CN103148584A - 双级压缩热泵热水机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双级压缩热泵热水机组，特点是包括第一压缩机、蒸发器、耦合中间冷却器、第一节流装置、第二压缩机、冷凝器、第二节流装置、中温水池及高温水池，在耦合中间冷却器内设有热交换器，第一压缩机的排气口与耦合中间冷却器相联通；蒸发器与第一节流装置串联后，一端与第一压缩机的入气口联通，另一端与耦合中间冷却器相联通；第二压缩机的入气口与耦合中间冷却器相联通；冷凝器与第二节流装置串联后，一端与第二压缩机的排气口相联通，另一端与耦合中间冷却器相联通。其可以同时产生55℃左右中温循环热水和80℃左右的高温循环热水，综合能效比高、经济性好、运行稳定。

Description

双级压缩热泵热水机组

技术领域

 本发明涉及双级压缩式热泵技术，尤其是一种产生工业循环热水的外部耦合型双级压缩双级节流完全中间冷却高温的热泵热水机组。

背景技术

热泵技术是一种高效能源利用技术，广泛应用于生活、生产等多方面。目前，利用热泵技术开发的单级压缩热泵热水机组一般产生的最高热水温度在60℃以下，而在工业生产中如电镀、服装、食品及屠宰等行业大量需要80℃左右的循环热水，单级压缩技术难以有效解决。采用复叠式热泵技术和双级压缩热泵技术可以产生80℃的热水，但由于其相对产生热水温度在55℃左右的单级热泵***而言，***能效比比较低，同时上述高温热泵机组的高温热泵***和低温热泵***之间存在一个耦合问题，如两级之间耦合不好，机组的能效比将进一步降低，且机组运行稳定性也较差。基于上述诸多原因，使其在工业生产中的应用受到了很大的限制。只有有效的解决上述问题，才能使热泵技术得到更加广泛的应用，发挥更大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种双级压缩热泵热水机组，可以同时产生55℃左右中温循环热水和80℃左右的高温循环热水，同时满足需要大量使用55℃左右和80℃左右循环热水的场所,特别是物料可以分段加热的场所,使机组综合能效比高、经济性好、运行稳定。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种双级压缩热泵热水机组，其特征在于包括：

    第一压缩机；

    耦合中间冷却器，在所述耦合中间冷却器内设有热交换器，所述第一压缩机的低压级制冷剂的排气口与耦合中间冷却器相联通；

    蒸发器及第一节流装置，所述蒸发器与第一节流装置串联后，一端与第一压缩机的入气口联通，另一端与耦合中间冷却器相联通；

    第二压缩机，所述第二压缩机的入气口与耦合中间冷却器相联通；

    冷凝器及第二节流装置，所述冷凝器与第二节流装置串联后，一端与第二压缩机的排气口相联通，另一端与耦合中间冷却器相联通；

    中温水池，所述中温水池的出水口及入水口分别通过二根联接管与热交换器的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第一水泵； 和

    高温水池，所述高温水池的出水口及入水口分别通过二根联接管与冷凝器的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第二水泵；高温水池与中温水池通过联接管互相联通，在联通高温水池与中温水池的联接管上设有第一截止阀。

    所述高温水池与中温水池通过二根联接管联通，所述第一截止阀设在一根联接管上，在另一根联接管上设有第二截止阀及第三水泵。

所述耦合中间冷却器包括中间腔体、左水腔及右水腔；其中在所述中间腔体上分别设有低压级制冷剂的排气入口管、低压级制冷剂的供液出口管、高压级制冷剂的回液入口管及高压级制冷剂的回气出口管，所述排气入口管与第一压缩机的排气口联通，所述供液出口管与第一节流装置的入口相通，所述回液入口管与第二压缩机的入气口相通，所述回气出口管与第二节流装置的出气口相通；所述左水腔设置在中间腔体的左侧并互相隔离，在左水腔上设有入水管；所述右水腔设置在中间腔体的右侧并互相隔离，在右水腔上设有出水管；所述换热装置设置在中间腔体内，换热装置的一端与左水腔联通，另一端与右水腔联通；所述中温水池的出水口通过联接管与左水腔的入水管相通，中温水池的入水口通过联接管与右水腔的出水管相通。

所述排气入口管的管口、回液入口管的管口均深入中间腔体内且位于制冷剂液面以下，所述回气出口管的管口位于中间腔体内且在制冷剂液面以上，所述供液出口管的管口位于中间腔体底部。

所述换热装置包括二根以上的换热管，所述换热管可为金属直管或金属螺旋管或金属盘管。

本发明相对现有技术具有以下有点：

1）由于设有外部耦合***，能较好的调节低温热泵***与高温热泵***的运行工况，使双级热泵***耦合良好，提高机组的能效比；

2）所产生的热量一部分作为高温热泵***的吸热热源，另一部分生产中温热水，供中温加热生产工艺所需，机组综合能效比有较大的提高。

附图说明

图1是本发明的结构与流程示意图；

图2是本发明的耦合中间冷却器的结构示意图；

图3是本发明的电器控制原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，图中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”及“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1、2所示，其是一种双级压缩热泵热水机组，其包括：

    第一压缩机1；

    耦合中间冷却器2，在所述耦合中间冷却器2内设有热交换器210，所述第一压缩机1的低压级制冷剂的排气口与耦合中间冷却器2相联通；

    蒸发器4及第一节流装置3，所述蒸发器4与第一节流装置3串联后，一端与第一压缩机1的入气口联通，另一端与耦合中间冷却器2相联通；

    第二压缩机5，所述第二压缩机5的入气口与耦合中间冷却器2相联通；

    冷凝器6及第二节流装置7，所述冷凝器6与第二节流装置7串联后，一端与第二压缩机5的排气口相联通，另一端与耦合中间冷却器2相联通；

    中温水池9，所述中温水池9的出水口及入水口分别通过二根联接管与热交换器210的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第一水泵8； 和

高温水池13，所述高温水池13的出水口及入水口分别通过二根联接管与冷凝器6的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第二水泵14；高温水池13与中温水池9通过联接管联通，在高温水池13与中温水池9的联接管上设有第一截止阀11。

在本实施例中，所述高温水池13与中温水池9通过二根联接管联通，所述第一截止阀11设在其中一根联接管上，在另一根联接管上设有第二截止阀10及第三水泵12。

工作时，由蒸发器4来的制冷剂气体经第一压缩机1压缩后成为高温高压气体，进入耦合中间冷却器2被冷凝为液体并储存在耦合中间冷却器2中，储存在耦合中间冷却器2中的制冷剂液体经第一节流装置3节流后变为低温低压液体，再经蒸发器4与外部热源换热后变为制冷剂气体，再回到第一压缩机1，完成低温热泵***循环。由耦合中间冷却器2来的制冷剂气体经第二压缩机5压缩后成为高温高压气体，经冷凝器6与高温水池13来的循环水换热后被冷凝成高压液体，经第二节流装置7节流后成为低温低压液体，进入耦合中间冷却器2，耦合中间冷却器2中产生的制冷剂气体再回到压缩机5，完成高温热泵***循环。高温水池13中的循环水经第二水泵14与冷凝器6换热后被加热，供高温加热生产工艺所需。中温水池9中的循环水经第一水泵8与耦合中间冷却器2中的制冷剂液体换热后被加热，供中温加热生产工艺所需。当机组在工作过程中因耦合控制需要低温热泵***停止运行而高温热泵需要继续运行时，中温水池9中的循环水经第一水泵8继续循环，利用自身热量反过来对耦合中间冷却器2中的制冷剂液体加热，作为高温热泵***的吸热热源，满足高温热泵***运行需要。

如图2所示，在本实施例中，所述耦合中间冷却器2包括中间腔体22、左水腔21及右水腔24；其中在所述中间腔体22上分别设有低压级制冷剂的排气入口管27、低压级制冷剂的供液出口管23、高压级制冷剂的回液入口管29及高压级制冷剂的回气出口管28，所述排气入口管27与第一压缩机1的排气口联通，所述供液出口管23与第一节流装置3的入口相通，所述回液入口管29与第二压缩机5的入气口相通，所述回气出口管8与第二节流装置7的出气口相通；所述左水腔21设置在中间腔体22的左侧并互相隔离，在左水腔21上设有入水管212；所述右水腔24设置在中间腔体22的右侧并互相隔离，在右水腔24上设有出水管25；所述换热装置210设置在中间腔体22内，换热装置210的一端与左水腔21联通，另一端与右水腔24联通；所述中温水池9的出水口通过联接管与左水腔21的入水管212相通，中温水池9的入水口通过联接管与右水腔24的出水管25相通。

如图2所示，在本实施例中，所述排气入口管27的管口、回液入口管29的管口均深入中间腔体22内且位于制冷剂液面以下，所述回气出口管28的管口位于中间腔体22内且在制冷剂液面以上，所述供液出口管23的管口位于中间腔体22底部。

如图2所示，在本实施例中，所述换热装置210包括二根以上的换热管，所述换热管可为金属直管或金属螺旋管或金属盘管。

如图3所示，该本发明的控制是这样实现：在机组初始运行时，中温水池9和高温水池13中的水温均为常温，合上开关SB8，第一水泵8开始运行，中温水池9中的水开始循环，同时打开中温水池9和高温水池13之间的联通管路上的第一截止阀11及第二截止阀10，合上开关SB12，第三水泵12开始运行，使中温水池9和高温水池13中的水内部进行循环。此时中温水池水温传感器T中处于闭合状态，该机组的低温热泵***中蒸发器4的风机及第一压缩机1开始运行，中温水池9中的水温T中与高温水池13中的水温T高同时开始升高，当达到中温水池设定下限温度T1时，断开开关SB12，第三水泵12停止运行，关闭第二截止阀10及第一截止阀11。合上开关SB14，第二水泵14开始运行，高温水池13中的水开始循环，此时高温水池水温传感器T高处于闭合状态，该机组的高温热泵***第二压缩机5开始运行，当高温水池13中的水温T高达到设定上限温度T4时，高温热泵***停止工作。当高温水池13的水温T高降到设定下限温度T3时，高温热泵***重新启动。当中温水池9的水温T中达到设定上限温度T2时，低温热泵***停止运行。此时，若高温热泵***仍需继续运行，因中温水池9中的水始终在循环，可以反过来对耦合中间冷却器2中的制冷剂液体加热，作为高温热泵***的吸热热源，保证高温热泵***的正常运行。当中温水池9中的水温T中降到设定下限温度T1时，低温热泵***重新启动。高温水池13中的水温T高的上、下限温度T4、T3设定由生产工艺确定，中温水池9中的水温T中的上、下限温度T2、T1设定根据低温热泵***运行蒸发温度和高温热泵***运行冷凝温度进行调节，从而控制两级热泵***的中间温度，使两者之间良好耦合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换及变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种双级压缩热泵热水机组，其特征在于包括：

    第一压缩机（1）；

    耦合中间冷却器（2），在所述耦合中间冷却器（2）内设有热交换器（210），所述第一压缩机（1）的低压级制冷剂的排气口与耦合中间冷却器（2）相联通；

    蒸发器（4）及第一节流装置（3），所述蒸发器（4）与第一节流装置（3）串联后，一端与第一压缩机（1）的入气口联通，另一端与耦合中间冷却器（2）相联通；

    第二压缩机（5），所述第二压缩机（5）的入气口与耦合中间冷却器（2）相联通；

    冷凝器（6）及第二节流装置（7），所述冷凝器（6）与第二节流装置（7）串联后，一端与第二压缩机（5）的排气口相联通，另一端与耦合中间冷却器（2）相联通；

    中温水池（9），所述中温水池（9）的出水口及入水口分别通过二根联接管与热交换器（210）的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第一水泵（8）； 和

    高温水池（13），所述高温水池（13）的出水口及入水口分别通过二根联接管与冷凝器（6）的入水口及出水口联通，在一联接管上设有第二水泵（14）；高温水池（13）与中温水池（9）通过联接管互相联通，在联通高温水池（13）与中温水池（9）的联接管上设有第一截止阀（11）。

2.根据权利要求1所述的双级压缩热泵热水机组，其特征在于所述高温水池（13）与中温水池（9）通过二根联接管联通，所述第一截止阀（11）设在一根联接管上，在另一根联接管上设有第二截止阀（10）及第三水泵（12）。

3.根据权利要求1所述的双级压缩热泵热水机组，其特征在于所述耦合中间冷却器（2）包括中间腔体（22）、左水腔（21）及右水腔（24）；其中在所述中间腔体（22）上分别设有低压级制冷剂的排气入口管（27）、低压级制冷剂的供液出口管（23）、高压级制冷剂的回液入口管（29）及高压级制冷剂的回气出口管（28），所述排气入口管（27）与第一压缩机（1）的排气口联通，所述供液出口管（23）与第一节流装置（3）的入口相通，所述回液入口管（29）与第二压缩机（5）的入气口相通，所述回气出口管（8）与第二节流装置（7）的出气口相通；所述左水腔（21）设置在中间腔体（22）的左侧并互相隔离，在左水腔（21）上设有入水管（212）；所述右水腔（24）设置在中间腔体（22）的右侧并互相隔离，在右水腔（24）上设有出水管（25）；所述换热装置（210）设置在中间腔体（22）内，换热装置（210）的一端与左水腔（21）联通，另一端与右水腔（24）联通；所述中温水池（9）的出水口通过联接管与左水腔（21）的入水管（212）相通，中温水池（9）的入水口通过联接管与右水腔（24）的出水管（25）相通。

4.根据权利要求3所述的双级压缩热泵热水机组，其特征在于所述排气入口管（27）的管口、回液入口管（29）的管口均深入中间腔体（22）内且位于制冷剂液面以下，所述回气出口管（28）的管口位于中间腔体（22）内且在制冷剂液面以上，所述供液出口管（23）的管口位于中间腔体（22）底部。

5.根据权利要求1或3所述的双级压缩热泵热水机组，其特征在于所述换热装置（210）包括二根以上的换热管，所述换热管可为金属直管或金属螺旋管或金属盘管。

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