一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)及其工作方法，包括壓縮機、冷凝回路及蒸發(fā)回路，壓縮機通過連接管路其進氣端與蒸發(fā)回路連通，出氣端與冷凝回路連通，冷凝回路包括高溫渦流管、高溫冷凝器、低溫冷凝器、高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥、高溫混合器及中溫冷凝器，蒸發(fā)回路包括中溫蒸發(fā)器、低溫渦流管、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器、低溫調(diào)節(jié)閥及低溫混合器，中溫冷凝器另通過連接管路與中溫蒸發(fā)器連通，其工作方法包括冷媒壓縮，冷媒放熱及冷媒蒸發(fā)等三步循環(huán)運行。本發(fā)明一方面有拓寬了冷媒介質(zhì)蒸發(fā)吸熱的溫度范圍，提高了熱泵系統(tǒng)工作效率，另一方面增加了熱泵系統(tǒng)溫度輸出的范圍和提高了溫度調(diào)節(jié)的靈活性及便利性，從而提高了工作效率，降低了運行能耗。
【專利說明】一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)及其工作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)及工作方法，屬熱泵供熱設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]熱泵是一種通過冷媒介質(zhì)在外界環(huán)境中吸收熱量并通過冷凝器在特定范圍內(nèi)進行發(fā)熱的一種特殊的制冷系統(tǒng)，其工作熱源主要來自于冷媒與外界環(huán)境進行熱交換來獲取因此，當(dāng)前的熱泵系統(tǒng)在研究及設(shè)計時，主要是對其蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，最常用的方法是增加蒸發(fā)器的換熱面積、提高換熱器的換熱效率等，但在實際使用中發(fā)現(xiàn)，通過蒸發(fā)器從環(huán)境吸熱的過程僅在冷媒與外界環(huán)境存在較大溫差時，其工作效率才能顯著提高，若當(dāng)冷媒介質(zhì)溫度與外界環(huán)境溫度接近，或高于外界環(huán)境溫度時，則冷媒通過蒸發(fā)器進行吸熱效率將大大降低，甚至?xí)霈F(xiàn)冷媒向外界空氣放熱的現(xiàn)象，從而極大的限制了熱泵系統(tǒng)的工作效率，尤其是在低溫環(huán)境下當(dāng)前熱泵系統(tǒng)效率尤為低下；同時熱泵系統(tǒng)原理是“逆卡諾循環(huán)”，該理論明確指出系統(tǒng)效率與熱泵系統(tǒng)溫差和最終熱量輸出目標(biāo)溫度有關(guān)，溫差越大、效率越低；現(xiàn)有一個壓縮式熱泵系統(tǒng)其吸熱、放熱環(huán)節(jié)通常只有一個，因此通常忽略不同階段溫度需求，而簡單采用階段性工作(如冰箱制冷輸出溫度很低-30°C，通過啟?？刂茖崿F(xiàn)較低制冷目標(biāo)_18°C)、溫度混合(如用空氣源熱泵熱水器70°C的熱水混合冷水獲得40°C洗澡、取暖用溫水)，熱源和熱輸出目標(biāo)溫差較大，因此增加了壓縮機的工作負(fù)擔(dān)，降低了壓縮機的工作效率，另一方面也增加了熱泵系統(tǒng)的運行能耗，除此之外，當(dāng)前的熱泵系統(tǒng)在進行供熱時，其供熱溫度的調(diào)節(jié)性能較差，主要是通過調(diào)節(jié)壓縮機運行狀態(tài)來實現(xiàn)的，因此一方面造成溫度調(diào)節(jié)范圍較窄，不能有效滿足使用的需要，另一方面也增加了壓縮機運行的負(fù)擔(dān)及壓縮機控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，因此迫切需要開發(fā)一種全新的熱泵系統(tǒng)以克服當(dāng)前熱泵系統(tǒng)中存在的諸多不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明提供一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)及其工作方法，該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，一方面有拓寬了冷媒介質(zhì)蒸發(fā)吸熱的溫度范圍，提高了熱泵系統(tǒng)工作效率，降低了運行能耗，同時并顯著提高了在熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的運行效率，另一方面提高了熱泵系統(tǒng)溫度輸出的范圍和溫度調(diào)節(jié)的靈活性及便利性，從而有效的提高了熱泵系統(tǒng)的工作效率，降低了熱泵系統(tǒng)的運行能耗。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)，包括壓縮機、冷凝回路及蒸發(fā)回路，壓縮機通過連接管路其進氣端與蒸發(fā)回路連通，出氣端與冷凝回路連通，冷凝回路包括高溫渦流管、高溫冷凝器、低溫冷凝器、高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥、高溫混合器及中溫冷凝器，其中高溫渦流管的進氣口通過連接管路與壓縮機出氣口連通，其高溫出汽口及低溫出汽口通過連接管路分別與高溫冷凝器及低溫冷凝器連通，其中高溫渦流管低溫出汽口與低溫冷凝器連通的連接管路上設(shè)高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥，高溫混合器另通過連接管路分別與高溫冷凝器及低溫冷凝器連通，蒸發(fā)回路包括中溫蒸發(fā)器、低溫渦流管、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器、低溫調(diào)節(jié)閥及低溫混合器，低溫渦流管進氣口通過連接管路與中溫蒸發(fā)器連通，其高溫出氣口及低溫出氣口另通過連接管路分別與高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器連通，其中低溫渦流管的低溫出氣口與低溫蒸發(fā)器連通的連接管路上設(shè)低溫調(diào)節(jié)閥，低溫混合器分別與高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器及壓縮機進氣口通過連接管路連接，中溫冷凝器另通過連接管路與中溫蒸發(fā)器連通，且中溫冷凝器與中溫蒸發(fā)器連接管路間設(shè)節(jié)流閥。
[0005]進一步的，所述的高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥、低溫調(diào)節(jié)閥及節(jié)流閥均為電磁控制閥。
[0006]進一步的，所述的高溫渦流管及低溫渦流管各至少一個，且多個同類渦流管間并聯(lián)。
[0007]高效壓縮式熱泵系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟:
第一步，冷媒壓縮，通過壓縮機將經(jīng)過蒸發(fā)回路蒸發(fā)后的低溫低壓冷媒介質(zhì)進行壓縮，使其成為高壓高溫冷媒介質(zhì)，并通過連接管路將其輸送至冷凝回路中；
第二步，冷媒放熱，經(jīng)過壓縮機的高溫高壓冷媒進入冷凝回路后，首先通過高溫渦流管對其進行分流，一方面使冷媒在高溫渦流管中進一步增溫并從高溫渦流管的高溫出汽口排出，并通過高溫冷凝器對外界進行高溫放熱冷凝，另一方面使冷媒在高溫渦流管內(nèi)降溫從高溫渦流管低溫出氣口排出，并通過低溫冷凝器對外界進行低溫放熱冷凝，經(jīng)過高溫冷凝器和經(jīng)過低溫冷凝器放熱冷凝后的冷媒進入高溫混合器中進行溫度中和形成中溫冷媒，然后將中溫冷媒經(jīng)過中溫冷凝器進行中溫放熱冷凝，然后通過連接管路輸送到蒸發(fā)回路中，從而實現(xiàn)冷媒同時實現(xiàn)高溫、中溫及低溫放熱；
第三步，冷媒蒸發(fā)，從中溫冷凝器中傳輸?shù)睦涿绞紫冗M入到中溫蒸發(fā)器中，使從冷媒從外界進行吸熱蒸發(fā)，對冷媒進行中溫段吸熱蒸發(fā)，然后將經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒通入到低溫渦流管中，一方面是經(jīng)過中溫蒸發(fā)的冷媒溫度進一步升高，并從低溫渦流管的高溫出氣口排出，然后通過高溫蒸發(fā)器進行高溫段吸熱蒸發(fā)，另一方面對經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒進行降溫，并從低溫渦流管的低溫出氣口排出，然后通過低溫蒸發(fā)器進行低溫段吸熱蒸發(fā)，最后經(jīng)經(jīng)過高溫吸熱蒸發(fā)的冷媒與經(jīng)過低溫吸熱的冷媒在低溫混合器進行混合，形成高溫混合冷媒，并將混合后的高溫混合冷媒輸送到壓縮機中，并再次自第一步開始循環(huán)運行。
[0008]其中，第二步中的低溫冷凝器和第三步中的高溫蒸發(fā)器另可由連接管道替代。
[0009]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，一方面有拓寬了冷媒介質(zhì)蒸發(fā)吸熱的溫度范圍，提高了熱泵系統(tǒng)工作效率，降低了運行能耗，同時并顯著提高了在熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的運行效率，另一方面增加了熱泵系統(tǒng)溫度輸出的范圍和提高了溫度調(diào)節(jié)的靈活性及便利性，從而有效的提高了熱泵系統(tǒng)的工作效率，降低了熱泵系統(tǒng)的運行能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明使用流程圖。

【具體實施方式】
[0011]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0012]如圖1所述的一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)，包括壓縮機1、冷凝回路2及蒸發(fā)回路3，壓縮機I通過連接管路4其進氣端與蒸發(fā)回路3連通，出氣端與冷凝回路2連通。
[0013]本實施例中，所述的冷凝回路2包括高溫渦流管5、高溫冷凝器6、低溫冷凝器7、高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥8、高溫混合器9及中溫冷凝器10，其中高溫渦流管5的進氣口通過連接管路4與壓縮機I出氣口連通，其高溫出汽口及低溫出汽口通過連接管路4分別與高溫冷凝器6及低溫冷凝器7連通，其中高溫渦流管5低溫出汽口與低溫冷凝器7連通的連接管路4上設(shè)高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥8，高溫混合器9另通過連接管路4分別與高溫冷凝器6及低溫冷凝器7連通。
[0014]本實施例中，所述的蒸發(fā)回路3包括中溫蒸發(fā)器11、低溫渦流管12、高溫蒸發(fā)器13、低溫蒸發(fā)器14、低溫調(diào)節(jié)閥15及低溫混合器16，低溫渦流管12進氣口通過連接管路4與中溫蒸發(fā)器11連通，其高溫出氣口及低溫出氣口另通過連接管路4分別與高溫蒸發(fā)器13、低溫蒸發(fā)器14連通，其中低溫渦流管12的低溫出氣口與低溫蒸發(fā)器14連通的連接管路4上設(shè)低溫調(diào)節(jié)閥15，低溫混合器16分別與高溫蒸發(fā)器13、低溫蒸發(fā)器14及壓縮機I進氣口通過連接管路4連接。
[0015]本實施例，所述的中溫冷凝器10另通過連接管路4與中溫蒸發(fā)器11連通，且中溫冷凝器10與中溫蒸發(fā)器11連接管路4間設(shè)節(jié)流閥17。
[0016]本實施例中，所述的高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥8、低溫調(diào)節(jié)閥15及節(jié)流閥17均為電磁控制閥。
[0017]本實施例中，所述的高溫渦流管5及低溫渦流管12各至少一個，且多個同類渦流管間并聯(lián)。
[0018]如圖2所述的一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟:
第一步，冷媒壓縮，通過壓縮機將經(jīng)過蒸發(fā)回路蒸發(fā)后的低溫低壓冷媒介質(zhì)進行壓縮，使其成為高壓高溫冷媒介質(zhì)，并通過連接管路將其輸送至冷凝回路中；
第二步，冷媒放熱，經(jīng)過壓縮機的高溫高壓冷媒進入冷凝回路后，首先通過高溫渦流管對其進行分流，一方面使冷媒在高溫渦流管中進一步增溫并從高溫渦流管的高溫出汽口排出，并通過高溫冷凝器對外界進行高溫放熱冷凝，另一方面使冷媒在高溫渦流管內(nèi)降溫從高溫渦流管低溫出氣口排出，并通過低溫冷凝器對外界進行低溫放熱冷凝，經(jīng)過高溫冷凝器和經(jīng)過低溫冷凝器放熱冷凝后的冷媒進入高溫混合器中進行溫度中和形成中溫冷媒，然后將中溫冷媒經(jīng)過中溫冷凝器進行中溫放熱冷凝，然后通過連接管路輸送到蒸發(fā)回路中，從而實現(xiàn)冷媒同時實現(xiàn)高溫、中溫及低溫放熱；
第三步，冷媒蒸發(fā)，從中溫冷凝器中傳輸?shù)睦涿绞紫冗M入到中溫蒸發(fā)器中，使從冷媒從外界進行吸熱蒸發(fā)，對冷媒進行中溫段吸熱蒸發(fā)，然后將經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒通入到低溫渦流管中，一方面是經(jīng)過中溫蒸發(fā)的冷媒溫度進一步升高，并從低溫渦流管的高溫出氣口排出，然后通過高溫蒸發(fā)器進行高溫段吸熱蒸發(fā)，另一方面對經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒進行降溫，并從低溫渦流管的低溫出氣口排出，然后通過低溫蒸發(fā)器進行低溫段吸熱蒸發(fā)，最后經(jīng)經(jīng)過高溫吸熱蒸發(fā)的冷媒與經(jīng)過低溫吸熱的冷媒在低溫混合器進行混合，形成高溫混合冷媒，并將混合后的高溫混合冷媒輸送到壓縮機中，并再次自第一步開始循環(huán)運行。
[0019]其中，第二步中的低溫冷凝器和第三步中的高溫蒸發(fā)器另可由連接管道替代。
[0020]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)，其特征在于:其包括壓縮機、冷凝回路及蒸發(fā)回路，所述的壓縮機通過連接管路其進氣端與蒸發(fā)回路連通，出氣端與冷凝回路連通，所述的冷凝回路包括高溫渦流管、高溫冷凝器、低溫冷凝器、高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥、高溫混合器及中溫冷凝器，其中所述的高溫渦流管的進氣口通過連接管路與壓縮機出氣口連通，其高溫出汽口及低溫出汽口通過連接管路分別與高溫冷凝器及低溫冷凝器連通，其中所述的高溫渦流管低溫出汽口與低溫冷凝器連通的連接管路上設(shè)高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥，所述的高溫混合器另通過連接管路分別與高溫冷凝器及低溫冷凝器連通，所述的蒸發(fā)回路包括中溫蒸發(fā)器、低溫渦流管、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器、低溫調(diào)節(jié)閥及低溫混合器，所述的低溫渦流管進氣口通過連接管路與中溫蒸發(fā)器連通，其高溫出氣口及低溫出氣口另通過連接管路分別與高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器連通，其中所述的低溫渦流管的低溫出氣口與低溫蒸發(fā)器連通的連接管路上設(shè)低溫調(diào)節(jié)閥，所述的低溫混合器分別與高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器及壓縮機進氣口通過連接管路連接，所述的中溫冷凝器另通過連接管路與中溫蒸發(fā)器連通，且中溫冷凝器與中溫蒸發(fā)器連接管路間設(shè)節(jié)流閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫節(jié)調(diào)節(jié)閥、低溫調(diào)節(jié)閥及節(jié)流閥均為電磁控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效壓縮式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫渦流管及低溫渦流管各至少一個，且多個同類渦流管間并聯(lián)。
4.一種利用權(quán)利要求1至3任意一項所述高效壓縮式熱泵系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，其包括如下步驟: 第一步，冷媒壓縮，通過壓縮機將經(jīng)過蒸發(fā)回路蒸發(fā)后的低溫低壓冷媒介質(zhì)進行壓縮，使其成為高壓高溫冷媒介質(zhì)，并通過連接管路將其輸送至冷凝回路中； 第二步，冷媒放熱，經(jīng)過壓縮機的高溫高壓冷媒進入冷凝回路后，首先通過高溫渦流管對其進行分流，一方面使冷媒在高溫渦流管中進一步增溫并從高溫渦流管的高溫出汽口排出，并通過高溫冷凝器對外界進行高溫放熱冷凝，另一方面使冷媒在高溫渦流管內(nèi)降溫從高溫渦流管低溫出氣口排出，并通過低溫冷凝器對外界進行低溫放熱冷凝，經(jīng)過高溫冷凝器和經(jīng)過低溫冷凝器放熱冷凝后的冷媒進入高溫混合器中進行溫度中和形成中溫冷媒，然后將中溫冷媒經(jīng)過中溫冷凝器進行中溫放熱冷凝，然后通過連接管路輸送到蒸發(fā)回路中，從而實現(xiàn)冷媒同時實現(xiàn)高溫、中溫及低溫放熱； 第三步，冷媒蒸發(fā)，從中溫冷凝器中傳輸?shù)睦涿绞紫冗M入到中溫蒸發(fā)器中，使從冷媒從外界進行吸熱蒸發(fā)，對冷媒進行中溫段吸熱蒸發(fā)，然后將經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒通入到低溫渦流管中，一方面是經(jīng)過中溫蒸發(fā)的冷媒溫度進一步升高，并從低溫渦流管的高溫出氣口排出，然后通過高溫蒸發(fā)器進行高溫段吸熱蒸發(fā)，另一方面對經(jīng)過中溫蒸發(fā)后的冷媒進行降溫，并從低溫渦流管的低溫出氣口排出，然后通過低溫蒸發(fā)器進行低溫段吸熱蒸發(fā)，最后經(jīng)經(jīng)過高溫吸熱蒸發(fā)的冷媒與經(jīng)過低溫吸熱的冷媒在低溫混合器進行混合，形成高溫混合冷媒，并將混合后的高溫混合冷媒輸送到壓縮機中，并再次自第一步開始循環(huán)運行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述的第二步中的低溫冷凝器和第三步中的高溫蒸發(fā)器另可由連接管道替代。
【文檔編號】F25B41/06GK104482689SQ201410772276
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】茍仲武 申請人:茍仲武