[实用新型]一种联合热泵梯级应用系统

说明书

本实用新型提出了一种联合热泵梯级应用系统，是根据蒸发温度和冷凝温度，将两台以上热泵按一定方式进行串、并组合后，提供热量或冷量，或同时提供热量和冷量的多热泵联合系统。该系统提高了综合制热系数和低温热源利用效率，节能效果明显。

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，特别是多台压缩式热泵的梯级应用技术。

背景技术

热泵是通过消耗少量外界能量，以逆卡诺循环方式将热量从低温物体送达高温物体的机械装置。压缩式热泵主要部件有蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置。低温低压液态工质在蒸发器中通过热交换，吸收外界低温热源的热量，汽化成低温低压蒸气，再经压缩机压缩后变成高温高压蒸气。此高温高压蒸气随后在冷凝器中与被加热流体换热，放出热量后冷凝成液态，经节流装置膨胀后再次回到低温低压状态。如此循环，实现了将低温物体的热量泵到高温物体的能量搬运，有效地利用了难以应用的低品位热能，达到节能增效目的。此过程中被加热流体获得热量温度升高，低温物体失去热量温度降低。热泵的性能一般用制热系数COP_H来表征，表示消耗单位能量（电能或燃烧能等）所获得的供热量。热泵的制热系数总是大于1。以电压缩式热泵生产热水为例，单级电压缩式热泵的COP_H通常为3~4，冬季往往不到3，虽优于电锅炉和燃气锅炉，但仍有提升空间。

发明内容

为了进一步提高压缩式热泵的制热系数，本实用新型提出了一种联合热泵梯级应用系统。由理想热泵循环可知，其制热系数只与高温热源和低温热源的温度有关，且低温热源与高温热源温度比值越大则制热系数越高。当高温热源的温度一定时，COP_H随低温热源温度的提高而增大。当低温热源温度一定时，COP_H随高温热源温度的降低而增大。当同时增加低温热源温度和降低高温热源温度时，则COP_H将显著提高。本实用新型提出的一种联合热泵梯级应用系统是一种为提高热泵系统综合制热系数或提高低温热源利用效率，根据蒸发温度和冷凝温度，将热泵按不同方式进行串、并组合后，提供热量或冷量，或同时提供热量和冷量的多热泵联合系统。

为实现上述目的，本实用新型一种联合热泵梯级应用系统由2台以上热泵构成，该系统根据系统内多台热泵的串、并关系分为三种形式，分别为冷串热串联合热泵系统、热串冷并联合热泵系统和冷串热并联合热泵系统。

冷串热串联合热泵系统是将n台热泵的冷水管路及热水管路分别串联，即冷水依次流经热泵1、热泵2……热泵n中的蒸发器释放热量后流出，热水依次流经热泵n、热泵n-1……热泵1中的冷凝器吸收热量后流出。这里的冷水指所有低温热源，包含但不限于地下水、湖水、用于余热回收的废水等。这里的热水指待加热的流体，包含但不限于取暖用回水、生活用水、洗浴用水等。这里的热泵指电压缩式热泵。冷串热串联合热泵系统从形式上实现了热水与冷水的全流程梯级逆流换热，与单级热泵并联系统相比减小了单台热泵的蒸发温度与冷凝温度的差值，提升了单台热泵的制热系数从而使热泵系统综合制热系数得到全面提高，在降低单位制热量所需热泵耗电量的同时，也使低温热源的热量得到充分利用。

作为本实用新型的另一种改进，热串冷并联合热泵系统是将n台热泵的热水管路依次串联，热水依次流经热泵n、热泵n-1……热泵1中的冷凝器吸收热量后流出。冷水管路并联，冷水各自流经热泵内的蒸发器为工质提供热量。从热泵n到热泵1，蒸发温度保持不变，随着热水温度逐渐升高，热泵n、n-1……1中的蒸发温度与冷凝温度的差值逐渐增大，热泵制热系数相应减小即COP_Hn＞COP_H(n-1) ＞……＞COP_H1，由于热泵n制热系数远高于热泵1，其综合COP_HΣ仍大大高于单级热泵并联系统的COP_H，节能显著。此联合热泵系统适用于空气源热泵、水源热泵等对低温热源没有用量和温度限制的场合。