[发明专利]基于回热循环的热泵系统及节流元件控制方法

说明书

本发明提出一种基于回热循环的热泵系统及节流元件控制方法，解决现有压缩循环系统存在低压现象以及节流元件堵塞的问题。该热泵系统包括压缩机、冷凝换热器、回热器、节流元件和蒸发换热器；压缩机的出口与冷凝换热器的入口相连，冷凝换热器的出口与回热器的热端入口相连，回热器的热端出口与节流元件的入口相连，节流元件的出口与蒸发换热器的入口相连，蒸发换热器的出口与回热器的冷端入口相连，回热器的冷端出口与压缩机的入口相连。该系统利用冷凝换热器出口高温与吸气温度的温差带来的剩余热量提高吸气过热度，从而控制排气过热度，降低油池中制冷剂的溶解度，缓解非稳态过程吸气低压和节流元件堵塞问题，提高系统的可靠性和能效比。

技术领域

本发明属于制热领域，具体涉及一种基于回热循环的热泵系统及节流元件控制方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，节能与环保已成为制冷行业的发展主题。由于CFCs(氟氯烃)和HCFCs(氢氟烃)制冷剂对臭氧层具有破坏作用，因此在制冷领域普遍使用的R22等制冷剂已被淘汰或将逐步被淘汰。现今，制冷行业中广泛采用的制冷剂有R134a，R32、R410A等，该类制冷剂的分子中含有氢、氟，不含氯，因此其不会破坏臭氧层，但是此类制冷剂具有很高的温室效应，随着温室效应的日益严重，此类制冷剂也逐步被淘汰。碳氢制冷剂(如R290丙烷)具有零臭氧消耗潜值(ODP)、极低的全球变暖潜值(GWP)、对环境友好、成本较低等优点，是未来制冷剂的选择之一。

制冷领域所使用的制冷系统一般为蒸汽压缩循环系统，其包括压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，通过逆卡诺循环，实现制冷或制热。其中压缩机一般采用高背压旋转压缩机或涡旋压缩机，压缩机油池处于排气压力下，其中一部分制冷剂会溶于油池中的润滑油之中，这不仅会降低润滑油的粘度，而且会增大系统制冷剂充注量，或者导致参与循环的制冷剂量变少，影响系统的可靠性。此外，R290属于A3类制冷剂，具有一定的易燃易爆性，必须限制R290在系统中的充注量；并且R290绝热指数小，排气温度低，导致R290压缩机油池温度维持在一个很低的水平，不能保证油池中润滑油的粘度以及制冷剂在油池中的溶解度在所需求的范围之内。

目前，R290制冷系统所用的润滑油主要包括完全互溶油矿物油(MO)、多元醇酯类POE油及部分互溶油聚乙二醇类PAG油。在R290传统制冷系统中，为了保证压缩机内摩擦副的润滑油密封，当采用完全互溶油时，需要选择粘度牌号较大的润滑油，比如NM100和POE68等，但是，这会导致制冷剂在油池中的溶解度在最大需求之上，同时，会导致系统润滑油低温流动性差，回油能力变差；当采用部分互溶油时，则可能会在系统中发生分层现象，系统回油并不能保证。同时，由于R290相比其他制冷剂密度小、粘度小、迁移速度快等特性，R290蒸汽压缩循环系统在制热启动以及除霜过程，可能会有长时间的压缩机吸气低压现象以及节流元件堵塞现象，这两种现象严重影响了压缩机的可靠性，甚至会造成系统的部件损坏。

发明内容

本发明的目的是解决现有压缩循环系统在制热启动以及除霜过程中，存在低压现象以及节流元件堵塞的问题，提出一种基于回热循环的热泵系统及节流元件控制方法。该系统利用冷凝换热器出口高温与吸气温度的温差带来的剩余热量提高吸气过热度，从而控制排气过热度，保证R290/润滑油混合物的粘度，降低油池中制冷剂的溶解度，缓解非稳态过程吸气低压和节流元件堵塞问题，提高系统的可靠性和能效比。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于回热循环的热泵系统，包括压缩机、冷凝换热器、回热器、节流元件和蒸发换热器；所述热泵系统内充注有制冷剂和润滑油，所述润滑油为完全互溶油矿物油；所述压缩机的出口与冷凝换热器的入口相连，所述冷凝换热器的出口与回热器的热端入口相连，所述回热器的热端出口与节流元件的入口相连，所述节流元件的出口与蒸发换热器的入口相连，所述蒸发换热器的出口与回热器的冷端入口相连，所述回热器的冷端出口与压缩机的入口相连；所述压缩机的最小吸气过热度Y为

Y＝-0.0022X²-0.073X+28