[發明專利]一種換熱盤管依次疊放的多重回路熱泵系統

有效

• 申請號: 201710163221.4
• 申請日: 2017-03-19
• 公開（公告）號: CN106802010B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 馬國遠;王磊;許樹學;李富平
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F25B13/00
• 分類號: F25B13/00;F25B41/40;F25B31/00;F25B41/20;F25B39/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種換熱盤管依次疊放的多重回路熱泵系統，該熱泵系統由若干個獨立的熱泵回路構成，每個熱泵回路都由壓縮機、四通換向閥、第一換熱盤管、節流元件、第二換熱盤管和管路組成。本發明采用由若干個獨立熱泵回路依次嵌套而成的多重回路熱泵系統，可以使每個熱泵回路的工作溫差小于冷、熱流體的最大溫差；熱泵回路的換熱盤管依次疊放，一方面有助于各熱泵回路的工作溫差趨于均勻，另一方面，也有助于工質形成與流體換熱溫差相匹配的溫度梯度，有效減少換熱損失。相對于傳統的單回路熱泵系統，顯著提升了熱泵系統的能效水平和可靠性，同時也有效降低了工質泄漏的風險。

技術領域

本發明主要涉及低品位熱能利用和余熱回收的熱泵技術領域，特別是換熱盤管依次疊放的多重回路熱泵系統領域。

背景技術

電動熱泵系統是低品位熱能利用和余熱回收的高效清潔技術裝備，特別是氣候寒冷地區的中心城市，使用電動熱泵帶來的節能減排效果尤其明顯。例如，在華北地區冬季，建筑物換氣時室內排氣的溫度高于室外氣溫約20～30℃，浴室洗浴熱廢水的溫度高達30～35℃；另一方面，室外新風引入室內、自來水加熱為洗浴熱水也需要較大的溫度提升。當然利用熱泵技術將室內排氣熱量回收用于余熱新風、回收廢水的熱量加熱洗浴水，能夠產生巨大的節能減排效益，目前，這些熱泵技術和產品在工程上已經得到了一定程度的推廣應用。但是，傳統熱泵在實際工程應用時也暴露出一些不足，主要是熱泵在大溫升工況下的能效水平顯著降低、可靠變差。產生這一問題原因是：傳統熱泵是單回路系統，在大溫升工況下流體經過冷凝器和蒸發器均要產生20～30℃甚至更大的溫差，這時冷凝溫度要和加熱流體最高溫度相對應，而蒸發溫度要和降溫熱流體最低溫度相對應，壓縮機承受的壓力比較大，致使壓縮功和排氣溫度都會快速增長。通過以上分析可知，傳統單回路熱泵系統在大溫升工況下出現能效比和可靠性下降是其固有特性。

發明內容

本發明的目的，是針對上述現有技術中存在的問題，提供一種結構簡單，系統運行能效水平和可靠性顯著改善的多重回路熱泵系統。

為了實現上述的發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現：一種換熱盤管依次疊放的多重回路熱泵系統，該熱泵系統由若干個獨立的熱泵回路構成，每個熱泵回路都由壓縮機、四通換向閥、第一換熱盤管、節流元件、第二換熱盤管和管路組成，壓縮機、四通換向閥、第一換熱盤管、節流元件、第二換熱盤管之間通過管路連接成密閉的回路，回路的連接次序為：四通換向閥的主閥口21與壓縮機的排氣口相連、口a22與第一換熱盤管連接、口b23與壓縮機的吸氣口相連、口c24與第二換熱盤管連接，第一換熱盤管通過節流元件和第二換熱盤管連接；回路中充注低沸點工質；各熱泵回路的第一換熱盤管和第二換熱盤管在沿流體流動方向上依次排列地疊放在一起。流經第一換熱盤管內的介質為流體A，流經第二換熱盤管內的介質為流體B。

壓縮機是獨立的壓縮機或壓縮機組，或是一臺多缸壓縮機中吸、排氣獨立的氣缸或氣缸組；各壓縮機或氣缸承受的壓力比均勻或者接近的，或是由小到大依次遞增或者遞減的。

熱泵回路的換熱盤管疊放原則為：若各壓縮機壓力比是均勻的，則第一換熱盤管接觸流體A的時序，正好與其第二換熱盤管接觸流體B的時序相反；若壓力比是遞增或者遞減的，則第一換熱盤管接觸流體A的時序與其第二換熱盤管接觸流體B的時序相同。當流體A溫度與流體B溫度相差10℃以上時，部分熱泵回路的節流元件可以省去。

熱泵回路數是2、3、4或5，并且熱泵回路數通過第一換熱盤管進出口和第二換熱盤管進出口增加旁通閥進行調整。

四通換向閥能夠省去，這時閥口短接的方式取決于流體的用途。若流體A為熱匯、流體B為熱源，短接方式為主閥口21與口a22短接、口b23與口c24短接；若流體B為熱匯、流體A為熱源，短接方式為主閥口21與口c24短接、口a22與口b23短接。

第一換熱盤管和第二換熱盤管是一組盤管或者多組盤管串接起來；或是將第一換熱盤管或者第二換熱盤管的進、出口分別連通匯合在一起。

流體A和流體B是氣態相、液態相或者氣液兩相。