全文摘要
本实用新型公开了一种双级热泵系统，包括第一、第二、第三和第四循环回路；第一循环回路包括循环连接的初级蒸发器、初级压缩机、初级冷凝器和初级节流部件；第二循环回路包括循环连接的初级冷凝器、缓冲罐、次级冷凝器及次级蒸发器初级冷凝器；第三管道上依次连接有系统循环泵和膨胀罐；第一管道和第二管道之间连接有切换阀；第三个循环回路包括循环连接的次级蒸发器、次级压缩机、次级冷凝器及次级节流部件；第四循环回路包括循环连接的次级冷凝器、采暖末端供水管路、用户采暖侧的进口、用户采暖侧的出口及用户末端回水管路；用户末端回水管路上连接末端循环水泵。本实用新型的运行效率高，可满足严寒气候使用，并可提供70℃的采暖水。
主设计要求
1.一种双级热泵系统，其特征在于，包括第一循环回路、第二循环回路、第三循环回路、第四循环回路和初级蒸发器；所述初级蒸发器连接初级压缩机，所述初级压缩机连接初级冷凝器的第一通道，所述初级冷凝器的第一通道连接初级节流部件，所述初级节流部件连接所述初级蒸发器，形成第一循环回路；所述初级冷凝器的第二通道出口连接缓冲罐，所述缓冲罐通过第一管道连接次级冷凝器的第一通道进口，所述次级冷凝器的第一通道出口通过第二管道连接次级蒸发器的第一通道，所述次级蒸发器的第一通道出口通过第三管道连接所述初级冷凝器的第二通道进口，形成第二循环回路；所述第三管道上依次连接有系统循环泵和膨胀罐；所述缓冲罐的出口设有三通阀或连接两个切换阀，所述缓冲罐与第一管道之间设有所述三通阀，所述三通阀连接第二管道；所述第一管道和第二管道之间连接有第一切换阀，所述第一切换阀连接所述次级冷凝器的管道上连接有第二切换阀；所述次级蒸发器的第二通道出口通过次级压缩机连接所述次级冷凝器的第二通道进口，所述次级冷凝器的第二通道出口通过次级节流部件连接所述次级蒸发器的第二通道进口，形成第三个循环回路；所述次级冷凝器的第三通道出口连接采暖末端供水管路，所述采暖末端供水管路连接用户采暖侧的进口，所述用户采暖侧的出口通过用户末端回水管路连接所述次级冷凝器的第三通道进口，形成第四循环回路；所述用户末端回水管路上连接末端循环水泵。
设计方案
1.一种双级热泵系统，其特征在于，包括第一循环回路、第二循环回路、第三循环回路、第四循环回路和初级蒸发器；
所述初级蒸发器连接初级压缩机，所述初级压缩机连接初级冷凝器的第一通道，所述初级冷凝器的第一通道连接初级节流部件，所述初级节流部件连接所述初级蒸发器，形成第一循环回路；
所述初级冷凝器的第二通道出口连接缓冲罐，所述缓冲罐通过第一管道连接次级冷凝器的第一通道进口，所述次级冷凝器的第一通道出口通过第二管道连接次级蒸发器的第一通道，所述次级蒸发器的第一通道出口通过第三管道连接所述初级冷凝器的第二通道进口，形成第二循环回路；所述第三管道上依次连接有系统循环泵和膨胀罐；所述缓冲罐的出口设有三通阀或连接两个切换阀，所述缓冲罐与第一管道之间设有所述三通阀，所述三通阀连接第二管道；所述第一管道和第二管道之间连接有第一切换阀，所述第一切换阀连接所述次级冷凝器的管道上连接有第二切换阀；
所述次级蒸发器的第二通道出口通过次级压缩机连接所述次级冷凝器的第二通道进口，所述次级冷凝器的第二通道出口通过次级节流部件连接所述次级蒸发器的第二通道进口，形成第三个循环回路；
所述次级冷凝器的第三通道出口连接采暖末端供水管路，所述采暖末端供水管路连接用户采暖侧的进口，所述用户采暖侧的出口通过用户末端回水管路连接所述次级冷凝器的第三通道进口，形成第四循环回路；所述用户末端回水管路上连接末端循环水泵。
2.根据权利要求1所述的双级热泵系统，其特征在于，所述缓冲罐内设有电加热器。
3.根据权利要求1所述的双级热泵系统，其特征在于，所述次级冷凝器三通道板换或双盘管壳管式换热器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的双级热泵系统，其特征在于，所述第一循环回路用于放置超低温度制冷剂；所述第三循环回路用于放置高温制冷剂。
5.根据权利要求4所述的双级热泵系统，其特征在于，所述第一切换阀和第二切换阀为电动阀切换阀，所述三通阀为电动三通阀。
6.根据权利要求4所述的双级热泵系统，其特征在于，所述第三管道上设有第一温度探测器；所述缓冲罐上设有第二温度探测器；所述第二管道上设有第三温度探测器；所述采暖末端供水管路上设有第四温度探测器；所述用户末端回水管路上设有第五温度探测器。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及热泵采暖领域，特别涉及一种双级热泵系统。
背景技术
热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，目前市场上的空气源热泵产品主要存在以下问题：1、在严寒环境条件下供热能力急剧下降，甚至无法提供供热；2、复叠系统热泵无法实现制冷功能，而且综合能效较低。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种综合运行效率高的双级热泵系统及其控制方法，
为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：
一种双级热泵系统，包括第一循环回路、第二循环回路、第三循环回路、第四循环回路和初级蒸发器；
所述初级蒸发器连接初级压缩机，所述初级压缩机连接初级冷凝器的第一通道，所述初级冷凝器的第一通道连接初级节流部件，所述初级节流部件连接所述初级蒸发器，形成第一循环回路；
所述初级冷凝器的第二通道出口连接缓冲罐，所述缓冲罐通过第一管道连接次级冷凝器的第一通道进口，所述次级冷凝器的第一通道出口通过第二管道连接次级蒸发器的第一通道，所述次级蒸发器的第一通道出口通过第三管道连接所述初级冷凝器的第二通道进口，形成第二循环回路；所述第三管道上依次连接有系统循环泵P2和膨胀罐；所述缓冲罐的出口设有三通阀或连接两个切换阀，所述缓冲罐与第一管道之间设有所述三通阀，所述三通阀连接第二管道；所述第一管道和第二管道之间连接有第一切换阀，所述切换阀连接所述次级冷凝器的管道上连接有第二切换阀；
所述次级蒸发器的第二通道出口通过次级压缩机连接所述次级冷凝器的第二通道进口，所述次级冷凝器的第二通道出口通过次级节流部件连接所述次级蒸发器的第二通道进口，形成第三个循环回路；
所述次级冷凝器的第三通道出口连接采暖末端供水管路，所述采暖末端供水管路连接用户采暖侧的进口，所述用户采暖侧的出口通过用户末端回水管路连接所述次级冷凝器的第三通道进口，形成第四循环回路；所述用户末端回水管路上连接末端循环水泵。
所述缓冲罐内设有电加热器。
所述次级冷凝器三通道板换或双盘管壳管式换热器。
所述第一循环回路用于放置超低温度制冷剂、所述第二循环回路和第三循环回路用于放置高温制冷剂。
所述第一切换阀和第二切换阀为电动阀切换阀，所述三通阀为电动三通阀。
所述第三管道上设有第一温度探测器；所述缓冲罐上设有第二温度探测器；所述第二管道上设有第三温度探测器；所述采暖末端供水管路上设有第四温度探测器；所述用户末端回水管路上设有第五温度探测器。
本实用新型还提供一种上述的双级热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
双级制热工况：开启第一、第二、第三和第四循环回路，开启第一切换阀，关闭第二切换阀；通过初级蒸发器吸收空气中的热量，经过初级压缩机升温后，再通过初级冷凝器传递给第二循环回路；将第一循环回路热量通过次级蒸发器传递到第三循环回路，通过次级压缩机提升温度后，通过次级冷凝器传递到第四循环回路，用于给用户供暖；
单级制热工况：开启第一、第二和第四循环回路，开启第二切换阀，关闭第一切换阀，通过初级蒸发器吸收空气中的热量，经过初级压缩机升温后通过初级冷凝器传递给第二循环回路；第二循环回路中防冻液作为导热介质，将第一循环回路热量通过次级冷凝器传递到第四循环回路，用于给用户供暖；
化霜工况：关闭第三和第四循环回路，开启第一和第二循环回路，开启第一切换阀，关闭第二切换阀，第二循环回路的防冻介质提取缓冲罐内热量传递给初级冷凝器，再经初级压缩机后送入到初级蒸发器内并释放热量，用于化霜；当缓冲罐内储存热量不足时，启动缓冲罐内电加热器补充热量；
制冷工况：关闭第三循环回路，开启第一、第二和第四循环回路，开启第二切换阀，关闭第一切换阀；第一循环回路逆运行，从用户室内吸收热量并通过初级蒸发器对空气中散热。
进一步地，当第五温度探测器检测的温度低于第一设定启动值时，选择开启双级制热工况或单级制热工况；
当第五温度探测器检测的温度高于或等于第一设定停止值时，停止双级制热工况或单级制热工况；
在双级制热工况下，当第三温度探测器检测的温度低于设定温度值(例如15℃)时，控制系统暂停第三循环回路工作；当第三温度探测器温度值高于或等于设定温度值(例如18℃)，控制系统启动第三循环回路正常工作；
当第五温度探测器检测的温度高于第二设定启动值时，开启制冷工况；当第五温度探测器点的温度低于或等于第二设定停止值时，关闭制冷工况。
所述第一设定启动值为20-55℃；所述第一设定停止值为25-60℃；所述设定温度值为10-25℃；所述第二设定启动值为10-30℃；所述第二设定停止值为7-25℃。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
实用新型采用双压缩机实现两级压缩的双级热泵采暖，可以保证热泵系统在寒冷环境条件下可靠工作，并在整个采暖季中获得很高的综合运行效率，同时系统还可用于制冷，降低设备闲置时间，提高设备利用率。本实用新型的系统内采用防冻液作为传热循环介质还可有效提高设备的防冻性能，可满足严寒气候使用并可提供70℃的采暖水。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的双级热泵系统的系统原理图；
图2是本实用新型实施例提供的双级热泵系统的双级制热运行原理图；
图3是本实用新型实施例提供的双级热泵系统的单级制热运行原理图；
图4是本实用新型实施例提供的双级热泵系统的化霜运行原理图；
图5是本实用新型实施例提供的双级热泵系统的单级制冷运行原理图。
图中：
1初级蒸发器，2初级压缩机，3初级冷凝器，4初级节流部件，5缓冲罐，6第一管道，7次级冷凝器，8第二管道，9次级蒸发器，10第三管道，11系统循环泵，12膨胀罐，13第一切换阀，14次级压缩机，15次级节流部件，16采暖末端供水管路，17用户末端回水管路，18末端循环水泵，19电加热器，20第一温度探测器，21第二温度探测器，22第三温度探测器，23第四温度探测器，24第五温度探测器，25第二切换阀，26三通阀。
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，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，一种双级热泵系统，包括第一循环回路、第二循环回路、第三循环回路、第四循环回路和初级蒸发器1；
初级蒸发器1连接初级压缩机2，初级压缩机2连接初级冷凝器3的第一通道，初级冷凝器3的第一通道连接初级节流部件4，初级节流部件4连接初级蒸发器1，形成第一循环回路；
初级冷凝器3的第二通道出口连接缓冲罐5，缓冲罐5通过第一管道6连接次级冷凝器7的第一通道进口，次级冷凝器7的第一通道出口通过第二管道8连接次级蒸发器9的第一通道，次级蒸发器9的第一通道出口通过第三管道10连接初级冷凝器3的第二通道进口，形成第二循环回路；第三管道10上依次连接有系统循环泵11和膨胀罐12；缓冲罐5的出口设有三通阀26或连接两个切换阀，缓冲罐5与第一管道6之间设有所述三通阀26，三通阀26连接第二管道8；第一管道6和第二管道8之间连接有第一切换阀13，第一切换阀13连接次级冷凝器7的管道上连接有第二切换阀25；
次级蒸发器9的第二通道出口通过次级压缩机14连接次级冷凝器7的第二通道进口，次级冷凝器7的第二通道出口通过次级节流部件15连接次级蒸发器9的第二通道进口，形成第三个循环回路；
次级冷凝器7的第三通道出口连接采暖末端供水管路16，采暖末端供水管路16连接用户采暖侧的进口，用户采暖侧的出口通过用户末端回水管路17连接次级冷凝器7的第三通道进口，形成第四循环回路；用户末端回水管路17上连接末端循环水泵18。
本实用新型采用双压缩机实现两级压缩，使用双级热泵采暖，可以保证热泵系统在寒冷环境条件下可靠工作，并在整个采暖季中获得很高的综合运行效率，同时系统还可用于制冷，降低设备闲置时间，提高设备利用率。双级热泵系统的压缩机是独立的两台压缩机，可以串联成双级模式运行，也可以初级压缩机运行，次级压缩机停止的单级模式运行。
进一步地，为保证系统运行稳定，防止系统化霜时热量不足，缓冲罐5内设有电加热器19。
优选地，次级冷凝器7为三通道板换结构。也可以是双盘管壳管式换热器。
本实用新型的次级冷凝器采用三通道板式换热器实现热交换，可以保证双级热泵系统与末端管路系统传热介质完全分离，系统内介质是防冻介质，防止循环泵受冻受损，低温下不会凝结，减小了系统内防冻控制的复杂程度；末端介质是用户供暖用的水。三通道功能分别为次级热泵制冷剂通道、第二回路循环介质通道、末端采暖通道。
优选地，第一循环回路用于放置超低温度制冷剂、第三循环回路用于放置高温制冷剂。第二循环回路用于放置防冻液。
超低温度制冷剂优先选用R410A制冷剂；高温制冷剂优先选用R134a制冷剂。本实用新型的系统可以在-40℃环境温度下稳定提供70℃热水。
为了实现自动控制，第一切换阀13和第二切换阀25为电动阀切换阀，三通阀26为电动三通阀。
本实用新型通过两个两通阀或一个三通阀来实现自动切换和控制系统的循环。
在第二个循环回路中，在连接缓冲罐出口与次级蒸发器循环介质进口管路添加电动阀，以实现循环回路功能的切换，具体可分为单级制热循环回路，制冷循环回路，化霜循环，双级制热中间循环回路。
优选地，为实现系统自动运行控制，第三管道10上设有第一温度探测器20；缓冲罐5上设有第二温度探测器21；第二管道8上设有第三温度探测器22；采暖末端供水管路16上设有第四温度探测器23；用户末端回水管路17上设有第五温度探测器24。
通过采集第五温度探测器、第三温度探测器温度可根据系统设定温度参数，实现系统自动供暖以及系统末端管路防冻等功能；在缓冲罐内设置第二温度探测器，通过采集第二温度探测器的温度可根据系统设定温度自动启动或停止电加热器。第一温度探测器20可用于显示第二循环回路中防冻液的温度。末端供水管路的第四温度探测器温度主要用于显示供水温度。
本实用新型还提供一种上述的双级热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
参见图2，双级制热工况：当第五温度探测器24检测的温度低于第一设定启动值(例如30℃)时，开启第一、第二、第三和第四循环回路，开启第一切换阀13，关闭第二切换阀25；其中第一循环回路为双级热泵系统的一级能量来源，通过初级蒸发器1吸收空气中的热量，经过初级压缩机2升温后，再通过初级冷凝器3传递给第二循环回路；将第一循环回路热量通过次级蒸发器9传递到第三循环回路，通过次级压缩机14提升温度后，通过次级冷凝器7传递到第四循环回路，用于给用户供暖；当第五温度探测器24检测的温度高于或等于第一设定停止值(例如35℃)时，系统停止工作。在此工况条件下当第三温度探测器检测的温度低于设定温度值(例如15℃)时，控制系统将暂停第三循环回路工作，以保护第三循环系统内的次级蒸发器不因为温度过低而发生冻坏。当第三温度探测器22检测的温度高于或等于设定温度时(例如18℃)，控制系统会自动启动第三循环回路正常工作。
参见图3，单级制热工况：开启第一、第二和第四循环回路，开启第二切换阀25，关闭第一切换阀13，当第五温度探测器24检测的温度低于第二设定启动值(例如30℃)时，通过初级蒸发器1吸收空气中的热量，经过初级压缩机2升温后通过初级冷凝器3传递给第二循环回路；第二循环回路中防冻液作为导热介质，将第一循环回路热量通过次级冷凝器7传递到第四循环回路，用于给用户供暖；当第五温度探测器24检测的的温度高于或等于第二设定停止值(例如35℃)时，系统停止工作。
参见图4，化霜工况：关闭第三和第四循环回路，开启第一和第二循环回路，开启第一切换阀13，关闭第二切换阀25；第二循环回路的防冻介质提取缓冲罐5内热量传递给初级冷凝器3，再经初级压缩机2后送入到初级蒸发器1内并释放热量，用于化霜；当缓冲罐5内储存热量不足时，启动缓冲罐5内电加热器19补充热量，保证化霜顺利完成；
参见图5，制冷工况：关闭第三循环回路，开启第一、第二和第四循环回路，开启第二切换阀25，关闭第一切换阀13；当第五温度探测器24检测的温度高于设定启动值(例如25℃)时，第一循环回路逆运行，从用户室内吸收热量并通过初级蒸发器1对空气中散热，实现为用户制冷的目的。当第五温度探测器24检测的温度低于或等于设定停止值(例如18℃)时，系统停止工作。
当系统监测到第五温度探测器24检测的温度低于系统设定防冻保护温度值(例如4℃)，系统自动启动防冻功能，比如防冻循环、防冻电伴热带等。当第五温度探测器24检测的温度高于或等于系统设定防冻保护停止温度值(例如10℃)时，系统自动停止防冻功能。
本实用新型的双级热泵系统在制热状态下可以根据环境温度自动调整单双级工作模式，保证系统始终保持高效稳定工作。如采用三通阀，当采用上述的工况时，相应开启需要开通的一路循环即可。
本实用新型的实施例中，当第五温度探测器24检测的温度低于第一设定启动值时，选择开启双级制热工况或单级制热工况；
当第五温度探测器24检测的温度高于或等于第一设定停止值时，停止双级制热工况或单级制热工况；
在双级制热工况下，当第三温度探测器检测的温度低于设定温度值时，控制系统暂停第三循环回路工作；当第三温度探测器温度值高于或等于设定温度值，控制系统启动第三循环回路正常工作；
当第五温度探测器检测的温度高于第二设定启动值时，开启制冷工况；当第五温度探测器点的温度低于或等于第二设定停止值时，关闭制冷工况。
所述第一设定启动值为20-55℃，优选30℃，18℃，20℃、25℃、31℃、40℃、45℃、50℃或55℃，可根据需要进行选择；所述第一设定停止值为25-60℃，优选31℃，32℃，33℃、34℃、35℃、45℃、55℃或60℃，可根据需要进行选择；所述设定温度值为10-25℃，优选15℃，16℃，20℃、17℃、18℃、20℃、22℃或25℃，可根据实际情况的需要进行选择；所述第二设定启动值为10-30℃，优选23℃，24℃，25℃、26℃或27℃，可根据需要进行选择；所述第二设定停止值为7-25℃，优选15℃，16℃，17℃、18℃或20℃，可根据需要进行选择。
所述第一设定启动值为20-55℃；所述第一设定停止值为25-60℃；所述设定温度值为10-25℃；所述第二设定启动值为10-30℃；所述第二设定停止值为7-25℃。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920013766.1
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209819920U
授权时间:20191220
主分类号:F25B13/00
专利分类号:F25B13/00;F25B49/02;F24D3/18;F24D3/08;F24D19/10
范畴分类:35D;
申请人:北京四季通能源科技有限公司
第一申请人:北京四季通能源科技有限公司
申请人地址:102600 北京市大兴区中关村科技园区大兴生物医药产业基地天荣街19号7幢102室
发明人:李继民;武赏磊;张燕明
第一发明人:李继民
当前权利人:北京四季通能源科技有限公司
代理人:王伟锋;刘铁生
代理机构:11348
代理机构编号:北京鼎佳达知识产权代理事务所(普通合伙) 11348
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：超低温空气源热泵论文; 缓冲罐论文; 换热器论文;