具有液體分離器應用的熱回收系統的制作方法

本申請通常涉及熱回收系統，例如提供制冷和制熱的制冷劑系統。特別地，本申請涉及包括液體分離器的熱回收系統，上述液體分離器使得上述熱回收系統相對于某些串行和并行流動系統需要更少的制冷劑充灌量來進行運行。

背景技術：

熱回收系統是已知的，其采用熱回收交換器，例如對水進行加熱以用于各種用途，各種用途包括住宅或者商業用途。用于熱回收系統中的制冷劑充灌量可能會相對較高。例如，根據由熱回收交換器所使用容量的量，大量的液體制冷劑會從熱回收熱交換器離開。然后冷凝器會充滿大量液體，其中液體接收器與冷凝器的液體出口流體連通，例如液體接收器與冷凝部分和過冷部分的冷凝器中間流體連通。相對大的接收器用來處理上述制冷劑充灌量。

技術實現要素：

本申請通常涉及熱回收系統，例如提供制冷和制熱的制冷劑系統。特別地，本申請涉及包括液體分離器的熱回收系統，上述液體分離器使得上述熱回收系統相對于例如某些串行和并行流動系統需要更少的制冷劑充灌量來進行運行。

熱回收交換器在熱回收系統中是有用的，但是由于熱回收交換器的出口會包含流到冷凝器的大量液體制冷劑，在某些情況下會需要顯著的制冷劑充灌量。進入上述冷凝器的液體速率增加并且，當冷凝器的進口具有較高的液體速率時，冷凝器中的制冷劑量充滿了液體并且比冷凝器的進口僅接收制冷劑蒸汽時要高得多。

在本申請的熱回收系統中使用液體分離器來將來自于離開熱回收交換器的流體中的液體和蒸汽分離可以確保，在所有情況下例如正常運行模式下(例如制冷和/或熱回收模式下)，冷凝器盤管的進口供有蒸汽并盡可能減少進入冷凝器盤管的液體。

在一個實施例中，上述液體分離器在例如常規的運行模式下(例如制冷和/或制熱模式下)不從上述冷凝器盤管接收液體制冷劑。使用液體分離器及其在流體回路內的布置可以因此減少該系統所需的運行制冷劑充灌量。

在一個實施例中，液體流出上述液體分離器并流過閥、然后流入上述流體回路的另一部分。例如，上述液體從上述液體分離器流出到上述冷凝器盤管的液體部分例如過冷段，同時蒸汽流出上述液體分離器、在蒸汽進口流入上述冷凝器盤管以被上述冷凝器盤管冷凝成液體、然后流入上述液體部分。在其他實例中的液體可以流到膨脹設備并不流到上述冷凝器例如液體部分或者過冷段。

本申請的熱回收系統可以包括能夠對系統產生的和/或散出的熱量進行回收以用于另一目的的任何合適的流體系統。各實例包括但不限于流體制冷機例如冷水機，以及熱泵，上述熱泵可以包括熱回收和/或熱水供應。在一個實施例中，充灌的流體是一種或多種制冷劑或制冷劑混合物以及可能的其他添加劑，上述制冷劑混合物可以包括潤滑劑例如油。

通過使用液體分離器，本申請的熱回收系統可以以相對大的容量但是以相對較低的制冷劑充灌量需求來同時提供制冷和制熱(例如熱回收)。當接收器用作液體分離器時，這可以使得能夠采用相對較小的接收器。

本申請的熱回收設計在例如流體制冷機的設計中是有用的，例如具有熱回收選項的風冷制冷機有更少的制冷劑充灌量增加并具有較高的可靠性。使用液體分離器減少和/或防止液體進入冷凝器盤管的進口，需要更少的充灌量。

在一個實施例中，流動控制設備可以控制該熱回收系統的熱回收和/或制冷容量。

在一個實施例中，熱回收系統包括壓縮機、與上述壓縮機流體連通的熱回收交換器、與上述熱回收交換器流體連通的液體分離器。上述液體分離器包括蒸汽出口和液體出口。上述熱回收系統包括冷凝器，上述冷凝器具有與上述液體分離器的蒸汽出口流體連通的進口。上述液體分離器的液體出口與上述系統的部件而不是與上述冷凝器的進口流體連通，其中來自上述液體出口的液體在上述冷凝器的下游流動。上述熱回收系統包括與上述冷凝器和上述部件流體連通的膨脹設備，以及與上述膨脹設備和上述壓縮機流體連通的蒸發器。

在一個實施例中，上述熱回收系統包括位于上述液體分離器的蒸汽出口與上述冷凝器的進口之間的流動控制設備，上述流動控制設備與上述液體分離器的蒸汽出口流體連通并與上述冷凝器的進口流體連通。

在一個實施例中，上述熱回收系統包括位于上述液體分離器與上述部件之間的流動控制設備，上述流動控制設備與上述液體分離器的液體出口流體連通并與上述部件的進口流體連通。

在一個實施例中，本申請的一個或多個流動控制設備是以下中的一種：電磁閥、處于并行流動的多個電磁閥，以及分級設備。

在一個實施例中，上述熱回收交換器僅通過上述液體分離器的蒸汽出口在制冷模式和/或熱回收模式下與上述冷凝器流體連通。

在一個實施例中，上述冷凝器的進口不與上述系統的液體管路流體連通。

在一個實施例中，上述冷凝器包括冷凝段和過冷段。上述冷凝器的進口通向上述冷凝段，上述過冷段是與上述液體分離器的液體出口流體連通的上述部件。

在一個實施例中，一種在制冷模式和/或熱回收模式下流體流過流體回路的方法包括以下步驟：將工作流體壓縮成壓縮氣體；將上述工作流體從壓縮機導向與上述壓縮機流體連通的熱回收交換器；從穿過上述熱回收交換器的工作流體回收熱量，上述工作流體包括因回收熱量的步驟而產生的一些液體；將上述工作流體導向與上述熱回收交換器流體連通的液體分離器，上述液體分離器包括蒸汽出口和液體出口；將蒸汽與上述工作流體的液體分離；將分離的蒸汽導入冷凝器的進口，上述冷凝器的進口與上述液體分離器的蒸汽出口流體連通；將來自于上述工作流體的液體導入部件的進口，上述部件的進口與上述液體分離器的液體出口流體連通；引導上述蒸汽穿過上述冷凝器以將上述蒸汽冷凝成液體，并將由上述冷凝器冷凝的液體和來自于上述部件的液體導向膨脹設備以對上述液體進行膨脹，上述膨脹設備與上述冷凝器流體連通；將膨脹的液體導向蒸發器以對膨脹的液體進行蒸發，上述蒸發器與上述膨脹設備流體連通；以及將蒸發的流體導回上述壓縮機。

在一個實施例中，上述方法包括以下步驟：通過使用位于上述液體分離器和上述冷凝器之間的流動控制設備對到上述冷凝器的進口的流量進行控制，上述流動控制設備與上述液體分離器的蒸汽出口流體連通并與上述冷凝器的進口流體連通。

在一個實施例中，上述方法包括以下步驟：通過使用位于上述液體分離器和上述部件之間的流動控制設備對到上述部件的進口的流量進行控制，上述流動控制設備與上述液體分離器的液體出口流體連通并與上述部件的進口流體連通。在一個實施例中，位于上述液體分離器與上述部件之間的流動控制設備使上述液體分離器中的液體流出并停止蒸汽流動直到例如沒有液體在該分離器中。

在一個實施例中，上述將分離的蒸汽導入冷凝器的進口的步驟中包括僅通過上述液體分離器的蒸汽出口使上述熱回收交換器與上述冷凝器流體連通。

在一個實施例中，上述將分離的蒸汽導入冷凝器的進口的步驟中包括上述冷凝器的進口不與上述流體回路的液體管路流體連通。

在一個實施例中，上述冷凝器包括冷凝段和過冷段。上述冷凝器的進口通向上述冷凝段，上述過冷段是與上述液體分離器的液體出口流體連通的部件。

附圖說明

當以下詳細描述結合附圖進行閱讀時，熱回收系統及其使用方法的這些和其他特征、方面和優點將變得更好理解。這些附圖為：

圖1是一種熱回收系統的示意圖，該熱回收系統具有使用串行流動運行的流體回路。

圖2是一種熱回收系統的示意圖，該熱回收系統具有使用并行流動運行的流體回路。

圖3是一種熱回收系統的一個實施例的示意圖，該熱回收系統具有在到冷凝器的蒸汽進口管路上使用液體分離器的流體回路。

雖然以上附圖對熱回收系統及其使用方法的各實施例進行了說明，然而其他實施例也應如以下描述所指出的那樣被考慮。在所有情況下，本申請通過表示方式而不是限制方式來呈現熱回收系統及其使用方法的各示例性實施例。落入本申請描述的熱回收系統及其使用方法的原則的范圍和精神內的許多其他修改和實施例可以被本領域的技術人員想到。

具體實施方式

本申請通常涉及熱回收系統，例如提供制冷和制熱的制冷劑系統。特別地，本申請涉及包括液體分離器的熱回收系統，上述液體分離器使得上述系統相對于例如某些串行和并行流動系統需要更少的制冷劑充灌量來進行運行。

圖1是一種熱回收系統的示意圖，該熱回收系統具有使用串行流動運行的流體回路。

在所示的實例中，上述熱回收系統是具有熱回收性能的風冷制冷機。熱回收交換器10位于壓縮機1的排出與冷凝器例如盤管3的冷凝段之間。這種連接稱為串行設計。在圖1中，各部件包括(多個)壓縮機1或僅一個壓縮機、熱回收交換器10、盤管的冷凝段3、(多個)風扇2、盤管的過冷段5、制冷劑接收器6、角閥8、過濾器和干燥器11、膨脹設備12以及蒸發器13。

由于高壓側冷凝溫度取決于盤管3中的空氣側的熱交換，盤管3中的空氣側的熱交換主要與空氣溫度和流動速率相關，因此圖1的系統在某些情況下會具有有限的熱回收容量。在串行設計中，熱回收交換器10與冷凝器(例如風冷冷凝器)共用制冷循環冷凝的高壓側散熱。如圖所示，相比于冷凝器的容量，熱回收容量取決于熱回收交換器的容量。

并且，串行連接設計需要顯著更多的制冷劑充灌量。一個原因是，由于制冷劑先穿過上述熱回收交換器10并在進入上述冷凝器盤管3之前進行冷凝，進入上述冷凝器盤管3的制冷劑是兩相制冷劑蒸汽(蒸汽和液體)，而不是過熱制冷劑蒸汽。這會導致在冷凝器盤管3和相對管道中有更多的液體充灌量。這類系統也可以在例如穿過熱回收交換器的水溫太低時采用附加設備來調節水流并限制熱交換容量。

雖然圖1的串行設備在某些情況下可以提供簡單可靠的回路結構，但是由于沒有控制，可能需要相對大的接收器6來處理會填充冷凝器盤管3的顯著較大的制冷劑充灌量。例如，圖1的系統可以采用大約25Kg的制冷劑來提供由冷凝器盤管3進行制冷和由熱回收交換器10進行熱回收的合適容量。

圖2是一種熱回收系統的示意圖，該熱回收系統具有使用并行流動運行的流體回路。

在圖2中，該實例也是具有熱回收性能的風冷。在并行流動連接中，熱回收交換器10與冷凝器盤管3并行。在圖2中，各部件包括一個或多個壓縮機1、(多個)風扇2、冷凝器盤管3、電磁閥4、過冷段5、制冷劑接收器6、止回閥7、角閥8、電磁閥9、熱回收交換器10、過濾器和干燥器11、膨脹閥12以及蒸發器13。當在較低環境溫度下進行制冷時，例如，上述系統采用大量制冷劑來保持穩定性，熱回收容量也可以是相對低的。因此，在正常熱回收設計中，較大的接收器用來對不同條件下的制冷劑量差異進行平衡。這可能發生在例如相對低的環境溫度下，此時進入冷凝器盤管3的制冷劑非常快速地變成液體。相比于串行設計，熱回收容量可以是相對大的并可以比串行設計使用相對更少的制冷劑，例如在某些情況下大約15－16Kg。然而，在并行設計中，上述流體回路或者用于熱回收(例如，閥9打開并且閥4關閉)，或者用于制冷(閥9關閉并且閥4打開)，可能不能如通常那樣同時運行制冷和制熱功能。

在串行設計(圖1)和并行設計(圖2)中，接收器6都沒有提供液體/蒸汽分離性能。

圖3是一種熱回收系統的一個實施例的示意圖，該熱回收系統具有在到冷凝器的蒸汽進口的蒸汽進口管路上使用液體分離器的流體回路。

圖3的設計可以改善熱回收容量、減少制冷劑充灌量并保持運行穩定性。

圖3示出了改進的熱回收流體回路，其同時包括串行類型和并行類型的優點，例如同時進行制冷和熱回收(例如圖1)并具有良好的容量(例如圖2)，但是進一步改進為需要相對更少的制冷劑充灌量。在某些實施例中，所需要的制冷劑充灌量比并行流動更少并且可以低至10Kg或大約10Kg。在圖3中，各部件包括一個或多個壓縮機1、熱回收交換器10、液體分離器6、流動控制設備例如電磁閥或并行的電磁閥4、(多個)風扇2、盤管3的冷凝段、止回閥7、過冷器5、控制分離器中的液面高度的閥9、角閥8、過濾器和干燥器11、膨脹設備12、蒸發器13。可以理解，液體分離器6中的壓力高于止回閥7的出口，因此液體流動不會從冷凝器3回到液體分離器6。

可以理解，液體分離器的液體出口與系統的部件而不是與冷凝器的進口流體連通。在一個實施例中，熱回收系統不包括過冷段5。在圖3中，可以理解，過冷段5可以從該系統移除。如果沒有過冷段5，液體分離器6中的液體可以流過閥9并直接流入角閥8或者流到與膨脹設備流體連通的另一條管路。

在一個實施例中，冷凝器3包括與過冷段流體連通的冷凝段。冷凝器的進口通向上述冷凝段，上述過冷段是與上述液體分離器的液體出口流體連通的部件。該構造如圖3所示。

如圖3所示，上述冷凝段包括與液體分離器的蒸汽出口流體連通的進口，上述過冷段包括與上述液體分離器的液體出口流體連通的進口。上述熱回收系統包括與上述冷凝器的過冷段流體連通的膨脹設備，以及與上述膨脹設備和上述壓縮機流體連通的蒸發器。

在某些設計中，壓力調節閥或多個壓力調節閥7提供了這類功能。例如，閥7是止回閥，該止回閥確保制冷劑從冷凝器3流出。可以理解，閥7可以被改變為具有可變流量的調節閥，使得穿過冷凝器3的流動速率可以被改變，從而改變通過冷凝器3的熱傳遞。穿過冷凝器的流量越少，則穿過閥9的流量越多，從而在某些情況下會導致更多制冷劑在熱回收交換器10中進行冷凝以提供更多熱回收。可以理解，調節閥可以用作流動控制設備4。它的功能與使用調節閥作為閥7相同。潛在的不同之處在于尺寸和成本。

用如圖3所示的設計，上述系統可以使用比圖1和2中的接收器相對更小的容器，其中圖3的接收器6相比之下提供蒸汽/液體分離。由于熱回收交換器10的進口只有蒸汽并且冷凝器盤管3由于從分離器6的蒸汽出口接收蒸汽而將不包含同樣多的制冷劑，因此這可以在使用相對少量的制冷劑充灌量時提供環境益處。

通過調整壓力調節閥和風扇速度，可以得到不同的熱回收容量。并且制造成本可以接近串行類型設計。可以理解，在有成本限制時，以及在不需要高容量熱回收或者環境溫度總是很高的地方，流動控制設備或閥4可以被移除。

在一個實施例中，對控制項1和2進行進一步說明。

1.當僅有制冷時，流動控制設備4例如電磁閥被打開。制冷劑從壓縮機1被排出到熱回收交換器10、然后到液體分離器6、然后到盤管3的冷凝段、然后進入盤管的過冷段5、然后傳到膨脹設備(例如閥)、然后進入蒸發器13進行制冷。流動控制設備9例如電磁閥可以被打開以降低油進入液體分離器6的風險。

在一個實施例中，可以理解，上述流動控制設備也可以是由液體分離器6中的液面高度進行控制的一個閥。

在一個實施例中，上述流動控制設備可以是浮動閥并內置在上述接收器中。

2.如果上述流動控制設備4包括并行的多個閥例如電磁閥，則(多個)不同閥可以被打開以得到不同的熱回收容量。在一個實施例中，上述流動控制設備可以是可控的和/或分級的設備，該可控的和/或分級的設備不形成多個閥的結構、但是提供容量管理。一些制冷劑穿過熱回收交換器10，可以得到不同級別的制熱容量，包括相對較低級別的制熱容量。各風扇2通過壓差進行調整。

各方面：各方面1至8中的任一方面可以與各方面9至14中的任一方面相結合。

方面1.一種熱回收系統，其特征在于，包括：

壓縮機；

熱回收交換器，所述熱回收交換器與所述壓縮機流體連通；

液體分離器，所述液體分離器與所述熱回收交換器流體連通，所述液體分離器包括蒸汽出口和液體出口；

冷凝器，所述冷凝器具有與所述液體分離器的蒸汽出口流體連通的進口，所述液體分離器的液體出口與所述系統的部件而不是與所述冷凝器的進口流體連通，其中來自所述液體出口的液體在所述冷凝器的下游流動；

膨脹設備，所述膨脹設備與所述冷凝器和所述部件流體連通；以及

蒸發器，所述蒸發器與所述膨脹設備和所述壓縮機流體連通。

方面2.根據方面1所述的熱回收系統，其特征在于，還包括流動控制設備，所述流動控制設備位于所述液體分離器的蒸汽出口與所述冷凝器的進口之間，所述流動控制設備與所述液體分離器的蒸汽出口流體連通并與所述冷凝器的進口流體連通。

方面3.根據方面2所述的熱回收系統，其特征在于，位于所述液體分離器與所述冷凝器之間的流動控制設備是以下中的一種：電磁閥、處于并行流動的多個電磁閥，以及分級設備。

方面4.根據方面1至3中任一項所述的熱回收系統，其特征在于，還包括流動控制設備，所述流動控制設備位于所述液體分離器與所述部件之間，所述流動控制設備與所述液體分離器的液體出口流體連通并與所述部件的進口流體連通。

方面5.根據方面4所述的熱回收系統，其特征在于，位于所述液體分離器與所述部件之間的流動控制設備是以下中的一種：電磁閥、處于并行流動的多個電磁閥，以及分級設備。

方面6.根據方面1至5中任一項所述的熱回收系統，其特征在于，所述熱回收交換器僅通過所述液體分離器的蒸汽出口與所述冷凝器的進口流體連通。

方面7.根據方面1至6中任一項所述的熱回收系統，其特征在于，所述冷凝器的進口不與所述系統的液體管路流體連通。

方面8.根據方面1至7中任一項所述的熱回收系統，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝段和過冷段，所述冷凝器的進口通向所述冷凝段，所述過冷段是與所述液體分離器的液體出口流體連通的所述部件。

方面9.一種在制冷模式和熱回收模式下流體流過流體回路的方法，其特征在于，包括以下步驟：

將工作流體壓縮成壓縮氣體；

將所述工作流體從壓縮機導向與所述壓縮機流體連通的熱回收交換器；

從穿過所述熱回收交換器的工作流體回收熱量，所述工作流體包括因回收熱量的步驟而產生的一些液體；

將所述工作流體導向與所述熱回收交換器流體連通的液體分離器，所述液體分離器包括蒸汽出口和液體出口；

將蒸汽與所述工作流體的液體分離；

將分離的蒸汽導入冷凝器的進口，所述冷凝器的進口與所述液體分離器的蒸汽出口流體連通；

將來自于所述工作流體的液體導入部件的進口，所述部件的進口與所述液體分離器的液體出口流體連通；

引導所述蒸汽穿過所述冷凝器以將所述蒸汽冷凝成液體，并將由所述冷凝器冷凝的液體和來自于所述部件的液體導向膨脹設備以對所述液體進行膨脹，所述膨脹設備與所述冷凝器流體連通；

將膨脹的液體導向蒸發器以對膨脹的液體進行蒸發，所述蒸發器與所述膨脹設備流體連通；以及

將蒸發的流體導回所述壓縮機。

方面10.根據方面9所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟：

通過使用位于所述液體分離器和所述冷凝器之間的流動控制設備對到所述冷凝器的進口的流量進行控制，所述流動控制設備與所述液體分離器的蒸汽出口流體連通并與所述冷凝器的進口流體連通。

方面11.根據方面9或10所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟；

通過使用位于所述液體分離器和所述部件之間的流動控制設備對到所述部件的進口的流量進行控制，所述流動控制設備與所述液體分離器的液體出口流體連通并與所述部件的進口流體連通。

方面12.根據方面9至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述將分離的蒸汽導入冷凝器的進口的步驟中包括僅通過所述液體分離器的蒸汽出口使所述熱回收交換器與所述冷凝器流體連通。

方面13.根據方面9至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述將分離的蒸汽導入冷凝器的進口的步驟中包括所述冷凝器的進口不與所述流體回路的液體管路流體連通。

方面14.根據方面9至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝段和過冷段，所述冷凝器的進口通向所述冷凝段，所述過冷段是與所述液體分離器的液體出口流體連通的所述部件。

本說明書中所使用的術語意欲對各特定實施例進行描述并不意欲進行限制。各術語“一”、“一種”以及“所述”也包括復數形式，除非另外有清晰的說明。

雖然根據各種特定實施例已對各實施例進行了描述，然而本領域的技術人員將會認識到，各實施例也可以在各權利要求的精神和范圍內進行修改并實施。