CN101922820A - 双级冷凝空气水热泵装置 - Google Patents

Abstract

双级冷凝空气水热泵装置包括：两个室外换热器、节流控制元件、两个第一压缩机、储液器、第一换热器、第一干燥过滤桶、气液分离器、四通换向阀、膨胀阀、电磁阀、止逆阀和二次升温装置，两个第一压缩机的出口分别与两个止逆阀的进口端相连，两个止逆阀出口端与四通换向阀的d端相连，四通换向阀的c端与第一换热器的一端相连，四通换向阀的b端与气液分离器的入口相连，四通换向阀的a端分别与两个室外热交换器的一端相连，两个室外热交换器的另一端与节流控制元件的第一入口相连，第一换热器的出水端和进水端分别通过一个电磁阀与末端装置和二次升温装置的进水端和出水端相连，它采用单双级混合的方式，效率更高、更具节能和环保价值。

Description

双级冷凝空气水热泵装置

技术领域

本发明涉及了热泵装置，特别涉及一种双级冷凝空气水热泵装置。

背景技术

目前市场的产品大多是只有双级冷凝的方式，在环境温度较高时，不能采用一级运行的方式，功能相对来说比较单一，综合利用率较低，不节能；使用的环境温度在-15～0℃范围内，不能完全满足我国“三北”地区冬季的采暖需求，低温启动性差，散热损失大，润滑性能差，机组的运行寿命短，可靠性差。

发明内容

本发明的发明目的在于克服上述缺陷，而提供一种热量大、加热速度快、水温温度高、压力损失小，效率高的双级冷凝空气水热泵装置。

为了完成本发明的发明目的，本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，它包括：两个室外换热器、节流控制元件、两个第一压缩机、储液器、第一换热器、第一干燥过滤桶、气液分离器、四通换向阀、膨胀阀、电磁阀、止逆阀和二次升温装置，其中：两个第一压缩机的出口分别与两个止逆阀的进口端相连，两个止逆阀出口端与四通换向阀的d端相连，四通换向阀的c端与第一换热器的一端相连，四通换向阀的b端与气液分离器的入口相连，四通换向阀的a端分别与两个室外热交换器的一端相连，两个室外热交换器的另一端分别通过一个电磁阀与节流控制元件第一入口相连，气液分离器的出口端分别与两个第一压缩机的入口端相连，第一换热器的另一端与节流控制元件第一出口相连，节流控制元件第二出口依次与储液器和第一干燥过滤桶相连后分成两路，一路与节流控制元件第二入口相连，另一路再分成两路，每一路分别依次与一个电磁阀和一个膨胀阀相连后，再分别与两个室外热交换器的另一端相连，第一换热器的出水端和进水端分别通过一个电磁阀与末端装置和二次升温装置的进水端和出水端相连；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述节流控制元件包括：一个电磁阀、一个膨胀阀和两个止逆阀，节流控制元件第一入口通过一个止逆阀与节流控制元件第二出口相连，节流控制元件第二出口通过止逆阀与节流控制元件第一出口相连，节流控制元件第一出口依次通过膨胀阀和电磁阀与节流控制元件第二入口相连；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述二次升温装置包括：第二换热器、两个第二压缩机、第三换热器、第二干燥过滤桶、电磁阀和膨胀阀，两个第二压缩机的出口端分别与两个止逆阀的进口端相连，两个止逆阀的出口端与第三换热器的进口端相连，第三换热器的出口端依次通过第二干燥过滤桶、电磁阀和膨胀阀与第二换热器的进口端相连，第二换热器的出口端分别与两个第二压缩机的进口端相连，第二换热器的出水端和进水端分别通过一个电磁阀与第一换热器的进水端和出水端相连，第三换热器的出水端和进水端分别通过一个电磁阀与末端装置的进水端和出水端相连；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述两个室外换热器、节流控制元件、两个第一压缩机、储液器、第一换热器、第一干燥过滤桶和气液分离器组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述第二换热器、两个第二压缩机、第三换热器和第二干燥过滤桶组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述第一换热器分别与末端装置和第二换热器组成的回路中装有自来水，进行换热；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述第三换热器与末端装置组成的回路中装有自来水，进行换热；

本发明的一种双级冷凝空气水热泵装置，其中：所述四通换向阀的a端、b端、c端和d端按顺时针方向依次排列，在不通电的情况下，a端和b端相通，c端和d端相通，在通电的情况下，a端和d端相通，c端和b端相通。

本发明的双级冷凝空气水热泵装置主要针对空气源热泵、地源热泵和水环热泵系统在我国北方寒冷地区无法直接应用的问题，采用了独特的设计，提供了一种新型热泵供暖系统，采用空气源热泵冷热水机组提供10～20℃温水作为水源热泵的低位热源；采用独特的压缩机变频技术和换热器耦合设计，保障压缩机低温正常启动和低温润滑，减少系统热损失，在室外环境温度-25～0℃下正常运行，可以顺利实现空气源热泵在寒冷地区的应用。在室外环境温度-5～20℃运行时，双级冷凝热泵装置排气温度为40～60℃，冷凝压力最大不超过1.8MPa，压缩比最大值小于8，可以保障机组在正常状态下运行，综合性能系数COP可达3.6，提高了效率。采用单双级混合的方式，效率更高、更具节能和环保价值，精确的控制技术，保持中间环路供水温度稳定在在13～18℃范围之间，双级冷凝热泵供暖系统在此温度区间运行，可提高能源利用效率15％以上。

附图说明

图1为本发明的双级冷凝空气水热泵装置连接关系的示意图；

图2为四通换向阀的放大的示意图。

其中图1中的标号具有以下含义：

制冷

水路

制热

具体实施方式

参见图1，本发明涉及了双级冷凝空气水热泵装置包括：两个室外换热器1、节流控制元件2、两个第一压缩机3、储液器4、第一换热器5、第一干燥过滤桶6、气液分离器7、四通换向阀8、膨胀阀10、电磁阀11、止逆阀12和二次升温装置17，其特征在于：两个第一压缩机3的出口分别与两个止逆阀12的进口端相连，两个止逆阀12出口端与四通换向阀8的d端相连，四通换向阀8的c端与第一换热器5的一端相连，四通换向阀8的b端与气液分离器7的入口相连，四通换向阀8的a端分别与两个室外热交换器1的一端相连，两个室外热交换器1的另一端分别通过一个电磁阀11与节流控制元件2的节流控制元件第一入口9相连，气液分离器7的出口端分别与两个第一压缩机3的入口端相连，第一换热器5的另一端与节流控制元件2的节流控制元件第一出口18相连，节流控制元件第二出口19依次与储液器4和第一干燥过滤桶6相连后分成两路，一路与节流控制元件第二入口20相连，另一路再分成两路，每一路分别依次与一个电磁阀11和一个膨胀阀10相连后，再分别与两个室外热交换器1的另一端相连，第一换热器5的出水端和进水端分别通过一个电磁阀11与末端装置和二次升温装置17的进水端和出水端相连。两个室外换热器1、节流控制元件2、两个第一压缩机3、储液器4、第一换热器5、第一干燥过滤桶6和气液分离器7组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动。第一换热器5分别与末端装置和第二换热器13组成的回路中装有自来水，进行换热。

节流控制元件2包括：一个电磁阀11、一个膨胀阀10和两个止逆阀12，节流控制元件第一入口9通过一个止逆阀12与节流控制元件第二出口19相连，节流控制元件第二出口19通过止逆阀12与节流控制元件第一出口18相连，节流控制元件第一出口18依次通过膨胀阀10和电磁阀11与节流控制元件第二入口20相连。

二次升温装置17包括：第二换热器13、两个第二压缩机14、第三换热器16、第二干燥过滤桶15、电磁阀11和膨胀阀10，两个第二压缩机14的出口端分别与两个止逆阀12的进口端相连，两个止逆阀12的出口端与第三换热器16的进口端相连，第三换热器16的出口端依次通过第二干燥过滤桶15、电磁阀11和膨胀阀10与第二换热器13的进口端相连，第二换热器13的出口端分别与两个第二压缩机14的进口端相连，第二换热器13的出水端和进水端分别通过一个电磁阀11与第一换热器5的进水端和出水端相连，第三换热器16的出水端和进水端分别通过一个电磁阀11与末端装置的进水端和出水端相连。

第二换热器13、两个第二压缩机14、第三换热器16和第二干燥过滤桶15组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动。第三换热器16与末端装置组成的回路中装有自来水，进行换热。。

如图2所示，四通换向阀2的a端、b端、c端和d端按顺时针方向依次排列，在不通电的情况下，a端和b端相通，c端和d端相通，在通电的情况下，a端和d端相通，b端和c端相通。

工作原理：

双级冷凝空气水热泵装置由一级侧机组(空气-水热泵机组)和二次升温装置17(水-水热泵机组)通过中间水路整合在一起。控制系统根据室外环境温度，自动控制运行方式，在冬季供暖时，当环境温度高于设定值时，采用一级冷凝的方式，只运行一级侧机组提供40℃～50℃的供暖热水；当环境温度低于设定值时，电磁阀自动操作，采用双级冷凝方式运行，空气源热泵机组提供10℃～20℃的温水作为水源热泵机组的低位能源，水源热泵机组以低位能源作为水源侧，通过第二换热器13，水中的热量被吸收，使其温度降低，然后通过压缩机做功，进行能量置换，使第三换热器16可以提供40℃～50℃热水。

在夏季制冷时，四通换向阀8通电，它的a端和d端相通，b端和c端相通。从两个第一压缩机3出来的高温气体分别通过止逆阀12进入四通换向阀8的d端，从四通换向阀8的a端，分别进入两个室外换热器1进行换热，从两个室外换热器1出来的液态制冷剂分别通过电磁阀11后，进入节流控制元件2的节流控制元件第一入口9，液态制冷剂通过节流控制元件第二出口19流入储液器4和第一干燥过滤桶6后，又流入节流控制元件第二入口20，这时节流控制元件12内的电磁阀11打开，制冷剂通过电磁阀11和膨胀阀10节流降压后，从节流控制元件第一出口18出来进入第一换热器5进行换热，第一换热器中的水把热量释放出来而变冷，同时制冷剂被气化，循环水送入末端装置进行制冷，如此循环往复进行制冷。从第一换热器5出来的制冷剂从四通换向阀的c端进入，从四通换向阀8的b端进入气液分离器7，从气液分离器7出来的气体送入第一压缩机3的进口端，制冷剂如此往复进行循环。

在冬季时，四通换向阀8不通电，它的a端和b端相通，c端和d端相通，从两个第一压缩机3的出口端出来的高温气体分别通过止逆阀12进入四通换向阀8的d端，从四通换向阀8的c端流入第一换热器5的进口，制冷剂在第一换热器5中将热量传递给第一换热器5的循环水中，从第一换热器5的出口出来的制冷剂液体进入节流控制元件2的节流控制元件第一出口18后，这时节流控制元件2中的电磁阀11关闭，制冷剂液体经过止逆阀12后，从节流控制元件2的节流控制元件第二出口19进入储液器14和干燥过滤桶6后，再分别进入电磁阀11和膨胀阀10节流降压后进入室外换热器1的另一端，从两个室外换热器1的一端出来的制冷剂进入四通换向阀8的a端，从四通换向阀8的b端出来后进入气液分离器7的进口端进行气液分离，分离出来的气体从气液分离器7的出口端出来后分别进入第一压缩机13的入口端，制冷剂在上述装置中进行循环。当环境温度高于温度设定值时，第一换热器5与第二换热器13之间相通的电磁阀11关闭，第一换热器5与末端装置之间相通的电磁阀11打开，第一换热器5出来的水直接用于向末端装置供暖；当环境温度低于设定温度值时，第一换热器5与第二换热器13之间相通的电磁阀11打开，第一换热器5与末端装置之间相通的电磁阀11关闭，第一换热器5出来的水用于加热第二换热器13中的制冷剂，从第二换热器13出来的制冷剂气体经过两个第二压缩机14的压缩成高温气体后，分别通过止逆阀12，进入第三换热器16的进口端，将高温制冷剂的热量传递给第三换热器16的水中，从第三换热器16出来的制冷剂再因此经过第二干燥过滤桶15、电磁阀11和膨胀阀10节流降压后进入第二换热器13中，制冷剂如此进行往复循环。这时，第三换热器16与末端装置相连电磁阀11打开，第三换热器16的热水直接向末端装置进行供暖。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种双级冷凝空气水热泵装置，它包括：两个室外换热器(1)、节流控制元件(2)、两个第一压缩机(3)、储液器(4)、第一换热器(5)、第一干燥过滤桶(6)、气液分离器(7)、四通换向阀(8)、膨胀阀(10)、电磁阀(11)、止逆阀(12)和二次升温装置(17)，其特征在于：两个第一压缩机(3)的出口分别与两个止逆阀(12)的进口端相连，两个止逆阀(12)出口端与四通换向阀(8)的(d)端相连，四通换向阀(8)的(c)端与第一换热器(5)的一端相连，四通换向阀(8)的(b)端与气液分离器(7)的入口相连，四通换向阀(8)的(a)端分别与两个室外热交换器(1)的一端相连，两个室外热交换器(1)的另一端分别通过一个电磁阀(11)与节流控制元件(2)的第一入口(9)相连，气液分离器(7)的出口端分别与两个第一压缩机(3)的入口端相连，第一换热器(5)的另一端与节流控制元件(2)的节流控制元件第一出口(18)相连，节流控制元件第二出口(19)依次与储液器(4)和第一干燥过滤桶(6)相连后分成两路，一路与节流控制元件第二入口(20)相连，另一路再分成两路，每一路分别依次与一个电磁阀(11)和一个膨胀阀(10)相连后，再分别与两个室外热交换器(1)的另一端相连，第一换热器(5)的出水端和进水端分别通过一个电磁阀(11)与末端装置和二次升温装置(17)的进水端和出水端相连。

2.如权利要求1所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述节流控制元件(2)包括：一个电磁阀(11)、一个膨胀阀(10)和两个止逆阀(12)，节流控制元件第一入口(9)通过一个止逆阀(12)与节流控制元件第二出口(19)相连，节流控制元件第二出口(19)通过止逆阀(12)与节流控制元件第一出口(18)相连，节流控制元件第一出口(18)依次通过膨胀阀(10)和电磁阀(11)与节流控制元件第二入口(20)相连。

3.如权利要求2所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述二次升温装置(17)包括：第二换热器(13)、两个第二压缩机(14)、第三换热器(16)、第二干燥过滤桶(15)、电磁阀(11)，膨胀阀(10)和两个止逆阀(12)，两个第二压缩机(14)的出口端分别与两个止逆阀(12)的进口端相连，两个止逆阀(12)的出口端与第三换热器(16)的进口端相连，第三换热器(16)的出口端依次通过第二干燥过滤桶(15)、电磁阀(11)和膨胀阀(10)与第二换热器(13)的进口端相连，第二换热器(13)的出口端分别与两个第二压缩机(14)的进口端相连，第二换热器(13)的出水端和进水端分别通过一个电磁阀(11)与第一换热器(5)的进水端和出水端相连，第三换热器(16)的出水端和进水端分别通过一个电磁阀(11)与末端装置的进水端和出水端相连。

4.如权利要求2或3所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述两个室外换热器(1)、节流控制元件(2)、两个第一压缩机(3)、储液器(4)、第一换热器(5)、第一干燥过滤桶(6)和气液分离器(7)组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动。

5.如权利要求4所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述第二换热器(13)、两个第二压缩机(14)、第三换热器(16)和第二干燥过滤桶(15)组成的循环回路中装有制冷剂，制冷剂在上述装置内流动。

6.如权利要求5所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述第一换热器(5)分别与末端装置和第二换热器(13)组成的回路中装有自来水，进行换热。

7.如权利要求6所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述第三换热器(16)与末端装置组成的回路中装有自来水，进行换热。

8.如权利要求1-3或5-7中的任一权利要求所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述四通换向阀(8)的(a)端、(b)端、(c)端和(d)端按顺时针方向依次排列，在不通电的情况下，(a)端和(b)端相通，(c)端和(d)端相通，在通电的情况下，(a)端和(d)端相通，(c)端和(b)端相通。

9.如权利要求4所述的双级冷凝空气水热泵装置，其特征在于：所述四通换向阀(8)的(a)端、(b)端、(c)端和(d)端按顺时针方向依次排列，在不通电的情况下，(a)端和(b)端相通，(c)端和(d)端相通，在通电的情况下，(a)端和(d)端相通，(c)端和(b)端相通。

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