CN105588357B - 一种热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种热泵系统，主要解决现有热泵系统对高温热源利用率低的问题。本发明提供的热泵系统具有两套冷媒循环回路，将其中一冷媒循环回路中冷凝器流出冷媒与另一冷媒循环回路将要流入蒸发器入口的冷媒在中间换热装置内进行热量交换，通过设置中间换热装置使得两冷媒循环回路的蒸发温度和冷凝温度均不相同，不同的蒸发温度使得热泵系统不仅能够利用高温热源的高温部分，还能够利用到高温热源的中低温部分，大大提高了对高温热源的利用率，而不同的冷凝温度能够对被加热介质产生梯度加热效果，从而减小冷凝器工作温差，提高热泵系统的制热性能系数。
Description
技术领域
本发明涉及热泵领域，具体涉及一种热泵系统。
背景技术
常规的高温热泵一般采用如图1所示的单级压缩热泵循环系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器。为了获取较高的供热温度，具有较高临界温度的冷媒一般工作在较高冷凝温度下，与被加热介质之间的工作温差较大，当热源温度较低时，热泵制热性能系数COP较低；当热源温度较高例如为工业余热时，仅能利用热源的高温部分而浪费了中低温部分。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种热泵系统，以解决现有技术中存在的对高温热源利用率低的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种热泵系统，包括第一冷媒循环回路、第二冷媒循环回路和中间换热装置，所述中间换热装置包括相互之间进行换热的第一冷媒通路和第二冷媒通路；
所述第一冷媒通路连接于所述第一冷媒循环回路的冷凝器出口与节流装置入口之间；
所述第二冷媒通路连接于所述第二冷媒循环回路的节流装置出口与第二蒸发器入口之间，所述第二冷媒循环回路的第二蒸发器上并联有分流支路，所述分流支路上设置有流量控制阀，当所述第二蒸发器停止工作时，所述流量控制阀打开，所述第二冷媒循环回路内的冷媒进入所述分流支路以减小所述第二蒸发器的压降，在所述中间换热装置中，所述第二冷媒通路内的冷媒能够对第一冷媒通路内的液态冷媒进行过冷。
优选的，所述分流支路上设置有流量控制阀。
优选的，所述流量控制阀为电磁二通阀。
优选的，所述第一冷媒循环回路的压缩机为一个或者并联设置的至少两个；和/或，
所述第二冷媒循环回路的压缩机为一个或者并联设置的至少两个。
优选的，所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路内的冷媒为临界温度高于T1、标准沸点低于T2的单一冷媒或混合冷媒；
其中，100℃≤T1≤200℃，-45℃≤T2≤45℃。
优选的，所述中间换热装置为套管换热器、板式换热器或微通道换热器。
优选的，所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的节流装置为毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管或节流孔板。
优选的，所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的压缩机为变容式压缩机或变频式压缩机。
优选的，所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的蒸发器为翅片管式换热器、套管换热器、板式换热器、壳管换热器或微通道换热器；
所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的冷凝器为翅片管式换热器、套管换热器、板式换热器、壳管换热器或微通道换热器。
本发明的有益效果是：
本发明提供的热泵系统具有两套冷媒循环回路，将其中一冷媒循环回路中冷凝器流出冷媒与另一冷媒循环回路将要流入蒸发器入口的冷媒在中间换热装置内进行热量交换，通过设置中间换热装置使得两冷媒循环回路的蒸发温度和冷凝温度均不相同，不同的蒸发温度使得热泵系统不仅能够利用高温热源的高温部分，还能够利用到高温热源的中低温部分，大大提高了对高温热源的利用率，而不同的冷凝温度能够对被加热介质产生梯度加热效果，从而减小冷凝器工作温差，提高热泵系统的制热性能系数。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有的单级压缩热泵循环系统的示意图；
图2是本发明提供的热泵系统的结构示意图之一；
图3是本发明提供的热泵系统的结构示意图之二。
图中，1’、压缩机；2’、冷凝器；3’、节流装置；4’、蒸发器；
11、第一压缩机；12、第二压缩机；21、第一冷凝器；22、第二冷凝器；31、第一节流装置；32、第二节流装置；41、第一蒸发器；42、第二蒸发器；5、中间换热装置；6、分流支路；7、电磁二通阀。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
下面参照图2和图3说明本发明的热泵系统的实施例。
如图2所示，本发明提供了一种热泵系统，包括两套冷媒循环回路，即第一冷媒循环回路和第二冷媒循环回路，还包括一个中间换热装置5，通过中间换热装置5将第一冷媒循环回路和第二冷媒循环回路耦合在一起。
具体的，第一冷媒循环回路包括经管路依次连接的第一压缩机11、第一冷凝器21、第一节流装置31和第一蒸发器41，第二冷媒循环回路包括经管路依次连接的第二压缩机12、第二冷凝器22、第二节流装置32和第二蒸发器42。
中间换热装置5包括第一冷媒通路和第二冷媒通路，两条冷媒通路之间可进行相互换热。第一冷媒通路的一端与第一冷凝器21的出口连接，另一端与第一节流装置31的入口连接。第二冷媒通路的一端与第二节流装置32的出口连接，另一端与第二蒸发器42的入口连接。
该热泵系统的工作过程为：
第一冷媒循环回路的第一压缩机11将冷媒压缩成高温高压的气体后送入第一冷凝器21内，在第一冷凝器21内过冷为高压液体后进入中间换热装置5的第一冷媒通路，第二冷媒循环回路的第二压缩机12将冷媒压缩成高温高压的气体后送入第二冷凝器22内，在第二冷凝器22内过冷为高压液体，然后经第二节流装置32节流变为低温低压双相流体后进入中间换热装置5的第二冷媒通道，在中间换热装置5内，第一冷媒通路内的冷媒与第二冷媒通路内的冷媒进行换热，第一冷媒通路内的高压液体得到进一步冷却，然后经第一节流装置31节流后进入第一蒸发器41蒸发气化，气化的冷媒回到第一压缩机11内完成一个循环，而第二冷媒通路内的低温低压双相流体的部分液态冷媒吸热气化，然后进入第二蒸发器42完全蒸发气化，气化的冷媒回到第二压缩机12内完成一个循环。
从上述的工作过程可知，由于在中间换热装置5内的换热，使得两冷媒循环回路的蒸发温度和冷凝温度均不相同，即第一冷媒循环回路的冷凝温度较低，第二冷媒循环回路的蒸发温度较高。由于两套冷媒循环回路的蒸发温度不同，因此使得两套冷媒循环回路中的蒸发器能够梯度的吸收热源的热量，不仅能够利用高温热源的高温部分，还能够利用到高温热源的中低温部分，大大提高了对高温热源的利用率，而由于两套冷媒循环回路的冷凝温度不同，因此使得两套冷媒循环回路中的冷凝器能够对被加热介质产生梯度加热效果，从而减小冷凝器工作温差，提高热泵系统的制热性能系数。
其中，第一压缩机11和第二压缩机12均可以是一个，也可以是并联设置的至少两个，可以是变容式压缩机，也可以是变频式压缩机，如转子压缩机、涡旋压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机等。中间换热装置5的结构不限，能够提供两路冷媒通路并实现相互之间的换热即可，例如可以是套管换热器、板式换热器、微通道换热器等。第一节流装置31和第二节流装置32的具体结构不限，能够实现节流降压作用的结构均可，例如毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管、节流孔板等。第一蒸发器41、第二蒸发器42、第一冷凝器21以及第二冷凝器22的具体结构不限，能够实现换热的结构即可，例如翅片管式换热器、套管换热器、板式换热器、壳管换热器、微通道换热器等。
第一冷媒循环回路内的冷媒与第二冷媒循环回路内的冷媒可以相同也可以不同，优选采用临界温度高于T1、标准沸点低于T2的单一冷媒或混合冷媒，100℃≤T1≤200℃，-45℃≤T2≤45℃，进一步优选的，125℃≤T1≤185℃，-35℃≤T2≤35℃。
在一个优选实施例中，如图3所示，在第二蒸发器42上并联有分流支路6，对由第二冷媒通路流出的冷媒进行分流，从而控制流入第二蒸发器42内的冷媒量，例如，在分流支路6上设置流量控制阀，进一步优选的，流量控制阀为电磁二通阀7，当第二蒸发器42停止工作时，电磁二通阀7打开，大部分冷媒进入分流支路以减小第二蒸发器42的压降，在中间换热装置5中，仍然能够对第一冷媒通路内的液态冷媒产生过冷效果，进一步提高热泵系统对热源低温部分的利用率。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，示例实施例被提供，以使本公开是全面的，并将其范围充分传达给本领域技术人员。很多特定细节(例如特定部件、设备和方法的示例)被给出以提供对本公开的全面理解。本领域技术人员将明白，不需要采用特定细节，示例实施例可以以很多不同的形式被实施，并且示例实施例不应被理解为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，众所周知的设备结构以及众所周知的技术没有详细描述。
当一元件或层被提及为在另一元件或层“上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、被直接接合、连接或联接到另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当一元件被提及为“直接”在另一元件或层“上”、“直接被接合到”、“直接被连接到”或“直接被联接到”另一元件或层时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以相似方式被解释(例如，“之间”与“直接在之间”，“邻近”与“直接邻近”等)。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或更多关联的所列项目中的任一或全部组合。
虽然术语第一、第二、第三等在此可被用于描述各个元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、区域、层或区段区分开。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数值术语当在此使用时不意味着次序或顺序，除非上下文明确指出。因而，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不背离示例实施例的教导。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热泵系统，其特征在于：包括第一冷媒循环回路、第二冷媒循环回路和中间换热装置(5)，所述中间换热装置(5)包括相互之间进行换热的第一冷媒通路和第二冷媒通路；
所述第一冷媒通路连接于所述第一冷媒循环回路的冷凝器(21)出口与节流装置(31)入口之间；
所述第二冷媒通路连接于所述第二冷媒循环回路的节流装置(32)出口与第二蒸发器(42)入口之间，所述第二冷媒循环回路的第二蒸发器(42)上并联有分流支路(6)，所述分流支路(6)上设置有流量控制阀，当所述第二蒸发器(42)停止工作时，所述流量控制阀打开，所述第二冷媒循环回路内的冷媒进入所述分流支路(6)以减小所述第二蒸发器(42)的压降，在所述中间换热装置(5)中，所述第二冷媒通路内的冷媒能够对第一冷媒通路内的液态冷媒进行过冷。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：所述流量控制阀为电磁二通阀(7)。
3.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一冷媒循环回路的压缩机(11)为一个或者并联设置的至少两个；和/或，
所述第二冷媒循环回路的压缩机(12)为一个或者并联设置的至少两个。
4.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路内的冷媒为临界温度高于T1、标准沸点低于T2的单一冷媒或混合冷媒；
其中，100℃≤T1≤200℃，-45℃≤T2≤45℃。
5.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述中间换热装置(5)为套管换热器、板式换热器或微通道换热器。
6.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的节流装置(31、32)为毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管或节流孔板。
7.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的压缩机(11、12)为变容式压缩机或变频式压缩机。
8.根据权利要求1至2任一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的蒸发器(41、42)为翅片管式换热器、套管换热器、板式换热器、壳管换热器或微通道换热器；
所述第一冷媒循环回路和/或所述第二冷媒循环回路的冷凝器(21、22)为翅片管式换热器、套管换热器、板式换热器、壳管换热器或微通道换热器。
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