一种适用于高海拔的热泵系统的制作方法

1.本实用新型属于热泵技术领域，涉及一种适用于高海拔的热泵系统。


背景技术：

2.水从高处流向低处，热由高温物体传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。
3.热泵系统的工作原理与制冷系统的工作原理是一致的。要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩式制冷)一般由四部分组成：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)里从高温热源(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。如此就完成一个制冷循环。
4.热泵的性能一般用制冷系数(cop性能系数)来评价。制冷系数的定义为由低温物体传到高温物体的热量与所需的动力之比。通常热泵的制冷系数为3-4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质(水、空气、土壤等)中提取4～7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。欧美日都在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的制冷系数可达6～8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。
5.cn105180514a公开了一种冷冻热泵机，包括结构相同的低温组热泵和高温组热泵；每组热泵均包括通过管路连接的蒸发器、压缩机和冷凝器，冷凝器的出口通过管路一连接蒸发器的进口，管路一上安装节流装置，制冷剂顺次流过压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，再流回压缩机，并以此循环；低温组热泵的冷凝器与高温组热泵的蒸发器之间通过换热设备进行换热。
6.cn2751267公开了一种双温热泵系统，包括：依次串联在一起的地下水能量采集装置、能量提升装置和散热装置，能量提升装置包括：由蒸发器、压缩机、冷凝装置和膨胀阀依次串联组成的回路，冷凝装置包括：依次串联在一起的第一冷凝器和第二冷凝器，散热装置包括：与第一冷凝器相耦合的第一散热器和与第二冷凝器相耦合的第二散热器，该系统充分利用高温高压制冷剂的显热和潜热，在与第一冷凝器相耦合的第一散热器出水端可获得60～70℃一级供热热水，在与第二冷凝器相耦合的第二散热器出水端可获得45～50℃左右二级供热热水，并且同时满足不同供暖用户需求，最大限度地利用能源，给用热泵机组替代锅炉房供暖提供了有益的尝试。
7.cn211552117u公开了一种多能互补热泵系统，包括地源热泵机组，地源热泵机组的地源侧进水管路上设置有至少一个地源侧水循环泵，其特征在于：所述地源侧水循环泵与地源热泵机组之间串联有压力平衡阀a，所述地源侧进水管路上还并联有空气源热泵补能支路，所述空气源热泵补能支路包括依次串接的单向阀b、空气源热泵，所述压力平衡阀a位于地源侧水循环泵的出口、单向阀b的入口及空气源热泵补能支路的出口之间。
8.目前，针对高海拔地区的热泵系统的相关设计仍有不足，无法同时满足夏季制冷和冬季取暖的双重需求，因此需要对现有的热泵系统进行改进。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于高海拔的热泵系统，本实用新型提供的热泵系统结构设计合理，尤其适用于高海拔地区，可以实现夏季供冷和冬季供暖的双功能，节能效果显著。
10.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
11.第一方面，本实用新型提供了一种适用于高海拔的热泵系统，所述的热泵系统包括低温热泵单元、高温热泵单元和换热单元，所述的低温热泵单元位于室内，所述的高温热泵单元位于室外；所述的低温热泵单元包括制冷剂循环管路，所述的高温热泵单元包括换热剂循环管路，制冷剂和换热剂分别在制冷剂循环管路和换热剂循环管路内循环流动；所述的制冷剂循环管路和换热剂循环管路分别独立地接入换热单元，制冷剂和换热剂流入换热单元进行热量交换；
12.所述热泵系统还包括太阳能集热单元和供水单元，所述的高温热泵单元设置于供水单元内，通过高温热泵单元对供水单元供热，所述的太阳能集热单元连接供水单元，通过太阳能集热单元收集的热量对供水单元补充供热。
13.本实用新型在传统的热泵系统中增设了太阳能集热单元，通过太阳能集热单元和热泵系统联合供热，有效利用了高海拔地区充足的太阳辐射能，在太阳辐照较强时，利用太阳能作为热泵的低温热源为室内供暖，在太阳辐照较弱时，供水单元启动为室内供暖，确保室内供暖的连续性。本实用新型提供的热泵系统结构设计合理，尤其适用于高海拔地区，可以实现夏季供冷和冬季供暖的双功能，节能效果显著。
14.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的制冷剂循环管路上设置有第一压缩装置和第一蒸发装置，第一压缩装置将制冷剂送入换热单元与换热剂换热降温后进入第一蒸发装置；
15.所述的换热剂循环管路上设置有第二压缩装置和第二蒸发装置，第二压缩装置将换热剂送入换热单元与制冷剂换热升温后进入第二蒸发装置。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的供水单元包括沿水流方向依次循环连接的燃气锅炉、水泵和用水设备，所述的燃气锅炉和水泵位于室外，所述的燃气锅炉内设置有所述的高温热泵单元，通过所述的高温热泵单元提供的热量对燃气锅炉内的用水进行加热，所述的用水设备位于室内。
17.需要说明的是，本实用新型所述的用水设备包括采暖装置或用水装置。在本实用新型中，燃气锅炉提供的热水可用于冬季采暖或日常生活，本实用新型对用水终端设备的类型不作具体要求和特殊限定。
18.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的太阳能集热单元包括太阳能集热装置和循环泵，所述的太阳能集热装置与燃气锅炉循环连接，所述燃气锅炉的出水口与太阳能集热装置进水口之间的连接管路上设置有所述的循环泵。
19.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的热泵系统还包括控制单元，所述的控制单元包括控制器、第一温度信号探头和第二温度信号探头，所述的第一温度信号探头设置于所述的太阳能集热装置内，所述第二温度信号探头设置于所述的燃气锅炉的出水口，所述的第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地电性连接所述的控制器，所述的控制器反馈控制所述的循环泵，所述的第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地将检测到的实时温度数据传输至控制器，控制器计算循环水温差并控制循环泵的流量。
20.本实用新型设置第一温度信号探头和第二温度信号探头的目的在于检测循环水的进出温差，当太阳辐照较强时，太阳能集热装置内的温度较高，此时的蒸发温度也较高，相应地，压缩装置的回气温度很高，当回气温度超过压缩机回气温度的极限值时，压缩机很容易被烧坏。因此，在太阳辐照较强时，需要控制蒸发温度不超过压缩机的蒸发温度极限值，并且还要控制回气温度不超过压缩机的回气温度极限值，保证压缩机一直处在允许工况范围内正常运行，增长压缩机使用寿命，减少压缩机故障率。
21.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的控制单元还包括位于室外的大气压力传感器，所述的大气压力传感器电性连接所述的控制器，大气压力传感器将检测到的实时大气压数据传输至控制器，通过大气压数据控制水泵的流量。
22.本实用新型提供的热泵系统可以实现夏季供冷和冬季供暖的双功能，通过加装大气压力传感器，实时检测大气压力并经处理器判断，随时调整燃气锅炉循环泵的输出功率，调整循环水流量，保证燃气锅炉正常运行，保障了加热效果，为室内持续供暖。
23.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的大气压力传感器包括大气压探头、数模转换模块、通讯控制模块和数据存储器，所述气压探头通过所述的数模转换模块电性连接所述的数据存储器，所述的数据存储器通过通讯控制模块电性连接所述的控制器，气压探头将检测到的模拟信号通过数模转换模块转换成数字信号并储存至数据存储器内，数据存储器通过通讯控制模块与控制器进行数据传输。
24.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的制冷剂循环管路上设置有第一节流装置，所述的第一节流装置位于换热单元与第一蒸发装置之间的连接管路上，制冷剂依次循环流经第一压缩装置、换热单元、第一节流装置和第一蒸发装置。
25.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的换热剂循环管路上设置有第二节流装置，所述的第二节流装置位于换热单元与第二蒸发装置之间的连接管路上，换热剂依次循环流经第二压缩装置、换热单元、第二节流装置和第二蒸发装置。
26.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一节流装置和第二节流装置均为膨胀阀。
27.示例性地，本实用新型提供的热泵系统的使用过程具体包括：
28.(1)开启热泵系统，低温热泵单元中的制冷剂顺次流过第一压缩装置、换热单元、第一节流装置和第一蒸发装置，再回流至第一压缩装置，并在制冷剂循环管路内不断循环，由第一压缩装置排出的制冷剂蒸汽进入换热单元，制冷剂蒸汽在换热单元内与换热剂换
热，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经第一节流装置进入第一蒸发装置，并在第一蒸发装置中吸热，冷却外界空气(室内温度降低，实现夏季供冷)，由第一蒸发装置排出的制冷剂蒸汽被第一压缩装置再次吸入；
29.(2)高温热泵单元中的换热剂依次流过第二压缩装置、换热单元、第二节流装置和第二蒸发装置，再回流至第二压缩装置，并在换热剂循环管路内不断循环，换热剂通过换热单元时，低温热泵单元内循环流动的制冷剂与换热剂换热，换热剂升温后进入第二蒸发装置，将获得的热量用于辅助加热燃气锅炉；
30.(3)在高温热泵单元中的换热剂热量与太阳能集热装置获取的太阳能的双重作用下，对燃气锅炉内的循环水辅助加热，燃气锅炉内加热的循环水经水泵送入室内供暖或作为生活用水使用；
31.(4)在燃气锅炉加热过程中，第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地检测太阳能集热装置内和燃气锅炉出水口处的温度，并将检测到的实时温度数据传输至控制器，在室外的大气压力传感器将检测到的实时大气压数据传输至控制器，控制器根据循环水温度和室外大气压数据控制水泵流量。
32.所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
33.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
34.本实用新型提供的热泵系统结构设计合理，尤其适用于高海拔地区，可以实现夏季供冷和冬季供暖的双功能，节能效果显著。
附图说明
35.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的热泵系统的结构示意图。
36.其中，1-换热剂循环管路；2-制冷剂循环管路；3-第二压缩装置；4-第二蒸发装置；5-换热单元；6-第一蒸发装置；7-第一压缩装置；8-燃气锅炉；9-太阳能集热装置；10-循环泵；11-水泵；12-室内；13-用水设备。
具体实施方式
37.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
38.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
40.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种适用于高海拔的热泵系统，所述的热泵系统如图1所示，包括低温热泵单元、高温热泵单元和换热单元5，低温热泵单元位于室内12，高温热泵单元位于室外。低温热泵单元包括制冷剂循环管路2，高温热泵单元包括换热剂循环管路1，制冷剂和换热剂分别在制冷剂循环管路2和换热剂循环管路1内循环流动；制冷剂循环管路2和换热剂循环管路1分别独立地接入换热单元5。制冷剂循环管路2上设置有第一压缩装置7和第一蒸发装置6，第一压缩装置7将制冷剂送入换热单元5与换热剂换热降温后进入第一蒸发装置6。换热剂循环管路1上设置有第二压缩装置3和第二蒸发装置4，第二压缩装置3将换热剂送入换热单元5与制冷剂换热升温后进入第二蒸发装置4。
41.热泵系统还包括供水单元，供水单元包括沿水流方向依次循环连接的燃气锅炉8、水泵11和用水设备13，燃气锅炉8和水泵11位于室外，燃气锅炉8内设置有高温热泵单元，通过高温热泵单元提供的热量对燃气锅炉8内的用水进行加热，用水设备13位于室内12。可选地，用水设备包括采暖装置或用水装置。
42.热泵系统还包括太阳能集热单元，太阳能集热单元包括太阳能集热装置9和循环泵10，太阳能集热装置与燃气锅炉8循环连接，燃气锅炉8的出水口与太阳能集热装置的进水口之间的连接管路上设置有循环泵10。通过太阳能集热单元和热泵系统对燃气锅炉8联合供热，有效利用了高海拔地区充足的太阳辐射能，在太阳辐照较强时，利用太阳能作为热泵的低温热源为室内12供暖，在太阳辐照较弱时，燃气锅炉8启动为室内12供暖，确保室内12供暖的连续性。
43.热泵系统还包括控制单元，控制单元包括控制器、第一温度信号探头和第二温度信号探头，第一温度信号探头设置于太阳能集热装置9内，第二温度信号探头设置于燃气锅炉8的出水口，第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地电性连接控制器，控制器反馈控制循环泵10，第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地将检测到的实时温度数据传输至控制器，控制器计算循环水温差并控制循环泵10的流量。设置第一温度信号探头和第二温度信号探头的目的在于检测循环水的进出温差，当太阳辐照较强时，太阳能集热装置9内的温度较高，此时的蒸发温度也较高，相应地，压缩装置的回气温度很高，当回气温度超过压缩机回气温度的极限值时，压缩机很容易被烧坏。因此，在太阳辐照较强时，需要控制蒸发温度不超过压缩机的蒸发温度极限值，并且还要控制回气温度不超过压缩机的回气温度极限值，保证压缩机一直处在允许工况范围内正常运行，增长压缩机使用寿命，减少压缩机故障率。
44.控制单元还包括位于室外的大气压力传感器，大气压力传感器电性连接控制器，大气压力传感器将检测到的实时大气压数据传输至控制器，通过大气压数据控制循环泵10的流量。通过加装大气压力传感器，实时检测大气压力并经处理器判断，随时调整燃气锅炉8循环泵10的输出功率，调整循环水流量，保证燃气锅炉8正常运行，保障了加热效果，为室内12持续供暖。具体地，大气压力传感器包括大气压探头、数模转换模块、通讯控制模块和数据存储器气压探头通过数模转换模块电性连接数据存储器，数据存储器通过通讯控制模块电性连接控制器，气压探头将检测到的模拟信号通过数模转换模块转换成数字信号并储存至数据存储器内，数据存储器通过通讯控制模块与控制器进行数据传输。
45.制冷剂循环管路2上设置有第一节流装置，第一节流装置位于换热单元5与第一蒸
发装置6之间的连接管路上，制冷剂依次循环流经第一压缩装置7、换热单元5、第一节流装置和第一蒸发装置6。换热剂循环管路1上设置有第二节流装置，第二节流装置位于换热单元5与第二蒸发装置4之间的连接管路上，换热剂依次循环流经第二压缩装置3、换热单元5、第二节流装置和第二蒸发装置4。
46.(1)开启热泵系统，低温热泵单元中的制冷剂顺次流过第一压缩装置7、换热单元5、第一节流装置和第一蒸发装置6，再回流至第一压缩装置7，并在制冷剂循环管路2内不断循环，由第一压缩装置7排出的制冷剂蒸汽进入换热单元5，制冷剂蒸汽在换热单元5内与换热剂换热，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经第一节流装置进入第一蒸发装置6，并在第一蒸发装置6中吸热，冷却外界空气(室内12温度降低，实现夏季供冷)，由第一蒸发装置6排出的制冷剂蒸汽被第一压缩装置7再次吸入；
47.(2)高温热泵单元中的换热剂依次流过第二压缩装置3、换热单元5、第二节流装置和第二蒸发装置4，再回流至第二压缩装置3，并在换热剂循环管路1内不断循环，换热剂通过换热单元5时，低温热泵单元内循环流动的制冷剂与换热剂换热，换热剂升温后进入第二蒸发装置4，将获得的热量用于辅助加热燃气锅炉8；
48.(3)在高温热泵单元中的换热剂热量与太阳能集热装置9获取的太阳能的双重作用下，对燃气锅炉8内的循环水辅助加热，燃气锅炉8内加热的循环水经水泵11送入室内12供暖或作为生活用水使用；
49.(4)在燃气锅炉8加热过程中，第一温度信号探头和第二温度信号探头分别独立地检测太阳能集热装置9内和燃气锅炉8出水口处的温度，并将检测到的实时温度数据传输至控制器，在室外的大气压力传感器将检测到的实时大气压数据传输至控制器，控制器根据循环水温度和室外大气压数据控制水泵11流量。
50.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。