一種換熱系統的製作方法

2023-11-04 18:39:52

本發明涉及熱交換技術領域，尤其涉及一種換熱系統。

背景技術：

如圖1，傳統空調及熱泵制熱/製冷系統包括壓縮機、冷凝器、節流件、以及蒸發器，制熱/冷系統內的低溫低壓工質流經蒸發器吸收熱量氣化，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，最後經節流件降壓後再次進入蒸發器。工質在系統內的循環過程中不斷的吸熱、放熱，實現系統制熱/製冷。

制熱/製冷系統在用於制熱時，將冷凝器安裝於需要制熱的環境中，工質在蒸發器中吸收蒸發器所處環境中的熱量，並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境的溫度，達到制熱效果。制熱/製冷系統在用於製冷時，將蒸發器安裝於需要製冷的環境中，工質在蒸發器中吸收蒸發器所處環境中的熱量以降低蒸發器所處環境的溫度，並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境中，達到製冷效果。

如圖2，傳統空調及熱泵製冷/制熱系統的應用場景被劃分為了兩個區域：在節流件之前的冷凝區，以及在節流件之後的蒸發區。高溫高壓工質經冷凝器進入到蒸發器之間有兩個環節：環節一，由冷凝器流出的高溫高壓工質首先經過工質管道到達節流件；環節二，經過節流件到達蒸發器。在環節一中，工質的一部分熱量散發到環境當中，沒有被充分利用，造成了工質熱量資源的浪費。在環節二中，工質通過節流件的作用以後溫度被降低，最終入蒸發區蒸發吸熱。但是，傳統空調製冷/制熱系統中節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餘熱進入到蒸發器中。對於製冷/制熱系統而言，在一定範圍內，進入蒸發器的工質溫度越低，蒸發器內工質與蒸發區環境之間的溫度差越大，蒸發器中工質吸收的熱量越多，相應地，換熱系統的製冷/制熱能力也就越強。但是，環節二中工質攜帶的冷凝餘熱卻縮小了蒸發器內工質與外界環境之間的溫度差，破壞了蒸發器的蒸發場景。因此，傳統的空調熱泵製冷/制熱系統中，冷凝區和蒸發區並不是完全獨立隔離的，工質將冷凝餘熱帶入到蒸發器內，不僅浪費了部分冷凝餘熱，而且造成冷凝區與蒸發區的相互感染，整個系統的能效無法達到最優。

技術實現要素：

本發明為解決上述技術問題提供一種換熱系統。

本發明的技術方案如下：

一種換熱系統，包括通過工質流道連接的蒸發器、壓縮機、冷凝器、以及第一節流件；所述蒸發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流件的入口，所述第一節流件的出口連接所述蒸發器的入口；其特徵在於：所述冷凝器出口和所述第一節流件入口之間設有熱量置換區。建立在所述冷凝器和所述第一節流件之間的熱量置換區將傳統的冷凝區和蒸發區隔離開，在提升冷凝同時，隔絕冷凝餘熱對蒸發區的影響，使得系統能效大大提升。

作為優選，所述熱量置換區包括第二節流件、以及熱量置換裝置；所述第二節流件的入口連接所述冷凝器的出口，所述第二節流件的出口連接所述熱量置換裝置的入口，所述熱量置換裝置的第一出口連接所述第一節流件的入口。所述第二節流件之前為工質等溫變換的冷凝區，所述第一節流件之後為蒸發區。所述第二節流件將傳統卡諾式循環中的節流件前移，縮短了冷凝器出口至節流件之間的距離，設置在第二節流件與蒸發器之間的熱量置換裝置回收利用原本在前述環節一種釋放到環境中的部分冷凝餘熱，即避免了冷凝餘熱釋放到環境中造成浪費，又使得進入蒸發器的工質溫度能夠更低，避免了冷凝餘熱對蒸發器蒸發場景的破壞，將冷凝區和蒸發區隔離開來，避免了冷凝區和蒸發區的相互感染。

作為優選，所述熱量置換裝置包括熱量回收單元、熱量利用單元，所述熱量回收單元的入口連接所述熱量置換裝置的入口，所述熱量回收單元的出口連接所述熱量置換裝置的第一出口。

作為優選，所述熱量置換裝置包括第三節流件，所述第三節流件的入口連接所述熱量置換裝置的第一出口，所述第三節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熱量置換裝置的第二出口。

作為優選，所述熱量置換裝置的第二出口連接至所述壓縮機的入口。

作為優選，所述熱量置換裝置的第二出口連接至所述蒸發器的入口。

作為優選，所述熱量置換裝置的第二出口連接至所述壓縮機的入口，所述熱量置換裝置的第二出口連接至所述蒸發器的入口。

作為優選，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。

作為優選，所述換熱系統為制熱系統。

作為優選，所述換熱系統為製冷系統。

如圖3，本發明的技術方案改變了傳統卡諾式循環應用系統兩大區域、四大部件的構造格局，在所述冷凝區和所述蒸發區之間設置熱量置換區，經所述冷凝器流出的工質經過所述熱量置換區再進入所述蒸發器。使得整個換熱系統具有下述有益效果：

1. 所述第二節流件將傳統空調熱泵製冷/制熱系統中蒸發器前端的節流件前移，將原本浪費釋放到外部環境中的冷凝熱回收利用，用於熱量置換裝置對工質進行蒸發，提高了系統的能效。

2. 所述熱量置換裝置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餘熱破壞蒸發器的蒸發場景。

3. 所述熱量置換裝置的熱量回收單元提取經冷凝器流出工質的冷凝餘熱，使得經所述熱量置換裝置流出至蒸發器端的工質溫度大大降低，增加了蒸發器內工質與蒸發器外部環境之間的溫度差，增加了系統的吸熱能力，提高了系統的效率。

4. 所述熱量置換裝置的熱量利用單元利用所述熱量回收單元提取的冷凝餘熱對工質進行加熱，使得部分工質蒸發為氣態。將這部分氣態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。

5. 將所述熱量置換裝置的熱量利用單元蒸發獲得的氣態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。

6. 所述熱量置換裝置的熱量利用單元利用所述熱量回收單元提取的冷凝餘熱對工質進行加熱，使得部分工質蒸發為氣態。將這部分氣態工質輸出至換熱系統中的蒸發器（如，異聚態聚熱板），可以提高蒸發器進入蒸發器的工質中氣態工質的佔比，使得被動吸熱型的蒸發器內工質的分布更均勻，避免在蒸發器內形成液堆，提高蒸發器的蒸發效率。

7. 本換熱系統結構簡單，只需將熱量置換裝置和第二節流件加入到冷凝器與第一節流件之間就能完成對於傳統的空調熱泵製冷/制熱系統的改造，整個升級過程不涉及原系統部件結構的改變。

附圖說明

圖1為現有制熱/製冷系統的系統圖。

圖2為現有制熱/製冷系統場景圖。

圖3為本發明的換熱系統場景圖。

圖4實施例一換熱系統的系統圖。

圖5實施例二換熱系統的系統圖。

圖6實施例三換熱系統的系統圖。

圖7實施例四換熱系統的系統圖。

圖8熱量置換裝置側視圖。

圖9熱量置換裝置結構示意圖一。

圖10熱量置換裝置結構示意圖二。

圖11多級串聯熱量置換裝置示意圖。

圖12多級並聯熱量置換裝置示意圖。

圖13多級混聯熱量置換裝置示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。

實施例一

如圖4為一種制熱系統，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發器、第一節流件、第二節流件、以及熱量置換裝置。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流件的入口，第三節流件的出口連接熱量置換裝置的入口，熱量置換裝置的第一出口連接至第一節流件的入口，第一節流件的出口連接蒸發器的入口，蒸發器的出口連接壓縮機的吸氣口。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發器外部環境的熱量，並釋放到冷凝器所在的環境中，為需要制熱的環境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。

熱量置換裝置包括熱量回收單元、熱量利用單元、以及第三節流件。熱量回收單元連接熱量置換裝置的入口，熱量回收單元的出口連接熱量置換裝置的第一出口，第三節流件的入口連接連接熱量置換裝置的第一出口，第三節流件的出口連接熱量利用單元的入口，熱量利用單元的出口連接熱量置換裝置的第二出口。熱量置換裝置的第二出口連接至壓縮機的吸氣口。熱量置換裝置的熱量回收單元提取經冷凝器流出的工質的熱量，使得流出至第一節流件的工質溫度大大降低。熱量利用單元利用熱量回收單元提取的工質冷凝餘熱蒸發部分工質，使得工質吸熱蒸發為氣態工質。第二節流件在第一節流件和冷凝器之間建立一個將蒸發區和冷凝區隔離開的熱量置換區。工質進行等溫變換的冷凝區位於第二節流件之前，在熱量置換區內的熱量回收單元對工質熱量的吸收並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餘熱，使得進入蒸發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器破壞蒸發器的蒸發場景；熱量置換區的熱量利用裝置利用熱量回收裝置提取的冷凝餘熱將工質蒸發為氣態，提高了系統的能效。

如圖8為熱量置換裝置1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，並且間隔地重疊在一起。

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。

第三節流件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的形式進入第三節流件4,第三節流件4可以調節由熱量回收單元流向熱量利用單元的工質的流量實現對熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節。通過第三節流件4調節熱量回收單元內的工質密度大於熱量利用單元內的工質密度，使得第一換熱板片2內工質的總焓值大於第二換熱板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，由於兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發為氣態，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，並且溫度進一步降低。

第二節流件的入口連接冷凝器的出口，第二節流件的出口連接熱量回收單元的入口。第二節流件相當於將原來換熱系統中蒸發器前端的第一節流件前移，有效的將冷凝餘熱用於熱量置換系統，提高系統的有效產熱量，避免熱量浪費。

冷凝器的出口流出的氣液混合態工質，順著工質流道進入熱量置換區。在熱量置換裝置中，熱量回收單元和熱量利用單元內工質進行充分的熱量置換。最後，經熱量置換裝置的第一出口流出並進入第一節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更低。降低了通過第一節流件進入蒸發器的工質的熱量，進入蒸發器的工質溫度更低，調節蒸發壓力，使得蒸發器的吸熱能力更高。

如圖4在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發的含有更多氣態工質的工質經熱量利用單元的出口流出。可將熱量置換裝置的第二出口連接至壓縮機的入口（壓縮機也可採用補焓式壓縮機，此時可將熱量置換裝置的第二出口連接至該補焓壓縮機的補氣口），提高了壓縮機吸氣壓力，從而提升了壓縮機的壓縮比，提高了壓縮機的壓縮效率，並且延長了壓縮機的使用壽命。

實施例二

如圖5為一種制熱系統，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發器、第一節流件、第二節流件、以及熱量置換裝置。其中，蒸發器包括普通蒸發器和聚熱板（被動式吸熱的異聚態吸熱板）。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流件的入口，第三節流件的出口連接熱量置換裝置的入口，熱量置換裝置的第一出口連接至第一節流件的入口，第一節流件的出口連接蒸發器的入口，蒸發器的出口連接壓縮機的吸氣口。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發器外部環境的熱量，並釋放到冷凝器所在的環境中，為需要制熱的環境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。

熱量置換裝置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工質，順著工質流道進入熱量置換裝置中。熱量置換裝置的熱量回收單元和熱量利用單元內工質進行充分的熱量交換。最後，熱量回收單元的出口流出並進入第一節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更低。降低了通過第一節流件進入蒸發器的工質的熱量，進入蒸發器的工質溫度更低，調節蒸發壓力，使得蒸發器的吸熱能力更高。

如圖5在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發的含有更多氣態工質的工質經熱量利用單元的出口流出。可將熱量置換裝置的第二出口連接至壓縮機的入口，提高了壓縮機吸氣壓力，從而提升了壓縮機的壓縮比。

實施例三

如圖6為一種制熱系統，包括通過工質流道連接的壓縮機、冷凝器、蒸發器、第一節流件、第二節流件、以及熱量置換裝置。其中，蒸發器包括普通蒸發器和聚熱板（被動式吸熱的異聚態吸熱板）。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流件的入口，第三節流件的出口連接熱量置換裝置的入口，熱量置換裝置的第一出口連接至第一節流件的入口，第一節流件的出口連接蒸發器的入口，蒸發器的出口連接壓縮機的吸氣口。工質在工質流道中流動的過程中，吸收蒸發器外部環境的熱量，並釋放到冷凝器所在的環境中，為需要制熱的環境供熱，提高房間內的溫度，達到制熱效果。

熱量置換裝置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工質，順著工質流道進入熱量置換裝置中。熱量置換裝置中，熱量回收單元和熱量利用單元內工質充分進行熱量交換。最後，經熱量回收單元流出並進入第一節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更低。降低了通過第一節流件進入蒸發器的工質的熱量，進入蒸發器的工質溫度更低，調節蒸發壓力，使得蒸發器的吸熱能力更高。

如圖6在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發的含有更多氣態工質的工質經熱量利用單元的出口流出。可將熱量置換裝置的第二出口連接至第一節流件的入口，通過第一節流件進入聚熱板，提高進入聚熱板工質中的氣態工質的佔比，使得被動吸熱型的聚熱板內的工質分布更加均勻，相當於為聚熱板進行了一次初級蒸發，提高系統的制熱能力。

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別在於：

如圖7在熱量利用單元中吸收熱量被蒸發的含有更多氣態工質的工質經熱量利用單元的出口流出。可將熱量置換裝置的第二出口分別連接至第一節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，通過第一節流件進入聚熱板，提高進入聚熱板工質中的氣態工質的佔比，使得被動吸熱型的聚熱板內的工質分布更加均勻，相當於為聚熱板進行了一次初級蒸發，提高系統的制熱能力。

前述實施例一至實施例五也可以採用如圖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的連接點的位置高於第一回流通道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的連接點的位置低於第二回流通道27與吸熱工質流道26的連接點的位置。

氣液混態的工質經工質入口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，變為溫度更低的液態工質。液態工質由於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。仍然為氣態的工質在彎曲的吸熱工質流道26內流動，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。

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通過第三回流通道37連通，液相回流管34和供熱工質流道36通過第四回流通道35連通。第三回流通道37為傾斜的直線流道，第三回流通道37與集氣管33的連接點的位置高於第三回流通道37與供熱工質流道36的連接點的位置。第四回流通道35為傾斜的直線流道，第四回流通道35與液相回流管34的連接點的位置低於第四回流通道35與供熱工質流道36的連接點的位置。

經第二換熱板片出來的液態工質經工質入口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後變為氣態工質。氣態工質由於重力作用經向上傾斜的第三回流通道37進入集氣管33中被收集。仍然為液態的工質在彎曲的供熱工質流道36內流動，經向下傾斜的第四回流通道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為氣態工質。

如圖8為熱量置換裝置1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，並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。

經冷凝器流出的工質為氣液混合態，第三節流件4可以通過調節由熱量置換裝置的出口流向熱量利用單元的工質的流量實現對調節熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節。通過第三節流件4調節熱量回收單元內的工質密度大於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內工質的總焓值大於第二換熱板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，由於兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發為氣態，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，並且溫度進一步降低。

上述所有實施例中的熱量置換裝置也可以採用多個熱量回收單元串聯的多級串聯熱量置換裝置、或者採用多個熱量回收單元並聯的多級並聯熱量置換系統、或者採用多個熱量回收單元混聯的多級熱量混聯置換系統。

如圖11，多級串聯熱量置換裝置包括兩個熱量置換子系統（本實施例中，分稱為第一熱量置換子系統和第二熱量置換子系統）。熱量置換子系統包括：熱量回收單元2、熱量利用單元3和第三節流件。第一熱量置換子系統的熱量回收單元的入口連接至多級串聯熱量置換裝置的入口，第一熱量置換子系統的熱量回收單元的出口連接至第二熱量置換子系統的熱量回收單元的入口，第二熱量置換子系統的熱量回收單元的出口連接至多級串聯熱量置換裝置的第一出口。多級串聯熱量置換裝置的第一出口的工質分三路：一路連接至換熱系統的第一節流件入口，另一路回到第二熱量置換子系統的第三節流件的入口、最後一路回到第一熱量置換子系統的第三節流件的入口，第二熱量置換子系統的第三節流件的出口連接至第二熱量置換子系統的熱量利用單元的入口，第一熱量置換子系統的第三節流件的出口連接至第一熱量置換子系統的熱量利用單元的入口，第一熱量置換子系統的熱量利用單元的出口和第二熱量置換子系統的熱量利用單元均連接至多級串聯熱量置換裝置的第二出口。

第二節流件在第一節流件和冷凝器之間建立一個將蒸發區和冷凝區隔離開的多級串聯熱量置換區。工質進行等溫變換的冷凝區位於第二節流件之前，在多級串聯熱量置換區內的熱量回收單元對工質熱量的吸收並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餘熱，使得進入蒸發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器破壞蒸發器的蒸發場景；多級串聯熱量置換區的熱量利用裝置利用熱量回收裝置提取的冷凝餘熱將工質蒸發為氣態，提高了系統的能效。兩個熱量置換子系統的熱量回收單元串聯於多級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器的工質的溫度。

第三節流件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的形式先後進入第一熱量置換子系統的熱量回收單元和第二熱量置換子系統的熱量回收單元。熱量置換子系統的第三節流件可以調節該熱量置換子系統中由多級串聯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，實現對熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節。熱量置換子系統通過第三節流件調節熱量回收單元內的工質密度大於熱量利用單元內的工質密度，使得第一換熱板片2內工質的總焓值大於第二換熱板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，由於兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發為氣態，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，並且溫度進一步降低。氣液兩相態的工質經過第一熱量置換子系統的熱量回收單元，由熱量回收單元的出口流出的工質熱量被轉移，其中大部分工質變為溫度更加低的液態工質；進一步地進入第二熱量置換子系統的熱量回收單元，工質的更多熱量被轉移，溫度進一步降低。部分工質由第二熱量置換子系統的熱量回收單元的出口流出至多級串聯熱量置換裝置的第一出口，被輸送至制熱系統的第一節流件。剩餘的部分工質被分別送至第一熱量置換子系統的熱量利用單元和第二熱量置換子系統的熱量利用單元，吸收熱量以後變為氣態工質經多級串聯熱量置換裝置的第二出口送至壓縮機吸氣口。通過兩個串聯的熱量置換系統加大了經多級串聯熱量置換裝置的第一出口流出的工質與經多級串聯熱量置換裝置的入口流入的工質之間的溫度差，使得制熱系統更加適用於惡劣的極端低溫制熱環境。第一熱量置換子系統的第一換熱板片和第二換熱板片內工質的總焓值差大於第二熱量置換子系統的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，通過調整分流至各級熱量置換系統的熱量利用單元內的工質的量，可以調整經多級串聯熱量置換裝置的第二出口流出工質中氣態工質的佔比，滿足制熱系統在不同的使用環境中的不同需求。

如圖12，多級並聯熱量置換裝置包括兩個熱量置換子系統。熱量置換子系統包括：熱量回收單元2、熱量利用單元3和第三節流件。熱量置換子系統的熱量回收單元的入口連接至熱量置換子系統的入口，熱量回收單元的出口連接至熱量置換子系統的第一出口。熱量置換子系統的第一出口流出的工質分兩路：一路連接至換熱系統的第一節流件入口，另一路回到熱量置換子系統的第三節流件的入口，第三節流件的出口連接至熱量利用單元的入口，熱量利用單元的出口連接至熱量置換子系統的第二出口。

第二節流件在第一節流件和冷凝器之間建立一個將蒸發區和冷凝區隔離開的熱量置換區。工質進行等溫變換的冷凝區位於第二節流件之前，在熱量置換區內的熱量回收單元對工質熱量的吸收並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餘熱，使得進入蒸發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器破壞蒸發器的蒸發場景；熱量置換區的熱量利用單元利用熱量回收裝置提取的冷凝餘熱將工質蒸發為氣態，提高了系統的能效。兩個熱量置換子系統的熱量回收單元並聯於多級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，可以同時對工質冷凝熱進行回收利用，快速降低進入到蒸發器的工質的溫度。

第三節流件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的形式同時進入兩個熱量置換子系統的熱量回收單元。熱量置換系統的第三節流件可以調節該熱量置換子系統中由多級並聯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，實現對熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節。通過第三節流件調節熱量回收單元內的工質密度大於熱量利用單元內的工質密度，使得第一換熱板片2內工質的總焓值大於第二換熱板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，由於兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發為氣態，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，並且溫度進一步降低。氣液兩相態的工質經過熱量置換子系統的熱量回收單元，由熱量回收單元的出口流出的工質熱量被轉移，其中大部分工質變為溫度更加低的液態工質流出至低熱量隔離出口，被輸送至制熱系統的第一節流件。剩餘的部分工質被送回至熱量置換系統的熱量利用單元，吸收熱量以後變為氣態工質經高熱量隔離出口送至壓縮機吸氣口。通過兩級並聯的熱量置換系統實現在短時間內對大量工質的熱量交換，提高了多級並聯隔離區對工質的熱量交換效率，使得制熱系統更加適用於需要快速製冷/制熱的場合。兩級熱量置換子系統的熱量回收單元和熱量利用單元交替地緊密重疊在外殼中，可以增加熱交換的面積，提高熱量置換系統的熱量交換能力。可以通過調整分流至各級熱量置換子系統的熱量利用單元內的工質的量，分別控制兩個熱量置換子系統的工作狀態。甚至可以選組單獨使用其中一個熱量置換子系統或者同時開啟兩個熱量置換子系統進行工作，以滿足系統在不同的制熱/製冷速度需求。即使其中一個熱量置換子系統發生故障，也可以保證另一個熱量置換子系統不會受其影響獨立工作，從而提高整個制熱系統的穩定性。

如圖13，多級混聯熱量置換裝置包括第一熱量置換子系統、第二熱量置換子系統、以及第三熱量置換子系統。第一熱量置換子系統與第二熱量置換子系統並聯以後再與第三熱量置換子系統串聯構成整個多級混聯熱量置換裝置。熱量置換子系統包括：熱量回收單元2、熱量利用單元3和第三節流件。第一熱量置換子系統和第二熱量置換子系統的熱量回收單元的入口連接至多級混聯熱量置換裝置的入口，第一熱量置換子系統和第二熱量置換子系統的熱量回收單元的出口連接至第三熱量置換子系統的熱量回收單元的入口。第三熱量置換子系統的熱量回收單元的出口連接至多級混聯熱量置換裝置的第一出口。多級混聯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的第一節流件入口，剩餘三路分別回到第一熱量置換子系統、第二熱量置換子系統、以及第三熱量置換子系統的第三節流件的入口。第一熱量置換子系統的第三節流件的出口連接至第三熱量置換子系統的熱量利用單元的入口，第二熱量置換子系統的第三節流件的出口連接至第二熱量置換子系統的熱量利用單元的入口，第三熱量置換子系統的第三節流件的出口連接第三熱量置換子系統的第三節流件的入口。第一熱量置換子系統、第二熱量置換子系統、以及第三熱量置換子系統的熱量利用單元均連接至多級混聯熱量置換裝置的第二出口。

第二節流件在第一節流件和冷凝器之間建立一個將蒸發區和冷凝區隔離開的多級混聯熱量置換區。工質進行等溫變換的冷凝區位於第二節流件之前，在多級混聯熱量置換區內的熱量回收單元對工質熱量的吸收並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餘熱，使得進入蒸發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器破壞蒸發器的蒸發場景；多級混聯熱量置換區的熱量利用裝置利用熱量回收裝置提取的冷凝餘熱將工質蒸發為氣態，提高了系統的能效。三個熱量置換子系統的熱量回收單元混聯於多級混聯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器的工質的溫度。

第三節流件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的形式同時進入第一熱量置換子系統的熱量回收單元和第二熱量置換子系統的熱量回收單元，隨後再進入第三熱量置換子系統的熱量回收單元。第三節流件可以調節由多級混聯熱量置換裝置的第一出口流向其熱量置換子系統的熱量利用單元的工質的流量實現對熱量置換子系統內熱量回收單元和熱量利用單元內的工質密度的調節。通過第三節流件調節熱量回收單元內的工質密度大於熱量利用單元內的工質密度，使得第一換熱板片2內工質的總焓值大於第二換熱板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，由於兩者的總焓值不同，導致他們相互之間進行熱傳遞。在第二換熱板片3內的氣液混合態工質吸收第一換熱板片2內的氣液混合態的工質熱量，第二換熱板片3內的工質吸收熱量蒸發為氣態，第一換熱板片2內的工質釋放熱量被液化，並且溫度進一步降低。氣液兩相態的工質經過第一熱量置換子系統和第二熱量置換子系統的熱量回收單元，由熱量回收單元的出口流出的工質熱量被轉移，其中大部分工質變為溫度更加低的液態工質；進一步地進入第三熱量置換子系統的熱量回收單元，工質的更多熱量被轉移，溫度進一步降低。部分多級混聯熱量置換裝置的第一出口流出的工質被輸送至制熱系統的第一節流件；剩餘的部分工質被分別送至第一熱量置換子系統、第二熱量置換子系統、以及第三熱量置換子系統的熱量利用單元，吸收熱量以後變為氣態工質經多級混聯熱量置換裝置的第二出口送至壓縮機吸氣口。

首先通過兩級並聯的熱量置換子系統實現在短時間內對大量工質的熱量交換，提高了多級混聯隔離區對工質的熱量交換效率，使得制熱系統更加適用於惡劣的極端低溫制熱環境內的快速制熱需求。並聯後的兩個熱量置換子系統與第三熱量置換系統的串聯，提高了經多級混聯熱量置換裝置的第一出口流出的工質與經多級混聯熱量置換裝置的入口流入的工質之間的溫度差，使得制熱系統更加適用於惡劣的極端低溫制熱環境。第三熱量置換子系統中第一換熱板片和第二換熱板片內工質的總焓值差大於第一熱量置換系統和第二熱量置換系統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工質的佔比，滿足制熱系統在不同的使用環境中的不同需求。對於並聯的兩個熱量置換子系統，甚至可以選擇僅單獨使用其中一個熱量置換子系統或者同時開啟兩個熱量置換子系統進行工作，以滿足制熱系統在不同的使用環境中的不同需求。即使其中一個熱量置換子系統發生故障，也可以保證另一個熱量置換子系統不會受其影響獨立工作，從而提高整個制熱系統的穩定性。

上述所有實施例中的換熱系統也可以用於製冷，用於製冷時將蒸發器放置在需要制熱的房間等密閉環境之中，將冷凝器放置在該密閉環境之外。蒸發器所在的密閉環境形成蒸發區，冷凝器所在的環境形成冷凝區。工質在工質流道中流動的過程中，將蒸發區的環境熱量吸收，並釋放到冷凝區中，為密閉的製冷環境吸熱，降低房間內的溫度，達到製冷效果。

本發明的技術方案改變了傳統卡諾式循環應用系統兩大區域、四大部件的構造格局，通過第二節流件和熱量置換裝置在所述冷凝區和所述蒸發區之間設置熱量置換區。節流件的前移可以將冷凝餘熱用於熱量置換，避免冷凝餘熱的浪費，提高系統的有效產熱量。在熱量置換裝置內部將工質分為兩部分，提取在傳統卡諾式循環應用系統無法再利用的低品質的冷凝餘熱，使得經熱量回收單元的出口離開熱量置換裝置進入蒸發器的工質溫度比由冷凝器出口直接進入蒸發器的工質溫度更低。保證了整個製冷/制熱系統中冷凝、蒸發場景的完整，減少工質由冷凝區進入蒸發區過程中的冷凝熱量和蒸發熱量的損失。通過對熱量置換裝置的合理優化，為卡諾循環機的效率無限趨近於理想效率拓開了一個方向。從而突破了製冷/制熱系統的技術瓶頸，大大提高了製冷/制熱系統的能效比。經國家建築工程質量監督檢驗中心檢驗，本發明的換熱系統的制熱量與制熱消耗功率的比值可以達到6.61甚至更高。

雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域普通技術人員可以在所附權利要求的範圍內做出各種變形或修改。