一种利用复叠式制冷系统余热的热泵的制作方法

本发明涉及供热技术领域，特别涉及一种利用复叠式制冷系统余热的热泵。

背景技术：

在复叠式制冷系统中，为保证低温侧气态制冷剂被完全液化，通常将高温侧的压缩机、蒸发器、冷凝器的容量设置略大，这导致了为高压、低压侧压缩机及配套部件的容量不匹配降低了能效水平；与此同时，因高压侧设备容量冗余产生的热能浪费现象也很严重。现有技术中，通过将高温侧的冷凝器通过管道连接至外部供热设备，从而将高温侧的冷凝器产生的热量进行回收利用，但是该方式对废热的利用率不高，仍然存在余热浪费的现象。

可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

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利用复叠式制冷系统余热的热泵，旨在解决现有技术中复叠式制冷系统余热利用率不高的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种利用复叠式制冷系统余热的热泵,包括依次连接的第一压缩机、冷凝-蒸发器、第一节流装置、第一蒸发器，依次连接的第二压缩机、第二冷凝器、高温取热器、第二节流装置、低温取热器，依次连接的第三压缩机、第三冷凝器、第三节流装置和蓄能换热器；第一压缩机的出口端通过管道依次连接冷凝-蒸发器的第一通道和第一节流装置的进口端；第二压缩机的出口端通过管道依次连接第二冷凝器的第一通道、高温取热器的第一通道和第二节流装置的进口端，第二节流装置的出口端通过管道依次连接低温取热器的第一通道、冷凝-蒸发器的第二通道和第二压缩机的进口端；第三节流装置的出口端通过管道依次连接蓄能换热器的第一通道和第三压缩机的进口端，蓄能换热器的第二通道的出口端连接有一台水泵，该水泵的出口端通过管道依次连接低温取热器的第二通道、高温取热器的第二通道和蓄能换热器的第二通道的进口端。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，蓄能换热器中填充的蓄能材料为相变蓄能材料，该相变蓄能材料的工作温度范围为40~60℃。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，蓄能换热器的第一通道进口端与第二通道进口端同侧，第一通道出口口端与第二通道出口端同侧。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，水泵的出口管道上设置有一个流量调节阀，水泵的出口管道上且位于流量调节阀的上游连接有一根旁通管，该旁通管的另一端与低温取热器的第二通道的出口管道并联后连接至高温取热器的第二通道的进口端。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，所述低温取热器的第二通道的出口管道上设置有一个流量平衡阀。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，低温取热器的换热面积为冷凝-蒸发器的换热面积的1/10,高温取热器的换热面积为第二冷凝器的换热器面积的1/12 ~ 1/8。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，第三压缩机为漩涡式压缩机。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，第二冷凝器和第三冷凝器均为管壳式换热器。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，所述第三节流装置包括并联设置的电子膨胀阀和毛细管。

有益效果：

本发明提供了一种利用复叠式制冷系统余热的热泵，相比现有技术，通过蓄能热水回路的循环水将冷凝-蒸发器以及高温侧的第二冷凝器所产生的余热及时带走，转移至蓄能换热器中；一方面提升了复叠式制冷系统的能效，使得运行更加稳定；另一方面，蓄能换热器中积累的热能可进一步转移至第三冷凝器中，并最终将第三冷凝器中的热量转移外部供暖设备中，从而提高了复叠式制冷系统的余热利用率。

附图说明

图1为本发明提供的利用复叠式制冷系统余热的热泵的工作原理图。

图2为本发明提供的利用复叠式制冷系统余热的热泵中，第三节流装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种利用复叠式制冷系统余热的热泵，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1和图2，本发明提供一种利用复叠式制冷系统余热的热泵。图中箭头所示为流体（制冷剂、循环水）的流动方向。

所述的利用复叠式制冷系统余热的热泵包括依次连接的第一压缩机101、冷凝-蒸发器102、第一节流装置103、第一蒸发器104，依次连接的第二压缩机201、第二冷凝器202、高温取热器403、第二节流装置203、低温取热器402，依次连接的第三压缩机401、第三冷凝器302、第三节流装置303和蓄能换热器304；第一压缩机101的出口端通过管道依次连接冷凝-蒸发器102的第一通道和第一节流装置103的进口端；第二压缩机201的出口端通过管道依次连接第二冷凝器202的第一通道、高温取热器403的第一通道和第二节流装置203的进口端，第二节流装置203的出口端通过管道依次连接低温取热器402的第一通道、冷凝-蒸发器102的第二通道和第二压缩机201的进口端；第三节流装置303的出口端通过管道依次连接蓄能换热器304的第一通道和第三压缩机301的进口端，蓄能换热器的第二通道的出口端连接有一台水泵401，该水泵的出口端通过管道依次连接低温取热器402的第二通道、高温取热器403的第二通道和蓄能换热器304的第二通道的进口端。

上述第一压缩机、冷凝-蒸发器、第一节流装置和第一蒸发器依次循环连接，形成低温侧制冷剂循环回路；在该回路中，冷凝-蒸发器起到冷凝制冷剂的作用。上述第二压缩机、第二冷凝器、高温取热器、第二节流装置、低温取热器和冷凝-蒸发器依次循环连接，形成高温侧制冷剂循环回路；在该回路中，冷凝-蒸发器起到蒸发制冷剂的作用。上述低温侧制冷剂循环回路和高温侧制冷剂循环回路即复叠式制冷系统的主要构成部分。

上述水泵、低温取热器、高温取热器和蓄能换热器依次循环连接形成蓄能热水回路，在该回路中，蓄能换热器用于存储热水中携带的热量。上述第三压缩机、第三冷凝器、第三节流装置和蓄能换热器依次循环连接形成蓄能热泵系统的制冷剂回路，该回路中，蓄能换热器用于蒸发制冷剂，即起到蒸发器的作用。

图1示出了第二冷凝器的第二通道的进口端（A端）和出口端（B端），分别用于通过管道连接至外部供暖设备。工作时，经第二压缩机压缩后的制冷剂进入第二冷凝器中换热，第二冷凝器第二通道中的循环水用于冷却第一通道中的制冷剂，该循环水温度升高后由第二通道的出口端排出并送至供暖设备，然后返回至第二通道，起到余热回收的目的。除此之外，高温侧的高温高压制冷剂自第二冷凝器冷凝后成为高温高压的液态制冷剂，进入高温取热器后进一步释放热量（即，将热量转移至蓄能热水回路的循环水中）形成过冷的液态制冷剂；之后进入第二节流装置，节流降温后进入低温取热器中，吸收循环水的部分热量，使得该制冷剂的流型、流态得到得到调整，然后进入冷凝器蒸发器后吸收低温侧制冷剂的热量并返回至第二压缩机，完成高温侧制冷剂循环。蓄能热水回路中的循环水在高温取热器中换热升温后送至蓄能换热器，循环水携带的热量存储于蓄能换热器中，降温后从蓄能换热器输出，如此循环。

图1中示出了第三冷凝器的第二通道的进口端（C端）和出口端（D端），分别用于通过管道连接至外部供暖设备。工作时，经第三压缩机压缩后的制冷剂进入第二冷凝器中换热，第三冷凝器第二通道中的循环水用于冷却第一通道中的制冷剂，该循环水温度升高后由第二通道的出口端排出并送至供暖设备，然后返回至第二通道，起到将蓄能换热器存储的热量最终转移至外部供暖设备，最终实现进一步余热回收的目的。由此可见，通过设置高温取热器，进一步将高温侧的制冷剂携带的热量进行转移到蓄能换热器，而蓄能热泵系统实现将蓄能换热器中的热量最终转移至外部供暖设备，从而提高了对复叠式制冷系统余热的回收利用率，即提高了。此外，通过设置蓄能换热器，使得蓄能热泵系统与复叠式制冷系统可以独立运行，互不影响，使得复叠式制冷系统运行更加稳定。换言之，蓄能热泵系统可以与复叠式制冷系统同时运行，也可以不同时运行，当不同时运行时，即，复叠式制冷系统高温侧的制冷剂在高温取热器中进一步释放热量，该热量不断被转移到蓄能换热器中，当蓄能换热器中存储一定热量后可以启动蓄能热泵系统，从而将蓄能换热器最终送至外部供暖设备。

进一步地，蓄能换热器中填充的蓄能材料为相变蓄能材料，该相变蓄能材料的工作温度范围为40~60℃，该设置有助于改善蓄能换热器内传热的均匀性、稳定性，提升所述利用复叠式制冷系统余热的热泵的能效。由于蓄能换热器和相变蓄能材料本身为现有技术，此处不限定蓄能换热器的结构形式以及相变蓄能材料的具体类型。作为一种优选，蓄能换热器可以为箱翅式换热器，具有结构紧凑等特点。

进一步地，蓄能换热器304的第一通道进口端与第二通道进口端同侧，第一通道出口口端与第二通道出口端同侧。即，蓄能换热器中的热水和制冷剂的流动方式为并流。通过并流设置，提高了蓄能换热器内温度场的均匀性，提高了传热的协同性。

进一步地，水泵401的出口管道上设置有一个流量调节阀404，水泵的出口管道上且位于流量调节阀的上游连接有一根旁通管41，该旁通管的另一端与低温取热器的第二通道的出口管道并联后连接至高温取热器的第二通道的进口端。通过该设置，可以方便地调节水泵输出的循环水进入低温取热器中的流量，从而方便控制高温侧的液态制冷剂在低温取热器中的换热量。

进一步地，所述低温取热器的第二通道的出口管道上设置有一个流量平衡阀405。通过该设置，可以保证循环水经过低温取热器的压降维持在一定范围内，保证了蓄能热水回路水压稳定。

进一步地，低温取热器402的换热面积为冷凝-蒸发器102的换热面积的1/10,高温取热器403的换热面积为第二冷凝器202的换热器面积的1/12 ~ 1/8。通过该设置，保证了能够充分回收高温侧制冷剂携带的余热，也保证了复叠式制冷系统的稳定运行。

优选地，所述第三压缩机为漩涡式压缩机，输气连续平稳、运行可靠。

优选地，第二冷凝器和第三冷凝器均为管壳式换热器。

请参阅图1，所述第三节流装置303包括并联设置的电子膨胀阀3031和毛细管3032。通过该设置，保证了蓄能热泵系统的基本制冷剂循环流量，保证了该系统中制冷剂循环的稳定性、可靠性。优选地，该毛细管的外径为6mm，保证了毛细管的基本强度。

优选地，复叠式制冷系统高温侧的制冷剂为R245a，蓄能热泵系统中的制冷剂也为R245a。

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。