一种两级压缩热泵热水器系统及其工作方法

摘要

一种两级压缩热泵热水器系统及其工作方法，该系统包括双级压缩机、冷凝器、中间压力装置、蒸发器和三个节流装置；其工作方法为：经双级压缩机一级压缩后的制冷剂分为两部分，一部分经过电机后通入冷凝器中加热低水温段I的水，然后通入中间压力装置；另一部分与第三节流装置流出的液体混合后进行二级压缩，而后通入冷凝器中加热水，出冷凝器后，一小部分经第三节流装置节流，另一大部分经第一节流装置节流后通入中间压力装置，从中间压力装置出来的制冷剂经第二节流装置节流后通入蒸发器中吸热蒸发，而后进入压缩机，如此循环；本发明提高了热泵热水器制热效率尤其是在高水温升时，减小传热温差过大引起能量损失，克服现有热泵热水器不足之处。

权利要求

1.一种两级压缩热泵热水器系统，其特征在于：包括双级压缩机(101)，所述双级压缩机(101)的中压出口与冷凝器(102)的中间部分相连接，从双级压缩机(101)流出的制冷剂通过冷凝器(102)加热水，加热水后的制冷剂从冷凝器(102)的出口流出，该出口与中间压力装置(106)的入口相连接，双级压缩机(101)的高压出口与冷凝器(102)的入口部分相连接，经加热水后的制冷剂从冷凝器(102)的出口流出后分为两路，一路经过第三节流装置(105)节流后与双级压缩机(101)的中压入口相连接，另一路经过第一节流装置(103)与中间压力装置(106)的入口相连接，中间压力装置(106)的出口经过第二节流装置(104)节流后与蒸发器(107)的入口相连接，蒸发器(107)的出口与双级压缩机(101)的低压入口相连接；所述冷凝器(102)的中间部分将冷凝器(102)内的水分为入口至中间部分的高水温段(II)和中间部分至出口部分的低水温段(I)，冷凝器(102)中的水流动方向与制冷剂流动方向相反；

所述两级压缩热泵热水器系统的工作方法为：低温低压的制冷剂气体被双级压缩机(101)的一级缸吸入后加压变成中温中压的制冷剂气体后分为两部分，一部分中温中压的制冷剂气体经过电机，吸收电机热量温度升高后通入冷凝器(102)的中间部分对低水温段(I)的水加热，并在冷凝器(102)中放热变成低温中压的液体后通入中间压力装置(106)，另一部分中温中压的制冷剂气体与第三节流装置(105)出来的低温中压的液体混合降温后通入双级压缩机(101)的二级缸进行压缩，从双级压缩机(101)的二级缸出来的高温高压的制冷剂气体通入冷凝器(102)中，先后对高水温段(II)和低水温段(I)的水进行加热，并在冷凝器(102)中放热变成低温高压的液体，一小部分低温高压的液体经第三节流装置(105)节流成低温中压的液体后通入双级压缩机(101)，另一大部分低温高压的液体经第一节流装置(103)节流成低温中压的制冷剂液体后通入中间压力装置(106)，从中间压力装置(106)出来的低温中压的制冷剂液体经第二节流装置(104)节流成低温低压的制冷剂后流向蒸发器(107)，在蒸发器(107)中吸热蒸发后变为低温低压的过热气体，再被双级压缩机(101)一级缸吸入，如此循环。

说明书

一种两级压缩热泵热水器系统及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明属于热泵热水器技术领域，具体涉及一种两级压缩热泵热水器系统及其工作方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着我国经济的高速发展，人们生活质量的不断提高，各公共场所及居民对热水的需求量也越来越大，这也促使了各类热水器产品的快速发展。而热泵热水器以其节能、环保、高效等优点越来越受到人们的青睐，这就使得热泵热水器的节能问题变得异常突出。

[0003] 按水的加热方式可将热泵热水器分为静态加热式、循环加热式和即热式三类。

[0004] 静态式和循环加热式热泵热水器，即冷水经冷凝器中的制冷剂多次反复加热来达到额定温度。他们存在以下问题：需要较大的水箱；水箱的散热会导致能量的浪费；加热时间过长；压缩机工作条件随着水温变化不段变化，当水温较低时，压缩效率较低；当水温较高时，冷凝温度相比即热式更高，需消耗更多的功。同时整个系统的效率尤其在低温环境较低。

[0005] 对于即热式热泵热水器，即冷水经冷凝器一次加热达到额定出水温度。虽然该类热水器可以有效克服静态式和循环加热式热泵热水器的缺点，但其压缩机的工况恶劣，尤其是在水温升需要较大、环境温度较低的情况下，进出口水温差值及吸排气压比始终处于最大值，排气温度高，需要大气缸容积压缩机。

[0006] 而且对于上述的三种氟利昂类热泵热水器，在水的加热升温的过程中，制冷剂在两相区冷凝时温度不变，这就不可避免会存在温差较大的地方。过大的温差也会造成能量的大量浪费。在以往的氟利昂类热泵热水器节能设计时均没有考虑到从减小水与制冷温差的角度来减小能量损失。

发明内容

[0007] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种两级压缩热泵热水器系统及其工作方法，提高了热泵热水器制热效率尤其是在高水温升时的制热效率，减小传热温差过大引起的不可逆损失，克服现有热泵热水器不足之处。

[0008] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种两级压缩热泵热水器系统，包括双级压缩机101，所述双级压缩机101的中压出口与冷凝器102的中间部分相连接，从双级压缩机101流出的制冷剂通过冷凝器102加热水，加热水后的制冷剂从冷凝器102的出口流出，该出口与中间压力装置106的入口相连接，双级压缩机101的高压出口与冷凝器102的入口部分相连接，经加热水后的制冷剂从冷凝器102的出口流出后分为两路，一路经过第三节流装置105节流后与双级压缩机101的中压入口相连接，另一路经过第一节流装置103与中间压力装置106的入口相连接，中间压力装置
106的出口经过第二节流装置104节流后与蒸发器107的入口相连接，蒸发器107的出口与双级压缩机101的低压入口相连接；所述冷凝器102的中间部分将冷凝器102内的水分为入口至中间部分的高水温段II和中间部分至出口部分的低水温段I，冷凝器102中的水流动方向与制冷剂流动方向相反。

[0010] 上述所述两级压缩热泵热水器系统的工作方法，低温低压的制冷剂气体被双级压缩机101的一级缸吸入后加压变成中温中压的制冷剂气体后分为两部分，一部分中温中压的制冷剂气体经过电机，吸收电机热量温度升高后通入冷凝器102的中间部分对低水温段I的水加热，并在冷凝器102中放热变成低温中压的液体后通入中间压力装置106，另一部分中温中压的制冷剂气体与第三节流装置105出来的低温中压的液体混合降温后通入双级压缩机101的二级缸进行压缩，从双级压缩机101的二级缸出来的高温高压的制冷剂气体通入冷凝器102中，先后对高水温段II和低水温段I的水进行加热，并在冷凝器102中放热变成低温高压的液体，一小部分低温高压的液体经第三节流装置105节流成低温中压的液体后通入双级压缩机101，另一大部分低温高压的液体经第一节流装置103节流成低温中压的制冷剂液体后通入中间压力装置106，从中间压力装置106出来的低温中压的制冷剂液体经第二节流装置104节流成低温低压的制冷剂后流向蒸发器107，在蒸发器107中吸热蒸发后变为低温低压的过热气体，再被双级压缩机101一级缸吸入，如此循环。

[0011] 和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

[0012] 1、本发明通过把水的加热过程有原来的一次直接加热，改成分两段分别加热，这样有效减小了水与制冷剂的传热温差，使系统的能效比得到大幅度提高，在相同额定制热量情况下节约能耗。

[0013] 2.中温中压制冷剂气体经过电机，有效降低电机温度，而且将电机发热量装移到水中，使能量高效利用。

[0014] 3、采用中间抽取制冷剂液体的方式可有效降低排气温度，同时保证高的出水温度。

附图说明

[0015] 图1为传统热泵热水器系统示意图。

[0016] 图2为传统热泵热水器系统工作过程的循环温-焓图(T–h图)。

[0017] 图3为本发明两级压缩热泵热水器系统示意图。

[0018] 图4为本发明两级压缩热泵热水器系统工作过程的循环温-焓图(T–h图)。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：

[0020] 如图1所示为传统热泵热水器系统，主要部件包括压缩机11，压缩机11的出口与冷凝器12的入口相连接；冷凝器12的出口与节流阀13的入口相连接；节流阀13的出口与蒸发器14的入口相连接；蒸发器14的出口与压缩机11的入口相连。

[0021] 如图2所示，为传统热泵热水器系统工作过程的循环温-焓图(T–h图)，其示意的系统的工作过程为：从蒸发器14来的低温低压制冷剂气体(图中01点处)进入压缩机101被压缩后升压升温成为过热蒸气(图中02点处)，过热蒸气(图中02点处)在冷凝器12中放出热量后成为高压的过冷液体(图中03点处)；从冷凝器12出来的高压过冷液体(图中03点处)进入节流阀13节流降压成低温两相态制冷剂(图中03点处)，两相态制冷剂(图中03点处)在蒸发器14中吸热成为低温低压制冷剂气体(图中01点处)。图中长虚线为水的加热过程，从图中可以看出，制冷剂在冷凝过程中，当处于两相状态时与水的温差ΔTmax很大，如此大的温差会造成很大的不可逆损失，从而导致能量的大量浪费。

[0022] 如图3所示，本发明一种两级压缩热泵热水器系统，包括双级压缩机101，所述双级压缩机101的中压出口①与冷凝器102的中间部分相连接，从双级压缩机101流出的制冷剂通过冷凝器102加热水，加热水后的制冷剂从冷凝器102的出口流出，该出口与中间压力装置106的入口相连接，双级压缩机101的高压出口②与冷凝器102的入口部分相连接，经加热水后的制冷剂从冷凝器102的出口流出后分为两路，一路经过第三节流装置105后与双级压缩机101的中压入口④相连接，另一路经过第一节流装置103与中间压力装置106的入口相连接，中间压力装置106的出口经过第二节流装置104后与蒸发器107的入口相连接，蒸发器107的出口与双级压缩机101的低压入口③相连接；所述冷凝器102的中间部分将冷凝器102内的水分为入口至中间部分的高水温段II和中间部分至出口部分的低水温段I，冷凝器102中的水流动方向与制冷剂流动方向相反。

[0023] 双级压缩机内部低压入口③进来的制冷剂气体直接通入低压缸进行压缩；低压缸出来的一部分制冷剂与入口④进来的制冷剂混合后通入高压缸，低压缸的出来的另一部分制冷剂经冷却电机后从中压出口①排出；高压缸压缩完的制冷剂气体从高压出口②排出。

[0024] 如图4所示，本发明两级压缩热泵热水器系统工作过程的循环温-焓图(T–h图)，其示意的系统工作过程为：低温低压的制冷剂气体(图中1点处)被双级压缩机101的一级缸吸入后加压变成中温中压的制冷剂气体(图中2点处)后分为两部分，一部分中温中压的制冷剂气体(图中2点处)经过电机，吸收电机热量温度升高(图中2”点处)后通入冷凝器102的中间部分对低水温段I的水加热，并在冷凝器102中放热变成低温中压的液体(图中4点处)后通入中间压力装置106，另一部分中温中压的制冷剂气体(图中2点处)与第三节流装置105出来的低温中压的液体(图中10点处)混合后通入双级压缩机101的二级缸进行压缩，从双级压缩机101的二级缸出来的高温高压的制冷剂气体(图中7点处)通入冷凝器102中，先后对高水温段II和低水温段I的水进行加热，并在冷凝器102中放热变成低温高压的液体(图中10点处)，一小部分低温高压的液体(图中2点处)经第三节流装置105节流成低温中压的液体(图中4点处)后通入双级压缩机101，另一大部分低温高压的液体经第一节流装置103节流成低温中压的制冷剂液体后通入中间压力装置106，从中间压力装置106出来的低温中压的制冷剂液体(图中4点处)经第二节流装置104节流成低温低压的制冷剂液体(图中5点处)后流向蒸发器107，在蒸发器107中吸热蒸发后变为低温低压的过热气体(图中1点处)，再被双级压缩机101一级缸吸入，如此循环。其中长虚线部分为分别为低温段水I的加热过程和高温段水II的加热过程。

[0025] 从如图4中可以看出，在本发明热泵热水器系统工作过程的循环温-焓图(T–h图)中，与传统热泵热水器系统相比(如图2所示)处于两相状态制冷剂与水的温差ΔTmaxI和ΔTmaxII均大大减小，这样就会减小由温差引起的不可逆损失，从而节约能源。