超低温复叠热泵机组论文和设计-李国伟

全文摘要

本实用新型提供了一种超低温复叠热泵机组，涉及空气制热技术领域，解决了现有技术中存在的空气源热泵系统在低温和超低温条件下制热效果不佳的技术问题。该系统包括低温制热系统和高温制热系统，其中，所述低温制热系统和所述高温制热系统共同连接至蒸发冷凝器而形成复叠；所述高温制热系统包括高温系统压缩机以及与所述高温系统压缩机相连接的补气增焓系统，所述高温系统压缩机为补气增焓压缩机，以通过与其连接的所述补气增焓系统对所述高温系统压缩机进行补气增焓。本实用新型在低温和超低温条件下均可正常运行产生高温热水；同时，与现有的电热水器相比，具有节能环保的效果。

主设计要求

1.一种超低温复叠热泵机组，其特征在于，包括低温制热系统(10)和高温制热系统(20)，其中，所述低温制热系统(10)和所述高温制热系统(20)共同连接至蒸发冷凝器(15)而形成复叠；所述高温制热系统(20)包括高温系统压缩机(24)以及与所述高温系统压缩机(24)相连接的补气增焓系统，所述高温系统压缩机(24)为补气增焓压缩机，以通过与其连接的所述补气增焓系统对所述高温系统压缩机(24)进行补气增焓。

设计方案

2.根据权利要求1所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述高温制热系统(20)还包括高温系统气液分离器(23)、蒸发冷凝器(15)、高温系统水冷凝器(25)、高温系统储液罐(26)和高温系统干燥过滤器(27)，其中，所述蒸发冷凝器(15)的高温端出口与所述高温系统气液分离器(23)的进口相连接；所述高温系统气液分离器(23)的出口连接至所述高温系统压缩机(24)的第一进气口，所述高温系统压缩机(24)的排气口连接至所述高温系统水冷凝器(25)的进口，所述高温系统水冷凝器(25)的出口连接至所述高温系统储液罐(26)的进口；所述高温系统储液罐(26)的出口连接至所述高温系统干燥过滤器(27)的进口。

3.根据权利要求2所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述高温系统干燥过滤器(27)与四通阀(28)相连接，所述高温系统干燥过滤器(27)通过所述四通阀(28)分别与所述蒸发冷凝器(15)以及所述补气增焓系统相连接。

4.根据权利要求3所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，在所述四通阀(28)与所述蒸发冷凝器(15)的主回路(35)上设有电子膨胀阀(30)。

5.根据权利要求3所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述补气增焓系统包括第一热力膨胀阀(31)和经济器(29)，自与所述四通阀(28)连接的管路分两路分别连接所述第一热力膨胀阀(31)和所述经济器(29)；其中所述第一热力膨胀阀(31)和单向阀(32)通过第一管路(33)与所述四通阀(28)连接；所述经济器(29)的第一进口端通过第二管路(34)与所述四通阀(28)连接。

6.根据权利要求5所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述经济器(29)的第二进口端连接至所述第一热力膨胀阀(31)和所述单向阀(32)之间，所述经济器(29)的第一出口端连接至主回路(35)，并经电子膨胀阀(30)返回至所述蒸发冷凝器(15)的高温端进口。

7.根据权利要求6所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述经济器(29)的第二出口端连接至辅回路(36)，并经所述辅回路(36)返回至所述高温系统压缩机(24)的补气增焓进气口。

8.根据权利要求1所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述低温制热系统包括低温系统蒸发器(11)、低温系统气液分离器(13)、低温系统压缩机(14)、蒸发冷凝器(15)、低温系统储液罐(16)、低温系统干燥过滤器(17)以及第二热力膨胀阀(19)。

9.根据权利要求8所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述蒸发器(11)的出口与所述低温系统气液分离器(13)的进口相连接；所述低温系统气液分离器(13)的出口连接至所述低温系统压缩机(14)的进气口；所述低温系统压缩机(14)的排气口连接至所述蒸发冷凝器(15)的低温端进口，所述蒸发冷凝器(15)的低温端出口连接至所述低温系统储液罐(16)的进口，所述低温系统储液罐(16)的出口连接至所述低温系统干燥过滤器(17)和所述第二热力膨胀阀(19)；所述第二热力膨胀阀(19)的出口端连接至所述蒸发器(11)的进口；所述低温制热系统还包括换热风机(12)。

10.根据权利要求1所述的超低温复叠热泵机组，其特征在于，所述超低温复叠热泵机组还包括水交换系统，所述水交换系统包括保温水箱(40)，所述保温水箱(40)分别与高温系统水冷凝器(25)的高温水出口端和低温水进口端相连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及空气制热技术领域，尤其是涉及一种超低温复叠热泵机组。

背景技术

伴随着能源危机警钟的敲响和节能环保呼声的日益高涨，可再生能源已经成为下一步能源战略的重点。其中，空气源热泵以节能、环保的优势越来越受到人们的青睐。空气源热泵系统是利用类似热泵型房间空调器的制热运行方式，在系统的冷凝侧将温度较低的水加热。由于其制冷效率通常是电热水器的2～3倍，具有很大的节能潜力。空气源热泵系统以空气作为热源，以制冷剂为冷媒，主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、四通阀、蒸发器以及气液分离器等部件组成，压缩机从蒸发器中吸入低温低压气态制冷剂，通过做功将其压缩成高温高压气态制冷剂，再进入冷凝器和水进行热交换后被冷凝呈低温液态制冷剂，水吸收释放出的热量而使温度不断上升。被冷凝的高压低温液体经膨胀阀节流降压后，在蒸发器中通过风机的作用吸收周围空气热量从而蒸发成低压气体后被吸入压缩机中压缩，如此经过反复循环持续制取热水。

然而，传统的空气源热泵系统的制热量随着室外环境温度的下降而迅速下降，当室外温度较低时，系统的制热量将低到无法满足北方寒冷地区的冬季采暖需求，甚至导致系统无法正常运转。而且，随着室外环境温度的降低，压缩机的压力比会越来越大，导致整体机组的制冷效果不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超低温复叠热泵机组，以解决现有技术中存在的空气源热泵系统在低温和超低温条件下制热效果不佳的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种超低温复叠热泵机组，包括低温制热系统和高温制热系统，其中，所述低温制热系统和所述高温制热系统共同连接至蒸发冷凝器而形成复叠；所述高温制热系统包括高温系统压缩机以及与所述高温系统压缩机相连接的补气增焓系统，所述高温系统压缩机为补气增焓压缩机，以通过与其连接的所述补气增焓系统对所述高温系统压缩机进行补气增焓。

根据一种优选实施方式，所述高温制热系统还包括高温系统气液分离器、蒸发冷凝器、高温系统水冷凝器、高温系统储液罐和高温系统干燥过滤器，其中，所述蒸发冷凝器的高温端出口与所述高温系统气液分离器的进口相连接；所述高温系统气液分离器的出口连接至所述高温系统压缩机的第一进气口，所述高温系统压缩机的排气口连接至所述高温系统水冷凝器的进口，所述高温系统水冷凝器的出口连接至所述高温系统储液罐的进口；所述高温系统储液罐的出口连接至所述高温系统干燥过滤器的进口。

根据一种优选实施方式，所述高温系统干燥过滤器与四通阀相连接，所述高温系统干燥过滤器通过所述四通阀分别与所述蒸发冷凝器以及所述补气增焓系统相连接。

根据一种优选实施方式，在所述四通阀与所述蒸发冷凝器的主回路上设有电子膨胀阀。

根据一种优选实施方式，所述补气增焓系统包括第一热力膨胀阀和经济器，自与所述四通阀连接的管路分两路分别连接所述第一热力膨胀阀和所述经济器；其中所述第一热力膨胀阀和单向阀通过第一管路与所述四通阀连接；所述经济器的第一进口端通过第二管路与所述四通阀连接。

根据一种优选实施方式，所述经济器的第二进口端连接至所述第一热力膨胀阀和所述单向阀之间，所述经济器的第一出口端连接至主回路，并经电子膨胀阀返回至所述蒸发冷凝器的高温端进口。

根据一种优选实施方式，所述经济器的第二出口端连接至辅回路，并经所述辅回路返回至所述高温系统压缩机的补气增焓进气口。

根据一种优选实施方式，所述低温制热系统包括低温系统蒸发器、低温系统气液分离器、低温系统压缩机、蒸发冷凝器、低温系统储液罐、低温系统干燥过滤器以及第二热力膨胀阀。

根据一种优选实施方式，所述蒸发器的出口与所述低温系统气液分离器的进口相连接；所述低温系统气液分离器的出口连接至所述低温系统压缩机的进气口；所述低温系统压缩机的排气口连接至所述蒸发冷凝器的低温端进口，所述蒸发冷凝器的低温端出口连接至所述低温系统储液罐的进口，所述低温系统储液罐的出口连接至所述低温系统干燥过滤器和所述第二热力膨胀阀；所述第二热力膨胀阀的出口端连接至所述蒸发器的进口；所述低温制热系统还包括换热风机。

根据一种优选实施方式，所述超低温复叠热泵机组还包括水交换系统，所述水交换系统包括保温水箱，所述保温水箱分别与高温系统水冷凝器的高温水出口端和低温水进口端相连接。

基于上述技术方案，本实用新型实施例的超低温复叠热泵机组至少具有如下技术效果：

本实用新型的超低温复叠热泵机组将低温制热系统和高温制热系统共同连接至蒸发冷凝器，形成低温制热系统和高温制热系统复叠式的结构，蒸发冷凝器既是低温制热系统冷凝器又是高温制热系统的蒸发器，在低温制热系统中制冷剂在低温系统蒸发器中吸收热量，并通过低温系统气液分离器由低温低压的气液混合物变成同温同压的气体，气态制冷剂在低温系统压缩机中被压缩成高温高压的气体后进入可作为低温系统冷凝器的蒸发冷凝器中释放出热量；此时，高温制热系统中的制冷剂将热量从可作为高温系统蒸发器的蒸发冷凝器中吸收并分别经过高温系统气液分离器和高温系统压缩机带入高温系统水冷凝器以进行热交换将热量传递给水，从而得到所需温度的高温热水。采用复叠式结构，可以应用于低温度条件下，能够在低温度下高效运行；同时本实用新型的超低温复叠热泵机组在高温制热系统的压缩机中连接了补气增焓系统，可以在温度低于0度以下的超低温条件时，通过补气增焓系统自动增加压缩机的制冷剂流量，使其在低温、超低温条件下均可以正常运行制热，制得高温热水。另外，本实用新型的超低温复叠热泵机组节能、环保，同时可在不同环境温度下均可以正常运行产生热水，具有较好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型的超低温复叠热泵机组的连接结构示意图。

图中：10-低温制热系统；11-低温系统蒸发器；12-换热风机；13-低温系统气液分离器；14-低温系统压缩机；15-蒸发冷凝器；16-低温系统储液罐；17-低温系统干燥过滤器；19-第二热力膨胀阀；20-高温制热系统；23-高温系统气液分离器；24-高温系统压缩机；25-高温系统水冷凝器；26-高温系统储液罐；27-高温系统干燥过滤器；28-四通阀；29-经济器；30-电子膨胀阀；31-第一热力膨胀阀；32-单向阀；33-第一管路；34-第二管路；35-主回路；36-辅回路；40-保温水箱。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面结合说明书附图1对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实用新型提供了一种超低温复叠热泵机组，包括低温制热系统10和高温制热系统20。其中，低温制热系统10和高温制热系统20共同连接至蒸发冷凝器15而形成复叠；高温制热系统20包括高温系统压缩机24以及与高温系统压缩机24相连接的补气增焓系统，高温系统压缩机24为补气增焓压缩机，以通过与其连接的补气增焓系统对高温系统压缩机24进行补气增焓。因此，本实用新型的超低温复叠热泵机组在低温条件下，通过低温制热系统和高温制热系统的复叠，可以实现空气源热泵系统在低温条件下的正常运行，制得所需温度的热水；同时在低于零度以下的超低温条件下，通过补气增焓系统对高温制热系统的高温系统压缩机进行补气增焓，增加压缩机内的制冷剂流量，从而增加系统中制冷剂的换热量，实现在超低温条件下的有效制热。

优选的，如图1所示，低温制热系统包括低温系统蒸发器11、低温系统气液分离器13、低温系统压缩机14、蒸发冷凝器15、低温系统储液罐16、低温系统干燥过滤器17以及第二热力膨胀阀19。优选的，低温系统蒸发器11的出口与低温系统气液分离器13的进口相连接。低温系统气液分离器13的出口连接至低温系统压缩机14的进气口。低温系统压缩机14的排气口连接至蒸发冷凝器15的低温端进口。蒸发冷凝器15的低温端出口连接至低温系统储液罐16的进口。低温系统储液罐16的出口接至低温系统干燥过滤器17和第二热力膨胀阀19。第二热力膨胀阀19的出口端连接至低温系统蒸发器11的进口。低温制热系统还包括换热风机12。其中，换热风机12设置在低温系统蒸发器11的外侧。来自低温系统蒸发器11的低温低压制冷剂经过低温系统气液分离器13后进入低温系统压缩机14并形成高温高压制冷剂，然后由低温系统压缩机14的排气口进入作为低温系统的冷凝器的蒸发冷凝器15内进行换热，而冷凝后的制冷剂液化后进入低温系统储液罐16，然后经低温系统干燥过滤器17干燥过滤后，经第二热力膨胀阀19节流降压后返回至低温系统蒸发器11，进入下一个阶段的循环。

优选的，如图1所示，高温制热系统20还包括高温系统气液分离器23、蒸发冷凝器15、高温系统水冷凝器25、高温系统储液罐26和高温系统干燥过滤器27。其中，蒸发冷凝器15的高温端出口与高温系统气液分离器23的进口相连接。高温系统气液分离器23的出口连接至高温系统压缩机24的第一进气口。高温系统压缩机24的排气口连接至高温系统水冷凝器25的进口。高温系统水冷凝器25的出口连接至高温系统储液罐26的进口。高温系统储液罐26的出口连接至高温系统干燥过滤器27的进口。高温系统干燥过滤器27与四通阀28相连接。高温系统干燥过滤器27通过四通阀28分别与蒸发冷凝器15以及补气增焓系统相连接。在四通阀28与蒸发冷凝器15的主回路35上设有电子膨胀阀30。因此，在低温条件下，高温系统压缩机24自高温系统气液分离器23吸入的来自吸收了蒸发冷凝器15的热量的制冷剂进行压缩成高温高压气态制冷剂，并由高温系统压缩机24送入至高温系统水冷凝器25，将热量传递至保温水箱40，而换热后的制冷剂液化进入高温系统储液罐26，经高温系统干燥过滤器27干燥过滤后，制冷剂进入四通阀28，并经电子膨胀阀30节流降压后经主回路35返回至蒸发冷凝器15内吸收翅片外空气的热量蒸发成制冷剂蒸汽，进入高温系统气液分离器23内进行气液分离后再进入高温系统压缩机24的第一进气口，进行下一个阶段的循环。

优选的，补气增焓系统包括第一热力膨胀阀31和经济器29。自与四通阀28连接的管路分两路分别连接第一热力膨胀阀31和经济器29。其中第一热力膨胀阀31和单向阀32通过第一管路33与四通阀28连接。经济器29的第一进气口端通过第二管路34与四通阀28连接。优选的，经济器29的第二进口端连接至第一热力膨胀阀31和单向阀32之间。经济器29的第一出口端连接至主回路35，并经电子膨胀阀30返回至蒸发冷凝器15。优选的，经济器29的第二出口端连接至辅回路36，并经辅回路36返回至高温系统压缩机24的补气增焓进气口。在超低温条件下，本实用新型的超低温复叠热泵机组进入补气增焓工况，高温系统压缩机24自高温系统气液分离器23吸入的来自吸收了蒸发冷凝器15的热量的制冷剂进行压缩成高温高压气态制冷剂，并由高温系统压缩机24送入至高温系统水冷凝器25，将热量传递至保温水箱40，而换热后的制冷剂液化进入高温系统储液罐26，经高温系统干燥过滤器27干燥过滤后，制冷剂进入四通阀28，自四通阀28出来的制冷剂分为两部分：其中大部分的制冷剂按照低温条件下的流程沿主回路35流动，另少部分的制冷剂自四通阀28出来后再被分为两部分，一部分直接进入经济器29内，另一部分通过第一热力膨胀阀31节流到中间压力后进入经济器29。这两部分制冷剂在经济器中进行热交换，直接进入经济器29的制冷剂在得到进一步过冷后回到主回路35，并经电子膨胀阀30最终被高温系统压缩机的第一进气口吸入；而通过第一热力膨胀阀31节流到中间压力后进入经济器的这部分制冷剂在经济器内换热后被高温系统压缩机的补气增焓进气口吸入，从而实现系统在超低温度下的制热过程。提高系统在超低温条件下的制冷剂流量，增加换热量，得到所需温度的热水。

优选的，超低温复叠热泵机组还包括水交换系统，水交换系统包括保温水箱40。保温水箱40分别与高温系统水冷凝器25的高温水出口端和低温水进口端相连接。优选的，在高温系统水冷凝器25的低温水进口端设置循环水泵。从而使得水能够在保温水箱和高温系统水冷凝器之间进行循环。

本实用新型的超低温复叠热泵机组在低温和超低温条件下均可正常运行产生高温热水，在低温条件下利用复叠式低温制热系统和高温制热系统有效换热，从而形成有效的高温热水；而在超低温条件下，通过高温制热系统的补气增焓系统向高温系统压缩机进行补气增焓操作，从而增加制冷剂流量，增加换热量，以便在超低温条件下依然可以形成有效的高温热水。同时，本实用新型的空气源热泵系统采用空气源作为热源，与现有的电热水器相比，具有节能环保的效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

设计图

超低温复叠热泵机组论文和设计

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