CN102778081A - 一种多级热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级热泵系统，主要由一级热泵单元、二级热泵单元、三级热泵单元、蒸发器风扇、冷凝器风扇、热交换器、连接管道以及电路控制元件，可以根据需要做成4—N级热泵单元；所述一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元分别都是一个独立的循环回路，相互并联，其中所有蒸发器相互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于蒸发器风扇形成的风道内，共用一个蒸发器风扇；所有冷凝器互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于冷凝器风扇形成的风道内，共用一个冷凝器风扇；这样就构成了一个多级热泵系统,能够最大限度的提高热能利用率，解决现有单级热泵系统换热温差损失大和总换热效率低的问题。

Description

一种多级热泵系统

技术领域

本发明涉及制冷设备，具体的说，涉及一种多级热泵系统。

背景技术

在基站和机房服务器不断增容和高集成化的发展趋势下, 移动基站和网络、数据机房的空调节能成为实现通信、网络、数据等国家重要行业节能减排和可持续发展最为有效的手段, 也是我国节能减排事业的重要组成部分。一直以来由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀组成的单级制冷系统，其换热温差损失大、制冷效率低下，不能够很好的与制冷量变化或者是本身系统负载变化比较大的场所相匹配，使得出现了“大马拉小车”的情况，并且有大部分冷凝热能不能够得到充分的回收利用。

发明内容

本发明提供的一种既能在普通环境下制冷，又能在高温环境下稳定制冷运行热泵制冷技术——一种多级热泵系统，就是为了解决目前单级热泵系统工作时换热温差损失大和总换热效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种多级热泵系统，包括一级热泵单元、二级热泵单元、三级热泵单元、蒸发器风扇、冷凝器风扇、热交换器、连接管道以及电路控制元件，可以根据需要做成4—N级热泵单元；其中一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元分别都是一个独立的循环回路，相互并联；所述一级热泵单元包括蒸发器一、冷凝器三、节流阀一、储液稳流器一以及压缩机一；所述二级热泵单元包括蒸发器二、冷凝器二、节流阀二、储液稳流器二以及压缩机二；所述三级热泵单元包括蒸发器三、冷凝器一、节流阀三、储液稳流器三以及压缩机三； 所述一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元的蒸发器相互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于蒸发器风扇形成的风道内，共用一个蒸发器风扇；所述一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元的冷凝器相互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于冷凝器风扇形成的风道内，共用一个冷凝器风扇。

以上所述一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元的蒸发器和冷凝器都

是盘管翅片组成的热交换器或者微通道换热器，其结构相同，且每一级的热交换器都有各自输入和输出端口。

以上所述一级热泵单元、二级热泵单元和三级热泵单元分别都是一个独立的循环回路，它们有独立的压缩机，其工作运行时相互不影响。

以上所述电路控制元件，通过调节整个系统中压缩机的开停，避免了“大马拉小车”的情况，使得压缩机的吸气压力保持恒定且压缩机在设定的正常工作范围内工作，从而最大限度的提高系统的效率，由于整个系统压缩机可以通过相互替代间歇性的工作，在一定程度上也延长了整个系统的使用寿命。

现在取多级热泵系统与单级热泵系统相同的总换热面积（相同的投入）进行分析, 蒸发器与冷凝器的传热能力相同，假定多级热管换热装置的级数为n, 且每级换热器的换热面积相同, 其蒸发器出风口温度为T₁，蒸发器进风口温度为T₂，冷凝器进风口温度为T₃，冷凝器出风口温度为T₄，对于单级热泵系统的蒸发器进出风口温差直接为T₁-T₂，冷凝器进出风口温差直接为T₄-T₃，而对于多级热泵系统的每级蒸发器进出风口温差为（T₁-T₂）/n，冷凝器进出风口温差为（T₄-T₃）/n，这样整个系统的蒸发器和冷凝器以一个小的温差级级变化。从以上分析可知，多级热泵系统相对于一级热泵系统能够减少了换热温差损失，最终提高系统的总换热效率。

本发明与现有技术相比，通过单级热泵系统改为多级形式的设计，蒸发器或冷凝器的交换温差成逐级变化，还能够更好地匹配制冷系统的动态冷负荷，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而这种热泵系统能够减少换热温差损失和提高总换热效率，并且所用整个系统装置结构简单，环境友好。

附图说明

图1为该系统的实施方式结构示意图。

[0026] 图中：（11）一级热泵单元；（12）二级热泵单元；（13）三级热泵单元；（2）蒸发器风扇；（3）冷凝器风扇；（41）蒸发器一；（42）蒸发器二；（43）蒸发器三；（51）冷凝器一；（52）冷凝器二；（53）冷凝器三；（61）压缩机一；（62）压缩机二；（63）压缩机三；（71）储液稳流器一；（72）储液稳流器二；（73）储液稳流器三；（81）节流阀一；（82）节流阀二；（83）节流阀三。

具体实施方式

该实施方式简单结构示意图如图1所示；本实施例实现时涉及的系统装置主体结构包括一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）、三级热泵单元（13）、蒸发器风扇（2）、冷凝器风扇（3）、蒸发器一（41）、蒸发器二（42）、蒸发器三（43）、冷凝器一（51）、冷凝器二（52）、冷凝器三（53）、压缩机一（61）、压缩机二（62）、压缩机三（63）、储液稳流器一（71）、储液稳流器二（72）、储液稳流器三（73）、节流阀一（81）、节流阀二（82）、节流阀三（83）、循环所需设备以及电路控制元件；整个系统可以根据需要做成4—N级热泵单元，此系统工作时，压缩机（61；62；63）、冷凝器风扇（3）以及蒸发器风扇（2）同时开启，各级动力单元开始运转工作；一级热泵单元工作时，压缩机（61）从蒸发器（41）内部抽取低温低压气态工质，使蒸发器（41）内压力降低，液态制冷工质在低压下发生低温相变而实现对蒸发器所在区域的冷却降温，经压缩机（61）吸入压缩成为高温高压的气体，其被输送到冷凝器（51）中，然后高温高压气态制冷剂在冷凝器（51）中散热，部分气体液化，气液两相制冷剂在高压气态制冷剂的推动下由冷凝器（51）进入储液稳流器一（71）中，气液制冷中间介质根据各自物理性质在储液稳流器一内分离，高压液态中间介质通过储液稳流器一（71）进入节流阀一（81），此时高压液体节流降压进入到蒸发器（41）中进行下一次循环，这样就完成了一级热泵单元（11）的整个循环过程；二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）循环模式和一级热泵单元（11）相同，并且同时进行。

这样室内空气与蒸发器（41；42；43）的穿管及散热片进行热交换，蒸发器（41；42；43）的受热温度沿风向从高到低，室内空气温度成阶梯式降低；室外空气与冷凝器（51；52；53）的穿管及散热片进行热交换，冷凝器（53；52；51）的受热温度沿风向从低到高，排放到室外温度成阶梯式升高，从而最大限度的提高热能利用率。

系统焊接安装完毕后，先对该系统进行检漏，如果没有发现泄露部分，就对该系统进行抽真空，抽完真空后才向其内部加入制冷剂，这样系统的前期准备工作完成了。

电路控制元件，通过调节整个系统中压缩机的开停，能够更好地匹配制冷系统的动态冷负荷，使得压缩机的吸气压力保持恒定且压缩机在设定的正常工作范围内工作，从而最大限度的提高系统的效率。

Claims (3)

1.一种多级热泵系统，包括一级热泵单元（11）、蒸发器风扇（2）、冷凝器风扇（3）、热交换器以及连接管道，其特征在于，还包括二级热泵单元（12）以及三级热泵单元（13），可以根据需要做成4—N级热泵单元，其中一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）分别都是一个独立的循环回路，相互并联；所述一级热泵单元（11）包括蒸发器一（41）、冷凝器一（51）、节流阀一（81）、储液稳流器一（71）以及压缩机一（61）；所述二级热泵单元（12）包括蒸发器二（42）、冷凝器二（52）、节流阀二（82）、储液稳流器二（72）以及压缩机二（62）；所述三级热泵单元（13）包括蒸发器三（43）、冷凝器一（51）、节流阀三（83）、储液稳流器三（73）以及压缩机三（63）； 所述一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）的蒸发器（41；42；43）相互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于蒸发器风扇（2）形成的风道内，共用一个蒸发器风扇（2）；所述一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）的冷凝器（51；52；53）相互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于冷凝器风扇（3）形成的风道内，共用一个冷凝器风扇（3）。

2.根据权利要求1所述的一种多级热泵系统，其特征在于，所述一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）的蒸发器（41；42；43）和冷凝器（51；52；53）都是盘管翅片组成的热交换器或者微通道换热器，其结构相同，且每一级的热交换器都有各自输入和输出端口。

3.根据权利要求1所述的一种多级热泵系统，其特征在于，所述一级热泵单元（11）、二级热泵单元（12）和三级热泵单元（13）分别都是一个独立的循环回路，它们有独立的压缩机，其工作运行时相互不影响。

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