CN104596102A - 基于热泵技术的余能回收***及其余能回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热泵技术的余能回收***，其中，余能回收***包括压缩机、第一热交换器、节流元件、第二热交换器和风机，所述余能回收***还包括余能回收装置，所述压缩机的出口端、第一热交换器、余能回收装置、节流元件、第二热交换器、压缩机的进口端依次连接，所述第二热交换器装设在风机的出风侧；所述余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间，有效的降低了***的热侧的工作压力；所述余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间，使余能回收装置散发的热量被第二热交换器吸收，提高了第二热交换器的吸热效率，从根本上解决了本***用作热泵制热时在低温环境下结霜的问题。

Description

基于热泵技术的余能回收***及其余能回收方法

技术领域

本发明涉及基于热泵技术的余能回收技术领域，特别涉及基于热泵技术的余能回收***及其余能回收方法。

背景技术

请参阅图1，现有的普通热泵***一般包括风机130和由压缩机Q、四通阀U、冷凝器110、膨胀阀K和蒸发器120组成的冷媒循环回路。在热泵***工作时，压缩机Q将蒸发器120中的冷媒气体压缩成高温高压的蒸汽，该高温高压的蒸汽在冷凝器内被冷却水冷却凝结成高压液体，在这过程中，冷却水获得了高温高压的蒸汽的热量；所述高压液体再经膨胀阀K节流成低温低压的冷媒，冷媒在压缩机Q的作用下，经过蒸发器120变成冷媒气体，由此完成一个制冷循环。

蒸发器120中的冷媒由液态变为气态时，从外界吸收热量，风机130用于增大蒸发器120的空气对流，提高蒸发器120从外界吸收热量的效率。在热泵***中，利用蒸发器120与外界气体进行热交换，蒸发器120中从外界气体汲取热量，被吸取的热量在冷凝器110中交换给外部供水***，对外部供水***的水进行加热。

包含上述热泵***的热泵热水器一般正常供应55℃的热水，而压缩机Q的出气口温度在水温达到40℃左右时可达90至100℃，如果换热热水温度过高，超过55℃，冷凝器110一侧的压力就会过高导致压缩机Q不能正常工作，影响压缩机Q的使用寿命。其最致命的缺点在于，在低温环境下，***工作时会在蒸发器上结霜，从而导致***不能正常工作。只能采取化霜的方式的方式来解决。

因此，现有的热泵热水器还有待改进和创新。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于热泵技术的余能回收***及其余能回收方法，通过降低第一热交换器出口端的温度，将第一热交换器出口端的热量传递给第二热交换器，达到降低压缩机的工作压力、提高第二热交换器吸热能力的目的，同时将第一热交换器中的余热进行回收，在制冷状态亦可将余冷能回收，达到降低排热温度，对减低室温效应有较好的帮助。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于热泵技术的余能回收***，包括压缩机、第一热交换器、节流元件、第二热交换器和风机，所述余能回收***还包括余能回收装置，所述压缩机的出口端、第一热交换器、余能回收装置、节流元件、第二热交换器、压缩机的进口端依次连接，所述第二热交换器装设在风机的出风侧；所述余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间。

所述基于热泵技术的余能回收***，还包括四通阀，所述四通阀的第一端连接压缩机的出口端，所述四通阀的第二端连接第一热交换器的入口端，所述四通阀的第三端连接第二热交换器的出口端，所述四通阀的第四端连接压缩机的入口端。

所述基于热泵技术的余能回收***，还包括防结冰装置，所述防结冰装置串接在第一热交换器的出口端和余能回收装置之间。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述第一热交换器为冷凝器，所述冷凝器的第一端为第一热交换器的入口端、连接四通阀的第二端，所述冷凝器的第二端为第一热交换器的出口端、连接防结冰装置的一端，所述冷凝器的第三端为冷水的进口端，所述冷凝器的第四端为热水的出口端。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述第二热交换器为蒸发器。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述第一热交换器为蒸发器，所述蒸发器的第一端为第一热交换器的入口端、连接四通阀的第二端，所述蒸发器的第二端为第一热交换器的出口端、连接防结冰装置的一端，所述蒸发器的第三端为热水的进口端，所述蒸发器的第四端为冷水的出口端。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述第二热交换器为冷凝器。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述节流元件为膨胀阀。

所述的基于热泵技术的余能回收***中，所述余能回收装置为散热器。

一种上述的余能回收***的余能回收方法，余能回收***用于制热时，所述的余能回收方法包括：

压缩机将第二热交换器中的气态冷媒压缩成高温高压的蒸汽，并将该高温高压的蒸汽输入到第一热交换器中；该高温高压的蒸汽在第一热交换器中冷凝成高压液体；

所述高压液体经余能回收装置散热降温，使***热侧温度降低，促进高温高压的蒸汽液化成高压液体；

经余能回收装置降温的高压液体流经流元件，被节流元件节流成低温低压的液态冷媒；所述液态冷媒在压缩机的作用下，在第二热交换器中蒸发成气态冷媒，并进入到压缩机中；

由此，完成了一个制冷循环，在这个制冷循环内，第二热交换器中的冷媒由液态变为气态，第二热交换器从空气中吸收热量；第一热交换器中的冷媒由气态变为液态释放热量，将外部供水***中的冷水加热成热水。

相较于现有技术，本发明提供的基于热泵技术的余能回收***及其余能回收***，通过在第一热交换器和节流元件之间串接的余能回收装置，使第一热交换器出口端的余能通过第二热交换器进行余能回收，从而降低了压缩机的工作压力，使压缩机工作在正常压力范围内；通过将所述余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间，有效的将第一热交换器出口端过多的热量传递给第二热交换器，提高了第二热交换器的吸热效率，并起到了在制热时不会结霜的效果。

附图说明

图1为现有技术的热泵***的***图。

图2为本发明提供的基于热泵技术的余能回收***的***图。

具体实施方式

本发明提供一种基于热泵技术的余能回收***，通过在第一热交换器和节流元件之间串接余能回收装置，并且将余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间，降低了***热侧的温度，减小了压缩机的工作压力，而且回收了第一热交换器的余热，提高了第二热交换器的吸热效率。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，本发明提供的基于热泵技术的余能回收***，包括压缩机Q1、第一热交换器210、节流元件220、第二热交换器230、风机240和余能回收装置250，所述压缩机Q1的出口端、第一热交换器210、余能回收装置250、节流元件220、第二热交换器230和压缩机Q1的进口端依次连接，形成回路，所述第二热交换器230装设在风机240的出风侧；所述余能回收装置250装设在第二热交换器230和风机240的出风侧之间。所述余能回收装置250用于回收第一热交换器210中的余热或余冷能，并将回收的余热或余冷能传递给第二热交换器230。优选的，所述余能回收装置250为散热器。

所述基于热泵技术的余能回收***工作时，有两种工作模式：制热模式和制冷模式。所述第一热交换器210放热、第二热交换器230吸热时，所述的余能回收***工作在制热模式；而所述第一热交换器210吸热、第二热交换器230放热时，所述的余能回收***工作在制冷模式。以所述的余能回收***在制热模式下运行为例，压缩机Q1将第二热交换器230中的气态冷媒压缩成高温高压的蒸汽，并将该高温高压的蒸汽输入到第一热交换器210中；该高温高压的蒸汽在第一热交换器210中冷凝成高压液体；所述高压液体经余能回收装置250散热降温，使***热侧温度降低，促进高温高压的蒸汽液化成高压液体，减小压缩机Q1的工作压力；经余能回收装置250降温的高压液体流经流元件220，被节流元件220节流成低温低压的液态冷媒；所述液态冷媒在压缩机Q1的作用下，在第二热交换器230中蒸发成气态冷媒，并进入到压缩机Q1中；由此，完成了一个制冷循环，在这个制冷循环内，第二热交换器230中的冷媒由液态变为气态，第二热交换器230从空气中吸收热量；第一热交换器210中的冷媒由气态变为液态，释放热量，将外部供水***中的冷水加热成热水。通过压缩机Q1的做功，第二热交换器230从空气中及余能回收装置250中源源不断的吸收热量，吸收的热量经冷媒传递到第一热交换器210中释放，不断的对外部供水***加热，由于余能回收装置250在制热时有足够的余热温度，在低温环境下工作时，第二热交换器230处于较高的吸热环境中，在余能回收装置250发出的余热作用下不会结霜，提高了***的效率。制冷模式下所述第一热交换器210吸热、第二热交换器230放热，具体的工作原理与制热模式类似，只是冷媒循环流动的方向相反，在此不再赘述。

请继续参阅图2，本发明提供的基于热泵技术的余能回收***，还包括四通阀U1，所述四通阀U1的第一端1连接压缩机Q1的出口端，所述四通阀U1的第二端2连接第一热交换器210的入口端，所述四通阀U1的第三端3连接第二热交换器230的出口端，所述四通阀U1的第四端4连接压缩机Q1的入口端。

当四通阀U1的第一端1和第二端2导通，第三端3和第四端4导通时（第一端、第二端与第三端、第四端之间不导通），所述基于热泵技术的余能回收***进入制热模式：冷媒在第二热交换器230中蒸发吸热，在第一热交换器210中冷凝放热。当四通阀U1的第一端1和第三端3导通，第二端2和第四端4导通时（第一端、第三端与第二端、第四端之间不导通），所述基于热泵技术的余能回收***进入制冷模式：冷媒在第二热交换器230中冷凝放热，在第一热交换器210中蒸发吸热，由于余能回收装置250回收了第一热交换器210的余冷能，使余能回收装置250周围的温度降低，低温可以有效的帮助第二热交换器230散热，从面提高第二热交换器230的冷凝效率。而且，通过所述四通阀U1的选择性导通，可使余能回收***实现制冷和制热，提高了余能回收***的实用性。

    请继续参阅图2，本发明提供的基于热泵技术的余能回收***，还包括防结冰装置260，所述防结冰装置260串接在第一热交换器210和余能回收装置250之间。所述防结冰装置260主要用于防止机箱底部结冰。优选的，所述防结冰装置260为除霜器。

进一步的，在本实施例中，所述第一热交换器210为冷凝器，所述冷凝器的第一端5为第一热交换器210的入口端、连接四通阀U1的第二端2，所述冷凝器的第二端6为第一热交换器210的出口端、连接防结冰装置260的一端，所述冷凝器的第三端7为冷水的进口端，所述冷凝器的第四端8为热水的出口端。所述冷凝器实际上就是一个换热器，高温高压的蒸汽冷媒从冷凝器的第一端5流入，从冷凝器的第二端6流出，外部供水***的冷水从冷凝器的第三端7流入，从冷凝器的第四端8流出，高温高压的蒸汽冷媒和外部供水***的冷水进行热交换，最终使高温高压的蒸汽冷媒冷凝，使外部供水***的冷水变热。当然，所述第一热交换器210还可以是其他形式的换热器，只要实现冷媒冷凝、冷媒与冷水换热即可。

所述第二热交换器230为蒸发器，所述蒸发器用于使冷媒蒸发吸热，从余能回收装置250和外界空气中吸收热量，该蒸发器可以改用空调室内机或其他制冷装置。

在另一实施例中，所述第一热交换器210为蒸发器，所述蒸发器的第一端5为第一热交换器210的入口端、连接四通阀U1的第二端2，所述蒸发器的第二端6为第一热交换器210的出口端、连接防结冰装置260的一端，所述蒸发器的第三端7为冷水的进口端，所述蒸发器的第四端8为热水的出口端。所述蒸发器实际上就是一个换热器，低温低压的液态冷媒从蒸发器的第二端6流入，从蒸发器的第一端5流出，外部供水***的热水从蒸发器的第四端8流入，从蒸发器的第三端7流出，低温低压的液态冷媒和外部供水***的热水进行热交换，最终使低温低压的液态冷媒蒸发，使外部供水***的热水变凉。当然，所述第一热交换器210还可以是其他形式的换热器，只要实现冷媒蒸发、冷媒与热水换热即可。

进一步的，在所述另一实施例中，所述第二热交换器230为冷凝器，所述冷凝器用于使冷媒冷凝放热，将热量散发到外界空气中。

请继续参阅图2，所述节流元件220为膨胀阀K1，所述膨胀阀K1主要用于降低冷媒的压力，使冷媒更易蒸发。当然，所述节流元件220还可以是节流阀，只要能实现降压节流即可，本发明不做限定。

本发明还相应提供一种基于热泵技术的余能回收***的余能回收方法，余能回收***用于制热时，所述的余能回收方法包括：

压缩机将第二热交换器中的气态冷媒压缩成高温高压的蒸汽，并将该高温高压的蒸汽输入到第一热交换器中；该高温高压的蒸汽在第一热交换器中冷凝成高压液体；

所述高压液体经余能回收装置散热降温，使***热侧温度降低，促进高温高压的蒸汽液化成高压液体；

经余能回收装置降温的高压液体流经流元件，被节流元件节流成低温低压的液态冷媒；所述液态冷媒在压缩机的作用下，在第二热交换器中蒸发成气态冷媒，并进入到压缩机中；

由此，完成了一个制冷循环，在这个制冷循环内，第二热交换器中的冷媒由液态变为气态，第二热交换器从空气中吸收热量；第一热交换器中的冷媒由气态变为液态释放热量，将外部供水***中的冷水加热成热水。具体请参阅上述余能回收***相应的实施例。

本发明提供的基于热泵技术的余能回收***，通过对第一热交换器出口端的冷媒的余热进行散热，达到降低压缩机的工作压力的目的，有利于延长压缩机的使用寿命，同时降低了第二热交换器中的冷媒相变前的温度，有效的提高了冷媒相变后的吸热能力，利用余热为第二热交换器中的冷媒供热，提高了第二热交换器的吸热效率。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于热泵技术的余能回收***，包括压缩机、第一热交换器、节流元件、第二热交换器和风机，其特征在于，所述余能回收***还包括余能回收装置，所述压缩机的出口端、第一热交换器、余能回收装置、节流元件、第二热交换器、压缩机的进口端依次连接，所述第二热交换器装设在风机的出风侧；所述余能回收装置装设在第二热交换器和风机的出风侧之间。

2.根据权利要求1所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，还包括四通阀，所述四通阀的第一端连接压缩机的出口端，所述四通阀的第二端连接第一热交换器的入口端，所述四通阀的第三端连接第二热交换器的出口端，所述四通阀的第四端连接压缩机的入口端。

3.根据权利要求2所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，还包括防结冰装置，所述防结冰装置串接在第一热交换器的出口端和余能回收装置之间。

4.根据权利要求3所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述第一热交换器为冷凝器，所述冷凝器的第一端为第一热交换器的入口端、连接四通阀的第二端，所述冷凝器的第二端为第一热交换器的出口端、连接防结冰装置的一端，所述冷凝器的第三端为冷水的进口端，所述冷凝器的第四端为热水的出口端。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述第二热交换器为蒸发器。

6.根据权利要求3所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述第一热交换器为蒸发器，所述蒸发器的第一端为第一热交换器的入口端、连接四通阀的第二端，所述蒸发器的第二端为第一热交换器的出口端、连接防结冰装置的一端，所述蒸发器的第三端为热水的进口端，所述蒸发器的第四端为冷水的出口端。

7.根据权利要求6所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述第二热交换器为冷凝器。

8.根据权利要求1所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述节流元件为膨胀阀。

9.根据权利要求1所述的基于热泵技术的余能回收***，其特征在于，所述余能回收装置为散热器。

10.一种如权利要求1所述的余能回收***的余能回收方法，其特征在于，余能回收***用于制热时，所述的余能回收方法包括：

压缩机将第二热交换器中的气态冷媒压缩成高温高压的蒸汽，并将该高温高压的蒸汽输入到第一热交换器中；该高温高压的蒸汽在第一热交换器中冷凝成高压液体；

所述高压液体经余能回收装置散热降温，使***热侧温度降低，促进高温高压的蒸汽液化成高压液体；

经余能回收装置降温的高压液体流经流元件，被节流元件节流成低温低压的液态冷媒；所述液态冷媒在压缩机的作用下，在第二热交换器中蒸发成气态冷媒，并进入到压缩机中；

由此，完成了一个制冷循环，在这个制冷循环内，第二热交换器中的冷媒由液态变为气态，第二热交换器从空气中吸收热量；第一热交换器中的冷媒由气态变为液态释放热量，将外部供水***中的冷水加热成热水。