CN109028571A - 复叠式空气源热泵 - Google Patents

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Abstract

一种复叠式空气源热泵，其通过对空气中热量的多次换热和压缩，以在中低温环境下对水进行加热，包括：设置在热泵顶部，用以收集和储存热量的集热装置；设置在所述集热装置底部，用以传送热量的换热装置设置在所述换热装置侧面，用以压缩热蒸汽的压缩装置；设置在所述压缩装置底部，用以将所述热蒸汽冷凝成水的冷凝装置；设置在所述冷凝装置底部，用以输出热量的输出装置。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，所述复叠式空气源热泵对制热系统进行复叠，可直接吸收环境温度的低焓值热量，并利用其对生活用水进行加热，无需使用电力或其他能源，加热效率快且值得的热水温度高，热量利用率高，提高了所述复叠式空气源热泵的使用效率。

Description

复叠式空气源热泵
技术领域
本发明涉及空气源供暖制热技术领域，尤其涉及一种复叠式空气源热泵。
背景技术
国家标准GB/T18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第1部分工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组》、GB/T18430.2-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第2部分户用及类似用途的冷水(热泵)机组》规定的空气源热泵制热运行标准工况为环境温度7℃，制取45℃的热水，最低环境温度到-7℃可运行；国家标准GB/T25127.1-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》、GB/T25127.2-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》规定的低环温空气源热泵制热运行的标准工况为环境温度-12℃，制取41℃热水，最低环境温度到-20℃时可运行。但是北方地区，冬季的环境温度往往低于-20℃，而满足上述标准的空气源热泵无法在这些地区运行。
全年提供生活热水已成为现代化高品质生活的重要标志之一，目前传统的电热水器都是直接耗用昂贵的高品质电能，热效率不会超过100％，且存在容易漏电等安全隐患，不符合我国的能源政策及可持续发展战略的要求。传统的太阳能热水器在阴云雨雪天气及冬季等日照不足时主要靠电加热制热水，耗电量大且安全性差，此外还存在供热能力均衡性差，装置全年利用率低等缺点。目前的单一工质的单循环空气源热泵热水器在环境空气温度较低时，由于压缩比大，不能高效率工作甚至不能工作。
中国专利公开号：CN203824164U公开了一种复叠式二氧化碳空气源热泵，该热泵包括低温级制热系统和高温级制热系统，由两级制热系统复叠组成；低温级制热系统和高温级制热系统之间通过冷凝蒸发器或板式换热器进行复叠连接。低温级工质CO2吸收外界低温环境的热量，并将此热量传递给高温级工质R22，高温级工质R22在冷凝器中被使用侧水冷却，将热量传递给使用侧水，最终使用侧水水温升高至45℃，通过风机盘管或地板辐射为北方室内供暖。由此可见，所述热泵存在以下问题：
第一，所述热泵需要多个压缩机和水泵来驱使其运作，需要耗费大量的设备和资源，使用效率低。
第二，所述热泵使用多个换热器进行热量转换，这样转换后热量流失率大。
第三，所述热泵在换热时需要使用二氧化碳这种特定的材料，无法随时进行加热。
发明内容
为此，本发明提供一种复叠式空气源热泵，用以克服现有技术中使用效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种复叠式空气源热泵，其通过对空气中热量的多次换热和压缩，以在中低温环境下对水进行加热，包括：
设置在热泵顶部，用以收集和储存热量的集热装置；
设置在所述集热装置底部，用以传送热量的换热装置
设置在所述换热装置侧面，用以压缩热蒸汽的压缩装置；
设置在所述压缩装置底部，用以将所述热蒸汽冷凝成水的冷凝装置；
设置在所述冷凝装置底部，用以输出热量的输出装置。
进一步地，所述集热装置设置在所述热泵的顶端，用以收集空气中存在的热量并将其储存起来，包括：
设置在所述热泵顶端，用以收集空气中热量的集热板；
设置在所述集热板下方，用以存储所述集热板收集到热量的第一储水箱。
进一步地，所述第一储水箱中装有导热液，用以吸收和传输热量。
进一步地，所述换热装置设置在所述集热装置下方，用以转换和传递所述集热装置储存的热量，包括：
与所述第一储水箱相连，用以传递热量的换热器；
设置在所述换热器下方，用以通过热量产生热蒸汽的表冷器。
进一步地，所述换热器与所述第一储水箱之间设有回流管，用以回收换热完成的导热液。
进一步地，所述表冷器内设有制冷剂，在吸收所述换热器传递的热量后会汽化形成热蒸汽。
进一步地，所述压缩装置设置在所述换热装置下方，用以压缩所述高温热蒸汽，包括：
与所述变冷器相连，用以压缩所述热蒸汽的压缩机；
与所述压缩机相连，用以控制所述压缩机功率和转速的控制器。
进一步地，所述冷凝装置为一冷凝器，用以对所述压缩后热蒸汽进行冷凝并将其内部的热量输送至所述输出装置。
进一步地，所述冷凝器与所述表冷器之间设有回流管，用以回收冷凝后的制冷剂液体。
进一步地，所述输出装置为第二储水箱，其内部装有生活用水，所述第二储水箱吸收热量后对生活用水进行加热，以供居民使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，所述复叠式空气源热泵对制热系统进行复叠，可直接吸收环境温度的低焓值热量，并利用其对生活用水进行加热，无需使用电力或其他能源，加热效率快且值得的热水温度高，热量利用率高，提高了所述复叠式空气源热泵的使用效率。
进一步地，所述集热装置中设有集热板，这样所述热泵在集热时能够快速高效的吸收空气中的热量，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述第一储水箱内装有导热液，这样，当所述集热板收集到热量后，便可以将其储存在所述导热液中，在防止热量消散的同时，能够更加快速和方便的传递热量，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述换热器与所述第一储水箱相连，这样，将导热液输送至换热器后，换热器会把所述导热液中的热量传送至所述表冷器中，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述换热器与所述第一储水箱之间还设有回流管，这样，当所述导热液传输热量后可通过回流管输送回所述第一储水箱中，以此保证导热液的循环利用，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述表冷器中设有制冷剂，所述制冷剂吸收热量后蒸发形成热蒸汽，通过所述压缩机的压缩能够进一步提高蒸汽的温度，可以将更多地热量传送至所述输出装置，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述控制器与所述压缩机相连，使用者可以根据温度需求而操作所述控制器，通过控制压缩机的功率和转速改变高压热蒸汽的压强以改变其温度，这样，当所述热蒸汽冷凝后就会传递指定的热量至输出端，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
进一步地，所述冷凝器与所述表冷器之间设有回流管，能够保证冷凝的制冷剂循环使用，进一步提高了所述复叠式空气热泵的使用效率。
附图说明
图1为本发明复叠式空气源热泵的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明实施例所述复叠式空气热泵的结构示意图，包括集热装置1、换热装置2、压缩装置3、冷凝装置4和输出装置5；其中所述集热装置1设置在所述热泵的顶部，用以收集和储存空气中的热量；所述换热装置2设置在所述集热装置1下方，用以输送所述集热装置1储存的热量并将其以热蒸汽的形式传送至所述压缩装置3；所述压缩装置3设置在所述换热装置2下方，用以对所述热蒸汽进行压缩，以提高其温度和压力；所述冷凝装置4设置在所述压缩装置3下方，用以冷凝所述高压热蒸汽并将其释放的热量输送至所述输出装置5。
当所述复叠式空气源热泵工作时，先通过集热装置1吸收和存储热量，并通过导热液将热量传送至换热装置2，当换热装置2吸收热量后，其内部的制冷剂开始吸热蒸发形成热蒸汽，所述热蒸汽被输送至所述压缩装置3内进行压缩，通过形成高压热蒸汽以提高其温度，并将其输送至冷凝装置4中，在冷凝装置4内所述高压热蒸汽冷凝为液体，并将热量输送至输出装置5以供住户使用。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述复叠式空气源热泵可以用于楼房供暖、烧制热水，也可以用于工业的加热和对工业高温废气的能源再利用，只要满足所述热泵能够达到其指定的工作状态即可。当然，所述热泵中的驱动装置可以为水泵、电机或其他种类的驱动装置，只要满足所述驱动装置能够将热泵中的液体输送至指定位置即可。
请继续参阅图1所示，本发明实施例所述集热装置1设置在所述热泵的顶端，包括集热板11和第一储水箱12，其中所述集热板11设置在所述集热装置1的顶端，用以收集空气中的热量，所述第一储水箱12设置在所述集热板11下方并与其相连，用以存储所述集热板11收集到的热量。
具体而言，本实施例所述集热板11为管板式集热板，在其表面涂有黑铬电镀涂层，其设置在热泵的顶端，用以吸收空气中的热量。可以理解的是，所述集热板11不仅可吸收空气中的热量，也可以吸收太阳中的能量；当然，所述集热板11的形状和尺寸本实施例不作具体限制，只要满足所述集热板能够收集到指定的热量即可。
具体而言，所述第一储水箱12设置在所述集热板底部并与其相连，在第一储水箱内12部装有导热液，用以将所述集热板收集到的热量存储起来；可以理解的是，所述第一储水箱12与所述集热板11的连接方式本实施例不做具体限制，只要满足所述集热板11能够将热量传递至所述第一储水箱12即可；当然，所述导热液的种类本实施例也不作具体限制，只要能够存储所述集热板11收集到的热量即可。
请继续参阅图1所示，本发明实施例所述换热装置2设置在所述集热装置1底部，包括换热器21和表冷器22，其中所述换热器21与所述第一储水箱12相连并设有回流管道，所述表冷器22设置在所述换热器21底部并与其相连；吸收完热量的导热液经管道输送至所述换热器21进行换热，将热量传递至所述表冷器22并生成热蒸汽。可以理解的是，所述换热器21可以设置在所述表冷器22表面，也可以设置在所述表冷器22内部，只要所述换热器21能够将热量传递至所述表冷器22中即可。
具体而言，所述换热器21设置在所述第一储水箱12下方，用以将第一储水箱12中导热液的热量输送至所述表冷器22中。可以理解的是，所述换热器21的材料本实施例不作具体限制，只要满足所述换热器21能够将热量传送至所述表冷器22上即可。
具体而言，所述表冷器22与所述换热器21相连，用以接收所述换热器21输送来的热量并生成热蒸汽，在其内部设有制冷剂，当制冷剂吸收热量后就会蒸发并形成热蒸汽，以此将热量输送至所述压缩装置3中。可以理解的是，所述表冷器22中制冷剂的种类本实施例不做具体限制，只要满足所述制冷剂在吸收指定热量后能够蒸发形成热蒸汽即可。
请继续参阅图1所示，本发明实施例所述压缩装置3设置在所述换热装置2底部并与其相连，用以压缩所述换热装置2输送的热蒸汽，包括压缩机31和控制器32；所述压缩机31与所述冷凝器22相连，所述控制器32与所述压缩机31相连。在压缩所述热蒸汽时，通过控制所述控制器32以调整压缩机31的功率和转速，以此控制所述高压热蒸汽的温度。可以理解的是，所述控制器32可以直接设置在所述压缩机31外壳上，也可以与压缩机31通过导线连接或以其他的方式相连接，只要满足所述控制器32能够控制所述压缩机31的功率和转速即可。
具体而言，本实施例所述压缩机31选用2.5kw二级绝热压缩机，其设置在所述表冷器22底部并与其相连，用以压缩所述表冷器22输送的热蒸汽；当热蒸汽经过所述压缩机31时，压缩机31会开始对其进行压缩并提高其气压，通过加压的方式提高热蒸汽的温度，以此进一步提高热蒸汽的传热效率。可以理解的是，所述压缩机31的型号本实施例不作具体限制，只要满足所述压缩机能够把热蒸汽压缩至指定压力即可。
具体而言，所述控制器32为一控制面板，其与所述压缩机31相连，用以调整其功率和转速，在使用时，使用者根据温度需求操作所述控制器32，控制器32会自行运算热蒸汽的气压与出水温度的关系并控制所述压缩机31将热蒸汽压缩至指定气压。
请继续参阅图1所示，本发明实施例所述冷凝装置4为一冷凝器，用以对所述高压热蒸汽冷凝并提取其中的热量，所述领凝器与所述表冷器之间设有回流管，用以对所述制冷剂进行循环利用。
请继续参阅图1所示，本发明实施例所述输出装置5为第二储水箱，其设置在所述冷凝器底部，并在内部装有生活用水，当所述高压热蒸汽冷凝后，其释放的热量被输送至所述第二储水箱，并对其内部的生活用水加热至指定温度，以供居民使用。可以理解的是，所述第二储水箱中盛装的生活用水本实施例不作具体限制，只要满足所述深或用水能够被传递来的热量加热至指定温度即可
经检测，本发明所述复叠式空气源热泵在高温、常温和低温的环境下、均能够在短时间内将生活用水加热至45-50℃，能够满足住户对日常热水使用的需求。且所述热泵在使用上均符合国家各项规定内的有关标准。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种复叠式空气源热泵，其特征在于，通过对空气中热量的多次换热和压缩，以在中低温环境下对水进行加热，包括：
设置在热泵顶部，用以收集和储存热量的集热装置；
设置在所述集热装置底部，用以传送热量的换热装置
设置在所述换热装置侧面，用以压缩热蒸汽的压缩装置；
设置在所述压缩装置底部，用以将所述热蒸汽冷凝成水的冷凝装置；
设置在所述冷凝装置底部，用以输出热量的输出装置。
2.根据权利要求1所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述集热装置设置在所述热泵的顶端，用以收集空气中存在的热量并将其储存起来，包括：
设置在所述热泵顶端，用以收集空气中热量的集热板；
设置在所述集热板下方，用以存储所述集热板收集到热量的第一储水箱。
3.根据权利要求2所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述第一储水箱中装有导热液，用以吸收和传输热量。
4.根据权利要求1所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述换热装置设置在所述集热装置下方，用以转换和传递所述集热装置储存的热量，包括：
与所述第一储水箱相连，用以传递热量的换热器；
设置在所述换热器下方，用以通过热量产生热蒸汽的表冷器。
5.根据权利要求4所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述换热器与所述第一储水箱之间设有回流管，用以回收换热完成的导热液。
6.根据权利要求4所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述表冷器内设有制冷剂，在吸收所述换热器传递的热量后会汽化形成热蒸汽。
7.根据权利要求1所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述压缩装置设置在所述换热装置下方，用以压缩所述高温热蒸汽，包括：
与所述变冷器相连，用以压缩所述热蒸汽的压缩机；
与所述压缩机相连，用以控制所述压缩机功率和转速的控制器。
8.根据权利要求1所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述冷凝装置为一冷凝器，用以对所述压缩后热蒸汽进行冷凝并将其内部的热量输送至所述输出装置。
9.根据权利要求8所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述冷凝器与所述表冷器之间设有回流管，用以回收冷凝后的制冷剂液体。
10.根据权利要求1所述的复叠式空气热泵，其特征在于，所述输出装置为第二储水箱，其内部装有生活用水，所述第二储水箱吸收热量后对生活用水进行加热，以供居民使用。
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