一种热泵机组及大温差换热机组的制作方法

本实用新型涉及能源技术领域，特别涉及一种热泵机组及大温差换热机组。

背景技术：

现有技术中的“压缩式换热机组”，其中的压缩式热泵的高温侧与低温侧的介质均为水，这种压缩式换热机组一般进、出水的温差很大，比如一种典型的运行工况：低温侧水的进口温度为50℃，出口温度为20℃；高温侧水的进口温度为45℃，出口温度为60℃。在实际应用中，为了适应上述热源/热汇大温差变化的特性，以提高压缩式换热机组的性能，一般将压缩式热泵做成多级，即多级热泵串联的形式，低温侧水在多级热泵的蒸发器中依次串联梯级放热降温，高温侧水在多级热泵的冷凝器中依次串联梯级加热升温。而在目前的技术方案中，低温侧水和高温侧水均是采用了“逆流”方案，即低温侧水依次流过第1级、第2级……第n级热泵的蒸发器，而高温侧水依次流过第n级……第2级、第1级热泵的冷凝器，这种布置的优点是各级热泵的压比相近，压缩机容易设计和制造，但缺点是在变工况运行时，各级热泵的压比均发生大幅度变化，导致热泵的性能系数变化很大，在低负荷工况时性能系数很低，甚至在某些极端工况下热泵机组无法运行。

技术实现要素：

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种热泵机组及大温差换热机组，用于采暖、供热水的组合式热泵机组，由多台热泵单元组合而成，其低温侧水和高温侧水在多台热泵之间按照相同的顺序依次流动，使得低温侧水和高温侧水以相同的顺序通过多台热泵单元，形成“顺流”，在低温侧介质和高温侧介质需要实现较大进、出口温差的场合中，使得变工况运行时保持各级热泵的压比不发生大幅度变化。

(二)技术方案

为解决上述问题，根据本实用新型的一个方面,本实用新型提供了一种热泵机组，包括：多个依次连接的热泵单元组；热泵单元组包括：依次连接的压缩机组、冷凝器、膨胀机构和蒸发器；热泵单元组的冷凝器通过第一管路依次连接，以将第一管路中的水流依次经过多个冷凝器；热泵单元组的蒸发器通过第二管路依次连接，以将第二管路中的水流依次经过多个蒸发器；第一管路和第二管路中水流的流向相同。

进一步的，压缩机组包括一台压缩机；和/或压缩机组包括至少两台压缩机。

进一步的，热泵单元组包括一个热泵单元；和/或热泵单元组由至少两个热泵单元组成。

根据本实用新型的另一个方面,本实用新型提供了一种大温差换热机组，包括以上所阐述的热泵机组，还包括：换热器、一次热网水管路和二次热网水管路；换热器包括：降温侧通道和升温侧通道；降温侧通道分别与一次热网水管路和第二管路连接；升温侧通道分别与二次热网水管路和第一管路连接。

进一步的，降温侧通道的入口与一次热网水管路入口连接，其出口与热泵机组的第二管路的入口连接；第二管路的出口与一次热网水管路的出口连接。

进一步的，升温侧通道的入口与二次热网水管路的入口连接，其出口与二次热网水管路的出口连接；第一管路的入口与二次热网水管路的入口连接，其出口与二次热网水管路的出口连接。

本实用新型的目的是提供一种热泵机组及大温差换热机组，包括：多个依次连接的热泵单元组；热泵单元组包括：依次连接的压缩机组、冷凝器、膨胀机构和蒸发器；热泵单元组的冷凝器通过第一管路依次连接，以将第一管路中的水流依次经过多个冷凝器；热泵单元组的蒸发器通过第二管路依次连接，以将第二管路中的水流依次经过多个蒸发器；第一管路和第二管路中水流的流向相同。还包括：换热器、一次热网水管路和二次热网水管路；换热器包括：降温侧通道和升温侧通道；降温侧通道分别与一次热网水管路和第二管路连接；升温侧通道分别与二次热网水管路和第一管路连接。用于采暖、供热水的组合式热泵机组，其低温侧水和高温侧水在热泵单元组之间按照相同的方向流动，即低温侧水和高温侧水相互“顺流”，在低温侧介质和高温侧介质需要实现较大进、出口温差的场合中，使得变工况运行时保持各级热泵的压比不发生大幅度变化。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：能够将温度较低的热水在多级热泵冷凝器中梯级加热到较高的温度，而低温侧水在多级热泵蒸发器中梯级降温到较低的温度，同时低温侧水梯级降温与高温侧水梯级升温的方向相同；热泵机组的高温侧水回路、低温侧水回路均能够实现大温差、小流量的运行方式，提高了系统的综合能源利用效率。与单级热泵相比，多级热泵串联梯级降温或升温的方式降低了蒸发器和冷凝器的传热温差，减少了不可逆的传热损失，使得热泵机组整体的性能系数得到提高。同时采用热泵机组串联的方式，根据不同温升梯度段的工况选取不同的热泵单元组，保证每级热泵单元组都能够在其高效工况下运行。可以根据用户的用热要求，通过控制热泵单元组运行级数来调节热水的出水温度，并且在调节时，各级热泵单元组的压比不会发生大幅度变化，保证了热泵单元组的高效可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型的两级热泵机组的结构示意图；

图2是本实用新型的三级热泵机组的结构示意图；

图3是本实用新型的大温差换热机组的结构示意图；

图4是本实用新型的并联压缩机组的结构示意图；

图5是本实用新型的并联供热单元的结构示意图。

附图标记：

1-压缩机组；2-冷凝器；3-膨胀机构；4-蒸发器；5-第一管路；6-第二管路；7-换热器；8-一次热网水管路；9-二次热网水管路；71-降温侧通道；72-升温侧通道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型的两级热泵机组的结构示意图。

图2是本实用新型的三级热泵机组的结构示意图。

在一实施例中，本实用新型提供了一种热泵机组，包括：多个依次连接的热泵单元组；热泵单元组包括：依次连接的压缩机组1、冷凝器2、膨胀机构3和蒸发器4；热泵单元组的冷凝器2通过第一管路5依次连接，以将第一管路5中的水流依次经过多个冷凝器2；热泵单元组的蒸发器4通过第二管路6依次连接，以将第二管路6中的水流依次经过多个蒸发器4；第一管路5和第二管路6中水流的流向相同。

具体地，请参照图1和图2，该热泵机组至少由两级热泵单元组组合而成，每级热泵单元组均包括依次连接的压缩机组1、冷凝器2、膨胀机构3和蒸发器4，且每级热泵单元组均按压缩机组1、冷凝器2、膨胀机构3、蒸发器4和压缩机组1的循环流程分别形成独立的循环回路。

热泵单元组的冷凝器2水路系统通过第一管路5互相串联连接，第一级热泵单元组冷凝器2水路的入口作为整个热泵机组的入口，最后一级热泵单元组冷凝器2水路的出口作为整个热泵机组的出口。即第一级热泵单元组的冷凝器2水路的出口通过第一管路5与第二级热泵单元组冷凝器2水路的进口相连，第二级热泵单元组冷凝器2水路的出口通过第一管路5与第三级热泵单元组冷凝器2水路的进口相连，以此类推，则最后一级热泵单元组冷凝器2水路的出口作为整个机组的出口。

热泵单元组的蒸发器4水路系统通过第二管路6互相串联连接，第一级热泵单元组蒸发器4水路的入口作为整个热泵机组的入口，最后一级热泵单元组蒸发器4水路的出口作为整个热泵机组的出口。即第一级热泵单元组的蒸发器4水路的出口通过第二管路6与第二级热泵单元组蒸发器4水路的进口相连，第二级热泵单元组蒸发器4水路的出口通过第二管路6与第三级热泵单元组蒸发器4水路的进口相连，以此类推，则最后一级热泵单元组蒸发器4水路的出口作为整个机组的出口。

运行时，高温侧水首先进入第一级热泵单元组的冷凝器2吸热升温，再进入第二级热泵单元组冷凝器2吸热升温，然后进入第三级热泵单元组冷凝器2吸热升温，再进入第n级热泵单元组冷凝器2吸热升温，……，如此顺序加热升温，最后通过最后一级热泵单元组冷凝器2的出口排出，最后供给热用户。

低温侧水首先进入第一级热泵单元组蒸发器4放热降温，再进入第二级热泵单元组蒸发器4放热降温，然后进入第三级热泵单元组蒸发器4放热降温，再进入第n级热泵单元组蒸发器4放热降温，……，如此顺序放热降温，最后通过最后一级热泵单元组蒸发器4的出口排出。

在该实施例中，低温侧水和高温侧水均是采用“顺流”的方案，即低温侧水依次流过第1级、第2级……第n级热泵单元组的蒸发器4，高温侧水也依次流过第1级、第2级……第n级热泵单元组的冷凝器2。

该热泵机组在运行时可根据不同用户的使用对其进行调节，即该热泵机组的制热量和制冷量可进行调节。当需要减小制热量时，按从后往前的顺序逐级停止热泵单元组，即首先停止最后一级热泵单元组，然后再停止倒数第二级热泵单元组，以此类推；当需要增加制热量时，按从前往后的循序逐级启动热泵单元组，即首先启动第一级热泵单元组，然后再启动第二级热泵单元组，以此类推。

图3是本实用新型的大温差换热机组的结构示意图。

在另一实施例中，本实用新型提供了一种大温差换热机组，包括热泵机组，还包括：换热器7、一次热网水管路8和二次热网水管路9；换热器7包括：降温侧通道71和升温侧通道72；降温侧通道71分别与一次热网水管路8和第二管路6连接；升温侧通道72分别与二次热网水管路9和第一管路5连接。

具体地，本实施例提供的一种大温差换热机组应用于集中供热系统，其中换热器7为间壁式换热器。

在一实施例中，降温侧通道71的入口与一次热网水管路8入口连接，其出口与热泵机组的第二管路6的入口连接；第二管路6的出口与一次热网水管路8的出口连接。

在一实施例中，升温侧通道72的入口与二次热网水管路9的入口连接，其出口与二次热网水管路9的出口连接；第一管路5的入口与二次热网水管路9的入口连接，其出口与二次热网水管路9的出口连接。

具体地，上述实施例中的热泵机组与换热器7组合，用于集中供热系统中的一次网水和二次网水换热。

应用于集中供热系统的大温差换热机组中的一次网包括一次热网水管路8，其中一次热网水管路8的一端与换热器7的降温侧水路的进口相连，换热器7的降温侧水路的出口与上述热泵机组的第一级热泵单元组的蒸发器4的进口相连，而最后一级热泵单元组蒸发器4的出口又与一次热网水管路8的另一端相连。

应用于集中供热系统的大温差换热机组中的二次网包括二次热网水管路9，其中二次热网水管路9的一端分为两路，其中一路连接至换热器7的升温侧水路的进口，换热器7的升温侧水路的出口又与二次热网水管路9的另一端相连通。

二次热网水管路9一端的另一路连接至上述热泵机组的第一级热泵单元组的冷凝器2的进口，而最后一级热泵单元组的冷凝器2的出口与二次热网水管路9的另一端相连通，此时换热器7的升温侧水路的出口与最后一级热泵单元组的冷凝器2的出口均与二次热网水管路9的另一端相连通。

来自集中热源的一次网供水通过一次热网水管路8首先进入换热器7放热降温，然后再进入上述热泵机组的各级蒸发器4进一步放热降温，最后通过一次热网水管路8返回集中热源。

来自热用户的二次网回水通过二次热网水管路9分为两路，一路进入换热器7吸热升温，最后输送至二次热网水管路9；另一路进入上述热泵机组的各级冷凝器2进行逐级吸热升温，最后也输送至二次热网水管路9；上述两路水汇合后均通过二次热网水管路9输送至热用户。

图4是本实用新型的并联压缩机组的结构示意图。

在一实施例中，压缩机组1包括一台压缩机；和/或压缩机组1包括至少两台压缩机。

具体地，请参照图1和图4，附图1中压缩机组1只包括一台压缩机，附图4中压缩机组1由至少两台压缩机并联组成。每级热泵单元组的压缩机组1由两台压缩机并联组成，或每级热泵单元组的压缩机组1由多台压缩机并联组成，或每级热泵单元组的压缩机组1中并联的压缩机台数逐级递增。本领域技术人员也可根据实际情况对不同级数的压缩机组1中的并联的压缩机台数进行设置，本实用新型不再限定。多台压缩机组合可提供多级能量调节级数和多支路控制，使系统运行在最节能工况，同时并联的压缩机平均效率高。其中多台压缩机可大小不等，由此可实现针对负荷变化的最佳能量调节。单个压缩机如果出现故障，哪怕是一个小小的压力保护，也会导致停机；并联的压缩机具有备用性，若其中一台压缩机损坏，还有其他压缩机可以继续工作。

图5是本实用新型的并联供热单元的结构示意图。

在一实施例中，热泵单元组包括一个热泵单元；和/或热泵单元组由至少两个热泵单元组成。

具体地，请参看图5，至少两个热泵单元组成热泵单元组，此处的热泵单元组为一级。从第二级热泵单元的进口开始，第一管路5分成两条管路，第二管路6分成两条管路，第三级及之后的所有的冷凝器2均通过第一管路5分成的两条管路相互并联，第三级及之后的所有的蒸发器4均通过第二管路6分成的两条管路相互并联；使得以上所阐述的热泵机组从第二级开始并联了同样的一个热泵机组。

运行时，高温侧水首先进入第一级热泵单元的冷凝器2吸热升温，再分别进入相互并联的两个第二级热泵单元冷凝器2吸热升温，然后进入第三级热泵单元冷凝器2吸热升温，再进入第n级热泵单元冷凝器2吸热升温，……，如此顺序加热升温，最后分别通过最后一级热泵单元冷凝器2的出口排出，最后供给热用户。

低温侧水首先进入第一级热泵单元蒸发器4放热降温，再分别进入相互并联的两个第二级热泵单元蒸发器4放热降温，然后进入第三级热泵单元蒸发器4放热降温，再进入第n级热泵单元蒸发器4放热降温，……，如此顺序放热降温，最后通过最后一级热泵单元蒸发器4的出口排出。

在该实施例中，第二级和第三级各包括相互并联的两个热泵机组，上述两个热泵机组在运行时可根据不同用户的使用对其进行调节，即两个热泵机组可同时工作，也可关闭其中一个。多个热泵单元通过串并联的自由组合可以满足各种工况条件下的需求，能够实现能效的最佳匹配和调节。同时也可以使得各个供热单元标准化，模块化，降低生产成本和生产误差。

本实用新型旨在保护一种热泵机组，包括：多个依次连接的热泵单元组；热泵单元组包括：依次连接的压缩机组1、冷凝器2、膨胀机构3和蒸发器4；热泵单元组的冷凝器2通过第一管路5依次连接，以将第一管路5中的水流依次经过多个冷凝器2；热泵单元组的蒸发器4通过第二管路6依次连接，以将第二管路6中的水流依次经过多个蒸发器4；第一管路5和第二管路6中水流的流向相同。用于采暖、供热水的组合式热泵机组，其低温侧水和高温侧水均采用“顺流”，在低温侧介质和高温侧介质需要实现较大进、出口温差的场合中，使得变工况运行时保持各级热泵的压比不发生大幅度变化。能够将温度较低的热水在多级热泵冷凝器中梯级加热到较高的温度，而低温侧水在多级热泵蒸发器中梯级降温到较低的温度，同时低温侧水梯级降温与高温侧水梯级升温的方向相同；热泵机组的高温侧水回路、低温侧水回路均能够实现大温差、小流量的运行方式，提高了系统的综合能源利用效率。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。