多级换热系统的制作方法

[0001]
本发明属于换热技术领域，具体提供一种多级换热系统。


背景技术：

[0002]
换热系统在空调领域、工业制冷领域以及冷藏冷冻领域等众多领域都有巨大需求，而随着应用领域的不断扩展，用户对换热系统的适应能力也提出了越来越高的要求，特别是对换热系统在低温环境中的换热能力尤为关注。现有很多换热系统都是直接通过制冷剂循环回路来实现换热的，以制冷过程为例，液态(混有饱和蒸汽)的制冷剂在蒸发器的盘管内蒸发以从盘管外的空气中吸热而实现制冷，即，在换热过程中，制冷剂直接跟室内空气进行热交换，中间不再经过其他换热过程。然而，这种直接采用制冷剂冷却空气的方式具有换热温差大、易结霜、效率低、制冷剂充注量大等诸多问题。
[0003]
为了有效避免上述问题，近年来，制冷剂循环回路和载冷剂循环回路相结合的多级换热系统得到了越来越多的应用。以多级换热系统进行制冷的过程为例，设置在制冷剂循环回路上的蒸发器能够先与载冷剂循环回路中的载冷剂进行换热，再通过载冷剂与室内空气进行换热以实现制冷。这种多级换热系统主要通过载冷剂来实现热量传递，因而大幅减少了制冷剂的充注量，并且由于载冷剂循环回路中不存在高压位置，因而其还具备安全性高、稳定性高等诸多优点。然而尽管如此，现有多级换热系统依然存在一些问题，例如，现有制冷剂循环回路中的两个换热器通常都只有一个得到了有效利用，而另一个换热器在换热过程中则只是与外界空气进行热交换来辅助换热过程的正常进行，因而导致这部分热交换中涉及的热量被浪费，进而导致热量利用率变低的问题；此外，现有多级换热系统通常都只关注到了制冷剂循环回路中可能存在的结霜问题，却没有关注到载冷剂循环回路中可能存在的结霜问题，从而导致现有多级换热系统在低温高湿的环境中运行时的换热效率低的问题。
[0004]
相应地，本领域需要一种新的多级换热系统来解决上述问题。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有多级换热系统难以在低温高湿的环境中实现高效运行，且在换热过程中容易产生热量浪费的问题，本发明提供了一种多级换热系统，所述多级换热系统包括换热机组、制热机组和制冷机组，所述换热机组包括制冷剂循环回路以及依次设置在所述制冷剂循环回路上的第一换热构件、节流构件、第二换热构件和压缩机，所述制热机组包括制热管路以及设置在所述制热管路上的第三换热构件和散热构件，所述第三换热构件设置成能够吸收所述第一换热构件释放的热量，所述散热构件设置成能够释放所述第三换热构件吸收的热量，所述制冷机组包括制冷循环回路和除霜支路，所述制冷循环回路上依次设置有第四换热构件、制冷换热器和制冷泵，所述第四换热构件设置成能够吸收所述第二换热构件释放的冷量，所述制冷换热器设置成能够释放所述第四换热构件吸收的热量，所述除霜支路与所述制冷换热器并联设置，所述除霜支路上
设置有除霜泵，所述除霜支路的一部分管路能够与加热器进行换热，以使所述除霜支路中的载冷剂的温度升高并因此实现除霜。
[0006]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述除霜支路的两端均设置有除霜阀，以便控制所述除霜支路的通断状态。
[0007]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述制冷循环回路上还设置有两个制冷阀，两个所述制冷阀分别位于所述制冷换热器的两端以使所述制冷换热器能够选择性地与所述除霜支路或所述制冷循环回路连通。
[0008]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述制冷换热器为翅片换热器。
[0009]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述翅片换热器的相邻两个翅片之间的间距大于4mm。
[0010]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述第一换热构件和所述第三换热构件均设置在第一换热壳体中，并且所述第一换热壳体中填充有换热介质以促进所述第一换热构件和所述第三换热构件进行换热；并且/或者所述第二换热构件和所述第四换热构件均设置在第二换热壳体中，并且所述第二换热壳体中填充有换热介质以促进所述第二换热构件和所述第四换热构件进行换热。
[0011]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述制热机组还包括设置在所述制热管路上的制热泵，所述制热泵位于所述第三换热构件的上游，所述制热管路的首尾相连以形成制热循环回路。
[0012]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述散热构件为制热换热器，所述制热换热器用于提供热风和/或热水。
[0013]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述散热构件为冷却塔。
[0014]
在上述多级换热系统的优选技术方案中，所述制冷泵包括并联设置的第一制冷泵和第二制冷泵，并且/或者所述制热泵包括并联设置的第一制热泵和第二制热泵。
[0015]
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，本发明的多级换热系统包括换热机组、制热机组和制冷机组，所述换热机组包括制冷剂循环回路以及依次设置在所述制冷剂循环回路上的第一换热构件、节流构件、第二换热构件和压缩机，所述制热机组包括制热管路以及设置在所述制热管路上的第三换热构件和散热构件，所述第三换热构件设置成能够吸收所述第一换热构件释放的热量，所述散热构件设置成能够释放所述第三换热构件吸收的热量，所述制冷机组包括制冷循环回路和除霜支路，所述制冷循环回路上依次设置有第四换热构件、制冷换热器和制冷泵，所述第四换热构件设置成能够吸收所述第二换热构件释放的冷量，所述制冷换热器设置成能够释放所述第四换热构件吸收的热量，所述除霜支路与所述制冷换热器并联设置，所述除霜支路上设置有除霜泵，所述除霜支路的一部分管路能够与加热器进行换热，以使所述除霜支路中的载冷剂的温度升高并因此实现除霜。本发明通过在所述换热机组的两侧分别设置所述制热机组和所述制冷机组，使得所述换热机组的所述第一换热构件和所述第二换热构件在换热过程中涉及的热量都能够得到有效利用，从而有效提升所述多级换热系统的换热效率，并且本发明还通过增设所述除霜支路，以便通过简单的结构改变就能有效解决所述制冷换热器的结霜问题，从而进一步有效提升所述多级换热系统的换热效率，进而有效保证所述多级换热系统在低温高湿的环境中也能时刻保持高效运行的状态。
附图说明
[0016]
图1是本发明的多级换热系统的第一优选实施例的整体结构示意图；
[0017]
图2是本发明的多级换热系统的第二优选实施例的整体结构示意图；
[0018]
附图标记：
[0019]
11、换热机组；111、第一换热构件；112、节流构件；113、第二换热构件；114、压缩机；
[0020]
12、制热机组；121、第三换热构件；122、制热泵；1221、第一制热泵；1222、第二制热泵；123＇、制热换热器；123＂、冷却塔；124、制热风机；
[0021]
13、制冷机组；131、第四换热构件；132、制冷换热器；133、制冷泵；1331、第一制冷泵；1332、第二制冷泵；134、除霜泵；135、加热器；1361、第一除霜阀；1362、第二除霜阀；1371、第一制冷阀；1372、第二制冷阀；138、制冷风机；
[0022]
14、第一换热壳体；
[0023]
15、第二换热壳体。
具体实施方式
[0024]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0026]
首先参阅图1，该图是本发明的多级换热系统的第一优选实施例的整体结构示意图。如图1所示，在本发明的第一优选实施例中，本发明的多级换热系统包括换热机组11、制热机组12和制冷机组13，其中，换热机组11包括制冷剂循环回路以及依次设置在所述制冷剂循环回路上的第一换热构件111、节流构件112、第二换热构件113和压缩机114，所述制冷剂循环回路中流通有制冷剂，制冷剂通过所述制冷剂循环回路循环流经第一换热构件111、节流构件112、第二换热构件113和压缩机114，在循环过程中，第一换热构件111用作冷凝器，第二换热构件113用作蒸发器，流经第一换热构件111的气态制冷剂不断冷凝并释放热量而不断转化为气液混合态制冷剂，气液混合态制冷剂通过节流构件112进一步实现液化而转化为液态制冷剂，液态制冷剂再流经第二换热构件113并不断蒸发而吸收外部热量，从而转化为气态制冷剂，从第二换热构件113中流出的低温低压的气态制冷剂进入压缩机114中，最终经过压缩而变为高温高压的气态制冷剂再流入第一换热构件111中而实现循环。
[0027]
基于所述制冷剂循环回路的结构设置，在制冷剂不断循环的过程中，第一换热构件111不断释放热量，第二换热构件113不断吸收热量。鉴于此，本发明通过在靠近第一换热
构件111的一侧设置制热机组12且在靠近第二换热构件113的一侧设置制冷机组13，以使制冷剂在第一换热构件111中释放的热量能够被制热机组12合理利用，并且制冷剂在第二换热构件113中释放的冷量能够被制冷机组13合理利用，从而使得制冷剂在换热过程中涉及的热量和冷量都能够得到有效利用，进而有效提升所述多级换热系统的换热效率。
[0028]
需要说明的是，本发明不对所述换热机组的具体结构组成作任何限制，即，虽然本优选实施例中所述的换热机组11仅包括制冷剂循环回路以及依次设置在所述制冷剂循环回路上的第一换热构件111、节流构件112、第二换热构件113和压缩机114，但这并不是限制性的结构设置，技术人员还可以根据实际使用需求自行增设其他元件以辅助换热过程的进行。同时，本发明也不对第一换热构件111、节流构件112、第二换热构件113和压缩机114的具体类型作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行选定，例如，第一换热构件111既可以是水冷式冷凝器，也可以是风冷式冷凝器；节流构件112既可以是电子膨胀阀，也可以是毛细管；第二换热构件113既可以是翅片式蒸发器，也可以是板式蒸发器；压缩机114既可以是离心式压缩机，也可以是螺杆式压缩机。此外，本发明也不对所述制冷剂循环回路中流通的制冷剂的种类作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行选定。上述有关具体结构的改变均不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。
[0029]
继续参阅图1，在本发明的第一优选实施例中，制热机组12包括制热循环回路以及依次设置在所述制热循环回路上的第三换热构件121、制热泵122和制热换热器123＇，并且所述制热循环回路中流通的换热介质为水。需要说明的是，虽然本优选实施例中所述的制热循环回路中流通的换热介质是水，但这并不是限制性的，技术人员也可以根据实际使用需求自行设定换热介质的类型，只要能够起到换热作用即可。具体地，第三换热构件121靠近第一换热构件111设置，以便第三换热构件121中流通的水能够吸收制冷剂在第一换热构件111中释放的热量而实现升温，升温后的水在制热泵122的驱动作用下流入制热换热器123＇中；并且制热换热器123＇的附近还设置有制热风机124，制热风机124运行时带动周围空气在流经制热换热器123＇进行加热后再吹出以提供热风，将热风引入需要制热的空间就可以实现制热作用。同时，技术人员还可以在制热换热器123＇上设置取水口以提供热水，在用户需要使用热水时，将热水引出即可直接使用，以便通过制热换热器123＇同时提供热风和热水，从而实现热量的回收利用，进而有效提升热量的利用率。
[0030]
此外，作为制热泵122的一种优选设置方式，制热泵122包括并联设置的第一制热泵1221和第二制热泵1222，在日常使用的过程中，第一制热泵1221和第二制热泵1222可以交替使用，以使第一制热泵1221和第二制热泵1222可以交替休息，以便尽量减少热水对制热泵的损害，从而有效延长第一制热泵1221和第二制热泵1222的使用寿命，进而有效提升制热机组12的可靠性。当第一制热泵1221和第二制热泵1222中的一个出现故障时，第一制热泵1221和第二制热泵1222中的另一个可以直接顶替，从而有效保证制热机组12的正常运行，进而大幅提升所述多级换热系统的可靠性。当然，这仅是一种优选设置方式，技术人员也可以根据实际使用需求自行设定制热泵122的数量和种类。
[0031]
本领域技术人员能够理解的是，虽然本优选实施例中所述的制热换热器123＇既能够提供热风，又能够提供热水，但是，技术人员也可以根据实际使用需求对制热换热器123＇的结构进行调整，以使制热换热器123＇仅能够提供热风或热水；并且本发明也不对制热换热器123＇的具体结构作任何限定，技术人员可以根据实际使用需求自行设定；例如，制热换
热器123＇可以是翅片换热器，也可以仅是一段来回弯曲的换热管路。
[0032]
需要说明的是，虽然本优选实施例中所述的制热机组12中所使用的制热管路首尾相连形成了制热循环回路，但是，这仅是一种优选设置方式，制热机组12中还可以仅设置有一段制热管路，并且制热管路的一端直接与水源相连以源源不断地提供制热所用的水；并且本发明也不对制热机组12的具体结构设置和第三换热构件121的具体类型作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行调整，只要制热机组12能够通过第三换热构件121吸收第一换热构件111释放的热量即可。这种具体结构的改变并不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。
[0033]
作为一种优选实施例，为了有效提升第一换热构件111和第三换热构件121的换热效率，本发明的多级换热系统还包括第一换热壳体14，第一换热构件111和第三换热构件121均设置在第一换热壳体14中，并且第一换热壳体14中还设置有换热介质，以便第一换热构件111和第三换热构件121能够通过第一换热壳体14中的换热介质实现高效换热，从而有效提升第一换热构件111和第三换热构件121的换热效率，进而有效避免热量散失。需要说明的是，本发明不对第一换热壳体14的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要第一换热壳体14中能够同时容纳第一换热构件111和第三换热构件121且能够填充换热介质即可；例如，第一换热壳体14可以是一个长方体状的箱体，该箱体结构中填充有换热介质，并且第一换热构件111和第三换热构件121均设置在该箱体结构中。
[0034]
进一步地，继续参阅图1，在本优选实施例中，制冷机组13包括制冷循环回路和除霜支路，所述制冷循环回路和所述除霜支路中流通的均是载冷剂，载冷剂在循环流动的过程中并不通过自身气液状态的改变来实现制冷，而仅通过改变自身温度的方式来实现制冷，因而具备更高的安全性，以使所述多级换热系统能够得到更为广泛的应用。需要说明的是，本发明不对载冷剂的具体种类作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。这种有关载冷剂种类的改变并不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。
[0035]
具体地，在第一优选实施例中，所述制冷循环回路上依次设置有第四换热构件131、制冷换热器132和制冷泵133，载冷剂通过所述制冷循环回路实现循环流动而不断进行制冷，其中，第四换热构件131靠近第二换热构件113设置，以便第二换热构件113中流动的制冷剂在蒸发过程中能够从第四换热构件131中流通的载冷剂中不断吸收热量，即，第四换热构件131中流通的载冷剂能够吸收制冷剂在第二换热构件113中释放的冷量而实现降温，降温后的载冷剂在制冷泵133的驱动作用下流入制冷换热器132中，并且制冷换热器132的附近还设置有制冷风机138，制冷风机138运行时带动周围空气在流经制冷换热器132进行降温后再吹出以提供冷气，将冷气引入需要制冷的空间就可以实现制冷作用。例如，需要制冷的房间，或者需要实现冷冻的冻库等，本发明不对引入冷气的空间作任何限制。
[0036]
作为一种优选实施例，为了有效提升第二换热构件113和第四换热构件131的换热效率，本发明的多级换热系统还包括第二换热壳体15，第二换热构件113和第四换热构件131均设置在第二换热壳体15中，并且第二换热壳体15中还设置有换热介质，以便第二换热构件113和第四换热构件131能够通过第二换热壳体15中的换热介质实现高效换热，从而有效提升第二换热构件113和第四换热构件131的换热效率，进而有效避免热量散失。需要说明的是，本发明不对第二换热壳体15的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要第二换热壳体15中能够同时容纳第二换热构件113和第四换热构件131
且能够填充换热介质即可；例如，第二换热壳体15可以是一个长方体状的箱体，该箱体结构中填充有换热介质，并且第二换热构件113和第四换热构件131均设置在该箱体结构中。
[0037]
此外，还需要说明的是，本发明不对制冷换热器132的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。作为一种优选实施例，制冷换热器132设置为翅片换热器，以便有效提升载冷剂和空气的换热效率；进一步优选地，翅片换热器选用相邻两个翅片之间的间距大于4mm的大翅片间距的换热器，以便附着在翅片表面的液体能够及时排出，即便是在翅片表面已经产生霜冻的情况下，只要翅片稍加升温，霜冻也能快速掉落，进而有效保证制冷换热器132的换热效率。
[0038]
作为制冷泵133的一种优选设置方式，制冷泵133包括并联设置的第一制冷泵1331和第二制冷泵1332，在日常使用的过程中，第一制冷泵1331和第二制冷泵1332可以交替使用，以使第一制冷泵1331和第二制冷泵1332可以交替休息，以便尽量减少低温载冷剂对制冷泵的损害，从而有效延长第一制冷泵1331和第二制冷泵1332的使用寿命，进而有效提升制冷机组13的可靠性。当第一制冷泵1331和第二制冷泵1332中的一个出现故障时，第一制冷泵1331和第二制冷泵1332中的另一个可以直接顶替，从而有效保证制冷机组13的正常运行，进而大幅提升所述多级换热系统的可靠性。当然，这仅是一种优选设置方式，技术人员也可以根据实际使用需求自行设定制冷泵133的数量和种类。
[0039]
进一步地，所述除霜支路与制冷换热器132并联设置，所述除霜支路上设置有除霜泵134，并且所述除霜支路的一部分管路设置在加热器135附近，以使加热器135能够对所述除霜支路中的载冷剂进行快速加热而提升载冷剂的温度，升温后的载冷剂被输送至制冷换热器132中，从而有效实现除霜。通过增设所述除霜支路，制冷机组13仅通过简单的结构改变就有效解决了制冷换热器132表面容易结霜的问题，从而进一步有效提升了所述多级换热系统的换热效率，进而有效保证所述多级换热系统在低温高湿的环境中也能时刻保持高效运行的状态。需要说明的是，本发明不对除霜泵134和加热器135的具体类型作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。作为一种优选实施例，加热器135包括外壳以及设置在所述外壳中的加热丝，所述除霜支路的一部分管路以来回弯折的方式设置于所述外壳中，以便有效提升加热器135对载冷剂的加热速度。
[0040]
此外，在本优选实施例中，所述除霜支路的两端还设置有第一除霜阀1361和第二除霜阀1362，通过控制第一除霜阀1361和第二除霜阀1362的通断状态就能够控制所述除霜支路的通断状态，以使所述除霜支路能够选择性地与所述制冷循环回路连通。需要说明的是，本发明不对第一除霜阀1361和第二除霜阀1362的具体类型作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要能够控制所述除霜支路的通断状态即可，并且技术人员还可以根据实际使用需求自行设定控制所述除霜支路通断状态的方式，甚至技术人员还可以直接通过控制加热器135的开闭状态来实现除霜功能的控制。同时，所述制冷循环回路上设置有第一制冷阀1371和第二制冷阀1372，第一制冷阀1371和第二制冷阀1372分别位于制冷换热器132的上下两端，以使制冷换热器132能够选择性地与所述除霜支路或所述制冷循环回路连通；当然，这种设置并不是限制性的，技术人员可以根据实际使用需求自行调整；例如，作为另一种优选实施例，技术人员还可以通过两个三通阀来分别替代第一除霜阀1361和第一制冷阀1371以及第二除霜阀1362和第二制冷阀1372，从而有效实现选择性连通的效果。这种具体结构的改变并不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。
[0041]
基于上述结构设置，当制冷换热器132需要除霜时，控制第一除霜阀1361和第二除霜阀1362开启且控制第一制冷阀1371和第二制冷阀1372关闭，在此情形下，载冷剂仅在制冷换热器132和所述除霜支路之间循环流动，从而有效缩短载冷剂的循环周期和路径，进而使得制冷机组13的除霜效率得到有效提升；当制冷换热器132无需除霜时，控制第一除霜阀1361和第二除霜阀1362关闭且控制第一制冷阀1371和第二制冷阀1372开启，在此情形下，载冷剂仅通过所述制冷循环回路循环流动，从而有效节省不必要的流动路径，进而有效保证制冷机组13的制冷效率。
[0042]
接下来参阅图2，该图是本发明的多级换热系统的第二优选实施例的整体结构示意图。如图2所示，第二优选实施例中使用冷却塔123＂作为散热构件来替代第一优选实施例中的制热换热器123＇，而其余结构设置则均与第一优选实施例相同，在此就不再赘述其他结构设置。在第二优选实施例中，冷却塔123＂能够释放第三换热构件121吸收的热量，从第三换热构件121中流出的热水能够以喷淋方式进入冷却塔123＂中，以便实现第一次降温，在进入冷却塔123＂后，冷却塔123＂上设置有多个冷却孔，冷却塔123＂中存储的热水能够与外界空气不断换热以实现降温，降温后的水通过设置在冷却塔123＂底部的出口再次进入所述制热循环回路中继续循环。需要说明的是，本发明不对冷却塔123＂的具体结构作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要冷却塔123＂能够对热水起到冷却效果即可。
[0043]
最后，还需要说明的是，虽然以上两个优选实施例中仅以所述散热构件为制热换热器123＇和冷却塔123＂时的情形进行了描述，但这并不构成对所述散热构件的限制，技术人员可以根据实际使用需求自行选定所述散热构件的具体类型。
[0044]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。