CN101464056A - 一种复叠式空气源高温热泵热水机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复叠式空气源高温热泵热水机组。其包括中高温压缩机、中高温冷凝器、耦合换热器、中高温膨胀阀和翅片蒸发器，上述部件构成中温回路和高温回路；所述中温压缩机的一端依次连接中温冷凝器、耦合换热器、中温膨胀阀和翅片管蒸发器，由蒸发器的另一端连接中温压缩机的另一端，上述部件构成中温回路；所述高温压缩机的一端依次连接高温冷凝器、高温膨胀阀和耦合换热器，由耦合换热器的另一端连接高温压缩机的另一端，上述部件构成高温回路；所述中温冷凝器的水路和高温冷凝器的水路串接。本发明通过复叠换热技术、双制冷剂耦合换热技术和水侧串联耦合换热技术把热水从常温提升到85℃。

Description

一种复叠式空气源高温热泵热水机组

技术领域

本发明涉及制冷制热设备，具体涉及一种复叠式空气源高温热泵热水机组。

背景技术

目前，市场推广的热泵热水机组大致分为以下几类：

1、低温热泵热水机组，生产45℃左右的热水，以空气、地下水或土壤为热源，主要用于供暖或生产。

2、中温热泵热水机组，生产温度为55℃～60℃的热水，以空气、地下水或土壤为热源，主要用于洗浴或生活。

3、水源高温热泵热水机组，生产温度为75℃～85℃的热水，以低温废水或余热为热源，主要用于工艺需求；这一技术由于所需的热源温度较高，应用场所受到很大的局限。

目前85℃左右的高温热水主要还是通过燃烧化学燃料或使用电加热的手段获取，燃烧化学燃料会向环境排放大量有害气体，对环境造成极大伤害，此外，燃料价格的波动直接影响了这一方法的经济效益。另外，目前国家正致力于取缔小锅炉，许多需要高温热水的企业只能通过电加热的方式制取热水，而电作为一种高品位能源，用于制取热水的效率仅0.95而已，无形中也是一种浪费。

因此，若能开发出新的热泵技术，制取温度相对较高的热水，又具有相对较高的能效比，必能带来很好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中的不足，提供一种能把热水提升到85℃，且工况运行稳定、能效比高、节能环保的复叠式空气源高温热泵热水机组。

本发明是通过以下技术手段予以实现：

一种复叠式空气源高温热泵热水机组，所述机组包括中温压缩机和高温压缩机、中温冷凝器和高温冷凝器、耦合换热器、中温膨胀阀、高温膨胀阀以及翅片蒸发器，上述部件构成独立的中温循环回路和高温循环回路。

所述中温压缩机的一端依次连接中温冷凝器、耦合换热器、第一电磁阀、中温膨胀阀和翅片蒸发器，由翅片管蒸发器的制冷剂出口连接中温压缩机的另一端，上述部件构成中温回路。

所述高温压缩机的一端依次连接高温冷凝器、高温膨胀阀和耦合换热器，由耦合换热器的制冷剂出口连接高温压缩机的另一端，上述部件构成高温回路。

所述中温冷凝器的水路和高温冷凝器的水路串接。

所述耦合换热器与中温膨胀阀之间串接第一电磁阀。在中温压缩机的一端与中温膨胀阀的一端还设置第二电磁阀。所述第一电磁阀开启且为常开式电磁阀、第二电磁阀关闭且为常闭式电磁阀。

为除去中温压缩机中的液态水份，达到净化的作用，本发明在翅片蒸发器与中温压缩机之间串接气液分离器。

为过滤掉介质中的杂质以保护设备管道上的配件免受磨损和堵塞，本发明在耦合换热器与第一电磁阀之间串接第一过滤器；所述高温冷凝器与高温膨胀阀之间串接第二过滤器。

更进一步地，所述耦合换热器为壳管式或套管式或板式双制冷剂耦合换热器；中温回路的制冷剂在其中冷凝放热，高温回路的制冷剂在其中蒸发吸热。耦合换热器相当于中温系统的冷凝器和高温系统的蒸发器，而中温系统就是高温系统的热源。

本发明所述中、高温膨胀阀可以是毛细管或热力膨胀阀或电子膨胀阀。

本发明中温冷凝器、高温冷凝器为壳管式或套管式或板式水热换热器。

本发明的翅片管式蒸发器配有风机。中温回路制冷剂在其中蒸发，并从空气中吸取热量，空气由风机驱动。

本发明相对现有技术具有以下优点：

1、机组分中温侧和高温侧两个不同得系统，两个独立系统通过复叠换热技术、双制冷剂耦合换热技术和水系统耦合技术整合于一体，当热水温度较低时，使用中温侧系统，获取较高的能效比；当温度上升到55℃时，两个系统同时使用，通过复叠换热技术和双制冷剂耦合换热技术把热水进一步提升到85℃，并能在80℃进水、85℃出水这一工况长期、稳定运行。在设计工况下(80℃进水，85出水℃)，机组的能效比可达2.3以上。

2、机组以空气作为热源，无需打井或购买燃料，也不用专门的摆放空间，配套工程的投入小，运行费用低。

3、机组只需输入一定的电功率，就能获取几倍于输入功率的热量；制热过程无任何有害物质的排放，是一种清洁、环保的制热方式。

4、将中温回路与高温回路的水系统巧妙的连接在一起，避免了两个水系统分开设计所带来的热量损失、成本上升、体积增大等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的技术原理图；

图3是本发明的中温冷凝器和高温冷凝器串接原理图之一；

图4是本发明的中温冷凝器和高温冷凝器串接原理图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示，本发明是由相互独立的中温系统和高温侧系统组成。

中温系统配置如下：

中温压缩机1、中温冷凝器3、耦合换热器5、中温膨胀阀6、翅片蒸发器11、第一电磁阀9、第二电磁阀10和风机111。

高温侧系统配置如下：

高温压缩机2、高温冷凝器4、高温膨胀阀7和耦合换热器5。

本发明所述的热泵热水机组有两个工况，即中温工况和高温工况。

1、中温工况

(中温压缩机1开启、高温压缩机2关闭、第一电磁阀8常闭、第二电磁阀9常开、风机111开)

开机检测热水温度，当热水温度低于55℃时，启动中温系统，所述中温压缩机1压缩做功，将高温高压的气态制冷剂送入中温冷凝器3，并在其中冷凝成高压制冷剂液体，在冷凝过程中，逐渐把中温冷凝器3中的水温提升到55℃，制冷剂在经过耦合换热器5、第一电磁阀8和中温膨胀阀6的节流降压后，进入翅片管蒸发器11，液态制冷剂与由风机111驱动的空气换热后蒸发，蒸发后的低温低压气态制冷剂回到中温压缩机1，完成中温侧系统循环。

2、高温工况

(中温压缩机1开启、高温压缩机2开启、第一电磁阀8常闭、第二电磁阀9常开)

当热水温度达到设定值55℃后，在不停止中温侧系统的基础上启动高温侧系统，即是进入了高温工况。

所述高温高压的气态制冷剂自高温压缩机2进入高温冷凝器4，在其中冷凝成液态并逐渐把热水提升到85℃，液态制冷剂流出高温冷凝器4，经过高温膨胀阀7的节流降压后在耦合换热器5中蒸发，蒸发后的气态制冷剂回到高温压缩机2中，完成高温侧的循环。

本发明的复叠式空气源高温热泵热水机组正常运行时，耦合换热器5的换热介质是两种不同的制冷工质。机组运行时，高温高压的气态中温制冷剂排出中温压缩机1后进入耦合换热器5中冷凝，与此同时，高温高压的液态高温制冷剂经过节流后进入耦合换热器5中蒸发。与以往的换热行式不同的是，在耦合换热器5的壳管两侧都同时存在着制冷剂的相变过程。中温系统利用热泵技术从热源水中提取低品位的热量，并通过耦合换热器5供给到高温系统，此时，中温系统实质为高温系统的热源。正是通过两个相互衔接的制热系统，逐渐把水温提升到85℃。

本发明有两个不同的系统，当水温较低时，常规的热泵系统也具有较好的制热效果，而当水温较高时，通过高温系统继续提升水温，启动高温系统需要克服高温系统低压过低的问题。

如图3、4所示，本发明将两个系统的水系统巧妙的连接在一起，即把低温冷凝器3和高温冷凝器4串接在一起，这样设计不但克服了以上的问题，也避免了两个水系统分开设计所带来的热量损失、成本上升、体积增大等问题。

Claims (10)

1、一种复叠式空气源高温热泵热水机组，包括依次连接并形成循环回路的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和耦合换热器，其特征在于，上述机组还包括中高温压缩机(1，2)、中高温冷凝器(3，4)、耦合换热器(5)、中高温膨胀阀(6，7)以及翅片蒸发器(11)，上述部件构成中温回路和高温回路；

所述中温压缩机(1)的一端依次连接中温冷凝器(3)、耦合换热器(5)、中温膨胀阀(6)和翅片蒸发器(11)，由翅片蒸发器(11)的另一端连接中温压缩机(1)的另一端，上述部件构成中温回路；

所述高温压缩机(2)的一端依次连接高温冷凝器(4)、高温膨胀阀(7)和耦合换热器(5)，由耦合换热器(5)的另一端连接高温压缩机(2)的另一端，上述部件构成高温回路；

所述中温冷凝器(3)与高温冷凝器(4)均设有水路接口，且中温冷凝器(3)的水路与高温冷凝器(4)的水路串接在一起。

2、根据权利要求1所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述耦合换热器(5)与中温膨胀阀(6)之间串接第一电磁阀(8)。

3、根据权利要求2所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，在中温压缩机(1)的一端与中温膨胀阀(6)的一端还设置第二电磁阀(9)。

4、根据权利要求3所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，在翅片蒸发器(11)与中温压缩机(1)之间串接气液分离器(10)。

5、根据权利要求2-4任一项所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述耦合换热器(5)与第一电磁阀(8)之间串接第一过滤器(12)；所述高温冷凝器(4)与高温膨胀阀(7)之间串接第二过滤器(13)。

6、根据权利要求5所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述耦合换热器(5)为壳管式或套管式或板式双制冷剂耦合换热器；中温回路的制冷剂在其中冷凝放热，高温回路的制冷剂在其中蒸发吸热。

7、根据权利要求5所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述中、高温膨胀阀(6、7)可以是毛细管或热力膨胀阀或电子膨胀阀。

8、根据权利要求5所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述中温冷凝器(3)、高温冷凝器(4)为壳管式或套管式或板式水热换热器。

9、根据权利要求5所述的复叠式空气源高温热泵热水机组，其特征在于，所述翅片蒸发器(11)配有风机(111)。

10、根据权利要求5所述的翅片管式蒸发器，其特征在于，所述第一电磁阀(8)开启且为常开式电磁阀、第二电磁阀(9)关闭且为常闭式电磁阀。

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