CN102679546A - 一种高效高温热水热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：由热回收热水环路和多个热泵环路构成；各热泵环路由压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接而成，压缩机的出气口通过热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机的进气口，构成单第一热泵循环回路；热回收热水环路将前述多个热泵环路串联成多级式热水环路结构，即由热水进水管连接冷凝器之一依次连接热回收器之一、冷凝器之二、热回收器之二、冷凝器之三、热回收器之三、…，经位于最后的热泵环路的热回收器连接热水出水管构成。该机组不仅结构简单，而且制热能效比高，能适应不同的低位热源，当采用水作为低位热源时，还可提供免费的冷量，该机组还具有明显的节能效果。

Description

一种高效高温热水热泵机组

技术领域

本发明属于热水生产设备技术领域，具体涉及一种高效高温热水热泵机组。

背景技术

目前，酒店、医院、桑拿等建造场所的生活及卫生用热水，通常采用燃气锅炉和冷水机组热回收装置来实现。采用燃气锅炉，其出水温度稳定且满足要求（生活热水温度一般为60℃），但其能源利用率小于1，需要消耗大量的能源，且其产生的气体污染环境，这与现代社会所提倡的可持续发展相违背。后来人们利用热传递原理使用热泵来提供热水，热泵机组主要利用低位热能，其能源利用率可大于1，但现有的热泵出水温度一般为47℃或者55℃，出水温度难以满足日常生活要求，且其能效比不高，如果出水温度达到60℃，则其能效比会更低，当不能达到60℃时，生活热水还需要通过再热，使其温度满足要求，这需要消耗额外的能量。如公开号为201037719Y的专利，该专利至少由两台热泵单元组成，每一个热泵单元由压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器构成独立的循环回路，各台热泵设备的冷凝器水路系统互相串联构成一个管壳式换热器，通过冷凝器进行加热，但通过这种单个的冷凝器，其加热效率不高，能效低，且该专利采用地下水或地表水为低位热源，该专利只能采用水一种低位热源来提供热水，所以使用范围相对较窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、高温的热泵机组，该机组不仅结构简单、维修方便、生产成本低、加热速度快，能效高，而且可以利用不同的低位热源。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种高效高温热水热泵机组，其结构特点在于：

1）由热回收热水环路和多个热泵环路构成；

2）各热泵环路由压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接而成，即由压缩机的出气口通过热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机的进气口，构成一热泵循环加热回路；

3）热回收热水环路将前述多个热泵环路串联成多级式热水环路结构，即由热水进水管连接冷凝器之一依次连接热回收器之一、冷凝器之二、热回收器之二、冷凝器之三、热回收器之三、…，经位于最后的热泵环路的热回收器连接热水出水管构成。

压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接构成单一热泵环路，通过热回收热水环路将多个单一的热泵环路串联成多级式热水环路，通过蒸发器为热泵机组提供热量，通过压缩机排气温度的依次增大，热回收器内的制冷剂温度也依次升高，冷凝器内的冷凝温度也依次升高，从而经过冷凝器和热回收器的双重加热后使热回收热水环路的热水温度依次快速升高。

本发明的目的还可以通过如下技术方案实现：

本发明的进一步技术方案：

所述多个热泵环路为四个独立的热泵循环加热回路，经热回收热水环路串联构成四级串联式热泵环路结构；

热泵环路之一，由压缩机之一、热回收器之一、冷凝器之一、节流装置之一和蒸发器之一连接而成，压缩机之一的出气口通过热回收器之一、冷凝器之一、节流装置之一和蒸发器之一连接压缩机之一的进气口，构成第一热泵循环加热回路；

热泵环路之二，由压缩机之二、热回收器之二、冷凝器之二、节流装置之二和蒸发器之二连接而成，压缩机之二的出气口通过热回收器之二、冷凝器之二、节流装置之二和蒸发器之二连接压缩机之二的进气口，构成第二热泵循环加热回路；

热泵环路之三，由压缩机之三、热回收器之三、冷凝器之三、节流装置之三和蒸发器之三连接而成，压缩机之三的出气口通过热回收器之三、冷凝器之三、节流装置之三和蒸发器之三连接压缩机之三的进气口，构成第三热泵循环加热回路；

热泵环路之四，由压缩机之四、热回收器之四、冷凝器之四、节流装置之四和蒸发器之四连接而成，压缩机之四的出气口通过热回收器之四、冷凝器之四、节流装置之四和蒸发器之四连接压缩机之四的进气口，构成第四热泵循环加热回路。

热回收热水环路，由热水进水管连接冷凝器之一依次连接热回收器之一、冷凝器之二、冷凝器之三、热回收器之三、冷凝器之四、热回收器之四和收热水出水管构成。

其所述四个热泵环路中，相邻二个热泵环路共用一个蒸发器，该蒸发器设有二个进气口和二个出气口；在前的蒸发器为低温蒸发器，在后的蒸发器为高温蒸发器。

所述方案包括四个热泵环路、一个热回收热水环路。

热泵环路之一：制冷剂经过压缩机之一（低排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之一（低温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之一（低温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之一，经节流后进入低温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之二：制冷剂经过压缩机之二（较低排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之二（较低温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之二（较低温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之二，经节流后进入低温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之三：制冷剂经过压缩机之三（较高排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之三（较高温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之三（较高温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之三，经节流后进入高温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之四：制冷剂经过压缩机之四（高排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之四（高温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之四（高温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之四，经节流后进入高温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热回收热水环路：低温水经热水进水管进入冷凝器之一（低温冷凝器），经换热后再进入热回收器之一（低温热回收器），经换热后进入冷凝器之二（较低温冷凝器），经换热后再进入热回收器之二（较低温热回收器），经换热后进入冷凝器之三（较高温冷凝器），经换热后再进入热回收器之三（较高温热回收器），经换热后进入冷凝器之四（高温冷凝器），经换热后再进入热回收器之四（高温热回收器），变成高温热水后经热水出水管流出，完成高温热水制取。

本发明的进一步技术方案：

其所述蒸发器采用水冷式蒸发器，所述低温蒸发器和高温蒸发器与冷冻换热水进水管和冷冻换热水出水管串联，构成大温差低温水制取环路。

所述大温差低温水制取环路由高温蒸发器的进水口与冷冻换热水进水管相连，高温蒸发器的出水口通过冷冻水管与低温蒸发器的进水口相连，低温蒸发器的出水口与冷冻换热水出水管相连构成。

当低位热源采用水时，蒸发器采用水冷式蒸发器，通过管道能将水冷式蒸发器串联成一个大温差低温水制取环路。大温差低温水制取环路将较高温度的水首先从冷冻换热水进水管进入高温蒸发器内，经过放热后，温度降低，通过冷冻水管再进入低温蒸发器，释放热量，水温度进一步降低，从冷冻换热水出水管流出，该环路不仅利用水依次为热泵机组提供热量，还可以提供免费的冷量。

所述的一种高效高温热水热泵机组，其所述蒸发器采用风冷式蒸发器。

当低位热源采用空气时，蒸发器采用风冷式蒸发器，空气分别与低温蒸发器、高温蒸发器换热提供热量。

本发明的有益效果：

1、本发明充分运用了能源梯级利用的原理，多环路设计，通过将多个热回收器和冷凝器串联在一起，依次增大各热泵环路压缩机的排气温度，从而提高了各环路热回收器和冷凝器的冷凝温度，使热回收热水温度依次升高，最终获得的出水温度≥60℃，提高了热泵制热能效比。

2、本发明充分将风冷机、水冷机的优势结合在一起，可以适应不同的低位热源，有效的解决了不同季节人们生活用水、制冷或采暖的需要，当采用水作为低位热源时，还可提供免费的冷量。

3、本发明通过每两个热泵环路共用一个蒸发器，节约了生产成本，维护也更方便；相比常规冷水机组热回收，该机组可提供的热量更多，相比常规的生活热水热泵机组，该机组制热能效比更高，所以该机组不仅结构简单、合理，出水温度高，还具有明显的节能效果。

附图说明

图1为本发明采用四级热泵环路，且采用共用水冷式蒸发器的结构示意图。

图2为本发明采用四级热泵环路，且采用独立水冷式蒸发器的结构示意图。

图3为本发明采用四级热泵环路，且采用共用风冷式蒸发器的结构示意图。

第一压缩机1、第二压缩机6、第三压缩机10、第四压缩机15，第一热回收器2、第二热回收器7、第三热回收器11、第四热回收器16，第一冷凝器3、第二冷凝器8、第三冷凝器12、第四冷凝器17，第一节流装置4、第二节流装置9、第三节流装置13、第四节流装置18，蒸发器之一5、蒸发器之二26、蒸发器之三14、蒸发器之四27、制冷剂管路19、热水进水管道20、热水出水管道21、热回收水管22、冷冻换热水出水管23、冷冻换热水进水管24、冷冻水管25。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

具体实施例1：

如图1所示，本实施例由热回收热水环路和四个热泵环路构成；

各热泵环路由压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接而成，即由压缩机的出气口通过热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机的进气口，构成一热泵循环加热回路；

所述四个热泵环路为四个独立的热泵环路，相邻二个热泵环路共用一个蒸发器，即第一、第二热泵环路共用一个蒸发器，第三、第四热泵环路共用一个蒸发器；该蒸发器设有二个进气口和二个出气口；在前的蒸发器为低温蒸发器，在后的蒸发器为高温蒸发器。

热泵环路之一，由压缩机之一1、热回收器之一2、冷凝器之一3、节流装置之一4和蒸发器之一5连接而成，压缩机之一1的出气口通过热回收器之一2、冷凝器之一3、节流装置之一4和蒸发器之一5连接压缩机之一1的进气口，构成第一热泵循环加热回路；

热泵环路之二，由压缩机之二6、热回收器之二7、冷凝器之二8、节流装置之二9和蒸发器之一5连接而成，压缩机之二6的出气口通过热回收器之二7、冷凝器之二8、节流装置之二9和蒸发器之一5连接压缩机之二6的进气口，构成第二热泵循环加热回路；

热泵环路之三，由压缩机之三10、热回收器之三11、冷凝器之三12、节流装置之三13和蒸发器之三14连接而成，压缩机之三10的出气口通过热回收器之三11、冷凝器之三12、节流装置之三13和蒸发器之三14连接压缩机之三10的进气口，构成第三热泵循环加热回路；

热泵环路之四，由压缩机之四15、热回收器之四16、冷凝器之四17、节流装置之四18和蒸发器之三14连接而成，压缩机之四15的出气口通过热回收器之四16、冷凝器之四17、节流装置之四18和蒸发器之四27连接压缩机之四15的进气口，构成第四热泵循环加热回路；

热回收热水环路将前述四个热泵环路串联成四级式热水环路结构，即由热水进水管20连接冷凝器之一3依次连接热回收器之一2、冷凝器之二8、热回收器之二7、冷凝器之三12、热回收器之三11、冷凝器之四17、热回收器之四16，经位于最后的热回收器之四16连接热水出水管21构成。

蒸发器采用水冷式蒸发器，所述蒸发器之三5和蒸发器之三14与冷冻换热水进水管24和冷冻换热水出水管25串联，构成大温差低温水制取环路。所述大温差低温水制取环路由蒸发器之三14的进水口与冷冻换热水进水管24相连，蒸发器之三14的出水口通过冷冻水管25与蒸发器之一5的进水口相连，蒸发器之一5的出水口与冷冻换热水出水管23相连构成。

本实施例的工作原理如下：

热泵环路之一：制冷剂经过压缩机之一（低排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之一（低温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之一（低温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之一，经节流后进入低温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之二：制冷剂经过压缩机之二（较低排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之二（较低温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之二（较低温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之二，经节流后进入低温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之三：制冷剂经过压缩机之三（较高排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之三（较高温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之三（较高温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之三，经节流后进入高温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热泵环路之四：制冷剂经过压缩机之四（高排气温度压缩机）做功压缩后，变成制冷剂过热蒸汽进入热回收器之四（高温热回收器）进行热交换（主要为制冷剂显热交换），然后再进入冷凝器之四（高温冷凝器）中进行热交换（主要为制冷剂潜热交换），制冷剂经过冷凝后，进入节流装置之四，经节流后进入高温蒸发器，吸热汽化后经制冷剂管路被压缩机吸入，完成循环，并继续循环。

热回收热水环路：低温水经热水进水管进入冷凝器之一（低温冷凝器），经换热后再进入热回收器之一（低温热回收器），经换热后进入冷凝器之二（较低温冷凝器），经换热后再进入热回收器之二（较低温热回收器），经换热后进入冷凝器之三（较高温冷凝器），经换热后再进入热回收器之三（较高温热回收器），经换热后进入冷凝器之四（高温冷凝器），经换热后再进入热回收器之四（高温热回收器），变成高温热水后经热水出水管流出，完成高温热水制取。

低位热源采用水时，蒸发器通过采用水冷式蒸发器，通过管道能将水冷式蒸发器串联成一个大温差低温水制取环路。

大温差低温水制取环路将较高温度的水首先从冷冻换热水进水管进入高温蒸发器内，经过放热后，温度降低，通过冷冻水管再进入低温蒸发器，释放热量，水温度进一步降低，从冷冻换热水出水管流出，该环路不仅利用水依次为热泵机组提供热量，还可以提供免费的冷量。

具体实施例2：

如图2所示，本实施例由热回收热水环路和四个热泵环路构成；

各热泵环路由压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接而成，即由压缩机的出气口通过热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机的进气口，构成一热泵循环加热回路；

所述四个热泵环路为四个独立的热泵环路，第个热泵环路设置一个蒸发器，其中蒸发器之一5和蒸发器之二26为低温蒸发器，蒸发器之三14和蒸发器之四27为高温蒸发器。

热泵环路之一，由压缩机之一1、热回收器之一2、冷凝器之一3、节流装置之一4和蒸发器之一5连接而成，压缩机之一1的出气口通过热回收器之一2、冷凝器之一3、节流装置之一4和蒸发器之一5连接压缩机之一1的进气口，构成第一热泵循环加热回路；

热泵环路之二，由压缩机之二6、热回收器之二7、冷凝器之二8、节流装置之二9和蒸发器之二26连接而成，压缩机之二6的出气口通过热回收器之二7、冷凝器之二8、节流装置之二9和蒸发器之二26连接压缩机之二6的进气口，构成第二热泵循环加热回路；

热泵环路之三，由压缩机之三10、热回收器之三11、冷凝器之三12、节流装置之三13和蒸发器之三14连接而成，压缩机之三10的出气口通过热回收器之三11、冷凝器之三12、节流装置之三13和蒸发器之三14连接压缩机之三10的进气口，构成第三热泵循环加热回路；

热泵环路之四，由压缩机之四15、热回收器之四16、冷凝器之四17、节流装置之四18和蒸发器之四27连接而成，压缩机之四15的出气口通过热回收器之四16、冷凝器之四17、节流装置之四18和蒸发器之四27连接压缩机之四15的进气口，构成第四热泵循环加热回路；

热回收热水环路将前述四个热泵环路串联成四级式热水环路结构，即由热水进水管20连接冷凝器之一3依次连接热回收器之一2、冷凝器之二8、热回收器之二7、冷凝器之三12、热回收器之三11、冷凝器之四17、热回收器之四16，经位于最后的热回收器之四16连接热水出水管21构成。

蒸发器采用水冷式蒸发器，所述蒸发器之一5、蒸发器之二26、蒸发器之三14和蒸发器之四27与冷冻换热水进水管24和冷冻换热水出水管25串联，构成大温差低温水制取环路。所述大温差低温水制取环路由蒸发器之四27的进水口与冷冻换热水进水管24相连，蒸发器之四27的出水口通过冷冻水管25分别与蒸发器之三14、蒸发器之二26和蒸发器之一5的进水口相连，蒸发器之一5的出水口与冷冻换热水出水管23相连构成。

本实施例的工作原理同具体实施例1。

具体实施例3：

如图3所示，本实施例的特点是：低位热源采用风，蒸发器采用风冷式蒸发器。其余结构及工作原理同具体实施例1。

其他具体实施例：

本发明其他实施例的特点是：所述热泵环路可以为三个、五个、六个、八个或十个以上。其余热泵环路的结构及工作原理与具体实施例1、具体实施例2或具体实施例3相同。

Claims (6)

1.一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：

1）由热回收热水环路和多个热泵环路构成；

2）各热泵环路由压缩机、热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接而成，即由压缩机的出气口通过热回收器、冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机的进气口，构成一热泵循环加热回路；

3）热回收热水环路将前述多个热泵环路串联成多级式热水环路结构，即由热水进水管连接冷凝器之一依次连接热回收器之一、冷凝器之二、热回收器之二、冷凝器之三、热回收器之三、…，经位于最后的热泵环路的热回收器连接热水出水管构成。

2.根据权利要求1所述的一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：所述多个热泵环路为四个独立的热泵循环加热回路，经热回收热水环路串联构成四级串联式热泵环路结构；

热泵环路之一，由压缩机之一（1）、热回收器之一(2)、冷凝器之一(3)、节流装置之一(4)和蒸发器之一（5）连接而成，压缩机之一(1)的出气口通过热回收器之一(2)、冷凝器之一(3)、节流装置之一(4)和蒸发器之一（5）连接压缩机之一(1)的进气口，构成第一热泵循环加热回路；

热泵环路之二，由压缩机之二(6)、热回收器之二(7)、冷凝器之二（8）、节流装置之二（9）和蒸发器之二（26）连接而成，压缩机之二（6）的出气口通过热回收器之二（7）、冷凝器之二（8）、节流装置之二（9）和蒸发器之二（26）连接压缩机之二（6）的进气口，构成第二热泵循环加热回路；

热泵环路之三，由压缩机之三（10）、热回收器之三（11）、冷凝器之三（12）、节流装置之三（13）和蒸发器之三（14）连接而成，压缩机之三（10）的出气口通过热回收器之三(11)、冷凝器之三(12)、节流装置之三(13)和蒸发器之三（14）连接压缩机之三(10)的进气口，构成第三热泵循环加热回路；

热泵环路之四，由压缩机之四(15)、热回收器之四(16)、冷凝器之四(17)、节流装置之四(18)和蒸发器之四（27）连接而成，压缩机之四(16)的出气口通过热回收器之四(16)、冷凝器之四(17)、节流装置之四(18)和蒸发器之四（27）连接压缩机之四(16)的进气口，构成第四热泵循环加热回路；

热回收热水环路，由热水进水管(20)连接冷凝器之一(3)依次连接热回收器之一(2)、冷凝器之二(8)、冷凝器之三（12）、热回收器之三（11）、冷凝器之四（17）、热回收器之四（16）和收热水出水管（21）构成。

3.根据权利要求2所述的一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：在所述四个热泵环路中，相邻二个热泵环路共用一个蒸发器，该蒸发器设有二个进气口和二个出气口；在前的蒸发器为低温蒸发器，在后的蒸发器为高温蒸发器。

4.根据权利要求3所述的一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：所述蒸发器采用水冷式蒸发器，所述低温蒸发器和高温蒸发器与冷冻换热水进水管（24）和冷冻换热水出水管（25）串联，构成大温差低温水制取环路。

5.根据权利要求4所述的一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：所述大温差低温水制取环路由高温蒸发器的进水口与冷冻换热水进水管（24）相连，高温蒸发器的出水口通过冷冻水管（25）与低温蒸发器的进水口相连，低温蒸发器的出水口与冷冻换热水出水管（23）相连构成。

6.根据权利要求3所述的一种高效高温热水热泵机组，其特征在于：所述蒸发器采用风冷式蒸发器。

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