专利名称：一种三级串联大温差压缩式热泵系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热泵技术领域，涉及一种三级串联大温差压缩式热泵系统，特别 是一种在冷、热源侧均可以实现大温差、小流量运行的热泵系统。
背景技术：
随着热泵技术的日趋成熟，各种利用地下水、地表水或工业废热水等为热源的热 泵技术已经广泛地应用于制冷、采暖和热水供应系统中。热泵系统的性能系数高低是决定 能源利用效率的重要因素。地(水)源热泵系统采用“大温差、小流量”的运行方式，可大 大减少系统的输配能耗以及管网系统的投资。普通地(水)源热泵系统采取“大温差、小 流量”的运行方式时，在进水温度一定的情况下，会使热水供水温度升高、冷水出水温度降 低，从而导致冷凝压力升高和蒸发压力降低，致使系统性能系数(COP)减小，能源利用效率 降低。发明内容本实用新型的目的就是针对普通地(水)源热泵系统采取“大温差、小流量”的运 行方式时所存在的系统性能系数(COP)减小，能源利用效率降低的问题，而提供一种能有 效地加大热水和冷水在热泵进、出口的温差，在采用大温差、小流量方式运行时，而热泵系 统的性能系数仍保持在较高的水平，系统综合能源利用效率比普通热泵系统大大提高的一 种三级串联大温差压缩式热泵系统。本实用新型的技术解决方案是一种三级串联大温差压缩式热泵系统，由三级冷 凝器、三级蒸发器、三级压缩机及相应的节流阀和相应的连接管路组成，其主要特征是各 级冷凝器由热水管路相互串联，构成一个连通的热水进出水路，各级冷凝器共用一个热水 系统；各级蒸发器由冷水管路相互串联，构成一个连通的冷水进出水路，各级蒸发器共用一 个冷水系统；相邻冷凝器的制冷剂管路之间通过节流阀串联连接；第三级冷凝器与第一级 蒸发器通过节流阀串联连接；相邻蒸发器的制冷剂管路之间也通过节流阀串联连接。本实用新型技术解决方案中所述的各级冷凝器共用的热水系统，热水由第三级冷 凝器进入，经第三、第二、第一级冷凝器逐级加热后，由第一级冷凝器热水出口流出，作为热 水供水使用。第三、第二、第一级冷凝器由热水管相互串联，构成一个连通的热水进出水路， 各级冷凝器共用一个热水系统。第一级冷凝器压力大于第二级冷凝器压力，第二级冷凝器 压力大于第三级冷凝器压力。第三级冷凝器压力大于第一级蒸发器压力。本实用新型技术解决方案中所述的各级蒸发器共用的冷水系统，冷水由第一级蒸 发器进入，经第一、第二、第三级蒸发器冷却后，由第三级蒸发器冷水出口流出，作为冷水供 水使用。第一、第二、第三级蒸发器由冷水管相互串联，构成一个连通的冷水进出水路，各级 蒸发器共用一个冷水系统。第一级蒸发器压力大于第二级蒸发器压力，第二级蒸发器压力 大于第三级蒸发器压力。第一级蒸发器压力小于第三级冷凝器压力。本实用新型技术解决方案中所述的压缩机，系统中共有三台，即第一级压缩机、第二级压缩机、第三级压缩机。来自第一级蒸发器的过热或饱和制冷剂蒸汽被第一级压缩机 压缩后进入第一级冷凝器、冷凝成制冷剂液体，所放出的冷凝潜热加热第一级冷凝器热水 高温段；来自第二级蒸发器的过热或饱和制冷剂蒸汽被第二级压缩机后进入第二级冷凝 器、冷凝成制冷剂液体，所放出的冷凝潜热加热第二级冷凝器热水中温段；来自第三级蒸 发器的过热或饱和制冷剂蒸汽被第三级压缩机压缩后进入第三级冷凝器、冷凝成制冷剂液 体，所放出的冷凝潜热加热第三级冷凝器热水低温段。本实用新型技术解决方案中所述的节流阀，系统中共有五个，即节流阀A、节流阀 B、节流阀C、节流阀D、节流阀E。节流阀A系第一级冷凝器出口的制冷剂节流阀，其作用是 使第一级冷凝器出口的制冷剂节流降压后进入第二级冷凝器，所放出的热量亦用于加热热 水中温段，并与第二级冷凝器中冷凝的制冷剂液体汇合后流出。节流阀B系第二级冷凝器 出口的制冷剂节流阀，其作用是使第二级冷凝器出口的制冷剂节流降压后进入第三级冷凝 器，所放出的热量亦用于加热热水低温段，并与第三级冷凝器中冷凝的制冷剂液体汇合后 流出。节流阀C系第三级冷凝器出口的制冷剂节流阀，其作用是使第三级冷凝器出口的制 冷剂节流降压后进入第一级蒸发器，进入第一级蒸发器的部分制冷剂液体从冷水高温段吸 热蒸发变为过热气或饱和气，在被第一级压缩机压缩进入第一级冷凝器，另一部分制冷剂 液体流出第一级蒸发器。节流阀D系第一级蒸发器出口的制冷剂节流阀，其作用是使从第 一级蒸发器流出的制冷剂液体进一步节流降压后进入第二级蒸发器，进入第二级蒸发器的 部分制冷剂液体从冷水中温段吸热蒸发变为过热气或饱和气，在被第二级压缩机压缩进入 第二级冷凝器，剩余的制冷剂液体再流出第二级蒸发器。节流阀E系第二级蒸发器流出的 制冷剂进入第二级蒸发器的节流阀，其作用是使从第二级蒸发器流出的制冷剂液体进一步 节流降压后进入第三级蒸发器，进入第三级蒸发器的制冷剂液体从冷水低温段吸热蒸发变 为过热气或饱和气，再被第三级压缩机压缩进入第三级冷凝器。本实用新型的有益效果是冷水温度梯级降低，热水温度梯级升高，减小了蒸发端 和冷凝端的传热温差，减小了不可逆传热损失；冷凝器制冷剂串联，冷凝液温度逐次降低， 充分回收制冷剂热量；制冷剂液体在各级蒸发器中逐级冷却，压力梯级降低，增加了制冷量 及系统能效；采用多级串联的方式，可以根据不同温升段的工况选取不同的热泵单元，保证 每台压缩机在其高效工况下运行，并且可以通过控制压缩机运行台数调节热水出水温度， 满足用户的要求。总之，系统将热水和冷水分别分成了三段，热水在三段冷凝器中梯级升 温，冷水在三段蒸发器中梯级降温，冷凝压力和蒸发压力分别与各自的冷、热水温度相适 应，从而减小了蒸发器和冷凝器中的不可逆传热损失，使系统性能系数得以提高。下面，结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的流程示意图。图中1、热水出口 ；2、第一级冷凝器；3、节流阀A ；4、第二级冷凝器；5、第二级压 缩机；6、节流阀B ;7、第三级冷凝器；8、热水进口 ；9第三级压缩机；10、冷水出口 ；11、第三 级蒸发器；12、节流阀C ；13、节流阀E ；14、第二级蒸发器；15、节流阀D ；16、第一级蒸发器； 17、冷水进口 ； 18、第一级压缩机。
具体实施方式
本实用新型实施例如图1所示。系统由三级冷凝器(2、4、7)、三级蒸发器(16、14、11)、三级压缩机(18、5、9)及相 应的节流阀(3、6、12、15、1；3)和相应的连接管路组成，其主要特征是各级冷凝器(2、4、7) 由热水管路相互串联，构成一个连通的热水进出水路，各级冷凝器(2、4、7)共用一个热水 系统；各级蒸发器(16、14、11)由冷水管路相互串联，构成一个连通的冷水进出水路，各级 蒸发器(16、14、11)共用一个冷水系统；相邻冷凝器的制冷剂管路之间通过节流阀(3、6)串 联连接；第三级冷凝器(7)与第一级蒸发器(16)通过节流阀(1 串联连接；相邻蒸发器的 制冷剂管路之间也通过节流阀(15、1 串联连接。如图1所示，第一级冷凝器( 的压力大于第二级冷凝器(4)压力，第二级冷凝器 (4)压力大于第三级冷凝器(7)压力，第三级冷凝器(7)压力大于第一级蒸发器(16)压力， 第一级蒸发器(16)压力大于第二级蒸发器(14)压力，第二级蒸发器(14)压力大于第三级 蒸发器(11)压力。来自第一级蒸发器(16)的过热或饱和制冷剂蒸汽被第一级压缩机(18) 压缩后进入第一级冷凝器( 冷凝成制冷剂液体，所放出的冷凝潜热加热热水高温段；来 自第二级蒸发器(14)的过热或饱和制冷剂蒸汽被第二级压缩机( 压缩后进入第二级冷 凝器(4)冷凝成制冷剂液体，所放出的冷凝潜热加热热水中温段；来自第三级蒸发器(11) 的过热或饱和制冷剂蒸汽被第三级压缩机(9)压缩后进入第三级冷凝器(7)冷凝成制冷剂 液体，所放出的冷凝潜热加热热水低温段；第一级冷凝器( 流出的制冷剂液体通过第一 级冷凝器O)出口的节流阀A(3)节流降压后进入第二级冷凝器G)，所放出的热量亦用于 加热热水中温段，并与第二级冷凝器(4)中冷凝的制冷剂液体汇合后流出，一起通过第三 级冷凝器(7)出口的节流阀B(6)节流降压后进入第一级蒸发器(16)，部分制冷剂液体从 冷水高温段吸热蒸发变为过热气或饱和气，在被第一级压缩机(18)压缩后进入第一级冷 凝器O)，另一部分制冷剂液体流出第一级蒸发器(16)，通过第一级蒸发器(16)出口的节 流阀D(K)进一步节流降压后进入第二级蒸发器(14)，部分制冷剂液体从冷水中温段吸热 蒸发变为过热气或饱和气，在被第二级压缩机( 压缩进入第二级冷凝器；剩余的制冷 剂液体再流出第二级蒸发器(14)，通过第二级蒸发器(14)出口的节流阀E (1 进一步节 流降压后进入第三级蒸发器(11)，从冷水低温段吸热蒸发变为过热气或饱和气，再被第三 级压缩机(9)压缩进入第三级冷凝器(7)。如此循环往复，完成从冷水吸热，加热热水的目 的。可以看出，本系统将热水和冷水分别分成了三段，热水在三段冷凝器(7、4、幻中梯级升 温，冷水在三段蒸发器(16、14、11)中梯级降温，冷凝压力和蒸发压力分别与各自的冷热水 温度相适应，从而减小了蒸发器和冷凝器中的不可逆传热损失，使系统效率得以提高。总之，本实用新型能够加大热水和冷水在热泵进、出口的温差，使其按大温差、小 流量方式运行，而热泵机组的性能系数仍保持在一个比较高的水平，因此系统综合能源利 用效率与经济性比普通热泵机组大大提高。同时，采用多级串联的方式，可以根据不同温升 段的工况选取不同的热泵单元，保证每台压缩机在其高效工况下运行，并且可以通过控制 压缩机运行台数调节热水出水温度，满足用户的要求。
权利要求1. 一种三级串联大温差压缩式热泵系统，由三级冷凝器0、4、7)、三级蒸发器(16、14、 11)、三级压缩机(18、5、9)及相应的节流阀(3、6、12、15、13)和相应的连接管路组成，其主 要特征是各级冷凝器0、4、7)由热水管路相互串联，构成一个连通的热水进出水路，各级 冷凝器(2、4、7)共用一个热水系统；各级蒸发器(16、14、11)由冷水管路相互串联，构成一 个连通的冷水进出水路，各级蒸发器(16、14、11)共用一个冷水系统；相邻冷凝器的制冷剂 管路之间通过节流阀(3、6)串联连接；第三级冷凝器(7)与第一级蒸发器(16)通过节流阀 (12)串联连接；相邻蒸发器的制冷剂管路之间也通过节流阀(15、13)串联连接。
专利摘要本实用新型涉及一种三级串联大温差压缩式热泵系统。系统由三级冷凝器、蒸发器、压缩机及相应的节流阀、连接管路组成。各级冷凝器由热水管路相互串联，构成一个连通的热水进出水路，各级冷凝器共用一个热水系统；各级蒸发器由冷水管路相互串联，构成一个连通的冷水进出水路，各级蒸发器共用一个冷水系统；相邻冷凝器的制冷剂管路之间、第三级冷凝器与第一级蒸发器之间、相邻蒸发器的制冷剂管路之间均通过节流阀串联连接。系统将热水和冷水分别分成了三段，热水在三段冷凝器中梯级升温，冷水在三段蒸发器中梯级降温，冷凝压力和蒸发压力分别与各自的冷、热水温度相适应，从而减小了蒸发器和冷凝器中的不可逆传热损失，使系统性能系数得以提高。
文档编号F25B41/04GK201837138SQ201020570430
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月16日 优先权日2010年10月16日
发明者敖君山, 王华文, 王文慧, 胡玲 申请人:湖北东橙新能源科技有限公司