[实用新型]一种串联式两级集热热泵

说明书

技术领域：

本实用新型属于热泵设备技术领域，特别涉及一种适用于低温环境的热泵设计。

背景技术：

热泵是一种可以将自然界中空气、水或土壤等低位热区的热能经做功富集，供给高位热区使用的供热设备。

热泵的工作原理为压缩制冷原理的逆应用，包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂(例如氟利昂)，首先在蒸发器(例如空调室内机)里从低温热源(例如常温空气)吸热并气化成低压蒸气。然后制冷剂气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被低温热源(例如冷却水)冷却凝结成高压液体。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态制冷剂，回流蒸发器完成循环。

热泵在低温环境下工作时，由于蒸发器吸热不足，压缩机的低压蒸汽供给量减少，易造成压缩机工作效率低下，工作曲线不稳定，严重时甚至会由于液态工作介质吸入而损坏压缩机。公开号为CN103195709A的发明专利《一种补气增焓涡旋压缩机》公开了一种热泵设计，其技术内容中包含一条压缩机补气支路，由冷凝器出口引至压缩机补气口，并在压缩机补气口处安装压力阀，在压缩机排气压力严重低于设计指标时，将经冷凝器后的剩余蒸汽不经蒸发器直接送回压缩机，以保证较低温度下压缩机能够正常工作。该设计结构在热泵行业中作为普遍应用的低温环境适应性设计，存在适用温度范围较小的缺点，在我国北方动辄零下20摄氏度以下的低温环境下并不能保证压缩机的正常运行。

发明内容：

本实用新型一种串联式两级集热热泵发明目的：提供一种针对我国北方冬季低温环境应用的热泵结构设计，使压缩机在极寒气候下依然能够正常运转。

一种串联式两级集热热泵，包括一级压缩机、二级压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、一级毛细和二级毛细；一级压缩机、第二换热器、一级毛细和第一换热器顺次连接形成第一热泵回路；二级压缩机、第三换热器、二级毛细和第二换热器顺次连接形成第二热泵回路。热能经一级热泵回路集中后富集在第二换热器，并继续在二级热泵回路集中，最终向第三换热器供暖，通过两级回路的串联工作保证低温环境下二级热泵回路始终有较高质热源可用于直接供暖。

优选的，第三换热器两端各安装一个截止阀。

为保证一级压缩机在低温下不会由于第一换热器蒸汽供应不足无法工作，本设计还包括第一热泵回路补气支路，该补气支路连接一级压缩机吸、排气口，在必要的情况下直接将部分一级压缩机排气引入压缩机吸气口，保证压缩机正常工作，不经过第二换热器以防止冷凝后的液态工作介质回流损坏压缩机。

优选的，还包括电磁阀、高压开关与低压开关；电磁阀安装在补气支路上，高压开关安装在一级压缩机排气口处，低压开关安装在一级压缩机吸气口处。通过对压缩机两端所连接管线的蒸汽压力进行监控，自动控制补气支路的补气量，使压缩机在环境温度较大幅度变动的情况下依然能够稳定运行。

优选的，还包括一级四通阀和二级四通阀，其中，一级四通阀安装在第一热泵回路中，接口分别与第一换热器、第二换热器、一级压缩机吸、排气口连接；二级四通阀安装在第二热泵回路中，接口分别与第二换热器、第三换热器、二级压缩机吸、排气口连接；在应用于空调等设备时，通过四通阀反接管线即可将采暖供热模式转换为制冷降温模式。

本设计还可包括储热器，第二换热器安装在储热器内；优选的，储热器采用保温水箱。结合上述四通阀保温水箱可以在昼夜温差较大时实现日间储能，夜间放能的流程，保证低温下供暖，并可以做热水器实现热水供应；在制冷降温模式下，可以使用二级热泵回路单模式工作或两级热泵回路双模式工作，在对第三换热器散热降温的同时通过储水箱供应热水。

优选的，上述一级毛细和二级毛细均为电子膨胀阀，并包括过滤器，过滤器有两个，分别安装在电子膨胀阀两端。

还包括两个气液分离器，分别安装在一级压缩机和二级压缩机吸气口。

优选的，还包括第二热泵回路补气支路，该补气支路连接二级压缩机吸、排气口。

本实用新型一种串联式两级集热热泵的有益效果：通过将两套热泵回路串接，并增加储能水箱等设备，极大的提高其在低温下维持压缩机正常运行的能力，并扩展了功能。

附图说明：

图1为本实用新型一种串联式两级集热热泵具体实施例一结构示意图；

图2为本实用新型一种串联式两级集热热泵具体实施例二结构示意图；

图3为本实用新型一种串联式两级集热热泵具体实施例三结构示意图；