一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱交換技術領域，尤其涉及一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)。包括通過工質流道連接的蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、以及第一節(jié)流件；所述蒸發(fā)器的出口連接所述壓縮機的入口，所述壓縮機的出口連接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口連接所述第一節(jié)流件的入口，所述第一節(jié)流件的出口連接所述蒸發(fā)器的入口；其特征在于：所述冷凝器出口和所述第一節(jié)流件入口之間設有多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。建立在所述冷凝器和所述第一節(jié)流件之間的多級串聯(lián)熱量置換區(qū)將系統(tǒng)的冷凝區(qū)和蒸發(fā)區(qū)隔離開，在提升冷凝同時，隔絕冷凝余熱對蒸發(fā)區(qū)的影響，使得系統(tǒng)能效大大提升。
【專利說明】
一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及熱交換技術領域，尤其涉及一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]如圖1，傳統(tǒng)空調及熱栗制熱/制冷系統(tǒng)包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流件、以及蒸發(fā)器，制熱/冷系統(tǒng)內的低溫低壓工質流經蒸發(fā)器吸收熱量氣化，在壓縮機中被壓縮為高溫高壓的氣體，流經冷凝器釋放熱量，最后經節(jié)流件降壓后再次進入蒸發(fā)器。工質在系統(tǒng)內的循環(huán)過程中不斷的吸熱、放熱，實現(xiàn)系統(tǒng)制熱/制冷。
[0003]制熱/制冷系統(tǒng)在用于制熱時，將冷凝器安裝于需要制熱的環(huán)境中，工質在蒸發(fā)器中吸收蒸發(fā)器所處環(huán)境中的熱量，并經工質流道輸送至冷凝器中釋放熱量，以提高冷凝器所處環(huán)境的溫度，達到制熱效果。制熱/制冷系統(tǒng)在用于制冷時，將蒸發(fā)器安裝于需要制冷的環(huán)境中，工質在蒸發(fā)器中吸收蒸發(fā)器所處環(huán)境中的熱量以降低蒸發(fā)器所處環(huán)境的溫度，并經工質流道輸送至冷凝器中將吸收到的熱量釋放到冷凝器所處的環(huán)境中，達到制冷效果O
[0004]如圖2，傳統(tǒng)空調及熱栗制冷/制熱系統(tǒng)的應用場景被劃分為了兩個區(qū)域:在節(jié)流件之前的冷凝區(qū)，以及在節(jié)流件之后的蒸發(fā)區(qū)。高溫高壓工質經冷凝器進入到蒸發(fā)器之間有兩個環(huán)節(jié):環(huán)節(jié)一，由冷凝器流出的高溫高壓工質首先經過工質管道到達節(jié)流件;環(huán)節(jié)二，經過節(jié)流件到達蒸發(fā)器。在環(huán)節(jié)一中，工質的一部分熱量散發(fā)到環(huán)境當中，沒有被充分利用，造成了工質熱量資源的浪費。在環(huán)節(jié)二中，工質通過節(jié)流件的作用以后溫度被降低，最終入蒸發(fā)區(qū)蒸發(fā)吸熱。但是，傳統(tǒng)空調制冷/制熱系統(tǒng)中節(jié)流件對工質的降溫作用是有限的，工質仍然會帶著一部分冷凝余熱進入到蒸發(fā)器中。對于制冷/制熱系統(tǒng)而言，在一定范圍內，進入蒸發(fā)器的工質溫度越低，蒸發(fā)器內工質與蒸發(fā)區(qū)環(huán)境之間的溫度差越大，蒸發(fā)器中工質吸收的熱量越多，相應地，換熱系統(tǒng)的制冷/制熱能力也就越強。但是，環(huán)節(jié)二中工質攜帶的冷凝余熱卻縮小了蒸發(fā)器內工質與外界環(huán)境之間的溫度差，破壞了蒸發(fā)器的蒸發(fā)場景。因此，傳統(tǒng)的空調熱栗制冷/制熱系統(tǒng)中，冷凝區(qū)和蒸發(fā)區(qū)并不是完全獨立隔離的，工質將冷凝余熱帶入到蒸發(fā)器內，不僅浪費了部分冷凝余熱，而且造成冷凝區(qū)與蒸發(fā)區(qū)的相互感染，整個系統(tǒng)的能效無法達到最優(yōu)。
[0005]更有甚者，在極端溫度條件在工作時，例如我國北方的冬天室外溫度能達到零下十幾度甚至零下幾十度。傳統(tǒng)空調熱栗制冷/制熱系統(tǒng)的蒸發(fā)器所在環(huán)境的溫度只有零下十幾度。此時，經冷凝器流出的高溫高壓工質(假設工質溫度為50度)，即使在由冷凝區(qū)進入到蒸發(fā)區(qū)的過程中，釋放了部分熱量到外界環(huán)境中，并且進一步經過了節(jié)流部件以后，進入蒸發(fā)器的工質溫度降低至35-40度。但是，這個溫度仍然高于蒸發(fā)器的環(huán)境溫度。而蒸發(fā)器工作的前提是其內部的工質與外部環(huán)境之間的溫度差大于8度，此時蒸發(fā)器根本無法啟動工作。并且對于極端環(huán)境中，為了提高用戶的使用舒適度，我們更加希望能夠在盡量短的時間能將環(huán)境溫度調節(jié)至需要的目標溫度。通過增加制熱/制冷系統(tǒng)中循環(huán)的制冷/制熱工質量來提高一次制冷/制熱循環(huán)過程中的熱量載體的量，從而提高系統(tǒng)的制冷/制熱效率，極易導致壓縮機超負荷運行。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題提供一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，包括通過工質流道連接的蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、以及第一節(jié)流件;所述蒸發(fā)器的出口連接所述壓縮機的入口，所述壓縮機的出口連接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口連接所述第一節(jié)流件的入口，所述第一節(jié)流件的出口連接所述蒸發(fā)器的入口 ；其特征在于:所述冷凝器出口和所述第一節(jié)流件入口之間設有多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。建立在所述冷凝器和所述第一節(jié)流件之間的多級串聯(lián)熱量置換區(qū)將傳統(tǒng)的冷凝區(qū)和蒸發(fā)區(qū)隔離開，在提升冷凝同時，隔絕冷凝余熱對蒸發(fā)區(qū)的影響，使得系統(tǒng)能效大大提升。
[0008]作為優(yōu)選，所述熱量置換區(qū)包括第二節(jié)流件、以及多級混聯(lián)熱量置換裝置;所述第二節(jié)流件的入口連接所述冷凝器的出口，所述第二節(jié)流件的出口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口連接所述第一節(jié)流件的入口。所述第二節(jié)流件之前為工質等溫變換的冷凝區(qū)，所述第一節(jié)流件之后為蒸發(fā)區(qū)。所述第二節(jié)流件將傳統(tǒng)卡諾式循環(huán)中的節(jié)流件前移，縮短了冷凝器出口至節(jié)流件之間的距離，設置在第二節(jié)流件與蒸發(fā)器之間的多級串聯(lián)熱量置換裝置回收利用原本在前述環(huán)節(jié)一種釋放到環(huán)境中的部分冷凝余熱，即避免了冷凝余熱釋放到環(huán)境中造成浪費，又充使得進入蒸發(fā)器的工質溫度能夠降到很低，避免了冷凝余熱對蒸發(fā)器蒸發(fā)場景的破壞，將冷凝區(qū)和蒸發(fā)區(qū)隔離開來，避免了冷凝區(qū)和蒸發(fā)區(qū)的相互感染。
[0009]作為優(yōu)選，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置包括至少三個熱量置換子系統(tǒng)；所述熱量置換子系統(tǒng)包括熱量回收單元、熱量利用單元;所述熱量回收單元混聯(lián)在所述多級串聯(lián)熱量置換裝置的入口和所述多級串聯(lián)熱量置換裝置的第一出口之間。所述熱量回收單元混聯(lián)于所述多級串聯(lián)熱量置換裝置的入口和第一出口之間，可以快速對工質冷凝熱進行深度的多級回收利用，在較短的時間內大大降低進入到蒸發(fā)器的工質的溫度，提高系統(tǒng)的工作效率和能效。
[0010]作為優(yōu)選，所述熱量置換子系統(tǒng)還包括第三節(jié)流件，所述第三節(jié)流件的入口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口，所述第三節(jié)流件的出口連接所述熱量利用單元的入口，所述熱量利用單元的出口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口。
[0011]作為優(yōu)選，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述壓縮機的入口。
[0012]作為優(yōu)選，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述蒸發(fā)器的入口。
[0013]作為優(yōu)選，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述壓縮機的入口，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述蒸發(fā)器的入口。
[0014]作為優(yōu)選，所述熱量回收單元包括設有工質流道的第一換熱板片，所述熱量利用單元包括設有工質流道的第二換熱板片，所述熱量回收單元的入口和所述熱量回收單元的出口通過所述第一換熱板片的工質流道連通，所述熱量利用單元的入口和所述熱量利用單元的出口通過所述第二換熱板片的工質流道連通;所述第一換熱板片和所述第二換熱板片間隔貼地緊密貼合。[0015 ]作為優(yōu)選，所述換熱系統(tǒng)為制熱系統(tǒng)。
[0016]作為優(yōu)選，所述換熱系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)。
[0017]如圖3，本發(fā)明的技術方案改變了傳統(tǒng)卡諾式循環(huán)應用系統(tǒng)兩大區(qū)域、四大部件的構造格局，在所述冷凝區(qū)和所述蒸發(fā)區(qū)之間設置多級串聯(lián)熱量置換區(qū)，經所述冷凝器流出的工質經過所述多級串聯(lián)熱量置換區(qū)再進入所述蒸發(fā)器。使得整個換熱系統(tǒng)具有下述有益效果:
I.所述第二節(jié)流件將傳統(tǒng)空調熱栗制冷/制熱系統(tǒng)中蒸發(fā)器前端的節(jié)流件前移，將原本浪費釋放到外部環(huán)境中的冷凝熱回收利用，用于多級串聯(lián)熱量置換裝置對工質進行蒸發(fā)，提尚了系統(tǒng)的能效。
[0018]2.所述多級串聯(lián)熱量置換裝置中的熱量回收單元提取經所述冷凝器流出工質的熱量，避免了工質攜帶的冷凝余熱破壞蒸發(fā)器的蒸發(fā)場景。
[0019]3.所述多級串聯(lián)熱量置換裝置中熱量回收單元提取經冷凝器流出工質的冷凝余熱，使得經所述熱量置換裝置流出至蒸發(fā)器端的工質溫度大大降低，增加了蒸發(fā)器內工質與蒸發(fā)器外部環(huán)境之間的溫度差，增加了系統(tǒng)的吸熱能力，提高了系統(tǒng)的效率。
[0020]4.所述多級串聯(lián)熱量置換裝置中熱量利用單元利用所述熱量回收單元提取的冷凝余熱對工質進行加熱，使得部分工質蒸發(fā)為氣態(tài)。將這部分氣態(tài)工質輸出至壓縮機入口，可以提高壓縮機的吸氣壓力，從而提高壓縮機的效率。
[0021]5.將所述多級串聯(lián)熱量置換裝置中熱量利用單元蒸發(fā)獲得的氣態(tài)工質輸出至壓縮機入口，還可減小壓縮機的壓差，延長壓縮機的使用壽命。
[0022]6.所述多級串聯(lián)熱量置換裝置中熱量利用單元利用所述熱量回收單元提取的冷凝余熱對工質進行加熱，使得部分工質蒸發(fā)為氣態(tài)。將這部分氣態(tài)工質輸出至換熱系統(tǒng)中的蒸發(fā)器(如，異聚態(tài)聚熱板)，可以提高蒸發(fā)器進入蒸發(fā)器的工質中氣態(tài)工質的占比，使得被動吸熱型的蒸發(fā)器內工質的分布更均勻，避免在蒸發(fā)器內形成液堆，提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)效率。
[0023]7.本換熱系統(tǒng)結構簡單，只需將多級串聯(lián)熱量置換裝置和第二節(jié)流件加入到冷凝器與第一節(jié)流件之間就能完成對于傳統(tǒng)的空調熱栗制冷/制熱系統(tǒng)的改造，整個升級過程不涉及原系統(tǒng)部件結構的改變。
[0024]8.多個所述熱量置換子系統(tǒng)的所述熱量回收單元串聯(lián)于所述多級熱量置換裝置的入口和第一出口之間，所述熱量回收單元和所述熱量利用單元之間的熱量置換更加徹底，可以對工質冷凝熱進行深度的多級回收利用，大大降低進入到蒸發(fā)器的工質的溫度。
[0025]9.適用于在極端溫度環(huán)境中，可以根據應用環(huán)境的需求選擇所述熱量置換系統(tǒng)的數量，環(huán)境溫差越大，采用越多的熱量置換系統(tǒng)串聯(lián);環(huán)境溫差較小時，可以僅采用較少數量的熱量置換系統(tǒng)串聯(lián)。串聯(lián)的熱量置換系統(tǒng)的級數越多，經低熱量隔離出口流出的工質溫度與經隔離入口流入的工質溫度差越大，換熱系統(tǒng)的制冷/制熱能力會越強。
[0026]10.適用于需要快速制冷/制熱的場合，可以根據應用環(huán)境的需求選擇所述熱量置子換系統(tǒng)的數量，環(huán)境溫差越大，采用越多的熱量置換子系統(tǒng)并聯(lián);環(huán)境溫差較小時，可以僅采用較少數量的熱量置換系統(tǒng)子并聯(lián)。換熱系統(tǒng)中并聯(lián)的熱量置換系統(tǒng)的級數越多，整個換熱系統(tǒng)能運行的工質數量越多，換熱系統(tǒng)的制冷或者制熱效率越高。
[0027]11.可以根據應用環(huán)境的需求選擇所述熱量置換系統(tǒng)的數量以及串并聯(lián)方式。環(huán)境溫差越大，采用越多的熱量置換系統(tǒng)串聯(lián);環(huán)境溫差較小時，可以僅采用較少數量的熱量置換系統(tǒng)串聯(lián)。制冷/制熱的速度越快，則要求系統(tǒng)中并聯(lián)的熱量轉換系統(tǒng)越多。
【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有制熱/制冷系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0029]圖2為現(xiàn)有制熱/制冷系統(tǒng)場景圖。
[0030]圖3為本發(fā)明的多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)場景圖。
[0031 ]圖4實施例一多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0032]圖5實施例二多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0033]圖6實施例三多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0034]圖7實施例四多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0035]圖8熱量置換子系統(tǒng)側視圖。
[0036]圖9熱量置換子系統(tǒng)結構不意圖一。
[0037]圖10熱量置換子系統(tǒng)結構示意圖二。
【具體實施方式】
[0038]下面將結合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。
[0039]實施例一
如圖4為一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、第一節(jié)流件、第二節(jié)流件、多級混聯(lián)熱量置換裝置。壓縮機的出口連接冷凝器的入口，冷凝器的出口連接第二節(jié)流件的入口，第二節(jié)流件的出口連接多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口連接第一節(jié)流件的入口，第一節(jié)流件的出口連接蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口連接壓縮機的入口。將冷凝器放置在需要制熱的房間等密閉環(huán)境之中，將蒸發(fā)器放置在該密閉環(huán)境之外。冷凝器所在的密閉環(huán)境形成冷凝區(qū)，蒸發(fā)器所在的環(huán)境形成蒸發(fā)區(qū)。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發(fā)區(qū)的環(huán)境熱量，并釋放到冷凝區(qū)中，為密閉的制熱環(huán)境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。
[0040]多級混聯(lián)熱量置換裝置包括第一熱量置換子系統(tǒng)、第二熱量置換子系統(tǒng)、以及第三熱量置換子系統(tǒng)。第一熱量置換子系統(tǒng)與第二熱量置換子系統(tǒng)并聯(lián)以后再與第三熱量置換子系統(tǒng)串聯(lián)構成整個多級混聯(lián)熱量置換裝置。熱量置換子系統(tǒng)包括:熱量回收單元2、熱量利用單元3和第三節(jié)流件。第一熱量置換子系統(tǒng)和第二熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元的入口連接至多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，第一熱量置換子系統(tǒng)和第二熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元的出口連接至第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元的入口。第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元的出口連接至多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口。多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口的工質分四路:一路連接至換熱系統(tǒng)的第一節(jié)流件入口，剩余三路分別回到第一熱量置換子系統(tǒng)、第二熱量置換子系統(tǒng)、以及第三熱量置換子系統(tǒng)的第三節(jié)流件的入口。第一熱量置換子系統(tǒng)的第三節(jié)流件的出口連接至第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單元的入口，第二熱量置換子系統(tǒng)的第三節(jié)流件的出口連接至第二熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單元的入口，第三熱量置換子系統(tǒng)的第三節(jié)流件的出口連接第三熱量置換子系統(tǒng)的第三節(jié)流件的入口。第一熱量置換子系統(tǒng)、第二熱量置換子系統(tǒng)、以及第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單元均連接至多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口。
[0041]第二節(jié)流件在第一節(jié)流件和冷凝器之間建立一個將蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)隔離開的多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。工質進行等溫變換的冷凝區(qū)位于第二節(jié)流件之前，在多級混聯(lián)熱量置換區(qū)內的熱量回收單元對工質熱量的吸收并且不會影響到冷凝器的冷凝壓差，因此可以最大限度的回收工質的冷凝余熱，使得進入蒸發(fā)器的工質溫度大大降低。避免工質攜帶過多冷凝熱進入蒸發(fā)器破壞蒸發(fā)器的蒸發(fā)場景；多級混聯(lián)熱量置換區(qū)的熱量利用裝置利用熱量回收裝置提取的冷凝余熱將工質蒸發(fā)為氣態(tài)，提高了系統(tǒng)的能效。三個熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元混聯(lián)于多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口和第一出口之間，熱量回收單元和熱量利用單元之間的熱量置換更加迅速和徹底，可以快速對工質冷凝熱進行深度的多級回收利用，在短時間內大大降低進入到蒸發(fā)器的工質的溫度。
[0042]如圖8為熱量置換子系統(tǒng)側視圖。熱量回收單元包括豎直放置的金屬材質的第一換熱板片2，熱量利用單元包括豎直放置的金屬材質的第二換熱板片3。熱量回收單元可包括多個第一換熱板片2，熱量利用單元也可包含多個第二換熱板片3。第一換熱板片2與第二換熱板片的數量相同，并且間隔地重疊在一起。
[0043]如圖9，第一換熱板片2包括設置在頂部的工質入口21、設置在底部的工質出口 22、以及設置在工質入口和工質出口之間的工質流道23。該第二換熱板片3包括設置在底部的工質入口 31、設置在頂部的工質出口 32、以及設置在工質入口 31和工質出口 32之間的工質流道33。第一換熱板片2的工質流道23內的工質流向與第二換熱板片3的工質流道33內的工質流向相反。第一換熱板片2的工質入口連接熱量回收單元的入口，第一換熱板片2的工質出口連接熱量回收單元的出口。第二換熱板片3的工質入口連接熱量利用單元的入口，第二換熱板片3的工質出口 32連接熱量利用單元的出口。
[0044]第三節(jié)流件4的入口連接熱量回收單元的出口(即第一換熱板片的工質出口22)，第三節(jié)流件4的出口連接熱量利用單元入口(即第二換熱板片的工質入口31)。經冷凝器出來的高溫高壓工質在未完全冷凝之前會以氣液兩相態(tài)的形式同時進入第一熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元和第二熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元，隨后再進入第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元。第三節(jié)流件可以調節(jié)由多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流向其熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單元的工質的流量實現(xiàn)對熱量置換子系統(tǒng)內熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節(jié)。通過第三節(jié)流件調節(jié)熱量回收單元內的工質密度大于熱量利用單元內的工質密度，使得第一換熱板片2內工質的總焓值大于第二換熱板3內的工質的總焓值。金屬材質的第一換熱板片2和第二換熱板片3緊密地重疊在一起，由于兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態(tài)工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態(tài)的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發(fā)為氣態(tài)，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，并且溫度進一步降低。氣液兩相態(tài)的工質經過第一熱量置換子系統(tǒng)和第二熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元，由熱量回收單元的出口流出的工質熱量被轉移，其中大部分工質變?yōu)闇囟雀拥偷囊簯B(tài)工質;進一步地進入第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量回收單元，工質的更多熱量被轉移，溫度進一步降低。部分多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流出的工質被輸送至制熱系統(tǒng)的第一節(jié)流件;剩余的部分工質被分別送至第一熱量置換子系統(tǒng)、第二熱量置換子系統(tǒng)、以及第三熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單兀，吸收熱量以后變?yōu)闅鈶B(tài)工質經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口送至壓縮機吸氣口。
[0045]首先通過兩級并聯(lián)的熱量置換子系統(tǒng)實現(xiàn)在短時間內對大量工質的熱量交換，提高了多級混聯(lián)隔離區(qū)對工質的熱量交換效率，使得制熱系統(tǒng)更加適用于惡劣的極端低溫制熱環(huán)境內的快速制熱需求。并聯(lián)后的兩個熱量置換子系統(tǒng)與第三熱量置換系統(tǒng)的串聯(lián)，提高了經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流出的工質與經多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口流入的工質之間的溫度差，使得制熱系統(tǒng)更加適用于惡劣的極端低溫制熱環(huán)境。第三熱量置換子系統(tǒng)中第一換熱板片和第二換熱板片內工質的總焓值差大于第一熱量置換系統(tǒng)和第二熱量置換系統(tǒng)中第一換熱板片和第二換熱板片內工質的總焓值差，熱量置換的程度較高。一方面可以在第一時間快速的對工質進行熱量置換；另一方面，通過調整分流至各熱量置換子系統(tǒng)的熱量利用單元內的工質的量，可以調整經高熱量隔離出口流出工質中氣態(tài)工質的占比，滿足制熱系統(tǒng)在不同的使用環(huán)境中的不同需求。對于并聯(lián)的兩個熱量置換子系統(tǒng)，甚至可以選擇僅單獨使用其中一個熱量置換子系統(tǒng)或者同時開啟兩個熱量置換子系統(tǒng)進行工作，以滿足制熱系統(tǒng)在不同的使用環(huán)境中的不同需求。即使其中一個熱量置換子系統(tǒng)發(fā)生故障，也可以保證另一個熱量置換子系統(tǒng)不會受其影響獨立工作，從而提高整個制熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0046]冷凝器的出口流出的氣液混合態(tài)工質，順著工質流道進入多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。在多級混聯(lián)熱量置換裝置中，熱量回收單元和熱量利用單元快速地充分進行熱量置換。最后，經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流出并進入第一節(jié)流件的入口的工質溫度比由冷凝器的出口流出的工質溫度大幅度降低。從而大幅度降低了通過第一節(jié)流件進入蒸發(fā)器的工質的熱量，進入蒸發(fā)器的工質溫度超低，調節(jié)蒸發(fā)壓力，使得蒸發(fā)器的吸熱能力更高。
[0047]如圖4多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接至壓縮機的入口(壓縮機也可為補焓式壓縮機，此時，可將多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接至該補焓壓縮機的補氣口)，經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口流出的含有更多氣態(tài)工質的工質流輸出至壓縮機，提高了壓縮機吸氣壓力，從而提升了壓縮機的壓縮比。
[0048]實施例二
如圖5為一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、第一節(jié)流件、第二節(jié)流件、多級混聯(lián)熱量置換裝置。壓縮機的出口連接冷凝器的入口，冷凝器的出口連接第二節(jié)流件的入口，第二節(jié)流件的出口連接多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口連接第一節(jié)流件的入口，第一節(jié)流件的出口連接蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口連接壓縮機的入口。將冷凝器放置在需要制熱的房間等密閉環(huán)境之中，將蒸發(fā)器放置在該密閉環(huán)境之外。冷凝器所在的密閉環(huán)境形成冷凝區(qū)，蒸發(fā)器所在的環(huán)境形成蒸發(fā)區(qū)。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發(fā)區(qū)的環(huán)境熱量，并釋放到冷凝區(qū)中，為密閉的制熱環(huán)境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。
[0049]熱量置換子系統(tǒng)的結構與實施例一相同，本實施例中不再贅述。同樣，冷凝器的出口流出的氣液混合態(tài)工質，順著工質流道進入多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。在多級混聯(lián)熱量置換裝置中，熱量回收單元和熱量利用單元快速地充分進行熱量置換。最后，經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流出并進入第一節(jié)流件的入口的工質溫度比由冷凝器的出口流出的工質溫度大幅度降低。從而大幅度降低了通過第一節(jié)流件進入蒸發(fā)器的工質的熱量，進入蒸發(fā)器的工質溫度超低，調節(jié)蒸發(fā)壓力，使得蒸發(fā)器的吸熱能力更高。
[0050]如圖5多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接至壓縮機的入口(壓縮機也可為補焓式壓縮機，此時，可將多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接至該補焓壓縮機的補氣口)，經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口流出的含有更多氣態(tài)工質的工質流輸出至壓縮機，提高了壓縮機吸氣壓力，從而提升了壓縮機的壓縮比。
[0051 ] 實施例三
如圖6為一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、第一節(jié)流件、第二節(jié)流件、多級混聯(lián)熱量置換裝置。壓縮機的出口連接冷凝器的入口，冷凝器的出口連接第二節(jié)流件的入口，第二節(jié)流件的出口連接多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口連接第一節(jié)流件的入口，第一節(jié)流件的出口連接蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口連接壓縮機的入口。將冷凝器放置在需要制熱的房間等密閉環(huán)境之中，將蒸發(fā)器放置在該密閉環(huán)境之外。冷凝器所在的密閉環(huán)境形成冷凝區(qū)，蒸發(fā)器所在的環(huán)境形成蒸發(fā)區(qū)。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發(fā)區(qū)的環(huán)境熱量，并釋放到冷凝區(qū)中，為密閉的制熱環(huán)境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。
[0052]熱量置換子系統(tǒng)的結構與實施例一相同，本實施例中不再贅述。同樣，冷凝器的出口流出的氣液混合態(tài)工質，順著工質流道進入多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。在多級混聯(lián)熱量置換裝置中，熱量回收單元和熱量利用單元快速地充分進行熱量置換。最后，經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流出并進入第一節(jié)流件的入口的工質溫度比由冷凝器的出口流出的工質溫度大幅度降低。從而大幅度降低了通過第一節(jié)流件進入蒸發(fā)器的工質的熱量，進入蒸發(fā)器的工質溫度超低，調節(jié)蒸發(fā)壓力，使得蒸發(fā)器的吸熱能力更高。
[0053]如圖6在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發(fā)的含有更多氣態(tài)工質的工質經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口流出?？蓪⒍嗉壔炻?lián)熱量置換裝置的第二出口連接至第一節(jié)流件的入口，通過第一節(jié)流件進入聚熱板，提高進入聚熱板工質中的氣態(tài)工質的占比，使得被動吸熱型的聚熱板內的工質分布更加均勻，相當于為聚熱板進行了一次初級蒸發(fā)，提高系統(tǒng)的制熱能力。
[0054]實施例四
本實施例中未描述部分與實施例三相同，在此不再贅述。本實施例與實施例的區(qū)別在于:
如圖7在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發(fā)的含有更多氣態(tài)工質的工質經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口流出?？蓪⒍嗉壔炻?lián)熱量置換裝置的第二出口分別連接至第一節(jié)流件的入口和壓縮機的入口。一方面，提高了壓縮機吸氣壓力，從而提升了壓縮機的壓縮比；另一反面，通過第一節(jié)流件進入聚熱板，提高進入聚熱板工質中的氣態(tài)工質的占比，使得被動吸熱型的聚熱板內的工質分布更加均勻，相當于為聚熱板進行了一次初級蒸發(fā)，提高系統(tǒng)的制熱能力。
[0055]前述實施例一至實施例五中的熱量置換子系統(tǒng)也可以采用如圖10的結構:
熱量回收單元包括豎直放置的金屬材質的第一換熱板片2，該第一換熱板片2包括設置在頂部的工質入口 21、設置在底部的工質出口 22、設置在工質入口和工質出口之間的吸熱工質流道26、集液管23和氣相回流管24。吸熱工質流道26為呈S形的彎曲流道，吸熱工質流道26入口連接工質入口 21，集液管23和吸熱工質流道26通過第一回流通道25連通，氣相回流管24和吸熱工質流道26通過第二回流通道27連通。第一回流通道25為傾斜的直線流道，第一回流通道25與集液管23的連接點的位置高于第一回流通道25與吸熱工質流道26的連接點的位置。第二回流通道27為傾斜的直線流道，第二回流通道27與集液管23的連接點的位置低于第二回流通道27與吸熱工質流道26的連接點的位置。
[0056]氣液混態(tài)的工質經工質入口 21進入吸熱工質流道26，在吸熱工質流道內大部分工質的熱量被吸收轉移，變?yōu)闇囟雀偷囊簯B(tài)工質。液態(tài)工質由于重力作用經向下傾斜的第一回流通道25進入集液管23中被收集。仍然為氣態(tài)的工質在彎曲的吸熱工質流道26內上升，經向上傾斜的第二回流通道27進入氣相回流管24返回工質入口 21處再次進入吸熱工質流道26，使得其熱量能夠被吸收轉移而被液化。
[0057]熱量利用單元包括豎直放置的金屬材質的第二換熱板片3，該第二換熱板片3包括設置在底部的工質入口 31、設置在頂部的工質出口 32、以及設置在工質入口 31和工質出口32之間的供熱工質流道36、集氣管33和液相回流管34。供熱工質流道36為呈S形的彎曲流道，供熱工質流道36入口連接工質入口 31，集氣管33和供熱工質流道36通過第一回流通道37連通，液相回流管34和供熱工質流道36通過第二回流通道35連通。第一回流通道37為傾斜的直線流道，第一回流通道37與集氣管33的連接點的位置高于第一回流通道37與供熱工質流道36的連接點的位置。第二回流通道35為傾斜的直線流道，第二回流通道35與液相回流管34的連接點的位置低于第二回流通道35與供熱工質流道36的連接點的位置。
[0058]經第二換熱板片出來的液態(tài)工質經工質入口31進入供熱工質流道36。在供熱工質流道36內大部分工質吸收熱量以后變?yōu)闅鈶B(tài)工質。氣態(tài)工質由于重力作用經向上傾斜的第一回流通道37進入集氣管33中被收集。仍然為液態(tài)的工質在彎曲的供熱工質流道36內向下流動，經向下傾斜的第二回流通道35進入液相回流管34返回工質入口 21處再次進入供熱工質流道36，使得其能夠再次吸收熱量而變?yōu)闅鈶B(tài)工質。
[0059]如圖8為熱量置換裝置I的側視圖。熱量回收單元包括豎直放置的金屬材質的第一換熱板片2，熱量利用單元包括豎直放置的金屬材質的第二換熱板片3。熱量回收單元可包括多個第一換熱板片2，熱量利用單元也可包含多個第二換熱板片3。第一換熱板片2與第二換熱板片的數量相同，并且間隔地重疊在一起。第一換熱板片2的工質入口連接熱量回收單元的入口，第一換熱板片2的工質出口連接熱量回收單元的出口。第二換熱板片3的工質入口連接熱量利用單元的入口，第二換熱板片3的工質出口32連接熱量利用單元的出口。第三節(jié)流件4的入口連接熱量回收單元的出口(即第一換熱板片的工質出口22)，第三節(jié)流件4的出口連接熱量利用單元入口(即第二換熱板片的工質入口 31)。第一換熱板片2和第二換熱板片3緊密貼合，吸熱工質流道26內的工質由上往下流動，供熱工質流道36內的工質由下往上流動，兩個工質流道內的工質形成對流，促進相互之間的熱量交換。
[0060]經冷凝器流出的工質為氣液混合態(tài)，第三節(jié)流件4可以通過調節(jié)由多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口流向熱量利用單元的工質的流量實現(xiàn)對調節(jié)熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節(jié)。通過第三節(jié)流件4調節(jié)熱量回收單元內的工質密度大于熱量利用單元內的工質密度，使得具有相同結構的第一換熱板片2和第二換熱板片3，第一換熱板片2內工質的總焓值大于第二換熱板3內的工質的總焓值。金屬材質的第一換熱板片2和第二換熱板片3緊密地重疊在一起，由于兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態(tài)工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態(tài)的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發(fā)為氣態(tài)，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，并且溫度進一步降低。
[0061]另外，上述所有實施例中的制熱系統(tǒng)也可以用于制冷，用于制冷時將蒸發(fā)器放置在需要制熱的房間等密閉環(huán)境之中，將冷凝器放置在該密閉環(huán)境之外。蒸發(fā)器所在的密閉環(huán)境形成蒸發(fā)區(qū)，冷凝器所在的環(huán)境形成冷凝區(qū)。工質在工質流道中流動的過程中，將蒸發(fā)區(qū)的環(huán)境熱量吸收，并釋放到冷凝區(qū)中，為密閉的制冷環(huán)境吸熱，降低房間內的溫度，達到制冷效果。
[0062]本發(fā)明的技術方案改變了傳統(tǒng)卡諾式循環(huán)應用系統(tǒng)兩大區(qū)域、四大部件的構造格局，通過第二節(jié)流件和多級混聯(lián)熱量置換裝置在所述冷凝區(qū)和所述蒸發(fā)區(qū)之間設置多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。節(jié)流件的前移可以將冷凝余熱用于熱量置換，避免冷凝余熱的浪費，提高系統(tǒng)的有效產熱量。在多級混聯(lián)熱量置換裝置內部將工質分為兩部分，提取在傳統(tǒng)卡諾式循環(huán)應用系統(tǒng)無法再利用的低品質的冷凝余熱，使得經多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口進入蒸發(fā)器的工質溫度比由冷凝器出口直接進入蒸發(fā)器的工質溫度低很多。保證了整個制冷/制熱系統(tǒng)中冷凝、蒸發(fā)場景的完整，減少工質由冷凝區(qū)進入蒸發(fā)區(qū)過程中的冷凝熱量和蒸發(fā)熱量的損失。通過對多級混聯(lián)熱量置換裝置的合理優(yōu)化，為卡諾循環(huán)機的效率無限趨近于理想效率拓開了一個方向。從而突破了制冷/制熱系統(tǒng)的技術瓶頸，大大提高了制冷/制熱系統(tǒng)的能效比。多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)更加適合于環(huán)境溫差大的極端制冷/制熱環(huán)境中需要快速制冷/制熱的場合，通過多級混聯(lián)熱量置換裝置對工質快速進行多級熱量置換，大大增加蒸發(fā)器入口和出口之間的溫度差，提高蒸發(fā)器的工作性能，保證了系統(tǒng)在極端條件下仍能夠正常工作，并且快速達到目標溫度。
[0063]雖然結合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領域普通技術人員可以在所附權利要求的范圍內做出各種變形或修改。
【主權項】
1.一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，包括通過工質流道連接的蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、以及第一節(jié)流件;所述蒸發(fā)器的出口連接所述壓縮機的入口，所述壓縮機的出口連接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口連接所述第一節(jié)流件的入口，所述第一節(jié)流件的出口連接所述蒸發(fā)器的入口 ；其特征在于:所述冷凝器出口和所述第一節(jié)流件入口之間設有多級混聯(lián)熱量置換區(qū)。2.根據權利要求1所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述熱量置換區(qū)包括第二節(jié)流件、以及多級混聯(lián)熱量置換裝置;所述第二節(jié)流件的入口連接所述冷凝器的出口，所述第二節(jié)流件的出口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的入口，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口連接所述第一節(jié)流件的入口。3.根據權利要求1或2所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述多級混聯(lián)熱量置換裝置包括至少三個熱量置換子系統(tǒng);所述熱量置換子系統(tǒng)包括熱量回收單元、熱量利用單元;所述熱量回收單元混聯(lián)在所述多級串聯(lián)熱量置換裝置的入口和所述多級串聯(lián)熱量置換裝置的第一出口之間。4.根據權利要求3所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述熱量置換子系統(tǒng)還包括第三節(jié)流件，所述第三節(jié)流件的入口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第一出口，所述第三節(jié)流件的出口連接所述熱量利用單元的入口，所述熱量利用單元的出口連接所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口。5.根據權利要求4所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述壓縮機的入口。6.根據權利要求4所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述蒸發(fā)器的入口。7.根據權利要求4所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述壓縮機的入口，所述多級混聯(lián)熱量置換裝置的第二出口連接所述蒸發(fā)器的入口。8.根據權利要求3所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述熱量回收單元包括設有工質流道的第一換熱板片，所述熱量利用單元包括設有工質流道的第二換熱板片，所述熱量回收單元的入口和所述熱量回收單元的出口通過所述第一換熱板片的工質流道連通，所述熱量利用單元的入口和所述熱量利用單元的出口通過所述第二換熱板片的工質流道連通;所述第一換熱板片和所述第二換熱板片間隔貼地緊密貼合。9.根據權利要求1所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱系統(tǒng)為制熱系統(tǒng)。10.根據權利要求1所述的一種多級混聯(lián)置換換熱系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)。
【文檔編號】F25B39/04GK105928397SQ201610381097
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】唐玉敏, 虞紅偉
【申請人】唐玉敏, 虞紅偉