CN103759468A - 一种双温热源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双温热源热泵系统，包括通过管道连接的压缩机、气液分离器、及四通阀，还包括水源换热器、排风换热器及双温换热器，所述双温换热器包括第一空气处理换热器及第二空气处理换热器。本发明的热泵蒸发器、冷凝器均采用两组换热器，两组换热器在制冷、制热不同模式下可作为蒸发器/冷凝器运行，并运行于不同温度，使得运行时热泵工质与环境介质间传热温差降低，热泵高、低温热源间压差有所减小，可实现温湿度独立控制、热湿负荷独立处理以及排风全热回收等，从而提高了热泵空调制冷、供热、通风换气以及物体加热、冷却、干燥除湿的效率。

Description

一种双温热源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种热泵系统，特别是一种可用于建筑物供热、空调、通风换气以及物体的加热、冷却、干燥除湿等的双温热源热泵系统。

背景技术

热泵是一种逆循环工作的热机，只需输入少量高品位能源便可从低温环境吸热而向高温环境放出数倍的热量，具有制冷、制热功能，已被广泛用于房屋采暖、空调等，是一种高效的加热设备。目前的热泵大多工作于单一温度的冷热源，这使得热泵用于供热、空调及物体加热、冷却及干燥除湿等用途时，热泵工质与环境介质间传热温差较大，热泵高、低温热源间压差较高，从而影响了热泵能效。

人们进行了一些研发，比如：发明专利ZL200410054061.2提出了一种半复叠式热泵供冷供热系统，能实现温湿度独立控制、热湿独立处理，提高热泵系统对环境的适应性。但该发明中二级热泵机组采用了串联的蒸发器/冷凝器，不利于制冷剂的均匀分配，且空气处理过程仍然为常规的冷却降温、除湿藕合过程，效率仍然不高。

又如：发明专利ZL200510029140.2提出了带溶液吸收干燥功能的热泵空调系统，可实现高效除湿，但是溶液除湿设备体积较大，系统流程较长、较复杂，溶液有腐蚀性对设备要求较高等缺点影响了其工程应用的实际效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种双温热源热泵系统，通过两组换热器在制冷、制热不同模式下可作为蒸发器/冷凝器运行，并运行于不同温度，使得运行时热泵工质与环境介质间传热温差降低，热泵高、低温热源间压差有所减小，可实现温湿度独立控制、热湿负荷独立处理以及排风全热回收，从而提高了热泵空调制冷、供热、通风换气以及物体加热、冷却、干燥除湿的效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种双温热源热泵系统，包括通过管道连接的压缩机、气液分离器、及四通阀，还包括水源换热器、排风换热器及双温换热器，所述双温换热器包括第一空气处理换热器及第二空气处理换热器；压缩机的中间出气口与第一空气处理换热器之间、储液器与压缩机的中间进气口之间的管道上分别安装有调节阀（包括制冷用调节阀及制热用调节阀）；水源换热器及排风换热器的制冷出口端与第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的制冷进口端之间的管道上分别安装有节流元件（包括制冷用节流元件及制热用节流元件）；所述节流元件上分别并联有制冷用单向阀、制热用单向阀；在制冷状态下，调节阀、节流元件及制热用单向阀不工作；在制热状态下，调节阀、节流元件及制冷用单向阀不工作。

具体的管道连接为：所述第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的出气口通过管道与所述压缩机的进气口分别相连，所述压缩机的出气口通过管道与所述水源换热器及排风换热器的进气口分别相连，所述水源换热器及排风换热器的出液口通过管道与所述第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的进液口分别相连。

本发明的热泵蒸发器、冷凝器均采用两组换热器，两组换热器在制冷、制热不同模式下可作为蒸发器/冷凝器运行，并运行于不同温度。其中一组是水源换热器及排风换热器，另一组是第一空气处理换热器及第二空气处理换热器，作为一个双温换热器，两组换热器在制冷、制热不同模式下可作为蒸发器/冷凝器运行，并运行于不同温度。其中一组换热器与压缩机中间进（排）气口相连，空调制冷时，此换热器作为蒸发器运行，工作于较高的蒸发压力和蒸发温度；制热模式下，此换热器作冷凝器运行，工作于较低的冷凝温度。另一组换热器与压缩机吸气口/排气口相连，空调制冷时，此换热器作为蒸发器运行，工作于较低的蒸发压力和蒸发温度；制热模式下，此换热器作冷凝器运行，工作于较高的冷凝温度，也可以与另一组冷凝器在相同的温度下工作。由于采用了双温蒸发器（冷凝器），本发明能够降低热泵传热温差和压缩比，从而提高能效。

所述水源换热器及排风换热器的出口端与所述双温换热器的进口端之间的管道上分别安装有由水源换热器及排风换热器向双温换热器打开的单向阀，所述双温换热器的出口端与所述压缩机的进口端之间的管道上分别安装有由双温换热器向压缩机打开的单向阀。

具体的，所述水源换热器及排风换热器与所述双温换热器之间的管道上安装有储液器及干燥过滤器，所述水源换热器及排风换热器的出口端通过管道与所述储液器的进口端相连，所述储液器的出口端通过管道与所述干燥过滤器的进口端相连，所述干燥过滤器的出口端通过管道与所述双温换热器的进口端相连，所述双温换热器的出口端与所述储液器的进口端相连；所述水源换热器及排风换热器的出口端与所述储液器的进口端之间的管道上安装有由水源换热器及排风换热器向储液器打开的单向阀，所述干燥过滤器的出口端与所述双温换热器的进口端之间的管道上安装有由干燥过滤器向双温换热器打开的单向阀，所述双温换热器的出口端与所述储液器的进口端之间的管道上安装有由双温换热器向储液器打开的单向阀。

在所述水源换热器及排风换热器与所述压缩机之间的管道上安装有气液分离器，所述气液分离器的进口端通过管道与所述水源换热器及排风换热器的出口端相连，所述气液分离器的出口端通过管道与所述压缩机的吸气口相连。在所述压缩机的排气口、所述水源换热器及排风换热器的进口端、所述双温换热器的出口端与所述气液分离器的进口端之间的管道上安装有四通阀。

所述压缩机与所述水源换热器及排风换热器之间、所述储液器与所述压缩机之间的管道上分别安装有调节阀。

所述水源换热器及排风换热器的出口端与所述两组换热器的进口端之间的管道上分别安装有节流元件；所述节流元件上分别并联有由所述水源换热器及排风换热器向所述压缩机打开的单向阀、由所述水源换热器及排风换热器向所述压缩机打开的单向阀及由所述水源换热器及排风换热器向所述双温换热器打开的单向阀。

具体的，所述干燥过滤器的出口端与所述第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的进口端之间、所述水源换热器及排风换热器的出口端与所述储液器的进口端之间的管道上分别安装有节流元件。所述节流元件上分别并联有由所述水源换热器及排风换热器向所述干燥过滤器打开的单向阀、由所述水源换热器及排风换热器向所述干燥过滤器打开的单向阀及由所述水源换热器及排风换热器向所述储液器打开的单向阀。

所述储液器可以是双向流通储液装置。

所述节流元件可以是毛细管或膨胀阀。膨胀阀可以是热力膨胀阀或者电子膨胀阀。

优选的，压缩机的出气口管道上串联有副压缩机。用两台压缩机串联，代替有中间吸气口的压缩机。

优选的，第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的两端管道上并联有第三空气处理换热器。为实现低温送风，可以采用只用两个空气处理换热器，但是如果并联第三空气处理换热器作为再热换热器，同样可以实现本发明。

优选的，排风换热器的安装高度低于第一空气处理换热器及第二空气处理换热器。排风换热器可以安装在第一空气处理换热器及第二空气处理换热器下方，第一空气处理换热器及第二空气处理换热器工作时产生的凝结水自流到排风换热器（作为蒸发器）表面上蒸发，实现全热回收。

或者优选的，排风换热器的安装高度高于第一空气处理换热器及第二空气处理换热器，第一空气处理换热器及第二空气处理换热器与排风换热器之间安装有泵。排风换热器也可以安装在第一空气处理换热器及第二空气处理换热器的上方，第一空气处理换热器及第二空气处理换热器工作时产生的凝结水由泵（作为提升泵）喷洒或布洒到排风换热器表面蒸发，实现全热回收。

本发明通过两组换热器在制冷、制热不同模式下可作为蒸发器/冷凝器运行，并运行于不同温度，使得运行时热泵工质与环境介质间传热温差降低，热泵高、低温热源间压差有所减小，从而提高了热泵空调制冷、供热、通风换气以及物体加热、冷却、干燥除湿的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明双温热源热泵系统实施例1整体结构示意图；

图2为本发明双温热源热泵系统实施例2整体结构示意图；

图3为本发明双温热源热泵系统实施例3整体结构示意图；

图4为本发明双温热源热泵系统实施例4排风换热器及双温换热器位置关系的示意图；

图5为本发明双温热源热泵系统实施例5排风换热器及双温换热器位置关系的喷洒示意图；

图6为本发明双温热源热泵系统实施例5排风换热器及双温换热器位置关系的布洒示意图。

具体实施方式

如图1，为本发明一种双温热源热泵系统实施例1，包括通过管道连接的压缩机1、气液分离器2、及四通阀4，还包括水源换热器9、排风换热器10及双温换热器，所述双温换热器包括第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12；压缩机1的中间出气口与第一空气处理换热器11之间、储液器25与压缩机1的中间进气口之间的管道上分别安装有调节阀6、7；水源换热器9及排风换热器10的制冷出口端与第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12的制冷进口端之间的管道上分别安装有节流元件22、20、18、16；所述节流元件22、20、18、16上分别并联有制冷用单向阀21、19及制热用单向阀17、15；在制冷状态下，调节阀7、节流元件22、20及制热用单向阀17、15不工作；在制热状态下，调节阀6、节流元件18、16及制冷用单向阀21、19不工作。

第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12的两端管道上并联有第三空气处理换热器13。

所述水源换热器9、排风换热器10与所述双温换热器之间的管道上安装有储液器25及干燥过滤器26，所述水源换热器9、排风换热器10的出口端通过管道与所述储液器25的进口端相连，所述储液器25的出口端通过管道与所述干燥过滤器26的进口端相连，所述干燥过滤器26的出口端通过管道与所述双温换热器的进口端相连，所述双温换热器的出口端与所述储液器25的进口端相连；所述水源换热器9、排风换热器10的出口端与所述储液器25的进口端之间的管道上安装有由水源换热器9、排风换热器10向储液器25打开的单向阀23，所述干燥过滤器26的出口端与所述双温换热器的进口端之间的管道上安装有由干燥过滤器26向双温换热器打开的单向阀28，所述双温换热器的出口端与所述储液器25的进口端之间的管道上安装有由双温换热器向储液器25打开的单向阀24。

所述干燥过滤器26的出口端与所述第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12的进口端之间、所述水源换热器9、排风换热器10的出口端与所述储液器25的进口端之间的管道上分别安装有节流元件18、16、22、20。

所述节流元件18、16、22、20上分别并联有由所述第一空气处理换热器11向所述干燥过滤器26打开的制热用单向阀17、由所述第二空气处理换热器12向所述干燥过滤器26打开的制热用单向阀15、由所述水源换热器9向所述储液器25打开的制冷用单向阀21及由所述排风换热器10向所述储液器25打开的制冷用单向阀19。

在所述水源换热器9、排风换热器10与所述压缩机1之间的管道上安装有气液分离器2，所述气液分离器2的进口端通过管道与所述水源换热器9、排风换热器10的出口端相连，所述气液分离器2的出口端通过管道与所述压缩机1的吸气口相连。

在所述压缩机1的排气口、所述水源换热器9、排风换热器10的进口端、所述双温换热器的出口端与所述气液分离器2的进口端之间的管道上安装有四通阀4。

所述压缩机1与所述第一空气处理换热器11之间、所述储液器25与所述压缩机1之间的管道上分别安装有调节阀6、7。

制冷模式下，调节阀5、7关闭，调节阀3、6、8打开。压缩机1排出的高温高压气体，一部分经调节阀3进入第三空气处理换热器13（作为冷凝器）冷凝放热，使经第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12（作为蒸发器）处理过的低温低湿状态的空气得到再热，防止室内送风口结露；另一部份高温高压气体经四通阀4分别进入水源换热器9（作为冷凝器）、排风换热器10（作为冷凝器），冷凝放热后变为液体，分别经制冷用单向阀19、21汇合后再经单向阀23进入储液器25，再经干燥过滤器26、单向阀28，再分别经节流元件16、18进入第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12（作为蒸发器）蒸发吸热，对回风（室内空气）或新风，或新风、回风的混合风进行降温、除湿。第一空气处理换热器11（作为蒸发器）工作于较高的蒸发温度，对回风（室内空气）或新风，或新风、回风的混合风进行预冷除湿，制冷剂在其中汽化后经调节阀6进入压缩机中间进气口；第二空气处理换热器12（作为蒸发器）工作于较低的蒸发温度，对回风（室内空气）或新风，或新风、回风的混合风进行进一步降温、除湿，制冷剂在其中汽化后经四通阀4进入汽液分离器2，再进入压缩机1，压缩到高温高压状态后排出。

制热模式下，调节阀6、8关闭，调节阀3、5、7打开。压缩机1排出的高温高压气体，一部分经调节阀3进入第三空气处理换热器13（作为冷凝器）冷凝放热、使经第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12（作为蒸发器）加热过的空气得到进一步加热。另一部份高温高压气体经四通阀4后，一路经调节阀5进入第一空气处理换热器11（作为冷凝器）冷凝放热、预热回风（室内空气）或新风，或新风、回风的混合风，另一路进入第二空气处理换热器12（作为冷凝器）加热经第一空气处理换热器11（作为冷凝器）预热的回风（室内空气）或新风，或新风、回风的混合风。高温高压制冷剂气体在第一空气处理换热器11、第二空气处理换热器12及第三空气处理换热器13中冷凝放热变为液体后，分别经制热用单向阀17、15、14汇合后再经单向阀24进入储液器25，再经干燥过滤器26、单向阀27后，分两路，一路经节流元件22进入水源换热器9（作为蒸发器）蒸发吸热，水源换热器9工作于较高的蒸发温度，可从其它空调回路等各种水源吸取热量，制冷剂在其中汽化后经调节阀6进入压缩机1中间进气口；另一路经节流元件20进入排风换热器（作为蒸发器），排风换热器9工作于较低的蒸发温度，可从排风中吸热实现能量回收，制冷剂在其中汽化后经四通阀4进入汽液分离器2，再进入压缩缩机1，压缩到高温高压后排出。

如图2，为本发明一种双温热源热泵系统实施例2，与实施例1不同之处在于：压缩机1的出气口管道上串联有副压缩机29。用两台压缩机串联，代替有中间吸气口的压缩机。

如图3，为本发明一种双温热源热泵系统实施例3，与实施例1不同之处在于：为实现低温送风，去掉了第三空气处理换热器13（作为冷凝器）及其附属管路上的调节阀3、单向阀14。

如图4，为本发明一种双温热源热泵系统实施例4，与实施例1不同之处在于：排风换热器10的安装高度低于第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12。排风换热器10可以安装在第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12下方，第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12工作时产生的凝结水自流到排风换热器10（作为蒸发器）表面上蒸发，实现全热回收。

如图5、6，为本发明一种双温热源热泵系统实施例5，与实施例1不同之处在于：排风换热器10的安装高度高于第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12，第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12与排风换热器10之间安装有泵30。排风换热器10也可以安装在第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12的上方，第一空气处理换热器11及第二空气处理换热器12工作时产生的凝结水由泵30（作为提升泵）喷洒或布洒到排风换热器10表面蒸发，实现全热回收。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.一种双温热源热泵系统，包括通过管道连接的压缩机（1）、气液分离器（2）、及四通阀（4），其特征在于：还包括水源换热器（9）、排风换热器（10）及双温换热器，所述双温换热器包括第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12）；压缩机（1）的中间出气口与第一空气处理换热器（11）之间、储液器（25）与压缩机（1）的中间进气口之间的管道上分别安装有调节阀（6，7）；水源换热器（9）及排风换热器（10）的制冷出口端与第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12）的制冷进口端之间的管道上分别安装有节流元件（22，20，18，16）；所述节流元件（22，20，18，16）上分别并联有制冷用单向阀（21，19）、制热用单向阀（17，15）；在制冷状态下，调节阀（7）、节流元件（22，20）及制热用单向阀（17，15）不工作；在制热状态下，调节阀（6）、节流元件（18，16）及制冷用单向阀（21，19）不工作。

2.如权利要求1所述的双温热源热泵系统，其特征在于：压缩机（1）的出气口管道上串联有副压缩机（29）。

3.如权利要求1所述的双温热源热泵系统，其特征在于：第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12）的两端管道上并联有第三空气处理换热器（13）。

4.如权利要求1所述的双温热源热泵系统，其特征在于：排风换热器（10）的安装高度低于第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12）。

5.如权利要求1所述的双温热源热泵系统，其特征在于：排风换热器（10）的安装高度高于第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12），第一空气处理换热器（11）及第二空气处理换热器（12）与排风换热器（10）之间安装有泵（30）。

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