复叠式高温热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种热工装置，特别涉及一种高温热泵系统及其控制方法。

背景技术：

1、现有技术中，有一种以四通阀换向除霜的复叠式co2热泵及复叠式co2热泵除霜方法，其公开号：cn106016802a，其公开日：2016-10-12，该装置分利用常规冷媒系统成熟的四通阀换向除霜技术，当系统检测到空气源蒸发器达到除霜要求时，关闭第二压缩机，让co2制热循环停止运行，同时控制常规冷媒系统的四通阀，使得常规冷媒系统从用户热水需求侧吸取热量，以除掉空气源换热器表面所结的霜。本发明可显著减少复叠式co2系统的除霜时间和提高系统除霜效率，为热泵系统在极低环境温度下的可靠运行提供了一种技术方案。

2、通常的复叠式高温热泵系统采用两级热泵系统，分别为低温级热泵系统和高温级热泵系统，低温级热泵系统从空气中吸收热能，降介质加温到一定会温度后，供高温级热泵系统使用，经高温级热泵进一步加温热水，从而使其能应用在更低的环境温度，且供应温度最高可达80-85℃的热水的目的。

3、现有复叠式高温热泵系统的不足之处在于：其换热效率不够高，对热能的利用不足。此外，现有的复叠式热泵系统不具备制冷功能，且无法同时供应生活热水。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复叠式高温热泵系统的控制方法，使其能高效利用空气热能，提高热利用效率，并可同时提供制冷及高、低温热水。

2、本发明的目的是这样实现的：复叠式高温热泵系统，包括高温级压缩机，高温级压缩机的进口端设有气液分离器二，高温级压缩机的出口连接至板式换热器二的制冷剂进口，板式换热器二的制冷剂出口连接至储液器二的进口，储液器二的出口经电子膨胀阀三连接至蒸发冷凝换热器的接口一，蒸发冷凝换热器的接口二连接至气液分离器二，板式换热器二上还设有高温水进口和高温水出口；该装置还包括喷气增焓压缩机，喷气增焓压缩机的进口有两路，一路经气液分离器一连接至四通阀的接口a，另一路为增焓口，增焓口连接至板式换热器一的进出口一，所述四通阀包括接口a、接口b、接口c和接口d，四通阀具有两种工作状态，制热运行时，其接口a与接口b接通，接口c与接口d接通；制冷及除霜运行时，其接口a与接口d接通，接口b与接口c接通；四通阀的接口b连接至翅片换热器的进出口一，翅片换热器的进出口二经电子膨胀阀二连接至板式换热器一的进出口四，四通阀的接口d连接至蒸发冷凝换热器的接口三，蒸发冷凝换热器的接口四经储液器一后接通板式换热器一的进出口三，板式换热器一的进出口二经电子膨胀阀一接通板式换热器一的进出口四，所述板式换热器一的进出口一与换热器一的进出口二在内部相通，板式换热器一的进出口三与换热器一的进出口四在内部相通；蒸发冷凝换热器上还设有低温水进口和低温水出口；所述蒸发冷凝换热器内部设有螺旋套管和螺旋单管，螺旋套管和螺旋单管整体设置在低温水中，螺旋套管包括内管和外管，所述外管的两端分别连接蒸发冷凝换热器的接口三和蒸发冷凝换热器的接口四，内管的一端连接蒸发冷凝换热器的接口二，蒸发冷凝换热器的接口一与螺旋单管的进口相连，螺旋单管的出口与内管另一端相连。

3、本发明工作时，可以进行复叠制热，使得高温热水输出最高能达到80-85℃，同时还可提供7-50℃的低温热水，此外，该装置还能进行单制冷运行。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：由于采用了螺旋套管和螺旋单管的设置，使得低温级和高温级换热可部分在螺旋套管内直接进行换热，降低了低温热水使用时对高温级热水的影响，使得高温级热水的温度波动更小，此外，通过增焓口、电子膨胀阀一和板式换热器一的设置，使得低温级在外界气温极低的情况下也能工作，最低使用温度可达零下35℃。该装置能高效利用空气热能，提高热利用效率。

4、进一步地，所述蒸发冷凝换热器包括水箱，螺旋套管和螺旋单管设置在水箱内，低温水进口与低温水出口设置在水箱上，水箱外设有保温层。

5、作为本发明的进一步改进，所述水箱顶部设有排气阀，可以排出水箱中的部分不凝气体。

6、所述内管断面为带有波浪的多边形，波浪的波峰抵触在外管内壁上。该结构可以极大增大内管的管热面积，使内管内的制冷剂与外管内的制冷剂热交换更加充分。

7、本发明还提供了复叠式高温热泵系统蒸的控制方法，包括如下运行模式：

8、模式1.复叠制热模式一：四通阀处于制热运行状态，高温级压缩机和喷气增焓压缩机同时运转，增焓口关闭，制冷剂通过蒸发冷凝换热器换热后，自身冷凝，然后经电子膨胀阀二后在翅片换热器中蒸发，吸收外界大气热能，再回到喷气增焓压缩机进行压缩，完成低温级热循环；高温级压缩机的出口的高温高压制冷剂在板式换热器二中，将热量传递给水，形成高温热水输出，自身冷凝后，经电子膨胀阀三在蒸发冷凝换热器中蒸发吸热，在蒸发冷凝器中，经热传导和对流将喷气增焓压缩机来的热量进行吸收，完成高温级热循环。

9、模式2. 复叠制热模式二：四通阀处于制热运行状态，高温级压缩机和喷气增焓压缩机同时运转，增焓口开启，制冷剂通过蒸发冷凝换热器换热后，自身冷凝后，一路经电子膨胀阀二后在翅片换热器中蒸发，吸收外界大气热能，再回到喷气增焓压缩机进行压缩，另一路经电子膨胀阀一后在板式换热器一中蒸发，直接吸收蒸发冷凝换热器冷凝后的制冷剂中的热能，然后经增焓口进入喷气增焓压缩机中，完成低温级热循环；高温级压缩机的出口的高温高压制冷剂在板式换热器二中，将热量传递给水，形成高温热水输出，自身冷凝后，经电子膨胀阀三在蒸发冷凝换热器中蒸发吸热，在蒸发冷凝器中，经热传导和对流将喷气增焓压缩机来的热量进行吸收，完成高温级热循环。

10、模式3.单制冷模式：四通阀处于制冷运行状态，高温级压缩机停止，喷气增焓压缩机运转，增焓口关闭，制冷剂在翅片换热器中冷凝，经电子膨胀阀二后，在蒸发冷凝换热器中蒸发，将水中热量吸收，形成低温水，用于外界制冷。

11、模式4.低温级除霜：四通阀处于制冷运行状态，当翅片换热器表面结霜时，喷气增焓压缩机运转，增焓口关闭，制冷剂在翅片换热器中冷凝放热进行融霜，制冷剂经电子膨胀阀二后，在蒸发冷凝换热器中蒸发，将水中热量吸收用于除霜，水温低于设定时停止除霜运行。

12、模式5.低温级热水使用模式：四通阀处于制热运行状态，喷气增焓压缩机运转，制冷剂通过蒸发冷凝换热器换热后，自身冷凝，然后经电子膨胀阀二后在翅片换热器中蒸发，吸收外界大气热能，再回到喷气增焓压缩机进行压缩，完成低温级热循环；在蒸发冷凝换热器中，制冷剂冷凝放热，形成低温热水供外界使用。

13、进一步地，在模式5运行且外界温度在零下时，开启增焓口和电子膨胀阀一，通过增焓进行低温热循环，提供低温级热水。该模式在-10℃下使用时，效果尤其明显。

14、进一步地，在模式5运行时，高温级压缩机可同时工作，提供高温热水。附图说明

15、图1为本发明工作原理图。

16、图2为图1中的蒸发冷凝换热器结构示意图。

17、图3为螺旋套管和螺旋单管的断面结构示意图。

18、图4为图3中a的局部放大图。

19、图5为复叠制热模式一的工作原理图。

20、图6为复叠制热模式二的工作原理图。

21、图7为单制冷模式的工作原理图。

22、图8为低温级除霜模式的工作原理图。

23、图9为低温级热水使用模式的工作原理图。

24、图中，1气液分离器一，2翅片换热器，2a翅片换热器的进出口一，2b翅片换热器的进出口二，3四通阀，4喷气增焓压缩机，4a增焓口，5 电子膨胀阀一，6板式换热器一，6a板式换热器一的进出口一，6b板式换热器一的进出口二，6c板式换热器一的进出口三，6d板式换热器一的进出口四，7电子膨胀阀二，8储液器一，9蒸发冷凝换热器，9a蒸发冷凝换热器的接口一，9b蒸发冷凝换热器的接口二，9c蒸发冷凝换热器的接口三，9d蒸发冷凝换热器的接口四，9e低温水进口，9f低温水出口，901水箱，902螺旋单管，903螺旋套管，903a外管，903b内管，903c外流道，903d内流道， 10气液分离器二，11高温级压缩机，12储液器二，13电子膨胀阀三，14板式换热器二，14a板式换热器二的制冷剂进口，14b板式换热器二的制冷剂出口，14c高温水进口，14d高温水出口，15排气阀。