CN104457027A - 一种改进的压缩式热泵工作方法及其装置 - Google Patents

一种改进的压缩式热泵工作方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改进的压缩式热泵工作方法，其包括使用压缩机、冷凝器、回热换热器、蒸发器进行的循环制冷过程，其中在蒸发器与压缩机之间设置一涡流管，将蒸发器形成的冷媒蒸汽经涡流效应处理后产生能量热量分配，进一步分离为具有明显温度差的热冷媒蒸汽和冷冷媒蒸汽两股气流，分离形成的热冷媒蒸汽经高温冷媒蒸汽管路输出至混合冷媒蒸汽管路。本发明还提供了改进的压缩式热泵装置。本发明创新利用涡流技术，将涡流管应用于蒸发器的输出端，可提高蒸发环节的冷媒蒸汽输出温度，同时系统整体并不需要增加主动运动的部件，在该状态下依然可提高蒸发环节的输出冷媒蒸汽温度，其改善了蒸发器换热吸热效率，减小压缩机的能耗。

Description

一种改进的压缩式热泵工作方法及其装置
技术领域
本发明涉及压缩热泵领域，具体涉及一种改良效率的压缩式热泵工作方法及其装置。
背景技术
热泵是一种以冷凝器放出的热量对被调节环境进行供热的一种制冷系统。就热泵系统而言，它是制冷机的一种特殊使用形式，其中蒸气压缩式系统是热泵最主要的应用形式。热泵与一般制冷机的区别在于，使用目的与工作的温度区域不同，热泵的目的在于制热，着眼于工质在系统高压侧通过换热器与外界环境之间的热量交换；制冷机的目的在于制冷，着眼于工质在系统低压侧通过换热器与外界之间的换热，但两者实质工作原理都一样，大多的热泵或制冷机研究重点均在换热器处。然而，在制热或制冷过程中，其需要获取的热量主要来自于蒸发器处的蒸发环节，对于蒸发环节，由于现有的蒸发器输出的冷媒蒸汽温度是低于热源温度的，在某些特定的情况下，当热源的温度较低时，其冷媒通过换热蒸发获取热量的难度将会大大增加，换热流动时所带来的热量也将变得有限，因而导致在蒸发环节换热效率无法提高，无论对于制冷或制热而言，该环节都同样重要地影响着系统的整体效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在热源温度较低时，利用同等冷媒状态下仍能保持高效的输出，改善换热效率的热泵工作方法；本发明还提供了一种在蒸发器的蒸发环节提高换热效率的热泵装置。
通过以下技术方案实现上述目的：
    一种改进的压缩式热泵工作方法，包括如下步骤：
     S1.使用压缩机将从蒸发器吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽；
     S2.将压缩机输出的较高压冷媒蒸汽输入至冷凝器，将蒸汽通过冷凝释放凝结热后转变为液体形态；
     S3.冷媒液体自冷凝器进入回热换热器，换热后温度进一步下降的液态冷媒进入蒸发器，换热后冷媒汽化升温的蒸汽输出到压缩机进行压缩；
     S4.由回热换热器通过高压管路及节流阀进入蒸发器的液态冷媒经过吸热蒸发过程，形成蒸汽形式的气体；
 S5.蒸发器形成的热冷媒蒸汽与回热换热器处换热的升温冷媒蒸汽混合后，经混合冷媒蒸汽管路输入到压缩机输入端；
其中，步骤S5还包括如下步骤：在蒸发器与混合冷媒蒸汽管路之间设置一涡流管，将蒸发器形成的冷媒蒸汽经涡流效应处理后产生能量热量分配，进一步分离为具有明显温度差的热冷媒蒸汽和冷冷媒蒸汽两股气流，分离形成的热冷媒蒸汽经高温冷媒蒸汽管路输出至混合冷媒蒸汽管路。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，其还设置一低温冷媒蒸汽管路，将涡流管分离降温后的冷冷媒蒸汽通过低温冷媒蒸汽管路输出至回热换热器，与由冷凝器输入的冷媒液体换热。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，使用一个三通阀将涡流管分离的热冷媒蒸汽与回热换热器换热后的升温冷媒蒸汽混合，并引导进入混合冷媒蒸汽管路输入至压缩机。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，在涡流管的热端出口设置一调压阀，平衡冷热冷媒蒸汽的压力差，调节涡流管向压缩机的热蒸汽输出率。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，采用至少两个相互并联连接的涡流管分流增加的冷媒蒸汽流量。
    本发明提供的一种改进的压缩式热泵装置，包括
    压缩机，用以将蒸发吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽状态；
    冷凝器，将压缩机输出的高压冷媒蒸汽转变为液体；
    回热换热器，利用已经液化的冷媒所携带的热量，对蒸发器输出得到的低温冷媒蒸汽换热及加热；
    蒸发器，对来自回热换热器与蒸发器之间的节流阀的液态冷媒进行热交换，使之吸热蒸发，输出为冷媒蒸汽；
    所述压缩机、冷凝器、回热换热器、节流阀和蒸发器依次连接；
其还包括一将蒸发器输出的冷媒蒸汽分离为冷热两种蒸汽的涡流管，所述涡流管的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路及高温冷媒蒸汽管路，与所述回热换热器的气化液体入口及压缩机连接，涡流管的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器的冷媒蒸汽输出管路入口连接。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，回热换热器与蒸发器之间设有一节流阀，对通入回热换热器与蒸发器之间的冷媒压差进行控制。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，所述涡流管与压缩机之间还包括一个三通阀，所述三通阀分别与所述的高温冷媒蒸汽管路、回热换热器的升温冷媒蒸汽管路以及压缩机的混合冷媒蒸汽管路连接。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，所述高温冷媒蒸汽管路处还包括一个调压阀，调节涡流管向压缩机的热蒸汽输出压力和冷热蒸汽输出比例。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，所述涡流管至少为2个且相互并联，各涡流管的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路及高温冷媒蒸汽管路，与所述回热换热器的气化液体入口及压缩机连接，各涡流管的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器的冷媒蒸汽输出管路入口连接。
 本发明的有益效果是：
1、创新利用涡流技术，将涡流管应用于蒸发器的输出端，可提高蒸发环节的最终冷媒蒸汽输出温度。
2、调压阀可平衡冷媒蒸汽的冷热压力差，以方便调节涡流管输出冷热蒸汽的输出比例，保障涡流管升降温工作，同时调节输入到三通阀处用以混合的蒸汽温度。
3、由于经过涡流管分离降温后的冷媒蒸汽温度将低于冷凝器已经液化的冷媒温度，分离出的该部分蒸汽通过回热换热器，利用冷凝器已经液化的冷媒所含的热量对涡流管输出降温的冷媒蒸汽进行循环换热，可更大效率回收热量，同时换热后的冷媒蒸汽部分可直接作为升温冷媒进入升温冷媒蒸汽管路。
4、由于涡流管属于一被动元件，该系统整体并不需要增加主动推动运动的部件，在该状态利用输出蒸汽的动能，提高蒸发环节的输出冷媒蒸汽温度，其改善了蒸发器换热吸热效率。 
5、由于蒸发环节处温差越大，其换热效率将提高，此时传统热泵需要更大的功率增加节流比例来进行换热，对于涡流管而言，仅需要利用原本没有价值的冷媒蒸汽动能，即可最大限度地调节温差，同时减小压缩机的能耗、功率，对热源的温度、热泵的要求进一步降低。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图2为本发明可采用的另一实施例。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明进行进一步说明：
    一种改进的压缩式热泵工作方法，包括如下步骤：
     S1.使用压缩机1将从蒸发器4吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽；
     S2.将压缩机1输出的较高压冷媒蒸汽输入至冷凝器2，将蒸汽通过冷凝释放凝结热后转变为液体形态；
     S3.冷媒液体自冷凝器2进入回热换热器6，换热后温度进一步下降的液态冷媒进入蒸发器4，换热后冷媒汽化升温的蒸汽输出到压缩机1进行压缩；
     S4.由回热换热器6通过高压管路11及节流阀3进入蒸发器4的液态冷媒经过吸热蒸发过程，形成蒸汽形式的气体；
 S5.蒸发器4形成的热冷媒蒸汽与回热换热器6处换热的升温冷媒蒸汽混合后，经混合冷媒蒸汽管路9输入到压缩机1输入端；
其中，步骤S5还包括如下步骤：在蒸发器4与混合冷媒蒸汽管路9之间设置一涡流管5，将蒸发器4形成的冷媒蒸汽经涡流效应处理后产生能量热量分配，进一步分离为具有明显温度差的热冷媒蒸汽和冷冷媒蒸汽两股气流，分离形成的热冷媒蒸汽经高温冷媒蒸汽管路10输出至混合冷媒蒸汽管路9。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，其还设置一低温冷媒蒸汽管路13，将涡流管5分离降温后的冷冷媒蒸汽通过低温冷媒蒸汽管路13输出至回热换热器6，与由冷凝器2输入的冷媒液体换热。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，使用一个三通阀8将涡流管5分离的热冷媒蒸汽与回热换热器6换热后的升温冷媒蒸汽混合，并引导进入混合冷媒蒸汽管路9输入至压缩机1。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，在涡流管5的热端出口设置一调压阀7，平衡冷热冷媒蒸汽的压力差，调节涡流管5向压缩机1的热蒸汽输出率。
作为对上述改进的压缩式热泵工作方法的进一步描述，采用至少两个相互并联连接的涡流管5来分流增加的冷媒蒸汽流量。
    本发明提供的一种改进的压缩式热泵装置，包括
    压缩机1，用以将蒸发吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽状态；
    冷凝器2，将压缩机1输出的高压冷媒蒸汽转变为液体；
    回热换热器6，利用已经液化的冷媒所携带的热量，对蒸发器4输出得到的低温冷媒蒸汽换热及加热；
    蒸发器4，对来自回热换热器6与蒸发器4之间的节流阀3的液态冷媒进行热交换，使之吸热蒸发，输出为冷媒蒸汽；
    所述压缩机1、冷凝器2、回热换热器6、节流阀3和蒸发器4依次连接；
其还包括一将蒸发器4输出的冷媒蒸汽分离为冷热两种蒸汽的涡流管5，所述涡流管5的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路13及高温冷媒蒸汽管路10，与所述回热换热器6的气化液体入口及压缩机1连接，涡流管5的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器4的冷媒蒸汽输出管路12入口连接。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，回热换热器6与蒸发器4之间设有一节流阀3，对通入回热换热器6与蒸发器4之间的冷媒压差进行控制，保证回热换热器6与蒸发器4之间的温差。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，所述涡流管5与压缩机1之间还包括一个三通阀8，所述三通阀8分别与所述的高温冷媒蒸汽管路10、回热换热器6的升温冷媒蒸汽管路14以及压缩机1的混合冷媒蒸汽管路9连接。
作为对上述改进的压缩式热泵装置的进一步描述，所述高温冷媒蒸汽管路10处还包括一个调压阀7，调节涡流管5向压缩机1的热蒸汽输出压力和冷热蒸汽输出比例。
另外，由于涡流管在压力一定的情况下且气体流动的线速度一定时，随着涡流管的直径增加，其转速必然逐渐下降，冷热气流的分离效果也将会随之变差，因而作为对上述改进的压缩式热泵装置的一种优选方案，若流量较大时，优选采用多个涡流管相互并联的方式来满足流量增加的需求，而非更换较大直径的涡流管。各涡流管的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路13及高温冷媒蒸汽管路10，与所述回热换热器的气化液体入口及压缩机连接，各涡流管的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器的冷媒蒸汽输出管路12入口连接。
本发明的另一实施例采用的是双回路蒸发器形式，参照图2，其在涡流进行热冷媒蒸汽和冷冷媒蒸汽两股气流分离后，将冷蒸汽输入回蒸发器处，并直接接入三通阀处进行混合。此时则不需要选用回热换热器，该方式同样可实现蒸发部分的热量充分高效分离。
以上所述并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1. 一种改进的压缩式热泵工作方法，包括如下步骤：
S1.使用压缩机将从蒸发器吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽；
S2.将压缩机输出的较高压冷媒蒸汽输入至冷凝器，将蒸汽通过冷凝释放凝结热后转变为液体形态；
S3.冷媒液体自冷凝器进入回热换热器，换热后温度进一步下降的液态冷媒进入蒸发器，换热后冷媒汽化升温的蒸汽输出到压缩机进行压缩；
S4.由回热换热器通过高压管路及节流阀进入蒸发器的液态冷媒经过吸热蒸发过程，形成蒸汽形式的气体；
S5.蒸发器形成的热冷媒蒸汽与回热换热器处换热的升温冷媒蒸汽混合后，经混合冷媒蒸汽管路输入到压缩机输入端；
其特征在于，步骤S5还包括如下步骤：在蒸发器与混合冷媒蒸汽管路之间设置一涡流管，将蒸发器形成的冷媒蒸汽经涡流效应处理后产生能量热量分配，进一步分离为具有明显温度差的热冷媒蒸汽和冷冷媒蒸汽两股气流，分离形成的热冷媒蒸汽经高温冷媒蒸汽管路输出至混合冷媒蒸汽管路。
2. 根据权利要求1所述的一种改进的压缩式热泵工作方法，其特征在于：设置一低温冷媒蒸汽管路，将涡流管分离降温后的冷冷媒蒸汽通过低温冷媒蒸汽管路输出至回热换热器，与由冷凝器输入的冷媒液体换热。
3. 根据权利要求1所述的一种改进的压缩式热泵工作方法，其特征在于：使用一个三通阀将涡流管分离的热冷媒蒸汽与回热换热器换热后的升温冷媒蒸汽混合，并引导进入混合冷媒蒸汽管路输入至压缩机。
4. 根据权利要求1所述的一种改进的压缩式热泵工作方法，其特征在于：在涡流管的热端出口设置一调压阀，平衡冷热冷媒蒸汽的压力差，调节涡流管向压缩机的热蒸汽输出率。
5. 根据权利要求1所述的一种改进的压缩式热泵工作方法，其特征在于：采用至少两个相互并联连接的涡流管分流增加的冷媒蒸汽流量。
6. 一种改进的压缩式热泵装置，包括压缩机，用以将蒸发吸入的较低压力的蒸汽压缩为高压冷媒蒸汽状态；
冷凝器，将压缩机输出的高压冷媒蒸汽转变为液体；
回热换热器，利用已经液化的冷媒所携带的热量，对蒸发器输出得到的低温冷媒蒸汽换热及加热；
蒸发器，对来自回热换热器与蒸发器之间的节流阀的液态冷媒进行热交换，使之吸热蒸发，输出为冷媒蒸汽；
所述压缩机、冷凝器、回热换热器、节流阀和蒸发器依次连接；
其特征在于：其还包括将蒸发器输出的冷媒蒸汽分离为冷热两种蒸汽的涡流管，所述涡流管的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路及高温冷媒蒸汽管路，与所述回热换热器的气化液体入口及压缩机连接，涡流管的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器的冷媒蒸汽输出管路入口连接。
7. 根据权利要求6所述的一种改进的压缩式热泵装置，其特征在于：回热换热器与蒸发器之间设有一节流阀，对通入回热换热器与蒸发器之间的冷媒压差进行控制。
8. 根据权利要求6所述的一种改进的压缩式热泵装置，其特征在于：所述涡流管与压缩机之间还包括一个三通阀，所述三通阀分别与所述的高温冷媒蒸汽管路、回热换热器的升温冷媒蒸汽管路以及压缩机的混合冷媒蒸汽管路连接。
9. 根据权利要求6所述的一种改进的压缩式热泵装置，其特征在于：所述高温冷媒蒸汽管路处还包括一个调压阀，调节涡流管向压缩机的热蒸汽输出压力和冷热蒸汽输出比例。
10. 根据权利要求6所述的一种改进的压缩式热泵装置，其特征在于：所述涡流管至少为2个且相互并联，各涡流管的冷端出口及热端出口分别通过低温冷媒蒸汽管路及高温冷媒蒸汽管路，与所述回热换热器的气化液体入口及压缩机连接，各涡流管的压缩冷媒蒸汽进口端与所述蒸发器的冷媒蒸汽输出管路入口连接。
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