單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置及方法
2023-04-23 04:05:11 2
專利名稱：單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種單雙級水源熱泵熱水機耦合系統，用於在較寬的環境水源溫度範圍內製取供暖或生活熱水。
背景技術：
隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，人們對物質文化需求的層次也相應 提高，對熱水的需求量迅速增大，衛生熱水能耗佔各類商業建築能耗比重的10% 40%， 佔民用建築能耗比重的20% 30%，節能是熱泵熱水機發展的永恆主題。熱泵熱水機採用 蒸氣壓縮式熱泵技術，應用範圍從小到家庭、大到集中式熱水工程等民用、商用場所。因其 具有節能、安全、環保、經濟和應用廣泛等技術和商業優勢，熱泵熱水機在國內外市場有著 廣闊的發展空間和應用前景。設計高效節能的熱泵熱水機對整個社會的節能與環保具有重 要意義。我國國家標準規定水源熱泵熱水機名義工況，初始水溫度為15°C，終止水溫 55°C。在已有的水源熱泵熱水機中，一般在名義工況下能達到規定出水溫度。但由於環境 水源溫度常年處於變化中，在環境水源溫度較低時(冬季)，採用中溫製冷劑的單級蒸氣壓 縮式熱泵熱水機往往達不到國標規定的終止水溫度(55°C)。為解決這個難題，一般採用更 換製冷劑(如CO2)，或採用復疊制熱循環系統。那麼CO2系統較為龐大，製造和運行成本高。 復疊制熱系統較複雜，耗能也高。
發明內容
技術問題本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種用於製取熱水的單雙 級水源熱泵熱水機耦合裝置，該系統簡化了復疊式制熱系統，也不需更換製冷劑，使用常用 的壓縮式熱泵系統即可達到規定的熱水終止水溫度，拓寬了壓縮式熱泵取熱的溫度範圍， 降低了製造和運行成本。技術內容本發明的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置的制熱水循環包括兩個可獨 立運行的單級壓縮熱泵循環和由兩個單級壓縮熱泵循環耦合為一個雙級壓縮熱泵循環系 統；該裝置的熱水進水端和熱水出水端分別接第一冷凝器、第二冷凝器的進水端和出水端， 環境水源進水端和環境水源回水端分別接第一滿液式蒸發器、第二滿液式蒸發器的進水端 和出水端；第一壓縮機的進液端接第一滿液式蒸發器的出液端，第一壓縮機的出液端接第 一冷凝器進液端，第二壓縮機的進液端接第二滿液式蒸發器的出液端，第二壓縮機的出液 端接第二冷凝器的進液端；第一壓縮機的出液端與第一滿液式蒸發器的進液端通過第四電 磁閥相連接；第二冷凝器的出液端通過相串聯的第二電磁閥、第二乾燥過濾器、第二視液 鏡、第二電子膨脹閥接第二滿液式蒸發器的進液端，第一冷凝器的出液端通過相串聯的第 一電磁閥、第一乾燥過濾器、第一視液鏡、第一電子膨脹閥接第一滿液式蒸發器的進液端； 第三電磁閥接在第二滿液式蒸發器與第一乾燥過濾器之間。本發明單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置的耦合方法採用雙級壓縮熱泵循環和單級壓縮熱泵循環互為切換，通過水路電磁閥、製冷劑循環迴路電磁閥啟閉來進行耦合切換，其方法具體是當作為兩個獨立運行的單級壓縮熱泵循環時，水路的第五電磁閥、第六電磁閥開 啟，製冷劑循環迴路的第一電磁閥、第二電磁閥開啟，第三電磁閥、第四電磁閥關閉；第一壓 縮機出來的製冷劑氣體流經第一冷凝器放熱冷凝為製冷劑液體，同時水側供水被加熱，制 冷劑液體再經第一電磁閥、第一乾燥過濾器、第一視液鏡、第一電子膨脹閥、第一滿液式蒸 發器吸收環境水源熱量蒸發後，再進入第一壓縮機，構成一個單級壓縮熱泵循環；另一個單 級壓縮循環則是第二壓縮機出來的製冷劑氣體流經第二冷凝器放熱冷凝為製冷劑液體， 同時水側供水被加熱，製冷劑液體再經第二電磁閥、第二乾燥過濾器、第二視液鏡、第二電 子膨脹閥、第二滿液式蒸發器吸收環境水源熱量蒸發後，再進入第二壓縮機，完成單級壓縮 熱泵循環；當作為雙級壓縮熱泵循環時，水路第五電磁閥、第六電磁閥關閉，製冷劑循環迴路 第一電磁閥關閉，第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥開啟；第一壓縮機出來的製冷劑氣 體經第四電磁閥與第二電子膨脹閥節流閃發並經第二滿液式蒸發器分離後的氣體混合，再 進入第二壓縮機進行壓縮，壓縮後的製冷劑高壓氣體流經第二冷凝器放熱冷凝為製冷劑液 體，同時水側供水被加熱；製冷劑液體經第二電磁閥、第二乾燥過濾器、第二視液鏡、第二電 子膨脹閥節流後進入第二滿液式蒸發器，在第二滿液式蒸發器中氣液分離，分離出的製冷 劑氣體與第一壓縮機的排氣混合進入第二壓縮機，分離後的製冷劑液體經第三電磁閥、第 一乾燥過濾器、第一視液鏡、第一電子膨脹閥節流後進入第一滿液式蒸發器，吸收環境水源 熱量蒸發後再進入第一壓縮機，完成雙級壓縮熱泵循環。第二滿液式蒸發器在單級壓縮時作為蒸發器使用，而耦合為雙級壓縮系統時充當 雙級壓縮中間級儲液器使用，使得系統簡化且運行可靠。環境水源流經蒸發器後得到的低溫回水還可以作為一般用冷場合的冷凍水，實現 機組的冷熱聯供的多功能綜合利用。用於製取熱水的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置，在環境水源較高溫度時，採用 兩個獨立運行的單級壓縮熱泵系統為冷凝器提供熱量，加大了熱水供應量，且可以才用啟 停的方式進行機組制熱量部分調節；而在環境水源溫度較低時，將兩個獨立運行的單級壓 縮熱泵系統耦合為一個雙級壓縮熱泵循環系統，拓寬了熱泵取熱的溫度範圍，使在較低的 環境溫度條件下，也能製取並達到規定的送水溫度。有益效果本發明採用由單雙級壓縮熱泵系統耦合製取熱水，在環境水源溫度較 高工況時採用兩個單級壓縮熱泵循環供熱，既可加大水源熱泵的熱水供應量，又可根據實 際需求對機組供熱量進行部分調節；在環境水源較低工況時將單級壓縮熱泵循環耦合為雙 級壓縮熱泵循環製取熱水，不僅滿足在環境水源較寬溫度範圍內安全可靠地提供熱水，而 且系統較採用復疊循環簡化，且不必更換製冷劑，使得設備製造成本降低，操作簡便節能。
下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。圖1是用於單雙級水源熱泵熱水機耦合系統制熱水循環流程圖。其中有第一滿液式蒸發器1、第二滿液式蒸發器8，第一壓縮機2、第二壓縮機9，第一冷凝器3、第二冷凝器10，第一電磁閥4、第二電磁閥11、第三電磁閥15、第四電磁閥 16、第五電磁閥17、第六電磁閥18，第一乾燥過濾器5、第二乾燥過濾器12，第一視液鏡6、第 二視液鏡13，第一電子膨脹閥7、第二電子膨脹閥14。圖2是單級壓縮水源熱泵熱水機熱泵循環lgp-h圖。圖3是雙級壓縮水源熱泵熱水機熱泵循環lgp-h圖。
具體實施例方式如圖1中所示，該單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置由兩個可獨立運行的單級壓縮熱泵循環和由兩個單級壓縮熱泵循環耦合為一個雙級壓縮熱泵循環系統組成。該裝置制熱 水循環包括兩個可獨立運行的單級壓縮熱泵循環和由兩個單級壓縮熱泵循環耦合為一個 雙級壓縮熱泵循環系統；該裝置的熱水進水端和熱水出水端分別接第一冷凝器3、第二冷 凝器10的進水端和出水端，環境水源進水端和環境水源回水端分別接第一滿液式蒸發器 1、第二滿液式蒸發器8的進水端和出水端；第一壓縮機2的進液端接第一滿液式蒸發器1 的出液端，第一壓縮機2的出液端接第一冷凝器3進液端，第二壓縮機9的進液端接第二滿 液式蒸發器8的出液端，第二壓縮機9的出液端接第二冷凝器10的進液端；第一壓縮機2 的出液端與第一滿液式蒸發器1的進液端通過第四電磁閥16相連接；第二冷凝器10的出 液端通過相串聯的第二電磁閥11、第二乾燥過濾器12、第二視液鏡13、第二電子膨脹閥14 接第二滿液式蒸發器8的進液端，第一冷凝器3的出液端通過相串聯的第一電磁閥4、第一 乾燥過濾器5、第一視液鏡6、第一電子膨脹閥7接第一滿液式蒸發器1的進液端；第三電磁 閥15接在第二滿液式蒸發器8與第一乾燥過濾器5之間。一、環境水源溫度較高情況下，兩個單級壓縮熱泵循環獨立運行製取熱水水路第五電磁閥17、第六電磁閥18開啟，製冷劑循環迴路第一電磁閥4、第二電磁 閥11開啟，第三電磁閥15、第四電磁閥16關閉，環境水源迴路環境水並聯進入第一滿液式蒸發器1和第二滿液式蒸發器8，放熱 後回水。制熱水迴路熱水並聯進入第一冷凝器3、第二冷凝器10吸熱後送水。製冷劑迴路第一壓縮機2出來的製冷劑氣體流第一經冷凝器3、第一電磁閥4、第 一乾燥過濾器5、第一視液鏡6、第一電子膨脹閥7、第一滿液式蒸發器1再進入第一壓縮機 2，構成一個單級壓縮熱泵循環；另一個循環則是第二壓縮機9出來的製冷劑氣體流經第 二冷凝器10、第二電磁閥11、第二乾燥過濾器12、第二視液鏡13、第二電子膨脹閥14、第二 滿液式蒸發器8再進入第二壓縮機9，完成單級壓縮熱泵循環。熱泵熱水機單級壓縮熱泵循環在lgp-h圖上表示如圖2所示，製冷劑循環狀態點 在圖中用括號表示出。在環境水源溫度較高工況時，蒸發溫度為Ttll，冷凝溫度為Tk，採用單 級壓縮熱泵循環即可製取國標規定溫度(55°c )的終止熱水。二、環境水源溫度較低情況下，兩個單級壓縮循環耦合為雙級壓縮熱泵循環製取 熱水水路第五電磁閥17、第六電磁閥18關閉，製冷劑循環迴路第一電磁閥4關閉，第二 電磁閥11、第三電磁閥15、第四電磁閥16開啟，環境水源迴路環境水只進入第一滿液式蒸發器1，放熱後回水。
制熱水迴路熱水只進入第二冷凝器10吸熱後送水。 製冷劑迴路第一壓縮機2出來的製冷劑氣體經第四電磁閥16與第二電子膨脹 閥14節流閃發並經第二滿液式蒸發器8 (在雙級熱泵循環中此蒸發器作為中間級儲液器使 用)分離後的氣體混合，再進入第二壓縮機9進行壓縮，壓縮後的製冷劑高壓氣體流經第二 冷凝器10放熱冷凝為製冷劑液體，同時水側供水被加熱。製冷劑液體再經第二電磁閥11、 第二乾燥過濾器12、第二視液鏡13、第二電子膨脹閥14節流後進入第二滿液式蒸發器8，在 第二滿液式蒸發器8中氣液分離，分離出的製冷劑氣體與第一壓縮機2的排氣混合進入第 二壓縮機9，分離後的製冷劑液體經第三電磁閥15、第一乾燥過濾器5、第一視液鏡6、第一 電子膨脹閥7節流後進入第一滿液式蒸發器1，在第一滿液式蒸發器1中吸收環境水源熱量 蒸發後的製冷劑氣體再進入第一壓縮機2。熱泵熱水機雙級壓縮熱泵循環在lgp-h圖上表示如圖3所示。在環境水源溫度較 低(冬季)時，蒸發溫度Ttl2 < Ttll (注=Ttll為單級壓縮中製取55°C熱水所需的最低蒸發溫 度)，冷凝溫度為Tk。此工況下，採用單級壓縮熱泵循環壓縮機壓比過大，因此，無法製得所 需溫度(55°C)熱水，而採用雙級壓縮提高了第二冷凝器10的冷凝溫度，即可達到製取國標 規定熱水溫度。
權利要求
一種單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置，其特徵在於該裝置制熱水循環包括兩個可獨立運行的單級壓縮熱泵循環和由兩個單級壓縮熱泵循環耦合為一個雙級壓縮熱泵循環系統；該裝置的熱水進水端和熱水出水端分別接第一冷凝器(3)、第二冷凝器(10)的進水端和出水端，環境水源進水端和環境水源回水端分別接第一滿液式蒸發器(1)、第二滿液式蒸發器(8)的進水端和出水端；第一壓縮機(2)的進液端接第一滿液式蒸發器(1)的出液端，第一壓縮機(2)的出液端接第一冷凝器(3)進液端，第二壓縮機(9)的進液端接第二滿液式蒸發器(8)的出液端，第二壓縮機(9)的出液端接第二冷凝器(10)的進液端；第一壓縮機(2)的出液端與第一滿液式蒸發器(1)的進液端通過第四電磁閥(16)相連接；第二冷凝器(10)的出液端通過相串聯的第二電磁閥(11)、第二乾燥過濾器(12)、第二視液鏡(13)、第二電子膨脹閥(14)接第二滿液式蒸發器(8)的進液端，第一冷凝器(3)的出液端通過相串聯的第一電磁閥(4)、第一乾燥過濾器(5)、第一視液鏡(6)、第一電子膨脹閥(7)接第一滿液式蒸發器(1)的進液端；第三電磁閥(15)接在第二滿液式蒸發器(8)與第一乾燥過濾器(5)之間。
2.一種如權利要求1所述的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置的耦合方法，其特徵在於 該方法採用雙級壓縮熱泵循環和單級壓縮熱泵循環互為切換，通過水路電磁閥、製冷劑循 環迴路電磁閥啟閉來進行耦合切換，其方法具體是當作為兩個獨立運行的單級壓縮熱泵循環時，水路的第五電磁閥(17)、第六電磁閥 (18)開啟，製冷劑循環迴路的第一電磁閥(4)、第二電磁閥(11)開啟，第三電磁閥(15)、第 四電磁閥(16)關閉；第一壓縮機⑵出來的製冷劑氣體流經第一冷凝器(3)放熱冷凝為 製冷劑液體，同時水側供水被加熱，製冷劑液體再經第一電磁閥(4)、第一乾燥過濾器(5)、 第一視液鏡(6)、第一電子膨脹閥(7)、第一滿液式蒸發器(1)吸收環境水源熱量蒸發後， 再進入第一壓縮機(2)，構成一個單級壓縮熱泵循環；另一個單級壓縮循環則是第二壓縮 機(9)出來的製冷劑氣體流經第二冷凝器(10)放熱冷凝為製冷劑液體，同時水側供水被加 熱，製冷劑液體再經第二電磁閥(11)、第二乾燥過濾器(12)、第二視液鏡(13)、第二電子膨 脹閥(14)、第二滿液式蒸發器(8)吸收環境水源熱量蒸發後，再進入第二壓縮機(9)，完成 單級壓縮熱泵循環；當作為雙級壓縮熱泵循環時，水路第五電磁閥(17)、第六電磁閥(18)關閉，製冷劑循 環迴路第一電磁閥(4)關閉，第二電磁閥(11)、第三電磁閥(15)、第四電磁閥(16)開啟； 第一壓縮機(2)出來的製冷劑氣體經第四電磁閥(16)與第二電子膨脹閥(14)節流閃發並 經第二滿液式蒸發器(8)分離後的氣體混合，再進入第二壓縮機(9)進行壓縮，壓縮後的制 冷劑高壓氣體流經第二冷凝器(10)放熱冷凝為製冷劑液體，同時水側供水被加熱；製冷劑 液體經第二電磁閥(11)、第二乾燥過濾器(12)、第二視液鏡(13)、第二電子膨脹閥(14)節 流後進入第二滿液式蒸發器(8)，在第二滿液式蒸發器(8)中氣液分離，分離出的製冷劑氣 體與第一壓縮機(2)的排氣混合進入第二壓縮機(9)，分離後的製冷劑液體經第三電磁閥 (15)、第一乾燥過濾器(5)、第一視液鏡(6)、第一電子膨脹閥(7)節流後進入第一滿液式蒸 發器(1)，吸收環境水源熱量蒸發後再進入第一壓縮機(2)，完成雙級壓縮熱泵循環。
3.如權利要求1所述的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置的耦合方法，其特徵在於，第 二滿液式蒸發器(8)在單級壓縮時作為蒸發器使用，而耦合為雙級壓縮系統時充當雙級壓 縮中間級儲液器使用，使得系統簡化且運行可靠。
4.如權利要求1所述的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置的耦合方法，其特徵在於，環 境水源流經蒸發器後得到的低溫回水還可以作為一般用冷場合的冷凍水，實現機組的冷熱 聯供的多功能綜合利用。
全文摘要
用於制熱水的單雙級水源熱泵熱水機耦合裝置及方法涉及一種單雙級水源熱泵熱水機耦合系統，用於在較寬的環境水源溫度範圍內製取供暖或生活熱水。該裝置制熱水循環包括兩個可獨立運行的單級壓縮熱泵循環和由兩個單級壓縮熱泵循環耦合為一個雙級壓縮熱泵循環系統；在環境水源溫度較高時，採用兩個獨立運行的單級蒸氣壓縮式熱泵循環提供熱水；而在環境水源溫度較低時，為了保證供熱水的溫度，將兩個單級蒸氣壓縮式熱泵循環耦合為一個雙級熱泵循環，不僅有助於保證在環境水源溫度較寬範圍內的熱水供應溫度，而且在環境水源溫度較低的工況下，系統比其他制熱水循環簡單，操作簡便，設備製造成本降低。
文檔編號F24H4/02GK101871690SQ20101021038
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者李彥軍, 李舒宏, 杜塏, 殷勇高 申請人:東南大學