8和过冷器3，实现梯级过冷再热；第二空气支路直接旁通，与第一空气支路从过冷器3流出的空气混合后，一同流经冷凝器2，带走冷凝热量。
41.以上实施例1和实施例2中的预冷器9和再热器8组成的环绕式回热器，融合在制冷热泵系统的循环流路中，实现了低压蒸发器5前后空气流体的换热。对于起主要除湿作用的低压蒸发器5而言，第一空气支路11的进风10被充分预冷过后再进入低压蒸发器5被除湿，总制冷量中除湿对应的潜热量占比增加，同等功耗下提升了除湿量和除湿能效，因而该系统形式尤其适合除湿、烘干等应用场景。
42.实施例3：
43.参阅图4所示，本实施例3使用一台普通压缩机1(无中间补气口)。
44.本实施例的制冷剂流路如下：压缩机1排出的高温高压气体制冷剂，经冷凝器2和
过冷器3充分冷凝成过冷的高压过冷液体制冷剂。然后，制冷剂经过节流阀4降压为低压制冷剂，进入蒸发器5。蒸发器5出口的制冷剂直接流经再热器8、预冷器9后进入压缩机1。
45.本实施例还包括空气流路，进风10的空气流体一分为二，其中第一空气支路11分别流经预冷器9、蒸发器5、再热器8和过冷器3；第二空气支路12为进风10的旁通支路，与第一空气支路11从过冷器3末端流出的空气流体混合后，一同流经冷凝器2。
46.本实施例中的预冷器9和再热器8构成环绕式回热器，融合在制冷热泵系统的循环流路中，实质上起到环路热管的作用，实现了低压蒸发器5前后空气流体的换热。该结构形式的有益效果在于更为简单紧凑，易于实现。
47.以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
48.需要要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。