CN104482689A - 一种高效压缩式热泵系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效压缩式热泵系统及其工作方法，包括压缩机、冷凝回路及蒸发回路，压缩机通过连接管路其进气端与蒸发回路连通，出气端与冷凝回路连通，冷凝回路包括高温涡流管、高温冷凝器、低温冷凝器、高温节调节阀、高温混合器及中温冷凝器，蒸发回路包括中温蒸发器、低温涡流管、高温蒸发器、低温蒸发器、低温调节阀及低温混合器，中温冷凝器另通过连接管路与中温蒸发器连通，其工作方法包括冷媒压缩，冷媒放热及冷媒蒸发等三步循环运行。本发明一方面有拓宽了冷媒介质蒸发吸热的温度范围，提高了热泵系统工作效率，另一方面增加了热泵系统温度输出的范围和提高了温度调节的灵活性及便利性，从而提高了工作效率，降低了运行能耗。

Description

一种高效压缩式热泵系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种高效压缩式热泵系统及工作方法，属热泵供热设备技术领域。

背景技术

热泵是一种通过冷媒介质在外界环境中吸收热量并通过冷凝器在特定范围内进行发热的一种特殊的制冷系统，其工作热源主要来自于冷媒与外界环境进行热交换来获取因此，当前的热泵系统在研究及设计时，主要是对其蒸发器结构进行优化，最常用的方法是增加蒸发器的换热面积、提高换热器的换热效率等，但在实际使用中发现，通过蒸发器从环境吸热的过程仅在冷媒与外界环境存在较大温差时，其工作效率才能显著提高，若当冷媒介质温度与外界环境温度接近，或高于外界环境温度时，则冷媒通过蒸发器进行吸热效率将大大降低，甚至会出现冷媒向外界空气放热的现象，从而极大的限制了热泵系统的工作效率，尤其是在低温环境下当前热泵系统效率尤为低下；同时热泵系统原理是“逆卡诺循环”，该理论明确指出系统效率与热泵系统温差和最终热量输出目标温度有关，温差越大、效率越低；现有一个压缩式热泵系统其吸热、放热环节通常只有一个，因此通常忽略不同阶段温度需求，而简单采用阶段性工作（如冰箱制冷输出温度很低-30℃，通过启停控制实现较低制冷目标-18℃）、温度混合（如用空气源热泵热水器70℃的热水混合冷水获得40℃洗澡、取暖用温水），热源和热输出目标温差较大，因此增加了压缩机的工作负担，降低了压缩机的工作效率，另一方面也增加了热泵系统的运行能耗，除此之外，当前的热泵系统在进行供热时，其供热温度的调节性能较差，主要是通过调节压缩机运行状态来实现的，因此一方面造成温度调节范围较窄，不能有效满足使用的需要，另一方面也增加了压缩机运行的负担及压缩机控制系统的复杂程度，因此迫切需要开发一种全新的热泵系统以克服当前热泵系统中存在的诸多不足。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种高效压缩式热泵系统及其工作方法，该发明结构简单合理，一方面有拓宽了冷媒介质蒸发吸热的温度范围，提高了热泵系统工作效率，降低了运行能耗，同时并显著提高了在热泵系统在低温环境下的运行效率，另一方面提高了热泵系统温度输出的范围和温度调节的灵活性及便利性，从而有效的提高了热泵系统的工作效率，降低了热泵系统的运行能耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种高效压缩式热泵系统，包括压缩机、冷凝回路及蒸发回路，压缩机通过连接管路其进气端与蒸发回路连通，出气端与冷凝回路连通，冷凝回路包括高温涡流管、高温冷凝器、低温冷凝器、高温节调节阀、高温混合器及中温冷凝器，其中高温涡流管的进气口通过连接管路与压缩机出气口连通，其高温出汽口及低温出汽口通过连接管路分别与高温冷凝器及低温冷凝器连通，其中高温涡流管低温出汽口与低温冷凝器连通的连接管路上设高温节调节阀，高温混合器另通过连接管路分别与高温冷凝器及低温冷凝器连通，蒸发回路包括中温蒸发器、低温涡流管、高温蒸发器、低温蒸发器、低温调节阀及低温混合器，低温涡流管进气口通过连接管路与中温蒸发器连通，其高温出气口及低温出气口另通过连接管路分别与高温蒸发器、低温蒸发器连通，其中低温涡流管的低温出气口与低温蒸发器连通的连接管路上设低温调节阀，低温混合器分别与高温蒸发器、低温蒸发器及压缩机进气口通过连接管路连接，中温冷凝器另通过连接管路与中温蒸发器连通，且中温冷凝器与中温蒸发器连接管路间设节流阀。

进一步的，所述的高温节调节阀、低温调节阀及节流阀均为电磁控制阀。

进一步的，所述的高温涡流管及低温涡流管各至少一个，且多个同类涡流管间并联。

高效压缩式热泵系统的工作方法，包括如下步骤：

第一步，冷媒压缩，通过压缩机将经过蒸发回路蒸发后的低温低压冷媒介质进行压缩，使其成为高压高温冷媒介质，并通过连接管路将其输送至冷凝回路中；

第二步，冷媒放热，经过压缩机的高温高压冷媒进入冷凝回路后，首先通过高温涡流管对其进行分流，一方面使冷媒在高温涡流管中进一步增温并从高温涡流管的高温出汽口排出，并通过高温冷凝器对外界进行高温放热冷凝，另一方面使冷媒在高温涡流管内降温从高温涡流管低温出气口排出，并通过低温冷凝器对外界进行低温放热冷凝，经过高温冷凝器和经过低温冷凝器放热冷凝后的冷媒进入高温混合器中进行温度中和形成中温冷媒，然后将中温冷媒经过中温冷凝器进行中温放热冷凝，然后通过连接管路输送到蒸发回路中，从而实现冷媒同时实现高温、中温及低温放热；

第三步，冷媒蒸发，从中温冷凝器中传输的冷媒首先进入到中温蒸发器中，使从冷媒从外界进行吸热蒸发，对冷媒进行中温段吸热蒸发，然后将经过中温蒸发后的冷媒通入到低温涡流管中，一方面是经过中温蒸发的冷媒温度进一步升高，并从低温涡流管的高温出气口排出，然后通过高温蒸发器进行高温段吸热蒸发，另一方面对经过中温蒸发后的冷媒进行降温，并从低温涡流管的低温出气口排出，然后通过低温蒸发器进行低温段吸热蒸发，最后经经过高温吸热蒸发的冷媒与经过低温吸热的冷媒在低温混合器进行混合，形成高温混合冷媒，并将混合后的高温混合冷媒输送到压缩机中，并再次自第一步开始循环运行。

其中，第二步中的低温冷凝器和第三步中的高温蒸发器另可由连接管道替代。

本发明结构简单合理，一方面有拓宽了冷媒介质蒸发吸热的温度范围，提高了热泵系统工作效率，降低了运行能耗，同时并显著提高了在热泵系统在低温环境下的运行效率，另一方面增加了热泵系统温度输出的范围和提高了温度调节的灵活性及便利性，从而有效的提高了热泵系统的工作效率，降低了热泵系统的运行能耗。

附图说明            

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明使用流程图。

具体实施方式                   

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所述的一种高效压缩式热泵系统，包括压缩机1、冷凝回路2及蒸发回路3，压缩机1通过连接管路4其进气端与蒸发回路3连通，出气端与冷凝回路2连通。

本实施例中，所述的冷凝回路2包括高温涡流管5、高温冷凝器6、低温冷凝器7、高温节调节阀8、高温混合器9及中温冷凝器10，其中高温涡流管5的进气口通过连接管路4与压缩机1出气口连通，其高温出汽口及低温出汽口通过连接管路4分别与高温冷凝器6及低温冷凝器7连通，其中高温涡流管5低温出汽口与低温冷凝器7连通的连接管路4上设高温节调节阀8，高温混合器9另通过连接管路4分别与高温冷凝器6及低温冷凝器7连通。

本实施例中，所述的蒸发回路3包括中温蒸发器11、低温涡流管12、高温蒸发器13、低温蒸发器14、低温调节阀15及低温混合器16，低温涡流管12进气口通过连接管路4与中温蒸发器11连通，其高温出气口及低温出气口另通过连接管路4分别与高温蒸发器13、低温蒸发器14连通，其中低温涡流管12的低温出气口与低温蒸发器14连通的连接管路4上设低温调节阀15，低温混合器16分别与高温蒸发器13、低温蒸发器14及压缩机1进气口通过连接管路4连接。

本实施例，所述的中温冷凝器10另通过连接管路4与中温蒸发器11连通，且中温冷凝器10与中温蒸发器11连接管路4间设节流阀17。

本实施例中，所述的高温节调节阀8、低温调节阀15及节流阀17均为电磁控制阀。

本实施例中，所述的高温涡流管5及低温涡流管12各至少一个，且多个同类涡流管间并联。

如图2所述的一种高效压缩式热泵系统的工作方法，包括如下步骤：

第一步，冷媒压缩，通过压缩机将经过蒸发回路蒸发后的低温低压冷媒介质进行压缩，使其成为高压高温冷媒介质，并通过连接管路将其输送至冷凝回路中；

第二步，冷媒放热，经过压缩机的高温高压冷媒进入冷凝回路后，首先通过高温涡流管对其进行分流，一方面使冷媒在高温涡流管中进一步增温并从高温涡流管的高温出汽口排出，并通过高温冷凝器对外界进行高温放热冷凝，另一方面使冷媒在高温涡流管内降温从高温涡流管低温出气口排出，并通过低温冷凝器对外界进行低温放热冷凝，经过高温冷凝器和经过低温冷凝器放热冷凝后的冷媒进入高温混合器中进行温度中和形成中温冷媒，然后将中温冷媒经过中温冷凝器进行中温放热冷凝，然后通过连接管路输送到蒸发回路中，从而实现冷媒同时实现高温、中温及低温放热；

第三步，冷媒蒸发，从中温冷凝器中传输的冷媒首先进入到中温蒸发器中，使从冷媒从外界进行吸热蒸发，对冷媒进行中温段吸热蒸发，然后将经过中温蒸发后的冷媒通入到低温涡流管中，一方面是经过中温蒸发的冷媒温度进一步升高，并从低温涡流管的高温出气口排出，然后通过高温蒸发器进行高温段吸热蒸发，另一方面对经过中温蒸发后的冷媒进行降温，并从低温涡流管的低温出气口排出，然后通过低温蒸发器进行低温段吸热蒸发，最后经经过高温吸热蒸发的冷媒与经过低温吸热的冷媒在低温混合器进行混合，形成高温混合冷媒，并将混合后的高温混合冷媒输送到压缩机中，并再次自第一步开始循环运行。

其中，第二步中的低温冷凝器和第三步中的高温蒸发器另可由连接管道替代。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高效压缩式热泵系统，其特征在于：其包括压缩机、冷凝回路及蒸发回路，所述的压缩机通过连接管路其进气端与蒸发回路连通，出气端与冷凝回路连通，所述的冷凝回路包括高温涡流管、高温冷凝器、低温冷凝器、高温节调节阀、高温混合器及中温冷凝器，其中所述的高温涡流管的进气口通过连接管路与压缩机出气口连通，其高温出汽口及低温出汽口通过连接管路分别与高温冷凝器及低温冷凝器连通，其中所述的高温涡流管低温出汽口与低温冷凝器连通的连接管路上设高温节调节阀，所述的高温混合器另通过连接管路分别与高温冷凝器及低温冷凝器连通，所述的蒸发回路包括中温蒸发器、低温涡流管、高温蒸发器、低温蒸发器、低温调节阀及低温混合器，所述的低温涡流管进气口通过连接管路与中温蒸发器连通，其高温出气口及低温出气口另通过连接管路分别与高温蒸发器、低温蒸发器连通，其中所述的低温涡流管的低温出气口与低温蒸发器连通的连接管路上设低温调节阀，所述的低温混合器分别与高温蒸发器、低温蒸发器及压缩机进气口通过连接管路连接，所述的中温冷凝器另通过连接管路与中温蒸发器连通，且中温冷凝器与中温蒸发器连接管路间设节流阀。

2.根据权利要求1所述的一种高效压缩式热泵系统，其特征在于，所述的高温节调节阀、低温调节阀及节流阀均为电磁控制阀。

3.根据权利要求1所述的一种高效压缩式热泵系统，其特征在于，所述的高温涡流管及低温涡流管各至少一个，且多个同类涡流管间并联。

4.一种利用权利要求1至3任意一项所述高效压缩式热泵系统的工作方法，其特征在于，其包括如下步骤：

第一步，冷媒压缩，通过压缩机将经过蒸发回路蒸发后的低温低压冷媒介质进行压缩，使其成为高压高温冷媒介质，并通过连接管路将其输送至冷凝回路中；

第二步，冷媒放热，经过压缩机的高温高压冷媒进入冷凝回路后，首先通过高温涡流管对其进行分流，一方面使冷媒在高温涡流管中进一步增温并从高温涡流管的高温出汽口排出，并通过高温冷凝器对外界进行高温放热冷凝，另一方面使冷媒在高温涡流管内降温从高温涡流管低温出气口排出，并通过低温冷凝器对外界进行低温放热冷凝，经过高温冷凝器和经过低温冷凝器放热冷凝后的冷媒进入高温混合器中进行温度中和形成中温冷媒，然后将中温冷媒经过中温冷凝器进行中温放热冷凝，然后通过连接管路输送到蒸发回路中，从而实现冷媒同时实现高温、中温及低温放热；

第三步，冷媒蒸发，从中温冷凝器中传输的冷媒首先进入到中温蒸发器中，使从冷媒从外界进行吸热蒸发，对冷媒进行中温段吸热蒸发，然后将经过中温蒸发后的冷媒通入到低温涡流管中，一方面是经过中温蒸发的冷媒温度进一步升高，并从低温涡流管的高温出气口排出，然后通过高温蒸发器进行高温段吸热蒸发，另一方面对经过中温蒸发后的冷媒进行降温，并从低温涡流管的低温出气口排出，然后通过低温蒸发器进行低温段吸热蒸发，最后经经过高温吸热蒸发的冷媒与经过低温吸热的冷媒在低温混合器进行混合，形成高温混合冷媒，并将混合后的高温混合冷媒输送到压缩机中，并再次自第一步开始循环运行。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述的第二步中的低温冷凝器和第三步中的高温蒸发器另可由连接管道替代。