CN102721225B - 高温热泵及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热能与动力工程领域，具体涉及一种高温热泵及其使用方法，能够使工质在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，提高能效比和工作稳定性。高温热泵包括：压缩机、冷凝系统、膨胀阀、蒸发器；冷凝系统包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，工质从压缩机流出，依次流过第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、膨胀阀、蒸发器后，回到压缩机中，形成工质的流动通路；其中，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器内部分别设有与所述工质的流向相反的第一载热介质的流动通路，所述第一载热介质经过所述第二冷凝器后流过所述第一冷凝器；其中，所述第三冷凝器内部设有与所述工质的流向相反的第二载热介质的流动通路。

Description

高温热泵及其使用方法

技术领域

本发明涉及热能工程领域，具体涉及一种高温热泵及其使用方法。

背景技术

热泵通过工质从环境中吸热，并对载热介质（例如水）放热实现对载热介质的加热。热泵可根据制热后得到的载热介质的温度分为常温热泵和高温热泵，高温热泵制得的载热介质的温度高于常温热泵。

现有的分级冷凝式热泵是一种较好的高温热泵，通常能够提高载热介质的输出温度，例如产出90℃的高温热水，甚至能够产出水蒸汽。在现有的分级冷凝式热泵中，冷凝器包括串联在一起的多个换热器，依次流过多个换热器的工质对反向依次流过换热器的载热介质放热，在工质分级降温的同时载热介质分级升温，载热介质在靠近压缩机排气口处的换热器中被加热至最高温度。

现有分级冷凝式热泵利用高压气态工质从气态冷凝到液态时释放的潜热对载热介质进行初步加热，利用高压气态工质释放的显热来进一步提高载热介质的输出温度。当选定压缩机的排气压力后，高压工质所释放的显热与潜热之比是确定的，此时如果载热介质的输入量较大，输出温度也较低，就能够有效地利用这两部分热量；但是在应用中往往需要得到具有较高输出温度的载热介质，这时就需要减少载热介质的输入量。而减少载热介质的输入量会导致载热介质不能完全吸收工质释放的潜热，会出现工质在进入膨胀阀前无法散失掉携带的剩余潜热，使工质在进入膨胀阀前无法冷凝至较低温度，以至于无法从蒸发器中吸收更多的热量，导致能效比降低（热泵的能效比是指热泵释放给载热介质的热量与压缩机所消耗的电能之比），甚至使得热泵不能稳定工作。

发明内容

本发明提供一种高温热泵及其使用方法，能够使工质在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，能够调整压缩机的进气温度和压力，使热泵具有较高的能效比。

本发明提供了一种高温热泵，包括：

压缩机、冷凝系统、膨胀阀、蒸发器；所述冷凝系统包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，工质从所述压缩机流出，依次流过所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发器后，回到所述压缩机中，形成所述工质的流动通路；其中，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器内部分别设有与所述工质的流向相反的第一载热介质的流动通路，所述第一载热介质经过所述第二冷凝器后流过所述第一冷凝器；其中，所述第三冷凝器内部设有与所述工质的流向相反的第二载热介质的流动通路。

本发明还提供了一种如前述的高温热泵的使用方法，包括以下步骤：

所述工质从所述压缩机流出，依次流过所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发器后，回到所述压缩机中；所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器处对所述第一载热介质放热；所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器处对所述第二载热介质放热。

通过本发明的各实施例提供的高温热泵及其使用方法，能够带来以下有益效果：

能够使工质在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，提高能效比，并提高热泵的工作稳定性。在第一冷凝器和第二冷凝器中，工质将大部分热量传递给第一载热介质，但是由于第一载热介质的流量固定，无法将工质的温度降低至预定温度；在第三冷凝器中，工质又将剩余的一部分热量传递给第二载热介质，使得从第三冷凝器中流出的工质能够在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，并能从蒸发器中吸收更多的热量，从而提高能效比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明的高温热泵的一种实施例的压焓图；

图2为本发明的高温热泵的实施例一的示意图；

图3为本发明的高温热泵的实施例二的示意图；

图4为本发明的高温热泵的实施例三的示意图；

图5为本发明的高温热泵的使用方法的一种实施例的示意图；

其中，101为压缩机，102为第一冷凝器，103为第二冷凝器，104为第三冷凝器，105为膨胀阀，106为蒸发器，107为回热器，108为第一压力调节阀，109为流量控制阀，110为单向阀，111为增压器，112为贮存装置，113为节流阀、限压阀和差压阀的组合阀，114为第二压力调节阀。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种高温热泵，包括：

压缩机、冷凝系统、膨胀阀、蒸发器；所述冷凝系统包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，工质从所述压缩机流出，依次流过所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发器后，回到所述压缩机中，形成所述工质的流动通路；其中，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器内部分别设有与所述工质的流向相反的第一载热介质的流动通路，所述第一载热介质经过所述第二冷凝器后流过所述第一冷凝器；其中，所述第三冷凝器内部设有与所述工质的流向相反的第二载热介质的流动通路。

在本发明的一个实施例中，高温热泵包括循环连接的压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、膨胀阀和蒸发器。工质从压缩机流出后，依次流过第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、膨胀阀和蒸发器，并分别在第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器中释放热量，在蒸发器中吸收热量，再流回压缩机，构成了工质的循环回路。优选地，工质可使用现有技术中的工质，例如R22或R134a。第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器中分别设有载热介质的流动通路。第一冷凝器和第二冷凝器中的载热介质的流动通路相连通，该流动通路为第一载热介质的流动通路。第一载热介质从第二冷凝器流出后继续流过第一冷凝器。第三冷凝器中的载热介质的流动通路为第二载热介质的流动通路。优选地，第一载热介质与第二载热介质可以为同一种介质，例如为水。这样，工质在流过第一冷凝器、第二冷凝器后仍携带的部分热量就会在第三冷凝器中被第二载热介质吸收，使工质在进入膨胀阀前就可达到低温。

在本发明的一个实施例中，第一载热介质在第一冷凝器、第二冷凝器中的流向与工质的流向相反，以便于第一载热介质吸收工质携带的热量，并在第一载热介质从第一冷凝器中流出时可达到较高温度。第二载热介质在第三冷凝器中的流向与工质的流向相反，以便于第二载热介质吸收工质携带的热量。

在本发明的一个实施例中，高温热泵中还进一步设置有回热器，回热器中有两条工质的流动通路，通过正在放热的工质将热量释放给正在吸热的工质，在对进入膨胀阀前的工质充分降温的同时，提高能效比。优选地，回热器中的工质的一条流动通路为：工质从第二冷凝器流出后，经回热器流入第三冷凝器；工质的另一条流动通路为：工质从蒸发器流出后，经回热器流入压缩机；其中，两条流动通路中，工质的流动方向相反。

在本发明的一个实施例中，第一冷凝器可以使用换热器，优选地，可以使用一个换热器或相互串联的多个换热器，也可使用相互并联的多个换热器。

在本发明的一个实施例中，第二冷凝器可以使用换热器，优选地，可以使用一个换热器或相互串联的多个换热器，也可使用相互并联的多个换热器。

在本发明的一个实施例中，第三冷凝器可以使用换热器，优选地，可以使用一个换热器或相互串联的多个换热器，也可使用相互并联的多个换热器。

在本发明的一个实施例中，回热器可以使用换热器，优选地，可以使用一个换热器或相互串联的多个换热器，也可使用相互并联的多个换热器。

在本发明的一个实施例中，换热器使用具有单一内空间的热管壳体的换热器，换热效果更好。可将供散热介质流动的第一管道设置在热管壳体的下部，供集热介质流动的第二管道设置在热管壳体的上部，液相传热介质将第一管道浸没且传热介质的液面位于第二管道下方。例如，在第一冷凝器和第二冷凝器中，工质为散热介质，第一载热介质为集热介质。在第三冷凝器中，工质为散热介质，第二载热介质为集热介质。在回热器中，从第二冷凝器中流出的工质为散热介质，从蒸发器中流出的工质为集热介质。

在本发明的一个实施例中，第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、回热器中的一个或多个可设置流量控制阀，通过控制工质、第一载热介质、第二载热介质的流量来控制调节工质与第一载热介质的热量交换速度和热量交换效果，控制调节工质与第二载热介质的热量交换速度和热量交换效果。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的高温热泵进一步包括以下中的至少一种：节流阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于使所述第三冷凝器中工质的压力低于所述第二冷凝器中工质的压力；

限压阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于控制所述工质在所述第一冷凝器和第二冷凝器中的压力，使其低于预定值；

差压阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于使所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间的压力差低于预定值；

第一压力调节阀，其连接在所述蒸发器与所述压缩机之间，用于调节进入所述压缩机的所述工质的压力；

增压系统，其包括并联的增压器和单向阀，所述增压系统连接在所述蒸发器与所述压缩机之间，从所述蒸发器流出的工质流过所述增压器后，进入所述压缩机；其中，所述增压器分别与所述第一冷凝器的工质出口和所述第三冷凝器的工质入口相连通，从所述第一冷凝器流出的部分工质流过所述增压器后流入所述第三冷凝器的工质入口，所述第一冷凝器流出的部分工质驱动所述增压器对从所述蒸发器流出的工质进行增压；当所述增压器未启动时，从所述蒸发器流出的工质经过所述单向阀进入所述压缩机；

第二压力调节阀，其连接在所述第一冷凝器的工质出口与所述压缩机的工质进口之间，从所述第一冷凝器的工质出口流出的部分所述工质经所述第二压力调节阀后流入所述压缩机。

在本发明的一个实施例中，贮存装置用于缓冲工质流动通路中的冗余工质，以保证工质的流动通路畅通。优选地，贮存装置设置在第三冷凝器与膨胀阀之间。

在本发明的一个实施例中，工质的流动通路中设置压力传感器，可用于检测工质的压力大小以及工质压力是否稳定，从而可据此调节工质的流量和流速，以使工质的压力保持稳定。

在本发明的一个实施例中，第一载热介质的流动通路中设置压力传感器，可用于检测第一载热介质的压力大小以及第一载热介质的压力是否稳定，从而可据此调节第一载热介质的流量和流速，以使第一载热介质的压力保持稳定。

在本发明的一个实施例中，第二载热介质的流动通路中设置压力传感器，可用于检测第二载热介质的压力大小以及第二载热介质的压力是否稳定，从而可据此调节第二载热介质的流量和流速，以使第二载热介质的压力保持稳定。

在本发明的一个实施例中，工质的流动通路中设置温度传感器，可用于检测工质的温度是否已达到要求，从而可据此调节工质和/或第一载热介质的流量和流速，或调节工质和/或第二载热介质的流量和流速，以控制工质的温度。

在本发明的一个实施例中，第一载热介质的流动通路中设置温度传感器，可用于检测第一载热介质的温度是否已达到需求，从而可据此调节工质和/或第一载热介质的流量和流速，以控制第一载热介质的温度。

在本发明的一个实施例中，第二载热介质的流动通路中设置温度传感器，可用于检测第二载热介质的温度是否已达到需求，从而可据此调节工质和/或第二载热介质的流量和流速，以监测第二载热介质的温度，为控制热泵提供基础。

本发明还提供了一种如前述的高温热泵的使用方法，包括：

所述工质从所述压缩机流出，依次流过所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发器后，回到所述压缩机中；

所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中对所述第一载热介质放热；

所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器中对所述第二载热介质放热。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的使用方法进一步包括以下中的一种或多种：

在所述回热器中，从所述第二冷凝器中流出的工质对从所述蒸发器中流出的工质放热；

通过所述贮存装置贮存冗余的所述工质，以使所述工质的流动通路通畅；

通过所述压力传感器检测所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质的压力；

通过所述温度传感器检测所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质的温度。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的使用方法进一步包括以下中的一种或多种：

通过所述流量控制阀控制所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质在流动通路中的流量；

通过所述节流阀使所述第三冷凝器中工质的压力低于所述第二冷凝器中工质的压力；

通过所述限压阀控制调节所述工质在所述第一冷凝器和第二冷凝器中的压力，使其低于预定值；

通过所述差压阀控制所述第三冷凝器与所述第二冷凝器中工质的压力差低于预定值；

通过所述第一压力调节阀调节进入所述压缩机的工质的压力；

通过所述第二压力调节阀，将从所述第一冷凝器排出的部分工质直接导入压缩机，以降低所述压缩机消耗的压缩功率；

利用从所述第一冷凝器流出的部分工质驱动所述增压器，对从所述蒸发器流出的工质进行增压，以降低所述压缩机消耗的压缩功率；

当所述增压器未启动时，从所述蒸发器流出的工质经过所述单向阀进入所述压缩机。

在本发明的一个实施例中，在所述第一冷凝器中使用多个换热器，可以使温度较高的高压过热工质在一个或多个换热器中把热量传递给温度较高的第一载热介质，温度较低的高压过热工质在一个或多个换热器中把热量传递给温度较低的第一载热介质，使第一载热介质具有较高的输出温度，在图2、图3、图4所示的本发明的实施例中，第一冷凝器都使用了多个换热器，例如为3个换热器。

在本发明的一个实施例中，在所述第二冷凝器中使用多个换热器，能够使第一载热介质被逐渐加热，使第一载热介质在进入所述第一冷凝器前的温度接近于高压工质的冷凝温度，使得换热效果更好，高压工质的冷却效果更好。在图2、图3、图4所示的本发明的实施例中，第二冷凝器都使用了多个换热器，例如为3个换热器。

在本发明的一个实施例中，在所述第三冷凝器中使用多个换热器，能够使高压工质逐渐被冷却，从而达到要求的过冷度。在图2、图3、图4所示的本实用新型的实施例中，第三冷凝器都使用了多个，例如3个换热器。

在本发明的一个实施例中，在所述回热器中使用多个换热器，能够使从蒸发器和/或增压器出来的低压工质逐渐被加热，使低压工质进入过热状态。在图2、图3、图4中回热器都使用了多个，例如3个换热器。控制阀109与换热器连接，可以调节换热器中低压工质的流量和/或流过路程，从而控制低压工质的过热度。

在本发明的一个实施例中，压力传感器可连接在压缩机出口处，用于检测高压工质的压力，时刻检测压缩机的出口压力是否达到要求的排气压力，优先地，当高压工质的压力超过压缩机的允许值时，要停止运行所述高温热泵；

在本发明的一个实施例中，参照图3，温度传感器可连接在第一冷凝102的第一载热介质的出口处，用于检测第一载热介质的温度，当第一载热介质的温度低于或高于需要温度时，可减少或增大第一载热介质的流量，使第一载热介质的温度稳定在需要的温度；温度传感器还可连接压缩机101的出口处，用于检测压缩机的排气温度，当排气温度高于或低于选定的温度时，可调节回热器107中的控制阀109，使排气温度稳定在要求温度，优先地，当排气温度超过压缩机101的允许值时，要停止运行所述高温热泵；温度传感器还可连接在第三冷凝器104的高压工质出口处，用于检测高压工质的温度，以确定高压工质是否达到了要求的过冷度，所述过冷度是高压工质的冷凝温度与高压工质进入膨胀阀105之前的温度差，当过冷度小于或大于要求值时，可增大或减少第二载热介质的流量，使过冷度满足要求。

在本发明的一个实施例中，参照图1，图2，图3，图4，从2’点到a点，气态工质温度降低，释放显热，从a点到3’点，工质从温度不变到降低，在温度不变的过程中释放潜热，在温度降低的过程中（出现过冷），又释放显热。从3’点到4’点，工质经过膨胀阀，体积胀大了，没有吸热，也没有放热，所以焓不变，但有一部分工质由液体变成了气体，所以温度降低了，压力也降低了。从4’点到1点，液态工质吸收环境中的热量变成气体，体积胀大，压力不变，但内能增加了。

图1中b点和b’点都气液两相混合区域，温度相同，但气相和液相的质量比不同，即湿度不同。b点的湿度要低一些，液相的含量少一些，气相的含量要多一些。从b点到b’点，有一部分蒸汽会继续冷凝为液相工质。由于冷凝过程中会释放潜热，所以b点的焓要搞一些，b’点的焓要低一些。

参照图1、图2所示的本发明的实施例中，从1点到1’点，低压气态工质经过回热器，吸收能量，温度升高（出现过热），从1’点到2’点，气态工质被压缩，温度升高，压力增加。

参照图1、图3所示的本发明的实施例中，从1点到1”’点，气态工质在增压器中被压缩，温度升高，压力增加，从1”’点到1”点,气态工质经过回热器，吸收能量，温度升高（出现过热），从1”点到2’点，气态工质被压缩，温度升高，压力增加。

参照图1、图4所示的本发明的实施例中，从1点到1’点，低压气态工质经过回热器，吸收能量，温度升高（出现过热），从1’点到1”点，低压气态工质与来自第一冷凝器的工质混合，压力增大，温度升高，从1”点到2’点，气态工质被压缩，温度升高，压力增加。

在本发明的各实施例中，优选地，如图2中的高温热泵，从所述压缩机101出来的过热状态的高压工质，首先在第一冷凝器102中将释放的显热逐步传递给第一载热介质，使第一载热介质达到要求的温度；接着，高压工质进入所述第二冷凝器103中逐渐凝结成液态高压工质，将释放的潜热传递给第一载热介质，使第一载热介质的温度逐渐升高到接近于高压工质的冷凝温度；然后，高压工质进入所述回热器107中，将携带的部分潜热和/或显热传递给从所述蒸发器106输出的低压工质，使低压工质进入过热状态；最后，高压工质进入所述第三冷凝器104中，将剩余的冷凝潜热和/或部分显热传递给第二载热介质后，完全冷凝为液态高压工质，并达到要求的过冷度；液态高压工质经过所述膨胀阀105后，膨胀为低压工质，并在所述蒸发器106中吸收环境中的热量后蒸发为气态低压工质；气态低压工质经过所述压缩机101压缩后，成为高压气态过热工质。

在本发明的一个实施例中，参照图2、图3和图4，在所述第三冷凝器104中，高压工质的剩余潜热转移给第二载热介质，使高压工质达到要求的过冷度，使所述高温热泵的工作状态稳定可控。

在本发明的一个实施例中，参照图2、图3和图4，通过回热器107使高压工质的部分潜热和/或显热传递给从所述蒸发器106和/或所述增压器111输出的低压工质，使低压工质进入过热状态，提高了所述压缩机的进气温度，进而提高了所述压缩机出口处高压工质的温度，从而在环境温度相同时，增大了单位能耗所产生的载热介质的输出量，使所述高温热泵保持较高的能效比。

在本发明的一个实施例中，根据压缩机的允许压力和允许温度、压缩机使用的工质的特性、第一载热介质的输出温度来选定压缩机的排气压力和排气温度，调节节流阀使压缩机的排气压力达到选定的压力；根据压缩机使用的工质的特性和环境温度选定低压工质的蒸发压力和高压工质的过冷度，调节回热器中的控制阀使低压工质的过热度达到选定值；根据第一载热介质的输入温度，用连接在第一载热介质流动通路中的控制阀调节第一载热介质的流量，使第一载热介质达到需要的输出温度；用连接在第二载热介质流动通路中的控制阀调节第二载热介质的流量，使高压工质达到要求的过冷度。

在本发明的一个实施例中，参照图3、图4中，所述回热器107中连接有多个换热器，例如3个，和多个控制阀109，例如4个，调节这些控制阀以调节回热器中低压工质的流程和流量，可以调节低压工质的过热度，达到选定值后，将这些控制阀锁定。此后所述压缩机的排气温度通过膨胀阀进行自动调节。

在本发明的一个实施例中，参照图3中，从蒸发器106输出的低压工质进入增压器111，经过增压器111后进入回热器，使温度升高到要求值，然后进入压缩机101。增压器111用从第一冷凝器102引出的高压工质驱动，完成驱动功能的高压工质进入第三冷凝器104。当环境温度较低、从蒸发器106输出的工质温度和压力都较低时，采用这种增压方式能够减少压缩机消耗的电能，进一步提高热泵的能效比。当增压器111未启动时，从蒸发器106输出的低压工质经过单向阀110后流过回热器107，然后进入压缩机101。

在本发明的一个实施例中，参照图2、图3和图4，在工质的流动通路中设置贮存装置112，以缓冲和贮存冗余的工质，保证工质的流动通路的畅通。

在本发明的一个实施例中，参照图3和图4，在工质的流动通路中设置节流阀、限压阀和差压阀的组合阀113，以控制第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器中的压力和压力差，保持工质的流动通路的稳定。

在本发明的一个实施例中，参照图3和图4，在工质的流动通路中设置第一压力调节阀108，以调节进入所述压缩机的工质的压力。

在本发明的一个实施例中，参照图4，直接将第一冷凝器102输出的部分高压工质经第二压力调节阀114后引入压缩机101，提高了压缩机的输入压力和温度。当采用活塞式压缩机时，能够减少压缩机消耗的电能，进一步提高热泵的能效比。

在本发明的一个实施例中，以水作为第一载热介质，蒸发温度为30℃，水的输入温度和输出温度依次为30℃和80℃，水吸收的热量与热泵消耗的电能之比达到了5以上。

在本发明的另一个实施例中，以水作为第一载热介质，蒸发温度为30℃，水的输入温度和输出温度依次为30℃和90℃，水吸收的热量与热泵消耗的电能之比达到了4以上。

在本发明的一个实施例中，参照图5，高温热泵的使用方法包括以下步骤：

步骤501：第一载热介质依次流过第二冷凝器、第一冷凝器，工质在第一冷凝器和第二冷凝器中对第一载热介质放热；

步骤502：第二载热介质流过第三冷凝器，工质在第三冷凝器中对第二载热介质放热。

步骤502的设置可通过第三冷凝器进一步对工质进行冷凝，使工质进入膨胀阀前就已达到低温。

通过本发明的各实施例提供的高温热泵及其使用方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.能够使工质在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，提高能效比，并提高热泵的工作稳定性，使热泵的工作稳定性不受载热介质输出温度的影响。在第一冷凝器和第二冷凝器中，工质将大部分热量传递给第一载热介质，但是由于第一载热介质的流量固定，无法将工质的温度降低至预定温度；在第三冷凝器中，工质又将剩余的一部分热量传递给第二载热介质，从第三冷凝器中流出的工质即可降低至预定温度。从而一方面使得从第三冷凝器中流出的工质能够在进入膨胀阀前冷凝至较低温度，并能从蒸发器中吸收更多的热量，提高能效比，另一方面使工质达到具有稳定过冷度的液态。从而使热泵稳定工作。

2.通过回热技术进一步提高高温热泵的能效比。气液混合状态的高压工质通过所述回热器将部分显热和/或部分潜热传递给气态低压工质，一方面使高压工质得到冷凝，便于通过所述蒸发器从环境中吸收更多的热量，另一方面使低压工质过热，提高了所述压缩机的进气温度，使所述压缩机在消耗较少的电能时输出温度较高的高压工质，从而提高了高温热泵的能效比，使从所述第一冷凝器输出的载热介质吸收的热量与热泵消耗的电能之比可以达到4以上。

3.进一步提高高温热泵的能效比。当环境温度较低时，利用部分高压工质驱动增压系统提高低压工质的压力，有利于获得较高的能效比；和/或利用第二压力调节阀将部分高压工质直接引入到压缩机进口中，提高压缩机进气温度与压力，也有利于获得较高的能效比。

4.载热介质的输出温度高，温度可调。可以根据需要，在60℃及以上的温度范围内选择载热介质的输出温度。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种高温热泵，其特征在于，包括：

压缩机、冷凝系统、膨胀阀、蒸发器；

所述冷凝系统包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，工质从所述压缩机流出，依次流过所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发器后，回到所述压缩机中，形成所述工质的流动通路；

其中，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器内部分别设有与所述工质的流向相反的第一载热介质的流动通路，所述第一载热介质经过所述第二冷凝器后流过所述第一冷凝器；

其中，所述第三冷凝器内部设有与所述工质的流向相反的第二载热介质的流动通路。

2.如权利要求1所述的高温热泵，其特征在于，进一步包括：

回热器，其内部设有工质的两条流动通路，其中，工质从所述第二冷凝器流出后，经所述回热器内部的一条流动通路流入所述第三冷凝器；其中，工质从所述蒸发器流出后，经所述回热器内部的另一条流动通路流入所述压缩机；其中，所述两条流动通路中的工质的流动方向相反。

3.如权利要求2所述的高温热泵，其特征在于，

所述第一冷凝器为多个相互串联和/或并联的换热器；

和/或，

所述第二冷凝器为多个相互串联和/或并联的换热器；

和/或，

所述第三冷凝器为多个相互串联和/或并联的换热器；

和/或，

所述回热器为多个相互串联和/或并联的换热器。

4.如权利要求3所述的高温热泵，其特征在于，所述换热器包括具有单一内空间的热管壳体，所述内空间的下部填充有液相传热介质，所述内空间的下部设有供散热介质流动的第一管道，所述第一管道被所述传热介质完全浸没，所述内空间的上部设有供集热介质流动的第二管道，所述第二管道位于所述传热介质液面上方。

5.如权利要求2-4任一项所述的高温热泵，其特征在于，所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器、所述回热器中的任意一个或多个设置有至少一个流量控制阀，以控制流动通路中工质和/或所述第一载热介质、所述第二载热介质的流量。

6.如权利要求2-4任一项所述的高温热泵，其特征在于，进一步包括以下中的至少一种：

节流阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于使所述第三冷凝器中工质的压力低于所述第二冷凝器中工质的压力；

限压阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于控制所述工质在所述第一冷凝器和第二冷凝器中的压力，使其低于预定值；

差压阀，其连接在所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间，用于使所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间的压力差低于预定值；

第一压力调节阀，其连接在所述蒸发器与所述压缩机之间，用于调节进入所述压缩机的所述工质的压力；

增压系统，其包括并联的增压器和单向阀，所述增压系统连接在所述蒸发器与所述压缩机之间，从所述蒸发器流出的工质流过所述增压器后，进入所述压缩机；其中，所述增压器分别与所述第一冷凝器的工质出口和所述第三冷凝器的工质入口相连通，从所述第一冷凝器流出的部分工质流过所述增压器后流入所述第三冷凝器的工质入口，所述第一冷凝器流出的部分工质在所述增压器中对从所述蒸发器流出的工质进行增压；当所述增压器未启动时，从所述蒸发器流出的工质经过所述单向阀进入所述压缩机；

第二压力调节阀，其连接在所述第一冷凝器的工质出口与所述压缩机的工质进口之间，从所述第一冷凝器流出的部分所述工质经所述第二压力调节阀后流入所述压缩机。

7.如权利要求2-4任一项所述的高温热泵，其特征在于，进一步包括以下中的至少一种：

用于缓冲贮存所述工质的贮存装置，其连接在所述第三冷凝器与所述膨胀阀之间；

一个或多个压力传感器，其连接在所述工质的流动通路中以检测所述工质的压力，和/或，连接在所述第一载热介质的流动通路中以检测所述第一载热介质的压力，和/或，连接在所述第二载热介质的流动通路中以检测所述第二载热介质的压力；

一个或多个温度传感器，其连接在所述工质的流动通路中以检测所述工质的温度，和/或，连接在所述第一载热介质的流动通路中以检测所述第一载热介质的温度，和/或，连接在所述第二载热介质的流动通路中以检测所述第二载热介质的温度。

8.一种如权利要求2-4任一项所述的高温热泵的使用方法，其特征在于，包括：

所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中对所述第一载热介质放热；

所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器中对所述第二载热介质放热。

9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

在所述回热器中，从所述第二冷凝器中流出的工质对从所述蒸发器中流出的工质放热。

10.一种如权利要求5所述的高温热泵的使用方法，其特征在于，包括：

所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中对所述第一载热介质放热；

所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器中对所述第二载热介质放热。

11.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

在所述回热器中，从所述第二冷凝器中流出的工质对从所述蒸发器中流出的工质放热。

12.如权利要求10-11任一项所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

通过所述流量控制阀控制所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质在流动通路中的流量。

13.一种如权利要求6所述的高温热泵的使用方法，其特征在于，包括：

所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中对所述第一载热介质放热；

所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器中对所述第二载热介质放热。

14.如权利要求13所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

在所述回热器中，从所述第二冷凝器中流出的工质对从所述蒸发器中流出的工质放热。

15.如权利要求13-14任一项所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

通过所述节流阀使所述第三冷凝器中工质的压力低于所述第二冷凝器中工质的压力；

通过所述限压阀控制调节所述工质在所述第一冷凝器和第二冷凝器中的压力，使其低于预定值；

通过所述差压阀控制所述第三冷凝器与所述第二冷凝器中工质的压力差，使其低于预定值；

通过所述第一压力调节阀调节进入所述压缩机的工质的压力；

通过所述第二压力调节阀，将从所述第一冷凝器排出的部分工质直接导入压缩机，以降低所述压缩机消耗的压缩功率；

利用从所述第一冷凝器流出的部分工质驱动所述增压器，对从所述蒸发器流出的工质进行增压，以降低所述压缩机消耗的压缩功率；

当所述增压器未启动时，从所述蒸发器流出的工质经过所述单向阀进入所述压缩机。

16.一种如权利要求7所述的高温热泵的使用方法，其特征在于，包括：

所述第一载热介质依次流过所述第二冷凝器、所述第一冷凝器，所述工质在所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中对所述第一载热介质放热；

所述第二载热介质流过所述第三冷凝器，所述工质在所述第三冷凝器中对所述第二载热介质放热。

17.如权利要求16所述的使用方法，其特征在于，进一步包括以下中的一种或多种：

在所述回热器中，从所述第二冷凝器中流出的工质对从所述蒸发器中流出的工质放热；

通过所述贮存装置贮存冗余的所述工质，以使所述工质的流动通路通畅；

通过所述压力传感器检测所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质的压力；

通过所述温度传感器检测所述工质和/或所述第一载热介质和/或所述第二载热介质的温度。