一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统

技术领域

本发明涉及蒸汽压缩式热泵技术领域，特别是涉及一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统。

背景技术

蒸汽压缩式热泵是高效清洁供热、供生活热水技术之一，具有使用范围广、运行成本低、无污染和性能稳定的优点。采用非共沸混合制冷剂在两相区换热时，具有温度滑移的特点，能够有效减少制冷剂与外侧流体间的换热不匹配损失，带有非共沸混合制冷剂的自复叠热泵循环系统可以充分发挥非共沸混合制冷剂温度滑移的优势。

当处于严寒地区，室内外温差变化极大，非共沸混合工质自复叠热泵循环具有工作温差较大的优点，将其应用于热泵循环，能够实现室内外较大温差下的高效供热。当工作温差较小时，与自复叠热泵循环相比，单级压缩热泵循环的制热性能和稳定性较好。而当工作温差极大时，由于受到压缩机吸排气压缩比等限制，单级压缩不适用于温度相差极大的系统，通常采用复叠式热泵循环，复叠式热泵循环可将大温差分割成两段或若干段，用低温级的制热量来承担高温级的热负荷，从而在低温环境进行供暖，并提高热泵系统在低温环境下的系统性能和压缩机的运行效率。因此，如何实现热泵系统全季节高效供暖是实现其在严寒地区推广和应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统，以实现热泵系统在全季节的高效供暖。

本发明采用的技术方案是，一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统，包括低温级压缩机1、截止阀A2、三通阀A3、冷凝蒸发器4、高温级压缩机5、截止阀B6、冷凝器7、三通阀B8、储气罐9、闪发器10、过冷盘管11、补气压力调节阀12、截止阀C13、节流阀A14、节流阀B15、三通阀C16、蒸发器17和压力控制器18以及连接系统的管路；

所述的低温级压缩机1与截止阀A2并联后，压缩机排气口与三通阀A3连接，三通阀A3另外两侧分别连接冷凝蒸发器4高温侧进口和高温级压缩机5吸气口，高温级压缩机5排气口与冷凝器7的工质进口连接，冷凝器7的工质出口与三通阀B8连接，三通阀B8另外两侧分别连接闪发器10工质进口和过冷盘管11工质进口，过冷盘管11工质出口与节流阀B15连接，闪发器10气体出口分别与储气罐9、截止阀B6以及补气压力调节阀12连接，截止阀B6与冷凝蒸发器4高温侧进口连接，补气压力调节阀12与蒸发器17的工质进口连接，闪发器10液体出口连接截止阀C13，截止阀C13连接节流阀B15，节流阀B15与三通阀C16连接，三通阀C16另外两侧分别连接冷凝蒸发器4低温侧进口和蒸发器17的工质进口，冷凝蒸发器4低温侧出口与高温级压缩机5吸气管路连接，冷凝蒸发器4高温侧出口通过节流阀A14与蒸发器17的工质进口连接，蒸发器17的工质出口依次与压力控制器18和低温级压缩机1吸气口连接。

所述的一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统，其使用方法包括以下步骤：

当工作温差较小时，截止阀B6和截止阀C13关闭，且低温级压缩机1、冷凝蒸发器4、节流阀A14停止工作，三通阀A3连通截止阀A2和高温级压缩机5吸气口，三通阀B8连通冷凝器7和过冷盘管11，三通阀C16连通节流阀B15和蒸发器17工质进口，该系统按照单级蒸汽压缩热泵循环工作；

当工作温差较大时，压缩机1、过冷盘管11、补气压力调节阀12停止工作，三通阀A3连接截止阀A2和高温级压缩机5吸气口，三通阀B8连接冷凝器7和闪发器10，三通阀C16连接节流阀B15和冷凝蒸发器4低温侧工质进口，该系统按照自复叠式蒸汽压缩热泵循环工作；

当工作温差极大时，截止阀A2、截止阀B6和截止阀C13关闭，且低温级压缩机1、冷凝蒸发器4、节流阀A14投入工作，三通阀A3连通低温级压缩机1排气口和冷凝蒸发器4高温侧工质进口，三通阀B8连接冷凝器7和过冷盘管11，三通阀C16连接节流阀B15和冷凝蒸发器4低温侧工质进口，该系统按照复叠式蒸汽压缩热泵循环工作。

所述的低温级压缩机1和高温级压缩机5为螺杆式、离心式、活塞式或涡旋式。

所述的节流阀A14和节流阀B15为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置；截止阀A2、截止阀B6以及截止阀C13为球阀或其它型式的截止阀，也可以用电动阀代替；补气压力调节阀12为电子调节阀。

所述的闪发器10用于对系统中非共沸混合制冷剂进行气液分离；闪发器10中设有过冷盘管11，过冷盘管11用于过冷管内工质并蒸发闪发器10中的低沸点制冷剂。

所述的储气罐9用于储存闪发器10分离出的低沸点制冷剂，减少闪发器10中过高的压力。

所述的压力控制器18为电子或电动装置，通过检测蒸发器17出口处的压力大小来控制补气压力调节阀12的开关，蒸发器17出口压力即吸气压力低于压力控制器18设定的压力值时，则压力控制器18控制补气压力调节阀12打开补气，否则关闭压力调节阀12。

本发明具有以下有益效果：

本发明系统既能实现单级压缩式热泵循环和复叠式热泵循环，又能实现自复叠式热泵循环，系统结构简单，可实现三种循环方式的转换，且能够实现严寒地区全季节高效供暖。

本发明系统实现两台压缩机分开运行方式，不但避免了传统复叠式空气源热泵不能单独运行一台压缩机的问题，且有效降低了功耗，提高了系统效率。

附图说明

图1是本发明所述的一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统的流程示意图。

图2是本发明热泵系统处于单级循环模式下的流程示意图。

图3是本发明热泵系统处于复叠循环模式下的流程示意图。

图4是本发明热泵系统处于自复叠循环模式下的流程示意图。

图5是本发明热泵系统处于实施例二自复叠循环模式下的流程示意图。

图中标号说明：1—低温级压缩机，2—截止阀A，3—三通阀A，4—冷凝蒸发器，5—高温级压缩机，6—截止阀B，7—冷凝器，8—三通阀B，9—储气罐，10—闪发器，11—过冷盘管，12—补气压力调节阀，13—截止阀C，14—节流阀A，15—节流阀B，16—三通阀C，17—蒸发器，18—压力控制器，19—回热器。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统的流程示意图，包括低温级压缩机1、截止阀A2、三通阀A3、冷凝蒸发器4、高温级压缩机5、截止阀B6、冷凝器7、三通阀B8、储气罐9、闪发器10、过冷盘管11、补气压力调节阀12、截止阀C13、节流阀A14、节流阀B15、三通阀C16、蒸发器17和压力控制器18以及连接系统的管路。

所述的低温级压缩机1与截止阀A2并联后，压缩机排气口与三通阀A3连接，三通阀A3另外两侧分别连接冷凝蒸发器4高温侧进口和高温级压缩机5吸气口，高温级压缩机5排气口与冷凝器7的工质进口连接，冷凝器7的工质出口与三通阀B8连接，三通阀B8另外两侧分别连接闪发器10工质进口和过冷盘管11工质进口，过冷盘管11工质出口与节流阀B15连接，闪发器10气体出口分别与储气罐9、截止阀B6以及补气压力调节阀12连接，截止阀B6与冷凝蒸发器4高温侧进口连接，补气压力调节阀12与蒸发器17的工质进口连接，闪发器10液体出口连接截止阀C13，截止阀C13连接节流阀B15，节流阀B15与三通阀C16连接，三通阀C16另外两侧分别连接冷凝蒸发器4低温侧进口和蒸发器17的工质进口，冷凝蒸发器4低温侧出口与高温级压缩机5吸气管路连接，冷凝蒸发器4高温侧出口通过节流阀A14与蒸发器17的工质进口连接，蒸发器17的工质出口依次与压力控制器18和低温级压缩机1吸气口连接。

当系统作为单级压缩蒸汽热泵循环时，如图2所示，截止阀A2开启，截止阀B6、截止阀C13关闭，当压缩机5的吸气压力低于压力控制器18设定的下限值时，补气压力调节阀12开启，否则处于关闭状态，三通阀A3连接截止阀A2和高温级压缩机5吸气口，三通阀B8连接冷凝器7和过冷盘管11，三通阀C16连接节流阀B15和蒸发器17的工质进口，低温级压缩机1关机。

从压缩机5压缩至高温高压的制冷剂进入冷凝器7放热供暖，冷凝后的高压制冷剂通过三通阀B8进入过冷盘管11过冷放热，从过冷盘管11出来的过冷液体制冷剂由节流阀B15节流，再通过三通阀C16进入蒸发器17中吸热，当压缩机5的吸气压力低于压力控制器18设定的下限值时，补气压力调节阀12开启，闪发器10中的低沸点制冷剂真空分离，与储气罐9中的低沸点制冷剂一起通过补气压力调节阀12和从节流阀B15节流后的制冷剂混合，再进入蒸发器17吸热，当压缩机5的吸气压力回到压力控制器18设定值范围时，补气压力调节阀12关闭，从蒸发器17出来的低压制冷剂分别通过截止阀A2和三通阀A3，再进入压缩机5完成单级压缩式循环。

当系统作为复叠式蒸汽热泵循环时，如图3所示，截止阀A2、截止阀B6和截止阀C13关闭，当低温级压缩机1的吸气压力低于压力控制器18设定的下限值时，补气压力调节阀12开启，否则处于关闭状态，三通阀A3连接低温级压缩机1排气口和冷凝蒸发器4高温侧工质进口，三通阀B8连接冷凝器7和过冷盘管11，三通阀C16连接节流阀B15和冷凝蒸发器4低温侧工质进口。

低温环路中低沸点制冷剂被低温级压缩机1压缩后，通过三通阀3进入冷凝蒸发器4高温侧冷凝放热，放热后的液体制冷剂由节流阀A14节流，当低温级压缩机1的吸气压力低于压力控制器18设定的下限值时，补气压力调节阀12开启，闪发器10中的低沸点制冷剂真空分离，与储气罐9中的低沸点制冷剂一起通过补气压力调节阀12和从节流阀A14节流后的制冷剂混合，再进入蒸发器17吸热，当低温级压缩机1的吸气压力回到压力控制器18设定值范围时，补气压力调节阀12关闭，从蒸发器17出来的低压制冷剂再回到低温级压缩机1；高温环路中从高温级压缩机5压缩至高温高压的制冷剂进入冷凝器7放热供暖，冷凝后的高压制冷剂通过三通阀B8进入过冷盘管11过冷放热，从过冷盘管11出来的过冷液体制冷剂由节流阀B15节流，再通过三通阀16进入冷凝蒸发器4低温侧吸热蒸发，蒸发后的低压制冷剂再进入高温级压缩机5，完成复叠循环。

当系统作为自复叠式蒸汽热泵循环时，如图4所示，截止阀A2、截止阀B6和截止阀C13开启，补气压力调节阀12关闭，三通阀A3连接截止阀A2和高温级压缩机5吸气口，三通阀B8连接冷凝器7和闪发器10，三通阀C16连接节流阀B15和冷凝蒸发器4低温侧工质进口，低温级压缩机1关机。

从压缩机5压缩至高温高压的制冷剂进入冷凝器7放热供暖，冷凝后的高压制冷剂通过三通阀B8进入闪发器10，从闪发器10出来的高压制冷剂分为两部分，一部分为高沸点液体制冷剂通过截止阀C13进入节流阀B15节流，节流后通过三通阀C16进入冷凝蒸发器4低温侧吸热蒸发，一部分为低沸点气体制冷剂通过储气器9和截止阀B6进入冷凝蒸发器4高温侧冷凝放热成液体制冷剂，再由节流阀A14节流后进入蒸发器17吸热，从蒸发器17出来的低压制冷剂分别通过截止阀A2和三通阀A3，与从冷凝蒸发器4低温侧蒸发出来的高沸点制冷剂混合，再进入压缩机5完成自复叠循环。

实施例二

如图5所示，实施例二的热泵循环与实施例一的热泵循环类似，所不同的是当系统处于自复叠循环模式下时增加了回热器19，其连接方式为：回热器19低温侧工质进口与截止阀A2连接，低温侧工质出口与三通阀A3连接；回热器19高温侧工质进口与截止阀B6连接，高温侧工质出口与冷凝蒸发器4高温侧工质进口连接。这样，从闪发器10出来的低沸点气体制冷剂在进入冷凝蒸发器4高温侧冷凝放热前，先进入回热器19高温侧放热，再进入冷凝蒸发器4高温侧进一步冷凝放热，而从蒸发器17吸热后的低压制冷剂通过截止阀A2，进入回热器19低温侧进一步吸热，然后再通过三通阀A3，与从冷凝蒸发器4低温侧蒸发出来的高沸点制冷剂混合，再进入压缩机5完成循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。