CN107270536A - 一种复叠式热泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种复叠式热泵，包括：一级压缩循环管路和二级压缩循环管路，所述一级压缩循环管路设置有第一换热器(1)；第二换热器(2)，内部储存有水，连接于所述一级压缩循环管路和所述二级压缩循环管路之间，用于将从所述一级压缩循环管路中吸收的热量传递给所述二级压缩循环管路，或吸收所述一级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水；储水箱(3)，设置在所述二级压缩循环管路中，用于吸收所述二级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水。本发明提供了一种在减少换热器的数量的前提下，仍能够保证两级压缩的换热效率，以加热冷水，同时实现资源配置利用的最大化的复叠式热泵。
Description
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种复叠式热泵。
背景技术
热泵热水器，也称空气能热水器，是把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，压缩后的高温热能以此来加热水温。热泵热水器克服了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的缺点。由于空气能热水器的工作是通过介质换热，因此其不需要电加热元件与水直接接触，避免了电热水器漏电的危险，也防止了燃气热水器有可能爆炸和中毒的危险，更有效控制了燃气热水器排放废气造成的空气污染。热泵热水器通常包括压缩机、管翅换热器和储水水箱，由于现有技术的热泵热水器一般采用单级压缩机，低温运行时压缩机的压缩比较大，造成热泵热水器可靠性较低。
为了解决上述技术问题，申请人提出了一种复叠式热泵热水器，包括：设置有第一换热器的一级压缩循环管路、设置有第二换热器的二级压缩循环管路、连接于一级压缩循环管路和二级压缩循环管路之间的第三换热器以及设置在二级压缩循环管路中的储水箱，实现了根据外界环境温度的不同启用不同的压缩循环管路，在满足加热水的前提下，减少了不必要的能源浪费。但是在只启用二级压缩循环管路时，由于压缩循环管路中的热量不足以加热储水箱中的水，此时需要启动第二换热器，而该第二换热器在一级压缩循环管路和二级压缩循环管路同时启动时并不工作，因此造成第二换热器在两级压缩同时进行时处于闲置状态，不能实现资源配置利用的最大化。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的复叠式热泵热水器在两级压缩同时进行时一个换热器处于闲置状态，资源利用率较低的缺陷，从而提供一种在减少换热器的数量的前提下，仍能够保证两级压缩的换热效率，以加热冷水，同时实现资源配置利用的最大化的复叠式热泵。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复叠式热泵，包括：
一级压缩循环管路和二级压缩循环管路，所述一级压缩循环管路设置有第一换热器；
第二换热器，内部储存有水，连接于所述一级压缩循环管路和所述二级压缩循环管路之间，用于将从所述一级压缩循环管路中吸收的热量传递给所述二级压缩循环管路，或吸收所述一级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水；
储水箱，设置在所述二级压缩循环管路中，用于吸收所述二级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水。
所述的复叠式热泵，还包括进出水管路，所述进出水管路与所述第二换热器和所述储水箱同时连通，用于向所述第二换热器和所述储水箱中供水。
所述的复叠式热泵，所述第二换热器包括一个保温水箱和设置于所述保温水箱中的两条管路，一条管路与所述一级压缩循环管路连通，另一条管路与所述二级压缩循环管路连通。
所述的复叠式热泵，所述保温水箱上分别设置有第一进水口和第一出水口，所述储水箱上分别设置有第二进水口和第二出水口，所述第一进水口、第二进水口分别与所述进出水管路的进水管路连通，所述第一出水口和第二出水口分别与所述进出水管路的出水管路连通。
所述的复叠式热泵，在所述进水管路和出水管路上分别设置有一用于控制所述进出水管路与所述保温水箱或所述储水箱连通，使得水流在所述保温水箱或所述储水箱中保持流动状态的三通阀。
所述的复叠式热泵，所述管路为盘管，两条盘管在所述保温水箱中交错分布。
所述的复叠式热泵，所述一级压缩循环管路包括依次连接的一级压缩机、第二换热器、第一储液器、第一节流装置、第一换热器和第一气液分离器；和/或
所述二级压缩循环管路包括依次连接的二级压缩机、储水箱、第二储液器、第二节流装置、第二换热器和第二汽液分离器。
所述的复叠式热泵，在所述第一换热器的外侧还设置有一用于提供对流的送风装置。
所述的复叠式热泵，在所述一级压缩机和所述第二换热器之间以及所述二级压缩机和所述储水箱之间各设置有一换向阀。
所述的复叠式热泵，所述换向阀为四通换向阀。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的复叠式热泵，第二换热器内部储存有水，在一级压缩循环管路和二级压缩循环管路同时工作时，用于将从一级压缩循环管路中吸收的热量传递给二级压缩循环管路，以加热储水箱中的水；当只有一级压缩循环管路工作时，第二换热器直接吸收一级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水，即此时的第二换热器作为储水箱使用，同时第一换热器处于正常工作状态以提供所需的热量，因此本发明虽然减少了一个换热器，但是一级压缩和两级压缩仍可以正常运行，实现了资源配置利用的最大化。
2.本发明提供的复叠式热泵，还包括进出水管路，进出水管路与第二换热器和储水箱同时连通，可以随时向第二换热器和储水箱中供水，并根据需求使得第二换热器和储水箱中的水分别保持流动状态，从而将加热后的水及时输送出系统并加以利用。
3.本发明提供的复叠式热泵，第二换热器包括一个保温水箱和设置于保温水箱中的两条管路，一条管路与一级压缩循环管路连通，另一条管路与二级压缩循环管路连通；管路为盘管，两条盘管在保温水箱中交错分布，充分利用保温水箱内部的空间，增大两条管路之间的换热面积，提高换热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的复叠式热泵的工作原理示意图。
附图标记说明：
1-第一换热器；2-第二换热器；3-储水箱；4-进出水管路；5-三通阀；6-一级压缩机；7-第一储液器；8-第一节流装置；9-第一气液分离器；10-二级压缩机；20-第二储液器；30-第二节流装置；40-第二气液分离器；50-送风装置；60-第一四通换向阀；70-第二四通换向阀；21-保温水箱；22-管路；31-第二进水口；32-第二出水口；41-进水管路；42-出水管路；211-第一进水口；212-第一出水口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示的复叠式热泵的一种具体实施方式，包括一级压缩循环管路和二级压缩循环管路，所述一级压缩循环管路设置有第一换热器1。每一级压缩循环管路中的冷媒在经过压缩处理后均由低温低压制冷剂气体转变为高温高压制冷剂气体，由此获得热量，用于与循环管路中的设备进行热量交换。第二换热器2，内部储存有水，连接于所述一级压缩循环管路和所述二级压缩循环管路之间，当一级压缩循环管路和二级压缩循环管路同时工作时，用于将从所述一级压缩循环管路中吸收的热量传递给所述二级压缩循环管路，或当只有一级压缩循环管路工作时，第二换热器2用作储水箱，吸收所述一级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水。在本实施例中，一级压缩循环管路为图1中的左侧部分，二级压缩循环管路为图1中的右侧部分，第二换热器2位于图1的中央，第二换热器2设置在整个装置的中间更便于将从一级压缩循环管路中吸收的热量迅速传递给二级压缩循环管路。储水箱3，设置在所述二级压缩循环管路中，用于吸收所述二级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水，以满足人们对热水的使用需求。储水箱3吸收的热量包括三部分：一级压缩循环管路冷媒压缩后获得的热量，冷媒与外界交换吸收的热量以及二级压缩循环管路冷媒压缩后获得的热量，这样即使在外界温度较低的情况下，由于一级压缩循环管路已经预先提供了一定的热量，二级压缩循环管路在此基础上继续进行冷媒的压缩时，需要消耗的功率就较小，因此对于加热同样体积的水而言，本发明的技术方案减小了每一级压缩循环管路的负担，降低了生产成本。第一换热器1和第二换热器2均可以为双介质换热器，也可以为三介质换热器。当外界温度较低时，例如冬季，第一换热器1和第二换热器2均作为换热器使用；当外界温度较高时，例如春秋季节，第一换热器1作为换热器使用，第二换热器2则作为储水箱使用。这样不仅能够保证可以将储水箱中的水及时加热以满足使用需求，还尽可能降低了能源的浪费，实现了资源配置利用的最大化。
还包括进出水管路4，所述进出水管路4与所述第二换热器2和所述储水箱3同时连通，用于向所述第二换热器2和所述储水箱3中供水。当一级压缩循环管路和二级压缩循环管路同时工作时，先将第二换热器2和储水箱3中均充满水，然后关闭第二换热器2的进水口和出水口，而储水箱3进水口和出水口则处于打开状态，储水箱3中的水被加热后及时输送至用户端；第二换热器2中的水则将从一级压缩循环管路中吸收的热量传递给经过第二换热器2的冷媒。当只有一级压缩循环管路工作时，储水箱3的进水口和出水口均处于关闭状态，第二换热器2的进水口和出水口则处于打开状态，第二换热器2中的水被加热后及时输送至用户端。
所述第二换热器2包括一个保温水箱21和设置于所述保温水箱21中的两条管路22，一条管路与所述一级压缩循环管路连通，另一条管路与所述二级压缩循环管路连通。在本实施例中，所述管路22为不锈钢盘管，两条盘管在所述保温水箱21中交错分布，以增大换热面积。
所述保温水箱21上分别设置有第一进水口211和第一出水口212，以及分别与两条管路22连通的开口；所述储水箱3上分别设置有第二进水口31和第二出水口32。所述第一进水口211、第二进水口31分别与所述进出水管路的进水管路41连通，所述第一出水口212和第二出水口32分别与所述进出水管路的出水管路42连通，水流通过不同的进水管路41分别进入保温水箱21和储水箱3中。
在所述进水管路41和出水管路42上分别设置有一用于控制所述进出水管路与所述保温水箱21或所述储水箱3连通，使得水流在所述保温水箱21或所述储水箱3中保持流动状态的三通阀5。三通阀5通电，进出水管路与保温水箱21连通；三通阀5断电，进出水管路与储水箱3连通。
在本实施例中，所述一级压缩循环管路包括依次连接的一级压缩机6、第二换热器2、第一储液器7、第一节流装置8、第一换热器1和第一气液分离器9；和所述二级压缩循环管路包括依次连接的二级压缩机10、储水箱3、第二储液器20、第二节流装置30、第二换热器2和第二汽液分离器40。一级压缩机6和二级压缩机10用于将循环管路中的冷媒由低温低压气体转变为高温高压气体；第一储液器7和第二储液器20用于将冷媒与第二换热器2或储水箱3在热交换后冷凝的液体进行储存；第一节流装置8和第二节流装置30用于将冷媒中的气体进行冷却形成低温低压的气液混合物；第一换热器1用于将循环管路中的低温低压的气液混合物与外界空气进行热量交换，以吸收外界空气中的热量，蒸发后变成气体；第一气液分离器9和第二气液分离器40用于将蒸发后的气体中的少量液体进行分离后分别送入一级压缩机和二级压缩机进行压缩，从而完成一个循环。
在所述第一换热器1的外侧还设置有一用于提供对流的送风装置50。在本实施例中，送风装置50为风机，安装在第一换热器1的一侧，以将外界空气及时送入第一换热器1中，加快热量的交换。
在所述一级压缩机6和所述第二换热器2之间以及所述二级压缩机10和所述储水箱3之间各设置有一换向阀。在本实施例中，所述换向阀为四通换向阀，分别为第一四通换向阀60和第二四通换向阀70。当冷媒从一级压缩机6和二级压缩机10中输出时，分别经过第一四通换向阀60和第二四通换向阀70的下开口和上开口；当冷媒从第一换热器1和第二换热器2中输出时，则分别经过第一四通换向阀60和第二四通换向阀70的左开口和右开口，再进入第一气液分离器9和第二气液分离器40进行气体和液体的分离，这样就保证了冷媒在循环过程中不同阶段的独立性，不会产生相互干扰，进而形成一个工作循环，同时节省了换向阀的使用数量。
作为一种替代实施方式，也可以在一级压缩机6和二级压缩机10的两侧各设置一个双向换向阀，将上述各个组件顺次连接即可。
在外界环境温度低于10℃时，复叠式热泵启动双级压缩：为了防止第二换热器中的压力过高，一般是先启动二级压缩循环管路60～90s后，再启动一级压缩循环管路，此时二级压缩循环管路关闭。一级压缩机将其中的冷媒压缩后转变为高温高压的制冷剂气体经第一四通换向阀输送至第二换热器中进行放热，第二换热器中的水吸收热量，二级压缩循环管路由于预先启动了一定时间，因此此时管路中的冷媒可以吸收第二换热器中水的热量，以降低第二换热器中的压力；放热后的冷媒进入第一储液器中将冷凝后的液体进行储存，然后经过第一节流装置转变为低温低压的气液混合物，再进入第一换热器与外界空气进行换热，吸收外界空气的热量后，再次经第一四通换向阀进入第一气液分离器中进行气体和液体的分离，最后回到一级压缩机中形成循环。
在启动一级压缩机一定的时间后，该时间可以根据实际的需求进行设定，启动二级压缩机，二级压缩机将吸收了一级压缩循环管路中的热量的冷媒压缩后转变为高温高压的制冷剂气体经第二四通换向阀输送至储水箱中，进而对储水箱中的水进行加热；放热后的冷媒进入第二储液器中将冷凝后的液体进行储存，然后经第二节流装置转变为低温低压的气液混合物，气液混合物进入第二换热器中，吸收一级压缩循环管路的热量，并再次经过第二四通换向阀进入第二气液分离器中进行气体和液体的分离，最后回到二级压缩机中形成循环。
在外界环境温度高于10℃时，机组只启动一级压缩机，只运行一级压缩循环管路，这是由于外界环境温度较高，能够提供一部分热量用于加热第二换热器中的水，仅需要一级压缩循环管路提供剩余的另一部分热量即可，对热量的需求较小。一级压缩机将其中的冷媒压缩后转变为高温高压的制冷剂气体经第一四通换向阀输送至第二换热器中，进而对第二换热器的保温水箱中的水进行加热；放热后的冷媒进入第一储液器中将冷凝后的液体进行储存，然后经第一节流装置转变为低温低压的气液混合物，气液混合物进入第一换热器中与外界空气进行换热，吸收外界空气的热量后，经第一四通换向阀进入第一气液分离器中进行气体和液体的分离，最后回到一级压缩机中形成循环。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种复叠式热泵，其特征在于，包括：
一级压缩循环管路和二级压缩循环管路，所述一级压缩循环管路设置有第一换热器(1)；
第二换热器(2)，内部储存有水，连接于所述一级压缩循环管路和所述二级压缩循环管路之间，用于将从所述一级压缩循环管路中吸收的热量传递给所述二级压缩循环管路，或吸收所述一级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水；
储水箱(3)，设置在所述二级压缩循环管路中，用于吸收所述二级压缩循环管路中的热量以加热内部储存的水。
2.根据权利要求1所述的复叠式热泵，其特征在于，还包括进出水管路(4)，所述进出水管路(4)与所述第二换热器(2)和所述储水箱(3)同时连通，用于向所述第二换热器(2)和所述储水箱(3)中供水。
3.根据权利要求2所述的复叠式热泵，其特征在于，所述第二换热器(2)包括一个保温水箱(21)和设置于所述保温水箱(21)中的两条管路(22)，一条管路与所述一级压缩循环管路连通，另一条管路与所述二级压缩循环管路连通。
4.根据权利要求3所述的复叠式热泵，其特征在于，所述保温水箱(21)上分别设置有第一进水口(211)和第一出水口(212)，所述储水箱(3)上分别设置有第二进水口(31)和第二出水口(32)，所述第一进水口(211)、第二进水口(31)分别与所述进出水管路(4)的进水管路(41)连通，所述第一出水口(212)和第二出水口(32)分别与所述进出水管路(4)的出水管路(42)连通。
5.根据权利要求4所述的复叠式热泵，其特征在于，在所述进水管路(41)和出水管路(42)上分别设置有一用于控制所述进出水管路(4)与所述保温水箱(21)或所述储水箱(3)连通，使得水流在所述保温水箱(21)或所述储水箱(3)中保持流动状态的三通阀(5)。
6.根据权利要求3所述的复叠式热泵，其特征在于，所述管路(22)为盘管，两条盘管在所述保温水箱(21)中交错分布。
7.根据权利要求1-6任一项所述的复叠式热泵，其特征在于，所述一级压缩循环管路包括依次连接的一级压缩机(6)、第二换热器(2)、第一储液器(7)、第一节流装置(8)、第一换热器(1)和第一气液分离器(9)；和/或
所述二级压缩循环管路包括依次连接的二级压缩机(10)、储水箱(3)、第二储液器(20)、第二节流装置(30)、第二换热器(2)和第二汽液分离器(40)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的复叠式热泵，其特征在于，在所述第一换热器(1)的外侧还设置有一用于提供对流的送风装置(50)。
9.根据权利要求7所述的复叠式热泵，其特征在于，在所述一级压缩机(6)和所述第二换热器(2)之间以及所述二级压缩机(10)和所述储水箱(3)之间各设置有一换向阀。
10.根据权利要求9所述的复叠式热泵，其特征在于，所述换向阀为四通换向阀。
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2017
- 2017-07-24 CN CN201710615012.9A patent/CN107270536A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |