CN206683274U - 具有喷气增焓的双级压缩热泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其包括压缩机、换热器、热力膨胀阀、蒸发器和气液分离器构成的一个循环系统，所述的换热器包括一级换热器和二级换热器，压缩机的出口与一级换热器的制冷剂高温端口连通，一级换热器的制冷剂低温端口与所述四通阀的入口连通；二级换热器的制冷剂低温端口依次通过经济器、热力膨胀阀后与蒸发器连通，该蒸发器通过四通阀与气液分离器入口连通，气液分离器出口与压缩机的入口连通。本实用新型采用了两级换热器，利用不同换热器实现不同的功能。同时，与现有技术相比，本实用新型是一种节能、环保热泵装置，是一种可以替代常压锅炉的地热供暖设备和超高温生活用水热水、蒸汽装置，同时其还具有制冷功效。

Description

具有喷气增焓的双级压缩热泵装置

技术领域：

本实用新型涉及热泵产品技术领域，特指一种具有喷气增焓的双级压缩热泵装置。

背景技术：

冬季室外气温的下降会减少热泵系统中蒸发器内制冷剂向室外空气的吸热量，同时蒸发压力降低吸气量减小制热能力及运行功率衰减。

再者，冬季室外气温的下降会使热泵系统中的压缩机效率下降,上面提到当冬季室外气温下降时，蒸发温度和蒸发压力也随着降低，而冷凝压力则受介质(室内空气、水)的制约而变化不大，这样必然导致压缩比增大，压缩比的增大会使压缩机在工作过程中不可逆性加大(排气温度也会随之升高，长期高排气温度运行会导致压缩机损坏)、效率降低，故此，压缩机在室外低温时的工作效率下降也是风冷热泵出力不足的原因之一。

针对以上对热泵冬季出力不足原因的分析:由于冬季气温降低会使压缩机的压缩比增大，进而降低压缩机的工作效率，当所需供热温度越高时，其冷凝温度提高，冷凝压力也随之升高，且压缩比进一步增大，能效比急剧下降导致空气源热泵冬季出力不足，制热量大幅度减小。

本发明人曾就上诉问题提出过一种解决方案,见中国实用新型专利申请号为：201510161796.3的实用新型专利申请，其公开了“一种空气源热泵装置”，其采用了中间补气增焓的设计，从而令压缩机可以实现在低温环境的正常运行。

本发明人在上述技术方案基础上，经过进一步的改进，提出了一种多功能热泵装置，其不仅可以进一步提高能效，并且可实现制冷、制热以及在超低温环境下的工作。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题就在于针对现有技术进行进一步的改进，提供一种具有喷气增焓的双级压缩热泵装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该具有喷气增焓的双级压缩热泵装置包括压缩机、换热器、热力膨胀阀、蒸发器和气液分离器构成的一个循环系统，所述的换热器包括一级换热器和二级换热器，所述的一级换热器和二级换热器之间设置有一个可切换的四通阀；所述的压缩机的出口与一级换热器的制冷剂高温端口连通，该一级换热器的制冷剂低温端口与所述四通阀的入口连通，该四通阀另外三个端口分别与二级换热器的制冷剂高温端口、蒸发器和气液分离器入口连通；所述的二级换热器的制冷剂低温端口依次通过经济器、热力膨胀阀后与蒸发器连通，该蒸发器通过四通阀与气液分离器入口连通，气液分离器出口与压缩机的入口连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述的二级换热器的制冷剂低温端口与经济器之间设置有第一单向阀；所述的热力膨胀阀出口与蒸发器之间设置有第四单向阀。

进一步而言，上述技术方案中，所述的热力膨胀阀出口还同时与二级换热器的制冷剂低温端口连通，并且在热力膨胀阀出口与二级换热器的制冷剂低温端口之间设置有第三单向阀；所述的二级换热器的制冷剂高温端口通过四通阀的切换与气液分离器入口连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述的蒸发器与经济器之间通过第二单向阀连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述的一级换热器和二级换热器均采用套管式换热器。

进一步而言，上述技术方案中，所述的蒸发器与第二单向阀、第四单向阀连接的一端设置有一个化霜探头。

进一步而言，上述技术方案中，所述的经济器具有进液口、出液口、进气口和出气口；其中所述的经济器的出液口经过电子膨胀阀与进气口连通，所述的出气口与压缩机的喷气增焓口连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述的经济器的底部位置还设置有一个回液口，该回液口通过一个电磁阀与气液分离器入口连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述的经济器的出液口依次连接有干燥过滤器和视液镜，冷凝剂由经济器的出液口流出后经过干燥过滤器和视液镜，再进入热力膨胀阀和电子膨胀阀。

进一步而言，上述技术方案中，所述的经济器的出气口与压缩机喷气增焓口之间设置有压力传感器和过热探头。

采用上述技术方案后，与现有技术相比，本实用新型是一种节能、环保热泵装置，是一种可以替代常压锅炉的地热供暖设备和超高温生活用水热水、蒸汽装置，同时其还具有制冷功效。实用新型主要有以下优势：1、高效节能；2、绿色环保；3、安全可靠：4、可在低温运行；5、能够代替常压锅炉；6、具有制冷功效。

附图说明：

图1是本实用新型的结构原理图；

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1所示，本实用新型为一种具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其包括压缩机1、一级换热器2、二级换热器3、四通阀4、经济器5、热力膨胀阀6、蒸发器7和气液分离器8构成的一个循环系统。

本实用新型采用了两个换热器，即一级换热器2和二级换热器3，在一级换热器2和二级换热器3之间设置有一个可切换的四通阀4。一级换热器2和二级换热器3均采用套管式换热器，以提高热交换效率。

其中一级换热器2作为热源可对生活用水等进行加热，制冷剂通过管程由制冷剂高温端口21流向制冷剂低温端口22，而外部的被加热液体(例如生活用水)通过换热器壳程，通过热水泵25将生活用水由低温进水口23泵入，通过热交换后，由高温出水口24流出。经过不断的循环加热，可获得高温热水。

二级换热器3可采用与一级换热2相同的套管式换热器结构，所不同的是，二级换热器3在本实用新型中既可以用来加热，也可以用来制冷，其同样具有两个行程，其中制冷剂通过管程，外部的介质通过壳程。所述的二级换热器3中，当制冷剂由高温端口31流向低温端口32时，其对流经二级换热器3中的外部介质进行加热；当制冷剂由低温端口32流向高温端口31时，其对流经二级换热器3中的外部介质进行制冷。外部介质通过末端出水口33和末端回水口34以及一个末端泵35形成循环。

具体而言，压缩机1出口11与一级换热器2的制冷剂高温端口21连通，并且在该压缩机出口11与制冷剂高温端口21之间还设置有用于检测压缩机排出气 体温度和压力的温度探头14、高压开关15和高压表16。压缩机1的入口12与气液分离器8的出口连通，并且该压缩机入口12与气液分离器8的出口之间设置有检测进气温度、压力的温度探头17、低压开关18和低压表19。

所述的压缩机1还具有喷气增焓口13，该喷气增焓口13与经济器5中的出气口54连通，将经济器5中排出的低温低压气体再次进入压缩机1内进行压缩，实现喷气增焓的循环。

上述的一级换热器2的制冷剂低温端口22与所述四通阀4的入口41连通，该四通阀4另外三个端口42、43、44分别与二级换热器3的制冷剂高温端口31、蒸发器7和气液分离器8入口连通。四通阀4在不同工作模式下进行切换，以实现不同端口之间的导通与否。

所述的二级换热器3的制冷剂低温端口32依次通过经济器5、热力膨胀阀6后与蒸发器7连通，该蒸发器7通过四通阀4与气液分离器8入口连通，气液分离器8出口与压缩机1的入口12连通。

所述的二级换热器3的制冷剂低温端口32与经济器5之间设置有第一单向阀91；所述的热力膨胀阀6出口与蒸发器7之间设置有第四单向阀94。

所述的热力膨胀阀6出口还同时与二级换热器3的制冷剂低温端口32连通，并且在热力膨胀阀6出口与二级换热器3的制冷剂低温端口32之间设置有第三单向阀93；所述的二级换热器3的制冷剂高温端口31通过四通阀4的切换与气液分离器8入口连通。

所述的蒸发器7与经济器5之间通过第二单向阀92连通。蒸发器7中的换热器采用翅片式换热器。同时，在蒸发器7与第二单向阀92、第四单向阀94连接的一端设置有一个化霜探头70，该化霜探头70是用于检测蒸发器7表面的温 度，当气温过低，达到蒸发器7表面结霜或者结冰时，可启动本实用新型的制冷模式，即在蒸发器7进行散热作业，高温高压的制冷剂产生大量的热将对蒸发器7的表面进行除霜作业。

所述的经济器5具有进液口51、出液口52、进气口53和出气口54；其中所述的经济器5的出液口52经过电子膨胀阀55与进气口53连通，所述的出气口54与压缩机1的喷气增焓口13连通。

所述的经济器5的底部位置还设置有一个回液口56，该回液口56通过一个电磁阀59与气液分离器8入口连通，通过回液口56将未被气化的冷凝剂回收到气液分离器8中。

所述的经济器5的出液口52依次连接有干燥过滤器57和视液镜58，冷凝剂由经济器5的出液口52流出后经过干燥过滤器57和视液镜58，再进入热力膨胀阀6和电子膨胀阀55。

所述的经济器5的出气口54与压缩机1喷气增焓口13之间设置有压力传感器95和过热探头96。

下面根据本实用新型不同模式下的工作过程对其进行进一步的说明。

工作模式1：制冷

制冷模式下，首先切换四通阀4，令四通阀4的入口与端口44连通，端口42与端口43连通。同时，关闭一级换热器2的热水泵25，并开启二级换热器3的外部介质循环泵，将需要冷却的介质不断循环流经二级换热器3的外部介质行程。

工作时，压缩机1进行压缩，将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体后由出口11排出，并依次经过温度探头14、高压开关15和高压表16后进入一级 换热器2的制冷剂高温端口21。此时，一级换热器2的外部热水泵25不工作，即一级换热器2在制冷模式下不进行热交换工作，直接由制冷剂低温端口22排出，并由四通阀4的入口41进入，并由端口44排出，进入蒸发器7中。

高温高压制冷剂气体经过蒸发器7后，通过蒸发器7与外部气体的热交换变成低温高压的液体排出，此时由于第四单向阀94的存在，制冷剂无法通过第四单向阀94，其只能通过第二单向阀92进入经济器5的进液口51，然后由出液口52流出，并依次经过干燥过滤器57和视液镜58。经过视液镜58后，通过控制电子膨胀阀55，此时制冷剂将分为两个行程，其中主行程进入热力膨胀阀6，另一行程通过电子膨胀阀55返回到经济器5的进气口53。由于高压的液体制冷器经过电子膨胀阀55后，压力降低一部分制冷剂气化，在气化的过程中吸收外部热量，从而对经济器5中液体流程(即进液口51和出液口52之间的管道)进行吸热降温，从而进一步降低通过经济器5中液体制冷剂的过冷度。而气化吸热后的制冷剂将通过出气口54排出，此时已经变为低温、低压的气态制冷剂经过压力传感器95和过热探头96后，通过压缩机1的喷气增焓口13再次返回到压缩机1，进行再次压缩循环。与此同时，制冷剂经过视液镜58后，主行程中的制冷剂将通过热力膨胀阀6。通过热力膨胀阀6后，制冷剂压力降低，将由液体气化为气体，气化过程中，冷凝剂将通过二级换热器3吸收外部介质的热量。此时由于第四单向阀94的出口端是高压的制冷剂液体，所以该制冷剂气体是无法通过第四膨胀阀94的，其只能通过第三单向阀93。经过第三单向阀93的低压制冷剂同样无法推开第一单向阀91，因为此时第一单向阀91的出口端与高压的液态制冷剂连通。所以，制冷剂经过第三单向阀93后，将进入二级换热器3，并且制冷剂由低温端口32流向高温端口31。此时，外部需要冷却的介质(例如热 水、热气等)通过末端泵35通过二级换热器3内进行循环，将热量传导至制冷剂，制冷剂吸收外部介质的热量对其进行制冷、降温，经过加温后的制冷剂将二级换热器3的制冷剂高温端口31流出，并通过四通阀4的切换与气液分离器8入口连通，即此时四通阀4经过切换，端口42与端口43连通。进入气液分离器8中的制冷剂再次进入压缩机1中进行循环压缩，从而对二级换热器3外部介质进行不断的制冷处理。

工作模式2：地热供暖。

此工作模式下，首先切换四通阀4，令四通阀4的入口41与端口44连通，端口42与端口43连通。同时，关闭以一级热器2的热水泵，开启二级换热器3的外部介质循环泵，将用于地暖供热的介质不断循环流经二级换热器3的外部介质行程。

工作时，压缩机1进行压缩，将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体后由出口11排出，并依次经过温度探头14、高压开关15和高压表16后进入一级换热器2的制冷剂高温端口21。此时，一级换热器2的外部热水泵25不工作，即一级换热器2在制冷模式下不进行热交换工作，直接由制冷剂低温端口22排出，并由四通阀4的入口41进入。高温高压的制冷剂气体将由端口42排出，进入二级换热器3的制冷剂高温端口31，并由制冷剂低温端口32流出，制冷剂在二级换热器3流经过程中，外部需要加热的地暖介质通过末端泵35通过二级换热器3内进行循环，将不断吸收制冷剂的热量。制冷剂经过二级换热器3的热交换将变成高压低温液体，并通过第一单向阀91进入经济器5。由于第二单向阀92和第三单向阀93的存在，由二级换热器3流出的制冷剂只能进入经济器5进液口51，然后由出液口52流出，并依次经过干燥过滤器57和视液镜58。经过 视液镜58后，通过控制电子膨胀阀55，此时制冷剂将分为两个行程，其中主行程进入热力膨胀阀6，另一行程通过电子膨胀阀55返回到经济器5的进气口53。由于高压的液体制冷器经过电子膨胀阀55后，压力降低气化，在气化的过程中吸收外部热量，从而对经济器5中液体流程中的制冷剂进行吸热降温，从而进一步降低通过经济器5中制冷剂的过冷度。而气化吸热后的制冷剂将通过出气口54排出，此时已经变为低温、低压的气态制冷剂经过压力传感器95和过热探头96后，通过压缩机1的喷气增焓口13再次返回到压缩机1，进行再次压缩循环。与此同时，制冷剂经过视液镜58后，主行程中的制冷剂将通过热力膨胀阀6。通过热力膨胀阀6后，制冷剂压力降低，将部分液态制冷剂将发生气化，通过气化吸收潜热。此时由于第三单向阀93的出口端是高压的制冷剂液体，所以该制冷剂气体是无法通过第三膨胀阀93的，其只能通过第四单向阀94。经过第四单向阀94的低压制冷剂同样无法推开第二单向阀92，因为此时第二单向阀92的出口端与高压的液态制冷剂连通。所以，制冷剂经过第四单向阀94后将进入蒸发器7，经过蒸发器7时，液态制冷剂吸收外部空气热量气化，变成低温低压气体排出，通过四通阀4的端口44和端口43后进入气液分离器8，然后制冷剂再次进入压缩机1中进行循环压缩，从而对二级换热器3外部介质进行不断的加热处理，从而作为地暖的热源。

工作模式3：生活用热水。

本工作模式与上述的工作模式2雷同，区别是：在本工作模式下，开启一级换热器2的热水泵，关闭二级换热器3的外部介质循环泵35，将生活用水通过循环泵35不断循环流经一级换热器2的外部介质行程。

工作时，压缩机1进行压缩后，高温高压制冷剂进入一级换热器2，通过一 级换热器2对外部的生活用水进行加热处理，同时高温高压气态制冷剂冷凝成为低温高压液态冷凝剂，并由四通阀4的入口41进入，由端口42排出，进入二级换热器3的制冷剂高温端口31，并由制冷剂低温端口32流出，制冷剂在二级换热器3流经过程中，末端泵35停止工作，制冷剂经过二级换热器3并通过第一单向阀91进入经济器5。经过经济器5后，经过经济器5增加制冷剂过冷度后，通过热力膨胀阀6后，进入蒸发器7。制冷剂通过蒸发器7进一步降低温度，在通过四通阀4的端口44和端口43后进入气液分离器8，然后制冷剂再次进入压缩机1中进行循环压缩，从而对一级换热器2外部生活用水进行不断的加热处理。

工作模式4：制冷及免能耗生活用热水

本工作模式是在工作模式1的基础上开启了一级换热器2的热水泵25。

工作时，压缩机1进行压缩，将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体后由出口11排出，并依次经过温度探头14、高压开关15和高压表16后进入一级换热器2的制冷剂高温端口21。此时，一级换热器2的外部热水泵25同时工作，即一级换热器2在制冷模式下进行热交换工作，通过一级换热器2首先对制冷剂进行冷凝处理，然后再由制冷剂低温端口22排出，并由四通阀4的入口41进入，并由端口44排出，进入蒸发器7中，再次进行热交换。后续的工作过程与工作模式1相同，这里不再一一赘述了。

本工作模式下，将高温、高压气态制冷剂冷凝时释放的热量回收利用，用于生活用水的热源，进一步提高了能效利用率。

工作模式5：地暖供热及生活用水

本工作模式是在工作模式2的基础上开启了一级换热器2的热水泵25。工作时，压缩机1进行压缩，将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体后由出口 11排出，并依次经过温度探头14、高压开关15和高压表16后进入一级换热器2的制冷剂高温端口21。此时，一级换热器2的外部热水泵25同时工作，即一级换热器2在地暖供热模式下进行热交换工作，通过一级换热器2首先对制冷剂进行冷凝处理，然后再由制冷剂低温端口22排出，并由四通阀4的入口41进入，并由端口42排出，进入二级换热器3的制冷剂高温端口31，并由制冷剂低温端口32流出，制冷剂在二级换热器3流经过程中，外部需要加热的地暖介质通过末端泵35通过二级换热器3内进行循环，将不断吸收制冷剂的剩余热量。后续的工作过程与工作模式2相同，这里不再一一赘述了。

本工作模式下，一级换热器2将首先吸收部分高温高压制冷剂的热量，制冷剂剩余的热量再通过二级换热器3进行回收，这样可进一步将制冷剂的热量吸收，提高热能利用效率。

本实用新型是一种节能、环保热泵装置，是一种可以替代常压锅炉的地热供暖设备和超高温生活用水热水、蒸汽装置，同时其还具有制冷功效。

本实用新型主要有以下优势：1、高效节能；2、绿色环保；3、安全可靠：4、可在低温运行；5、能够代替常压锅炉；6、具有制冷功效。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (10)

1.具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其包括压缩机(1)、换热器、热力膨胀阀(6)、蒸发器(7)和气液分离器(8)构成的一个循环系统，其特征在于：

所述的换热器包括一级换热器(2)和二级换热器(3)，所述的一级换热器(2)和二级换热器(3)之间设置有一个可切换的四通阀(4)；

所述的压缩机(1)的出口(11)与一级换热器(2)的制冷剂高温端口(21)连通，该一级换热器(2)的制冷剂低温端口(22)与所述四通阀(4)的入口(41)连通，该四通阀(4)另外三个端口(42、43、44)分别与二级换热器(3)的制冷剂高温端口(31)、蒸发器(7)和气液分离器(8)入口连通；

所述的二级换热器(3)的制冷剂低温端口(32)依次通过经济器(5)、热力膨胀阀(6)后与蒸发器(7)连通，该蒸发器(7)通过四通阀(4)与气液分离器(8)入口连通，气液分离器(8)出口与压缩机(1)的入口(12)连通。

2.根据权利要求1所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的二级换热器(3)的制冷剂低温端口(32)与经济器(5)之间设置有第一单向阀(91)；所述的热力膨胀阀(6)出口与蒸发器(7)之间设置有第四单向阀(94)。

3.根据权利要求2所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的热力膨胀阀(6)出口还同时与二级换热器(3)的制冷剂低温端口(32)连通，并且在热力膨胀阀(6)出口与二级换热器(3)的制冷剂低温端口(32)之间设置有第三单向阀(93)；

所述的二级换热器(3)的制冷剂高温端口(31)通过四通阀(4)的切换与气液分离器(8)入口连通。

4.根据权利要求3所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的蒸发器(7)与经济器(5)之间通过第二单向阀(92)连通。

5.根据权利要求1所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的一级换热器(2)和二级换热器(3)均采用套管式换热器。

6.根据权利要求4所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的蒸发器(7)与第二单向阀(92)、第四单向阀(94)连接的一端设置有一个化霜探头(70)。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的经济器(5)具有进液口(51)、出液口(52)、进气口(53)和出气口(54)；其中所述的经济器(5)的出液口(52)经过电子膨胀阀(55)与进气口(53)连通，所述的出气口(54)与压缩机(1)的喷气增焓口(13)连通。

8.根据权利要求7所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的经济器(5)的底部位置还设置有一个回液口(56)，该回液口(56)通过一个电磁阀(59)与气液分离器(8)入口连通。

9.根据权利要求7所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的经济器(5)的出液口(52)依次连接有干燥过滤器(57)和视液镜(58)，冷凝剂由经济器(5)的出液口(52)流出后经过干燥过滤器(57)和视液镜(58)，再进入热力膨胀阀(6)和电子膨胀阀(55)。

10.根据权利要求7所述的具有喷气增焓的双级压缩热泵装置，其特征在于：所述的经济器(5)的出气口(54)与压缩机(1)喷气增焓口(13)之间设置有压力传感器(95)和过热探头(96)。