CN104359247A - 一种热泵装置 - Google Patents

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李迪
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Abstract

本发明公开了一种热泵装置，包括有框架，框架上设置有冷凝器A、蒸发-冷凝器、蒸发器A、蒸发器B、三通换向阀a、三通换向阀b、压缩机A和压缩机B、节流元件A和B，框架上各个器件通过管路连接。本发明集成了单级蒸气压缩式热泵循环及复叠式蒸气压缩式热泵循环于一体，根据热源侧温度的变化及使用侧温度需求的变化，可对应切换选择合理的热泵循环进行工作。相比常规的单级热泵装置或双级热泵装置，提高了热泵装置的温度使用范围，提高了综合应用的能效比。

Description

一种热泵装置
技术领域
本发明涉及热泵领域，具体是一种热泵装置。
背景技术
随着科学的进步及人们生活水平的提高，蒸气压缩式热泵装置的在工业生产和日常生活中得到了越来越多的应用，例如工业用热泵热水机、热泵烘干机、热泵热回收系统、家用热泵热水机等。
蒸气压缩式热泵是采用逆卡诺循环的原理，从低温热源吸热，向高温热源放热。常规的热泵装置在热源侧温度较低时的应用受到了一定的限制，以常规的热泵装置为例，当使用侧温度要求维持不变，随着热源侧温度的降低，热泵装置内部压缩机的压缩比随之增大，从而引起制热量下降、能效比下降等负面影响，甚至可能导致热泵装置偏离设计工况允许范围，无法正常工作。
此外，若热源侧温度保持不变，使用侧温度要求较高，也可能因压缩比的增大，导致常规的热泵装置无法正常工作。
针对热源侧温度较低或使用侧温度要求较高的应用场合，现用的技术方案一般为采用补气增焓压缩机、采用单机双级压缩机等，通过以上技术方案，提高了压缩比，从而提高了热泵装置的低温适应性能。
由于压缩机制造工艺等原因，即使采用补气增焓压缩机或单机双级压缩机，能达到的最大压缩比也有一定的限制。在一些特殊的工业应用等场合，当冬季环境温度较低时，需要更大的压缩比来实现使用侧高温的热水或热空气，以满足生产工艺的要求；当夏季环境温度较高时，只需较小的压缩比即可满足工作需求。
发明内容    本发明的目的是提供一种热泵装置，以实现集成单级蒸气压缩式热泵循环及复叠式蒸气压缩式热泵循环于一体，根据热源侧温度的变化及使用侧温度需求的变化，可对应切换选择合理的热泵循环进行工作的目的。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种热泵装置，包括有框架，其特征在于：框架上设置有冷凝器A、蒸发-冷凝器、蒸发器A、蒸发器B、具有两个进口和一个出口的三通换向阀a、具有一个进口和两个出口的三通换向阀b，以及压缩机A和压缩机B，其中冷凝器A的进口通过管路与压缩机A的出口连通，冷凝器A的出口通过管路与一个设置在框架上的节流元件A的进口连通，节流元件A的出口通过管路与三通换向阀b的进口连通，三通换向阀b的其中一个出口通过管路与蒸发-冷凝器的蒸发侧进口连通，蒸发-冷凝器的蒸发侧出口通过管路与三通换向阀a的其中一个进口连通，三通换向阀a的出口通过管路与压缩机A的进口连通，三通换向阀b的另一个出口通过管路与蒸发器A的进口连通，蒸发器A的出口通过管路与三通换向阀a的另一个进口连通，压缩机B的出口通过管路与蒸发-冷凝器的冷凝侧进口连通，蒸发-冷凝器的冷凝侧出口通过管路与一个设置在框架上的节流元件B的进口连通，节流元件B的出口通过管路与蒸发器B的进口连通，蒸发器B的出口通过管路与压缩机B的进口连通。
所述的一种热泵装置，其特征在于：所述冷凝器A上带有机组使用侧介质进口、机组使用侧介质出口；蒸发器B上带有机组热源侧介质进口、机组热源侧介质出口；蒸发器A上带有机组热源侧介质进口、机组热源侧介质出口。
所述的一种热泵装置，其特征在于：所述冷凝器A为空气冷却式冷凝器或水冷式冷凝器，蒸发器A为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器，蒸发器B为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器。
本发明在现用技术的基础上，提出了集成单级蒸气压缩式热泵循环及复叠式蒸气压缩式热泵循环于一体的热泵装置，并能实现切换工作。与采用补气增焓压缩机或单机双级压缩机的热泵装置相比，更进一步拓宽了热泵装置的应用温度范围，能实现更大的压缩比；且实现了在热源侧温度由于季节变化等因素发生较大幅度变化时，或使用侧需求温度发生较大幅度变化时，热泵机组能切换至合理的热泵循环工作，提高了综合应用的能效比。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明可根据实际使用需要在同一台装置内实现单级蒸气压缩式热泵循环或复叠式蒸气压缩式热泵循环，可实现一机多用。相比现有普通的热泵装置，大幅度拓展了热泵装置的应用范围及安全运行范围。
2、本发明借助复叠式蒸气压缩式热泵循环，可以从能量品味更低的热源侧提取热量，大幅度提高热泵循环的压缩比。相比现有普通的热泵装置，在同样的热源侧温度条件下，能实现更高的使用侧温度；在同样的使用侧温度要求下，能实现从更低温度的热源侧提取热量。
3、本发明可应用于空气源热泵热水机、空气源热泵烘干机等多种领域，可在夏季环境温度较高时运行单级蒸气压缩式热泵循环，在冬季环境温度较低时运行复叠式蒸气压缩式热泵循环。通过夏季与冬季的切换工作，可以让压缩机更容易在安全可靠的工作范围内运行，尤其适用于夏季与冬季环境温度相差较大的地区，且在极寒地区也能通过热泵获取较高温度的热水或热空气。
4、本发明可应用于热回收应用领域，实现更大温度范围内的热量回收，具有一定的节能优势。
5、本发明可采用现用的市场应用成熟的压缩机，而无需开发特殊的压缩机，其制造成本低，技术风险低。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
参见图1所示，一种热泵装置，包括有框架2，框架2上设置有冷凝器A3、蒸发-冷凝器6、蒸发器A11、蒸发器B9、具有两个进口和一个出口的三通换向阀5a、具有一个进口和两个出口的三通换向阀b15，以及压缩机A4和压缩机B7，其中冷凝器A3的进口通过管路与压缩机A4的出口连通，冷凝器A3的出口通过管路与一个设置在框架2上的节流元件A16的进口连通，节流元件A16的出口通过管路与三通换向阀b15的进口连通，三通换向阀b15的其中一个出口通过管路与蒸发-冷凝器6的蒸发侧进口连通，蒸发-冷凝器6的蒸发侧出口通过管路与三通换向阀a5的其中一个进口连通，三通换向阀a5的出口通过管路与压缩机A4的进口连通，三通换向阀b15的另一个出口通过管路与蒸发器A11的进口连通，蒸发器A11的出口通过管路与三通换向阀a5的另一个进口连通，压缩机B7的出口通过管路与蒸发-冷凝器6的冷凝侧进口连通，蒸发-冷凝器6的冷凝侧出口通过管路与一个设置在框架上的节流元件B14的进口连通，节流元件B14的出口通过管路与蒸发器B9的进口连通，蒸发器B9的出口通过管路与压缩机B7的进口连通。
冷凝器A3上带有机组使用侧介质进口17、机组使用侧介质出口1；蒸发器B9上带有机组热源侧介质进口8、机组热源侧介质出口13；蒸发器A11上带有机组热源侧介质进口10、机组热源侧介质出口12。
冷凝器A3为空气冷却式冷凝器或水冷式冷凝器，蒸发器A11为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器，蒸发器B9为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器。
本发明集成了单级蒸气压缩式热泵循环及复叠式蒸气压缩式热泵循环于一体，拓宽了热泵装置的应用温度范围，且能实现根据实际需要在单级蒸气压缩式热泵循环及复叠式蒸气压缩式热泵循环之间切换工作。
当需要切换至单级蒸气压缩式热泵循环时，在热泵循环运行之前，三通换向阀a通过手动或电动切换流向，连通压缩机A的进口和蒸发器A的出口；三通换向阀b通过手动或电动切换流向，连通节流元件A的出口和蒸发器A的进口。热泵装置稳定工作后，压缩机A通电运行而压缩机B不通电运行，压缩机A在运行过程中吸收低压管路中的制冷剂低压蒸汽，压缩成高温高压气体进入冷凝器A，然后高温高压制冷剂气体在冷凝器A中被冷却介质冷凝放热，变成具有一定过冷度的液体、通过节流元件A的节流降压作用变成低温低压的气液混合物；低温低压的气液混合物流经三通换向阀b后进入蒸发器A被汽化吸热，再通过三通换向阀a进入压缩机中而进入下一次的循环。
当需要切换至复叠式蒸气压缩式热泵循环时，在热泵循环运行之前，三通换向阀a通过手动或电动切换流向，连通压缩机A的进口和蒸发-冷凝器的蒸发侧出口；三通换向阀b通过手动或电动切换流向，连通节流元件A的出口和蒸发-冷凝器的蒸发侧进口。热泵装置稳定工作后，压缩机A与压缩机B均参与通电运行，压缩机B在运行过程中吸收低压管路中的制冷剂低压蒸汽，压缩成高温高压气体进入蒸发-冷凝器中的冷凝侧，然后高温高压制冷剂气体在蒸发-冷凝器中被冷却介质冷凝放热，变成具有一定过冷度的液体、通过节流元件B的节流降压作用变成低温低压的气液混合物；低温低压的气液混合物进入蒸发器B中被汽化吸热，再次进入压缩机B中而进入下一次的循环；压缩机A在运行过程中吸收低压管路中的制冷剂低压蒸汽，压缩成高温高压气体进入冷凝器A，然后高温高压制冷剂气体在冷凝器A中被冷却介质冷凝放热，变成具有一定过冷度的液体、通过节流元件A的节流降压作用变成低温低压的气液混合物；低温低压的气液混合物流经三通换向阀b后进入蒸发-冷凝器中的蒸发侧被汽化吸热，再通过三通换向阀a进入压缩机中而进入下一次的循环。

Claims (3)

1.一种热泵装置，包括有框架，其特征在于：框架上设置有冷凝器A、蒸发-冷凝器、蒸发器A、蒸发器B、具有两个进口和一个出口的三通换向阀a、具有一个进口和两个出口的三通换向阀b，以及压缩机A和压缩机B，其中冷凝器A的进口通过管路与压缩机A的出口连通，冷凝器A的出口通过管路与一个设置在框架上的节流元件A的进口连通，节流元件A的出口通过管路与三通换向阀b的进口连通，三通换向阀b的其中一个出口通过管路与蒸发-冷凝器的蒸发侧进口连通，蒸发-冷凝器的蒸发侧出口通过管路与三通换向阀a的其中一个进口连通，三通换向阀a的出口通过管路与压缩机A的进口连通，三通换向阀b的另一个出口通过管路与蒸发器A的进口连通，蒸发器A的出口通过管路与三通换向阀a的另一个进口连通，压缩机B的出口通过管路与蒸发-冷凝器的冷凝侧进口连通，蒸发-冷凝器的冷凝侧出口通过管路与一个设置在框架上的节流元件B的进口连通，节流元件B的出口通过管路与蒸发器B的进口连通，蒸发器B的出口通过管路与压缩机B的进口连通。
2.根据权利要求1所述的一种热泵装置，其特征在于：所述冷凝器A上带有机组使用侧介质进口、机组使用侧介质出口；蒸发器B上带有机组热源侧介质进口、机组热源侧介质出口；蒸发器A上带有机组热源侧介质进口、机组热源侧介质出口。
3.根据权利要求1所述的一种热泵装置，其特征在于：所述冷凝器A为空气冷却式冷凝器或水冷式冷凝器，蒸发器A为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器，蒸发器B为冷却液体型蒸发器或冷却空气型蒸发器。
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