梯级耦合加热的复叠式热泵热水器的制作方法

本实用新型涉及热水装置，尤其是一种热泵热水机。

背景技术：

空气源热泵热水器具有节能环保的良好效果，在环境与能源问题日益严重尤其是雾霾危害加深的背景下，已成为具有广大市场前景的生产、生活中必不可少的一种装置。然而现有热泵热水器的能效随环境温度下降或热水温度上升而快速下降，且当环境温度较低时制热量降低，使用范围和节能效果大打折扣。因此提高其效率成为一个改进的重点。

技术实现要素：

为了克服已有热泵热水器的功耗较大、能效较低、工作温区不够广的不足，本实用新型提供一种大大减少功耗、提升能效、增大工作温区的梯级耦合加热的复叠式热泵热水器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种梯级耦合加热的复叠式热泵热水器，包括高温级压缩机、低温级压缩机、四通换向阀、第一节流装置、第二节流装置、第一冷凝器、第二冷凝器、复叠换热器、气液分离器、蒸发器、水泵和水箱，所述高温级压缩机的出口与所述第一冷凝器的制冷剂入口连通，所述第一冷凝器的制冷剂出口经过第一节流装置与所述复叠换热器的第一入口连通，所述复叠换热器的第一出口与所述高温级压缩机的入口连通，所述复叠换热器的第二出口经过单向阀与气液分离器入口连通，气液分离器出口与第二节流装置的入口连通，所述第二节流装置的出口与所述蒸发器的入口连通，所述蒸发器的出口与所述四通换向阀的第一入口连通，四通换向阀的第一出口与低温级压缩机的入口连通，所述低温级压缩机的出口与四通换向阀的第二入口连通，四通换向阀的第二出口分为两股，一股经过第一截止阀与第二冷凝器的制冷剂入口连通，所述第二冷凝器的制冷剂出口与气液分离器的入口连通；另一股经过第二截止阀与复叠换热器的第二入口连通；

总冷水进口通过第三截止阀与水泵入口及第四截止阀出口分别连通，水泵出口与第二冷凝器的冷水进口连通，所述第二冷凝器的热水出口与所述第一冷凝器的冷水进口连通，所述第一冷凝器的热水出口与水箱的进口连通，水箱的第一出口与第四截止阀的进口连通，水箱的第二出口为总热水出口。

进一步，所述高温级压缩机的出口与第一油分离器入口连接，所述第一油分离器的油出口与所述高温级压缩机的入口连通，所述第一油分离器的制冷剂出口与所述第一冷凝器的制冷剂入口连通；所述低温级压缩机的出口与第二油分离器入口连接，所述第二油分离器的油出口与所述低温级压缩机的入口连通，所述第二油分离器的制冷剂出口与四通换向阀的第二入口连接。

所述低温级压缩机的额定功率一般情况下要大于高温级压缩机。

本实用新型的有益效果主要表现在：

1、与单级热泵相比大大扩展了使用范围，提升了效率。

2、相比已有的两级压缩热泵，巧妙地采用了两级加热热水，在热水温升较大时，可以大大减少高温级压缩机的耗功，也就是进一步提升了系统能效。

3、在不同的季节、不同的外部条件下可以选择最合适的模式，最大限度地提升季节能效，并保证系统的稳定运行。

4、可以采用逆向运行的方法化霜，提高化霜效率。

附图说明

图1是一种梯级耦合加热的复叠式热泵热水器的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，一种高效的大温升两级节流两级压缩热泵热水机，包括高温级压缩机1、低温级压缩机10、四通换向阀18、第一节流装置4、第二节流装置7、第一冷凝器3、第二冷凝器13、复叠换热器5、气液分离器9、蒸发器8、水泵15和水箱19，所述高温级压缩机1的出口与所述第一冷凝器3的制冷剂入口连通，所述第一冷凝器3的制冷剂出口经过第一节流装置4与所述复叠换热器5的第一入口连通，所述复叠换热器5的第一出口与所述高温级压缩机1的入口连通，所述复叠换热器5的第二出口经过单向阀6与气液分离器9入口连通，气液分离器9出口与第二节流装置7的入口连通，所述第二节流装置7的出口与所述蒸发器8的入口连通，所述蒸发器8的出口与所述四通换向阀18的第一入口连通，四通换向阀18的第一出口与低温级压缩机10的入口连通，所述低温级压缩机10的出口与四通换向阀18的第二入口连通，四通换向阀18的第二出口分为两股，一股经过第一截止阀12与第二冷凝器13的制冷剂入口连通，所述第二冷凝器13的制冷剂出口与气液分离器9的入口连通；另一股经过第二截止阀14与复叠换热5器的第二入口连通；

总冷水进口通过第三截止阀16与水泵15入口及第四截止阀17出口分别连通，水泵15出口与第二冷凝器13的冷水进口连通，所述第二冷凝器13的热水出口与所述第一冷凝器3的冷水进口连通，所述第一冷凝器3的热水出口与水箱19的进口连通，水箱19的第一出口与第四截止阀17的进口连通，水箱19的第二出口为总热水出口。

进一步，所述高温级压缩机1的出口与第一油分离器2入口连接，所述第一油分离器2的油出口与所述高温级压缩机1的入口连通，所述第一油分离器2的制冷剂出口与所述第一冷凝器3的制冷剂入口连通；所述低温级压缩机10的出口与第二油分离器11入口连接，所述第二油分离器11的油出口与所述低温级压缩机10的入口连通，所述第二油分离器11的制冷剂出口与四通换向阀18的第二入口连接。

所述低温级压缩机的额定功率一般情况下要大于高温级压缩机。

参照图1，本实施例的工作过程为：

两级压缩两级加热模式：当环境温度较低，所需热水温度又较高，且冷水进水温度较低时采用该模式，第一截止阀12与第二截止阀14均打开，高温级压缩机1、低温级压缩机10均运行，水泵15运行。高温高压的含油气态制冷剂从高温级压缩机1出口流出进入第一油分离器2，含油制冷剂中的润滑油在第一油分离器被分离出来并从第一油分离器2的油出口流出回到压缩机入口，高温高压的制冷剂从油分离器的制冷剂出口流出进入第一冷凝器3制冷剂入口放热冷凝，高压的液态制冷剂从第一冷凝器3的制冷剂出口流出经过第一节流装置4后变成中压的气液混合制冷剂并进入复叠换热器5的第一入口，气态制冷剂从复叠换热器5的第一出口流出，并由高温级压缩机1入口吸入。液态制冷剂从复叠换热器5的第二出口流出经过单向阀6后与来自第二冷凝器13的液态制冷剂混合后经过气液分离器9和第二节流装置7后变成低温低压的制冷剂气液混合物进入蒸发器8吸收环境热量，吸热蒸发后的低温低压气态制冷剂经过四通换向阀18然后被吸入低温级压缩机10的入口，中温中压的含油制冷剂从低温级压缩机10的出口排出进入第二油分离器11，其中的润滑油从第二油分离器11的油出口流出返回低温级压缩机10的入口，而中温中压的制冷剂则从第二油分离器11的制冷剂出口流出经过四通换向阀18后分成两股，一股经过第一截止阀12进入第二冷凝器13中冷凝放热变成中压的液态制冷剂，从第二冷凝器13的制冷剂出口流出后与来自单向阀出口的制冷剂混合，另一路经过第二截止阀14与来自第一气液分离器5气体出口的制冷剂混合后返回高温级压缩机1的入口。第三截止阀16开启，第四截止阀17关闭，冷水经过第三截止阀16与水泵15后进入第二冷凝器13中被初步加热，变成中温热水，然后再进入第一冷凝器3被进一步加热，变成高温热水后进入水箱20，热水从水箱20的第二出口流出供给用户。

复叠耦合一级加热模式：当环境温度较低，所需热水温度又较高，且冷水进水温度高于环境温度较多时采用该模式，第一截止阀12与第四截止阀17均关闭，第二截止阀14与第三截止阀16均打开，高温级压缩机1、低温级压缩机10均运行，水泵15运行。此时的运行过程与常规运行模式相比，由于第一截止阀12关闭，第二冷凝器13不工作，从水泵15出来冷水经过第二冷凝器13时不被加热，而是仅在第一冷凝器3中被加热。

低温级单级加热模式：当环境温度相对较高，而所需热水温度正常时采用该模式。第一截止阀12打开，第二截止阀14关闭，高温压缩机1关闭，低温压缩机10运行，水泵15运行。高温高压的含油制冷剂从低温压缩机10的出口排出进入第二油分离器11，其中的润滑油从第二油分离器11的油出口流出返回低温压缩机10的入口，而中温中压的制冷剂则从第二油分离器11的制冷剂出口流出经过第一截止阀12进入第二冷凝器13中冷凝放热变成的液态制冷剂，从第二冷凝器13的制冷剂出口流出后经过第二节流装置7后变成低温低压的制冷剂气液混合物进入蒸发器8吸收环境热量，吸热蒸发后的低温低压气态制冷剂经过四通换向阀18被吸入低温压缩机10的入口。第三截止阀16开启，第四截止阀17关闭，冷水经过水泵15后进入第二冷凝器13中被加热，由于第一冷凝器3不工作，热水流经第一冷凝器3时不被加热，然后进入水箱19，最后从水箱19的第二出口流出供给用户。

逆向循环化霜模式：第一截止阀12打开、第二截止阀14关闭、第三截止阀16关闭，第四截止阀17打开，高温级压缩机1关闭，低温级压缩机10运行，水泵15开启，四通换向阀切换到逆向模式，使其内部进口与第三接口连通，出口与第二接口连通。高温高压的气态含油制冷剂从低温级压缩机10的出口排出进入第二油分离器11，其中的润滑油从第二油分离器11的油出口流出返回低温级压缩机10的入口，而高温气态制冷剂则从第二油分离器11的制冷剂出口流出经过四通换向阀18进入蒸发器8(此时蒸发器8实际上起到冷凝器的作用)，将热量传递给蒸发器空气侧所结的霜，霜受热融化，放出热量被冷凝后的制冷剂经过第二节流阀7和气液分离器9，进入第二冷凝器13(此时第二冷凝器13实际上起到蒸发器的作用)吸收来自热水的热量并蒸发成为低压蒸汽，然后通过第一截止阀12与四通换向阀18回到压缩机吸气口。水泵将水箱的热水泵入第二冷凝器13向制冷剂提供热量，并回到水箱，水箱温度有所下降。