空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其包括一級壓縮機系統、二級壓縮機系統、兩相換熱器；一級壓縮機系統包括：一級壓縮機、一級蒸發器；所述的二級壓縮機系統包括：二級壓縮機、三相惰變冷凝器、過冷器和二級蒸發器；所述的兩相換熱器包括冷凝通道和蒸發通道，其中冷凝通道連接于一級壓縮機系統中；所述的蒸發通道連接于二級壓縮機系統中；所述的三相惰變冷凝器上設置進水口和出水口，冷水由進水口進入，經過熱交換后，由出水口流出熱水。本實用新型具有高效節能、綠色環保、安全可靠、低溫運行等優點。無論是陰雨天還是寒冷冬季，本實用新型的熱泵機組的智能化霜功能，可以保證全天候合成高溫熱源。
【專利說明】
空氣源多級蒸發雙級増焓直熱式供暖裝置
技術領域
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[0001]本實用新型涉及熱栗產品技術領域，特指一種空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置。
【背景技術】
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[0002 ]傳統的熱栗在氣溫較低的冬季使用時會存在以下情況:
[0003]1.在冬季室外氣溫下降時會減少制冷劑向室外空氣的吸熱量。見圖1所示，單位質量制冷量QOl =hl —h4，當室外溫度降低時，蒸發溫度將隨之由t01下降至t02，單位質量制冷量也由QOl減小為Q02，Q02 = hl'— h4'。單位質量制冷量的減小意味著:制冷劑從室外空氣中吸收的熱量Q O的減少。而空氣源熱栗向房間的供熱量QK = Q O +W (功)，由于Q O的減小會直接造成QK的下降，導致熱栗出力不足。
[0004]2.冬季室外氣溫的下降會使壓縮機效率下降。上面提到當冬季室外氣溫下降時，蒸發溫度tO和蒸發壓力PO也隨著降低，而冷凝壓力PK則受介質(室內空氣、水)的制約而變化不大，這樣必然導致壓力比ΡΚ/Ρ0增大，壓力比的增大會使壓縮機在工作過程中不可逆性加大、效率降低，當(PK/P0)>20時，普通活塞式壓縮機幾乎不能吸氣(當前市場大多使用渦旋式或螺桿式壓縮機)，所以，壓縮機在室外低溫時工作效率的下降也是風冷熱栗出力不足的原因之一。
[0005]3.冬季室外氣溫的下降會導致蒸發器表面的結霜，當冬季室外氣溫逐漸下降時，蒸發器盤管表面的溫度將隨之降低。當低于空氣露點溫度時，空氣會在盤管表面結露，此時盤管表面發生的換熱將變成相變換熱，這一點將有利于提高熱栗機組的制熱能力;但當氣溫繼續下降，盤管表面溫度低于空氣冰點溫度(0°C以下)，而若此時空氣的相對濕度又符合條件的話，盤管面就會結霜。如不及時化霜，霜層就會越結越厚，大大增加了空氣的流動阻力，同時增大了盤的熱阻，嚴重影響了制冷劑與室外空氣的換熱效果。從而使熱栗出力不足。更嚴重的是，在蒸發器盤管表面有時還會結冰，由于制冷劑液體不能得到很好的蒸發而使蒸發壓力降得太低，壓縮機可能會出現低壓保護性的停機。
[0006]由于冬季氣溫降低會使壓縮機的壓縮比增大，進而降低壓縮機的工作效率，當所需供熱溫度越高時其冷凝溫度提高，冷凝壓力也隨之升高壓縮比進一步增大，能效比急劇下降導致空氣源熱栗冬季出力不足制熱量大幅減小。
[0007]目前的熱栗在冬季時，除霜目前常用的除霜方式雖然很多，如電熱除霜、液體沖霜及熱氣除霜。其中熱氣除霜中采用四通換向閥換向除霜較多。實際上，對于除霜的控制是最為重要的。但是除霜控制系統究竟根據什么信號來判斷要進行除霜或要停止除霜，這一課題一直是國內、外諸多專家所研究的。
[0008]在冬季風冷熱栗出力不足，常常表現為送風溫度或出水溫度低于設計值，一般都采用在送風出口前或供水管路上加裝輔助加熱器，以提高送風和供水的溫度。但所使用的輔助加熱器常常為電加熱器，假如和機組同時在白天使用，必然會在用電高峰期消耗大量的電能，而用電高峰時昂貴的電價又會給用戶帶來巨額的運行成本。
[0009]受常規制冷劑性能和工作壓力的限制，即使降低能效比，也很難獲得高于55°C的熱水，熱栗高溫應用的嘗試大都沿用研究特殊制冷劑的技術路線。
【實用新型內容】:
[0010]本實用新型索要解決的技術問題就在于克服現有技術的不足，提供一種空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置。
[0011]為了解決上述技術問題，本實用新型采用了下述技術方案:該空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置包括:一級壓縮機系統、二級壓縮機系統、以及同時與一級、二級壓縮機系統連通的兩相換熱器，所述的一級壓縮機系統包括:一級壓縮機、一級蒸發器;所述的二級壓縮機系統包括:二級壓縮機、三相惰變冷凝器、過冷器和二級蒸發器;所述的兩相換熱器包括冷凝通道和蒸發通道，其中冷凝通道連接于一級壓縮機系統中；所述的蒸發通道連接于二級壓縮機系統中；所述的三相惰變冷凝器上設置進水口和出水口，冷水由進水口進入，經過熱交換后，由出水口流出熱水。
[0012]進一步而言，上述技術方案中，所述的一級壓縮機系統中，制冷劑經過一級壓縮機壓縮后進入兩相換熱器的冷凝通道，制冷劑冷凝后通過一級節流閥進入翅片式一級蒸發器進行吸熱后，再次進入一級壓縮機內進行循環壓縮。
[0013]進一步而言，上述技術方案中，所述的一級壓縮機系統中，于兩相換熱器冷凝通道出口與一級節流閥之間設置有冷媒球閥、干燥過濾器和視液鏡;于一級蒸發器與一級壓縮機之間設置有氣液分離器。
[0014]進一步而言，上述技術方案中，所述的一級壓縮機系統中，于一級壓縮機與一級蒸發器之間設置有除霜通道，于該除霜通道上設置有電磁閥。
[0015]進一步而言，上述技術方案中，所述的二級壓縮機系統中，制冷劑經過二級壓縮機壓縮后進入殼管式三相惰變冷凝器進行放熱，并對由進水口進入的冷水進行加熱，加熱后的水或蒸汽由三相惰變冷凝器的出水口排出；制冷劑經過三相惰變冷凝器后進入過冷器，經過過冷器過冷后通過二級節流閥進入翅片式二級蒸發器吸熱對制冷劑顯熱進行增焓，然后進入過冷器對制冷劑顯熱進行一級增焓，接著通過兩相換熱器的蒸發通道，進行二級增焓，增加制冷劑的過熱度，最后制冷劑再次進入二級壓縮機內進行循環壓縮。
[0016]進一步而言，上述技術方案中，所述的二級壓縮機系統中，于所述的三相惰變冷凝器的進水口上與外界水源之間設置有進水通道，該進水通道經過二級壓縮機的油冷卻器。
[0017]進一步而言，上述技術方案中，所述的進水通道上設置有單向閥。
[0018]進一步而言，上述技術方案中，所述的二級壓縮機系統中，于過冷器冷凝出口與二級節流閥之間設置有冷媒球閥、干燥過濾器和視液鏡。
[0019]進一步而言，上述技術方案中，所述的二級壓縮機系統中，于二級壓縮機與二級蒸發器之間設置有除霜通道，于該除霜通道上設置有電磁閥。
[0020]進一步而言，上述技術方案中，所述的一級蒸發器和二級蒸發器均采用至少兩個蒸發器并聯的方式。
[0021]本實用新型的技術是基于逆卡諾循環原理建立起來的一種節能、環保制熱熱栗技術，是一種可以替代鍋爐的供暖設備。空氣源取熱采暖技術是目前世界上最先進的制熱技術之一，以制冷劑為媒介，制冷劑在翅片式蒸發器中吸收空氣中的低品位熱量，再經壓縮機壓縮制熱后，通過換熱裝置將熱量傳遞給水，來制取熱水，熱水通過水循環系統送入用戶散熱器進行采暖，整個系統集熱效率極高。
[0022]本實用新型與現有技術相比較具有如下有益效果:
[0023]1、高效節能:本實用新型運行采暖是以空氣作為能源來源的，受環境影響小，集熱效率高，優化的系統設計，運行平穩，成本低，與其他同類產品相比用電量是電熱水器的四分之一。
[0024]2、綠色環保:本實用新型運行無任何的燃燒物及排放物，制冷劑對臭氧層零污染。空氣能是一種廣泛存在、可自由利用的低品位能源，利用該系統循環技術提高其能源品位。
[0025]3、安全可靠:本實用新型運行無傳統鍋爐燃油、燃氣、電鍋爐中可能存在的易燃、易爆、中毒、短路等危險，是一種安全可靠的空氣熱能高溫制熱系統。
[0026]4、低溫運行:無論是陰雨天還是寒冷冬季，本實用新型的熱栗機組的智能化霜功能，可以保證全天候合成高溫熱源。
【附圖說明】
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[0027]圖1是現有技術中熱栗的壓焓圖；
[0028]圖2是本實用新型的壓焓圖；
[0029]圖3是本實用新型的結構原理圖；
[0030]圖4是本實用新型的結構不意圖。
【具體實施方式】
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[0031 ]下面結合具體實施例和附圖對本實用新型進一步說明。
[0032]如圖2所示:本實用新型為一種可以使制冷劑在冷凝器內緩慢降溫且緩慢相變的換熱冷凝器，使熱栗系統冷凝器的冷凝時間變長，水的預熱加熱時間變長，充分利用制冷劑高壓端過熱蒸汽對水溫進行提升，使出水溫度遠遠高于冷凝溫度。常規熱栗冷凝器的換熱原理使冷凝器出水溫度低于冷凝溫度。
[0033]見圖3所示，這是本實用新型的結構原理圖，其包括:一級壓縮機系統10、二級壓縮機系統20、以及同時與一級、二級壓縮機系統10、20連通的兩相換熱器3。所述的一級壓縮機系統10包括:一級壓縮機1、一級蒸發器4;所述的二級壓縮機系統20包括:二級壓縮機2、三相惰變冷凝器5、過冷器6和二級蒸發器7;所述的兩相換熱器3包括冷凝通道和蒸發通道，其中冷凝通道連接于一級壓縮機系統10中；所述的蒸發通道連接于二級壓縮機系統20中；所述的三相惰變冷凝器5上設置進水口 51和出水口 52，冷水由進水口 51進入，經過熱交換后，由出水口 52流出熱水或蒸汽。
[0034]所述的一級壓縮機系統10中，制冷劑經過一級壓縮機I壓縮后進入兩相換熱器3的冷凝通道，制冷劑冷凝后通過一級節流閥11進入翅片式一級蒸發器4進行吸熱后，再次進入一級壓縮機I內進行循環壓縮。
[0035]所述的二級壓縮機系統20中，制冷劑經過二級壓縮機2壓縮后進入殼管式三相惰變冷凝器5進行放熱，并對由進水口 51進入的冷水進行加熱，加熱后的水或蒸汽由三相惰變冷凝器5的出水口 52排出；制冷劑經過三相惰變冷凝器5后進入過冷器6，經過過冷器6過冷后通過二級節流閥21進入翅片式二級蒸發器7吸熱對制冷劑顯熱進行增焓，然后進入過冷器6對制冷劑顯熱進行一級增焓，接著通過兩相換熱器3的蒸發通道，進行二級增焓，增加制冷劑的過熱度，最后制冷劑再次進入二級壓縮機2內進行循環壓縮。
[0036]本實用新型的工作原理為:一級壓縮機I壓縮制冷劑進行等熵壓縮提升系統。制冷劑壓力和溫度進入兩相換熱器3進行放熱冷凝，兩相換熱器3屬于一級壓縮機系統10和二級壓縮機系統20共用裝置，兩相換熱器3分為兩個通道，冷凝通道與蒸發通道，一級壓縮機系統10使用冷凝通道、二級壓縮機系統20使用蒸發通道。
[0037]工作時，一級壓縮機系統10冷凝溫度、壓力較低，其主要作用是作為二級壓縮機系統20在環境工況溫度低、系統壓縮比大、制熱能效低的狀態下作為取熱熱源，同時保證一級壓縮機系統10在極低環境溫度下具備正常的系統壓縮比。兩相換熱器3內冷凝后的制冷劑經過一級壓縮機系統10的一級節流閥11(采用電子膨脹閥)進入翅片式一級蒸發器4進行蒸發，同時利用蒸發潛熱吸收自然環境中的低品位熱源，使制冷劑吸熱后形成飽和蒸汽或過熱蒸汽，然后制冷劑飽和蒸汽或過熱蒸氣進入一級壓縮機I進行循環往復壓縮。
[0038]工作時，通過二級壓縮機2壓縮制冷劑進行等熵壓縮，提升制冷劑壓力和溫度后，制冷劑進入殼管式三相惰變冷凝器5進行放熱冷凝產出高溫熱水，冷凝后制冷劑再經過過冷器6，對二級壓縮機系20中二級蒸發器7回氣，利用冷凝后液態制冷劑顯熱進行增焓，增加二級壓縮機系統20中二級蒸發器7內制冷劑的過熱度，同時增加三相惰變冷凝器5出口制冷劑的過冷度。過冷后制冷劑經過二級壓縮機系統20 二級節流閥21(采用電子膨脹閥)進入翅片二級式蒸發器進行蒸發。利用蒸發潛熱吸收自然環境中的低品位熱源，蒸發后制冷劑經過過冷器6進行冷凝后，液態制冷劑顯熱進行增焓，再經過兩相換熱器3增焓增加過熱度。當二級壓縮機系統20回氣溫度高于設定值時，一級壓縮機系統10不啟動，兩相換熱器3只作為管道經過。
[0039]二級壓縮機系統20蒸發吸收的熱量順序依次為:自然環境中低品位熱源、三相惰變冷凝器5冷凝余熱、一級壓縮機系統10的冷凝熱。
[0040]—級壓縮機系統10冷凝熱相對溫度較高，其中包含更高溫度的一級壓縮機I的排氣過熱蒸汽溫度，但制熱總量在整體系統中占較小比例。主要作用為低溫環境下對二級壓縮機系統20進行輔助增焓，使二級壓縮機系統20在低溫環境工況下，蒸發工況環境溫度變高、提升蒸發回氣溫度提高蒸發壓力、增加吸氣量，使二級壓縮機系統20在相對較低的排氣壓力下獲得更高的排氣溫度和更多熱量，同時使二級壓縮機系統20在環境溫度極低的情況下能夠蒸發取熱，且具備正常的系統壓縮比，利用二級壓縮機系統20殼管式三相惰變冷凝器5能夠在極低溫環境溫度下向用戶端穩定輸入高溫熱源。
[0041]將圖4所示，這是本實用新型的具體實施的結構圖。相對于圖3所示，本實用新型具體結構圖中，所述的一級壓縮機系統10中，于兩相換熱器3冷凝通道出口與一級節流閥11之間設置有冷媒球閥RUl、干燥過濾器FGl和視液鏡IPLl;于一級蒸發器4與一級壓縮機I之間設置有氣液分離器GLS。同時，于一級壓縮機I與一級蒸發器4之間設置有除霜通道12，于該除霜通道12上設置有電磁閥YVl。
[0042]同樣的，本實用新型的具體結構中，所述的二級壓縮機系統20中，于所述的三相惰變冷凝器5的進水口 51上與外界水源之間設置有進水通道511，該進水通道511經過二級壓縮機2的油冷卻器22。所述的進水通道511上設置有單向閥HV。同樣的，所述的二級壓縮機系統中，于過冷器6冷凝出口與二級節流閥21之間設置有冷媒球閥RU2、干燥過濾器FG2和視液鏡IPL2。
[0043]在二級壓縮機系統中，于二級壓縮機2與二級蒸發器7之間設置有除霜通道23，于該除霜通道23上設置有電磁閥YV2。
[0044]為了增加蒸發器的蒸發量，本實用新型具體結構中，一級蒸發器4和二級蒸發器7均采用兩個蒸發器并聯的方式。當然，也可采用一個，或者兩個以上的并聯方式。
[0045]本實用新型的具體工作過程為:一級壓縮機I壓縮制冷劑進行等熵壓縮，提升系統制冷劑壓力和溫度進入兩相換熱器2進行放熱冷凝。兩相換熱器2內冷凝后制冷劑經過一級壓縮機系統10的冷媒球閥RUl、干燥過濾器FGl、視液鏡IPL1、電子膨脹閥ETCl (即一級節流閥11)后，進入翅片式一級蒸發器4進行蒸發。同時利用蒸發潛熱吸收自然環境空氣中的低品位熱源，使制冷劑吸熱后形成飽和蒸汽或過熱蒸汽，制冷劑飽和蒸汽或過熱蒸氣進入氣液分離器GLS，再由氣液分離器GLS進入一級壓縮機I進行循環往復壓縮，當一級壓縮機系統10中蒸發器4表面溫度與環境溫度差大于化霜溫度差，電磁閥YVl打開進行增焓除霜。
[0046]二級壓縮機2壓縮制冷劑進行等熵壓縮，提升系統制冷劑壓力和溫度后，制冷劑進入殼管式三相惰變冷凝器5進行放熱冷凝產出高溫熱水，冷凝后制冷劑經過過冷器6釋放出冷凝后制冷劑飽和液體的顯熱用于二級蒸發器7回氣增焓，同時增大二級壓縮機系統2中三相惰變冷凝器5出口制冷劑過冷度。制冷劑經過冷媒球閥RU2、干燥過濾器FG2、視液鏡IPL2、電子膨脹閥ETC2進入二級蒸發器7吸收自然空氣中低品位熱源，再次進入過冷器6進行增焓增加過熱度、進入兩相換熱器3進行增焓增加過熱度，再進入二級壓縮機2進行循環往復壓縮。
[0047]在極低溫環境溫度下二級蒸發器7回氣吸收的熱量為二級壓縮機系統20的冷凝熱，冷凝熱相對溫度較高其中包含更高溫度的一級壓縮機I的排氣過熱蒸汽溫度，使二級壓縮機系統20蒸發環境工況溫度高、蒸發溫度高、使二級壓縮機系統20在相對較低的環境溫度和排氣壓力下獲得更高的排氣溫度，同時使二級壓縮機系統20在環境溫度極低的情況下具備正常的系統壓縮比。當二級壓縮機系統20的二級蒸發器7表面溫度與環境溫度差大于化霜溫度差，制冷劑電磁閥YV2打開進行增焓除霜。
[0048]當然，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并非來限制本實用新型實施范圍，凡依本實用新型申請專利范圍所述構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括于本實用新型申請專利范圍內。
【主權項】
1.空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其包括:一級壓縮機系統(10)、二級壓縮機系統(20)、以及同時與一級、二級壓縮機系統(10、20)連通的兩相換熱器(3)，其特征在于: 所述的一級壓縮機系統(10)包括:一級壓縮機(1)、一級蒸發器(4); 所述的二級壓縮機系統(20)包括:二級壓縮機(2)、三相惰變冷凝器(5)、過冷器(6)和二級蒸發器(7); 所述的兩相換熱器(3)包括冷凝通道和蒸發通道，其中冷凝通道連接于一級壓縮機系統(10)中；所述的蒸發通道連接于二級壓縮機系統(20)中； 所述的三相惰變冷凝器(5)上設置進水口和出水口，冷水由進水口進入，經過熱交換后，由出水口流出熱水。2.根據權利要求1所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的一級壓縮機系統中，制冷劑經過一級壓縮機(I)壓縮后進入兩相換熱器(3)的冷凝通道，制冷劑冷凝后通過一級節流閥(11)進入翅片式一級蒸發器(4)進行吸熱后，再次進入一級壓縮機(I)內進行循環壓縮。3.根據權利要求2所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的一級壓縮機系統中，于兩相換熱器(3)冷凝通道出口與一級節流閥(11)之間設置有冷媒球閥(RU1)、干燥過濾器(FGl)和視液鏡(IPLl);于一級蒸發器(4)與一級壓縮機(I)之間設置有氣液分離器(GLS)。4.根據權利要求3所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的一級壓縮機系統中，于一級壓縮機(I)與一級蒸發器(4)之間設置有除霜通道(12)，于該除霜通道(12)上設置有電磁閥(YV1)。5.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的二級壓縮機系統中，制冷劑經過二級壓縮機(2)壓縮后進入殼管式三相惰變冷凝器(5)進行放熱，并對由進水口(51)進入的冷水進行加熱，加熱后的水或蒸汽由三相惰變冷凝器(5)的出水口(52)排出；制冷劑經過三相惰變冷凝器(5)后進入過冷器(6)，經過過冷器(6)過冷后通過二級節流閥(21)進入翅片式二級蒸發器(7)吸熱對制冷劑顯熱進行增焓，然后進入過冷器(6)對制冷劑顯熱進行一級增焓，接著通過兩相換熱器(3)的蒸發通道，進行二級增焓，增加制冷劑的過熱度，最后制冷劑再次進入二級壓縮機(2)內進行循環壓縮。6.根據權利要求5所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的二級壓縮機系統中，于所述的三相惰變冷凝器(5)的進水口(51)上與外界水源之間設置有進水通道(511)，該進水通道(511)經過二級壓縮機(2)的油冷卻器(22)。7.根據權利要求6所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的進水通道(511)上設置有單向閥(HV)。8.根據權利要求5所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的二級壓縮機系統中，于過冷器(6)冷凝出口與二級節流閥(21)之間設置有冷媒球閥(RU2)、干燥過濾器(FG2)和視液鏡(IPL2)。9.根據權利要求2所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的二級壓縮機系統中，于二級壓縮機(2)與二級蒸發器(7)之間設置有除霜通道(23)，于該除霜通道(23)上設置有電磁閥(YV2)。10.根據權利要求1所述的空氣源多級蒸發雙級增焓直熱式供暖裝置，其特征在于:所述的一級蒸發器(4)和二級蒸發器(7)均采用至少兩個蒸發器并聯的方式。
【文檔編號】F24D3/18GK205536061SQ201620261662
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】鄭劍澤, 李昌
【申請人】廣東衡峰熱泵設備科技有限公司