專利名稱：一種熱管熱泵復合系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冷熱能量輸運技術領域，涉及一種將熱管系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)相復合形成的進行冷熱能量輸運的熱管熱泵復合系統(tǒng)。
背景技術：
目前用于調控環(huán)境溫度的空調系統(tǒng)主要組成為室內熱交換機和室外熱交換機，這種空調系統(tǒng)可以通過室內熱交換機中壓縮機的高耗能來實現(xiàn)對冷凝劑的溫度調控，從而間接的改變室內環(huán)境溫度，這種空調系統(tǒng)并沒有做到很好的節(jié)約能源，當室外溫度低于室內溫度時，因為某種原因(外界灰塵濃度大、空氣污染等)不能開啟窗戶進行直接空 氣對流降溫，這時還不得不開啟高耗能的壓縮機進行溫度調節(jié)，這種現(xiàn)象在高溫防塵環(huán)境(機房、電室等特殊高溫場合)表現(xiàn)的特別明顯，由于使用場合散熱設備集中、散熱量大、空間溫度高、升溫快、防塵要求高等特性，使得在這里使用傳統(tǒng)空調很難節(jié)約能量，即使室外溫度比室內溫度低很多時還不得不啟動熱泵系統(tǒng)降溫，而且現(xiàn)在比較節(jié)能的一種引入全新風進行降溫的方式在國內很多地區(qū)不適用，會將大量的室外粉塵和濕空氣帶入室內，影響室內設備的安全正常運行。另一種采用風一風換熱器的形式可以避免將室外粉塵和濕空氣引入室內，但需要在設備間、機房圍墻等防護結構上開設較大的通風孔洞，不僅破壞墻體的穩(wěn)定性，還有被盜的安全隱患。一年四季中的某些季節(jié)，如冬季和春秋兩季，在室外溫度比室內放熱區(qū)域的設定溫度低且不能進行室內外空氣對流的情況下，還沒有一種系統(tǒng)可以在這種情況下不用開啟高耗能的壓縮機就可以進行室內控溫的，即使在這種情況下，現(xiàn)有的空調系統(tǒng)還得啟動高耗能的壓縮機特別是那些發(fā)熱量集中對清潔度要求高的的工作場合對環(huán)境來控制溫度，這種仍舊采用熱泵系統(tǒng)進行降溫來冷卻的方案是不節(jié)能的，從而導致電能的無謂浪費，營運成本居高不下。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，為解決熱泵系統(tǒng)中存在的能耗大問題，而提供一種結構簡單、實施容易、節(jié)能減排的熱管熱泵復合系統(tǒng)，能在室外溫度合適的條件下進行自動啟用節(jié)能模式來調節(jié)室內溫度，能夠安全、可靠、穩(wěn)定、節(jié)能的自動運行制冷循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案
一種熱管熱泵復合系統(tǒng)，主要由冷凝器、儲液分流裝置、單向閥、節(jié)流閥、循環(huán)泵、電磁閥、蒸發(fā)器、壓縮機和電路控制元件構成；所述冷凝器和蒸發(fā)器這兩個主要是實現(xiàn)能量輸運的裝置；所述冷凝器輸出端位于儲液罐內液態(tài)制冷劑液面的上部，節(jié)流閥進液端位于儲液罐內液態(tài)制冷劑液面的下部；所述壓縮機、冷凝器、儲液罐、單向閥一、節(jié)流閥、蒸發(fā)器通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵循環(huán)回路；所述單向閥二并聯(lián)在壓縮機上；所述循環(huán)泵、電磁閥和二相分流器串聯(lián)的支路的輸出端與單向閥一和節(jié)流閥串聯(lián)支路的輸出端通過三通管一連接于蒸發(fā)器導液管，它們的輸入端連接于儲液灌；則循環(huán)泵、電磁閥、蒸發(fā)器、單向閥二、冷凝器以及儲液灌通過連接管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱管循環(huán)系統(tǒng)；當系統(tǒng)以熱泵循環(huán)工作時，壓縮機開啟，單向閥一處于導通狀態(tài)，同時循環(huán)泵關閉，電磁閥和單向閥二處于關閉狀態(tài)，當系統(tǒng)以熱泵循環(huán)工作時，循環(huán)泵開啟，電磁閥和單向閥二處于導通狀態(tài)，壓縮機關閉，單向閥一也處于截止狀態(tài)，。所述電路控制元件控制著系統(tǒng)的運行狀態(tài)；這樣這兩個循環(huán)根據環(huán)境和需求進行交換工作就組成了一種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其不僅使熱泵熱管制冷裝置進行了融合，還解決了現(xiàn)有熱泵制冷裝置制冷時氣液分離和循環(huán)不穩(wěn)定上的一些弊端，提高了制冷效率。以上所述儲液灌連接于冷凝器導液管輸出端與循環(huán)泵和電磁閥串聯(lián)支路或單向閥一和節(jié)流閥串聯(lián)支路的輸入端之間，為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，儲液罐 的功能是實現(xiàn)循環(huán)工作介質的氣液分離與儲存；儲液罐容積大小應與蒸發(fā)器和冷凝器的容積相匹配；儲液罐實現(xiàn)氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液罐的制冷工質輸入端設置濾網或擋板，以實現(xiàn)絲網分離或折流分離。以上所述二相分流器的功能是按合適比例分配流入循環(huán)泵的氣體流量和液體流量，從而形成穩(wěn)定氣液二相流；所述二相分流器的結構為一處于儲液罐內的豎直管道，在管壁縱向方向上設有回流孔，此管道的主回液口在儲液罐下部，通常在工作介質液面之下，其出液口經過儲液罐連接于循環(huán)泵輸入管，回流孔中孔的數(shù)量可以是一個或多個組成，其有回液孔和回氣孔兩種形式，回氣孔位置處于儲液罐內液面之上，回液孔位置處于儲液罐內液面之下，其也可以是一條沿縱向分布的回流縫，其可以代替多個縱向分布回流孔的作用，回流孔或者回流縫中流入的少量氣態(tài)或者液態(tài)制冷劑的流量有其孔徑大小和個數(shù)或者縫隙寬度和長度來控制，也就是經儲液分流裝置內液態(tài)工質液面高低來控制回流孔中的孔的個數(shù)或者回流縫的長度，使其流入的氣態(tài)制冷工質的補充量適宜，來滿足整個循環(huán)系統(tǒng)的二相流循環(huán)的需求。以上所述節(jié)流閥可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥；所述電磁閥主要是在壓縮機工作的時候處于關閉狀態(tài)，阻止儲液罐內液體直接通過循環(huán)泵所在支路進入蒸發(fā)器；所述循環(huán)泵應選用能夠同時輸送氣體和液體的容積式氣液二相流循環(huán)泵，可選擇齒輪泵、羅茨泵、螺桿泵、轉子活塞泵、往復式活塞泵，使氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑可以同時通過，并可通過調節(jié)循環(huán)泵流量來實現(xiàn)調節(jié)系統(tǒng)傳熱量。以上所述電路控制部分控制著整個裝置的電路邏輯運算和設備運行開關，根據需要可以實現(xiàn)自動化啟停。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，將分離式熱管技術和蒸汽壓縮式制冷技術相互融合、優(yōu)勢互補、充分利用自然冷源的節(jié)能技術，當室內所需設定溫度比室外溫度低時通過熱泵循環(huán)進行散熱降溫，當室內所需設定溫度比室外溫度高時通過熱管循環(huán)進行散熱降溫，對于一年四季，有超出三分之二的時間是室外溫度比室內所需設定溫度低，這樣在熱管節(jié)能模式下，高耗能壓縮機無需啟動，只用啟動低耗能的熱管節(jié)能模塊和風機，能耗極低；在制冷模式下，由于兩種制冷技術復合性設計的優(yōu)勢，使得制冷能效比優(yōu)于一般的空調，節(jié)能效果顯著，這種熱管熱泵復合系統(tǒng)可以應用于基站、機房以及大型電器設備等領域的散熱控溫。


圖I為熱管熱泵復合系統(tǒng)的實施方式結構示意圖。圖2為回流孔和回流縫的平面結構示意圖。圖中(1)冷凝器；(2)蒸發(fā)器；(3)儲液罐；(4)節(jié)流閥；(5)壓縮機；(6)循環(huán)泵；
(7)電磁閥；(8)單向閥一；(9)單向閥二；(10)三通管一 ；(11)三通管二 ；(12)三通管三；
(13)節(jié)流閥輸液管；(14)冷凝器導液管；(15)循環(huán)泵輸入管；(16)蒸發(fā)器導液管；(17)蒸發(fā)器導氣管；(18)冷凝器導氣管；(19)冷凝器輸出端；(20)回液口 ；(21)節(jié)流閥輸入端；
(22)回流孔;(23) 二相分流器;(24)回流縫。
具體實施例方式
圖I所示一種熱管熱泵復合系統(tǒng)，包括冷凝器(I)、蒸發(fā)器(2)、儲液罐(3)、節(jié)流閥
(4)、壓縮機(5)、循環(huán)泵(6)、電磁閥(7)、單向閥一(8)、單向閥二(9)、三通管一(10)、三通管二(11)、三通管三(12)、節(jié)流閥輸液管(13)、冷凝器導液管(14)、循環(huán)泵輸入管(15)、蒸發(fā)器導液管(16)、蒸發(fā)器導氣管(17)、冷凝器導氣管(18)、冷凝器輸出端(19)、回液口
(20)、節(jié)流閥輸入端(21)、回流孔(22)、二相分流器(23)、回流縫(24)以及電路控制元件；所述壓縮機(5)、三通管三(12)、冷凝器(I)、儲液罐(3)、單向閥一(8)、節(jié)流閥(4)、三通管一(10)、蒸發(fā)器(2)以及三通管二(11)通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵循環(huán)回路；所述單向閥二( 9 )并聯(lián)在壓縮機(5 )上，循環(huán)泵(6 )和電磁閥(7 )串聯(lián)支路的輸出端與單向閥一(8 )和節(jié)流閥(4 )串聯(lián)支路的輸出端通過三通管一(IO )連接于蒸發(fā)器導液管(16)，它們的輸入端連接于儲液館(3)，使壓縮機(5)停止運行，電磁閥(7)和循環(huán)泵(6)同時開始運行，制冷工質由于循環(huán)泵(6)的抽力作用走循環(huán)泵(6)和電磁閥(7)串聯(lián)的支路，單向閥一(8)由于接入節(jié)流閥(4)的一端壓力大處于斷開狀態(tài)，單向閥二(9)導通蒸發(fā)器(2)輸出端和冷凝器(I)輸入端，則循環(huán)泵(6)、電磁閥(7)、三通管一(10)、蒸發(fā)器(2)、三通管二(11)、單向閥二(9)、三通管三(12)、冷凝器(I)、儲液館(3)以及二相分流器(23)通過相關管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱管循環(huán)回路，這樣這兩個循環(huán)根據環(huán)境和需求進行交換工作就組成了一種熱管熱泵復合系統(tǒng)。當使用熱泵制冷工作模式時，壓縮機(5)開啟，單向閥一(8)處于導通狀態(tài)，同時循環(huán)泵(6)關閉，電磁閥(7)和單向閥二(9)處于關閉狀態(tài)，由于壓縮機(5)的抽壓力，單向閥二(9)所在支路幾乎沒有制冷工質的通過，這樣液態(tài)冷凝劑在蒸發(fā)器(2)中吸熱降低室內溫度，吸熱后的液態(tài)冷凝劑變成氣態(tài)，通過壓縮機(5 )氣態(tài)制冷劑變成高溫高壓狀態(tài)并向冷凝器(I)輸送，高溫高壓氣態(tài)制冷劑通過三通管三(12 )和冷凝器導氣管(18 )進入冷凝器
(I)中，然后高溫高壓氣態(tài)制冷劑在冷凝器(I)中散熱變成液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在高壓氣態(tài)制冷劑的推動下經冷凝器導液管(14)進入儲液灌(3)，氣液制冷中間介質根據各自物理性質在儲液罐內分離，高壓液態(tài)中間介質通過節(jié)流閥輸入端(21)依次經單向閥一(8)、節(jié)流閥(4)、三通管一(10)以及蒸發(fā)器導液管(16)進入到蒸發(fā)器(2)中進行下一次循環(huán)。使用熱管制冷工作模式時，壓縮機(5)關閉，單向閥一(8)也處于截止狀態(tài)，循環(huán)泵(6 )開啟，電磁閥(7 )和單向閥二( 9 )處于導通狀態(tài)，循環(huán)泵(6 )從儲液灌(3 )內抽取大量 液態(tài)制冷工質和通過回流孔(22)的部分補充整個循環(huán)穩(wěn)定的少量氣態(tài)制冷工質，依次經電磁閥(7)、三通管一(10)和蒸發(fā)器導液管(16)進入蒸發(fā)器(2)，蒸發(fā)器(2)與高溫熱源接觸，液態(tài)工作介質在蒸發(fā)器(2)內受高溫熱源的加熱而蒸發(fā)為氣體，并吸收熱量，蒸發(fā)形成的氣體和部分沒有蒸發(fā)的液體中間介質在高速流動中相互混合形成氣液二相流體，它們依次經蒸發(fā)器導氣管(17)、三通管二(11)、單向閥二(9)、三通管三(12)以及冷凝器導氣管(18)進入冷凝器(1)，冷凝器(I)與低溫熱源接觸，氣態(tài)工作介質在冷凝器(I)內受低溫熱源的冷卻而冷凝為液體，并放出熱量，冷凝形成的液體工作介質在循環(huán)泵(6)的抽壓力作用下，經冷凝器導液管(14)進入儲液灌(3)中，其進行氣液分離、儲存與分流，進行下一次循環(huán)。這樣這種熱管熱泵復合系統(tǒng)可以根據室內所需設定溫度和室外溫度的差異，選擇性地(其可以完全自動控制，也可以通過人工手動控制調節(jié)工作狀態(tài))運行于熱泵制冷工作模式或熱管制冷工作模式，在保證室內降溫要求的前提下達到節(jié)能運行；當室外溫度較高或者室內負荷過大時，熱管熱泵復合系統(tǒng)運行熱泵制冷工作模式，工作原理與一般變頻或 者非變頻空調相同，室內的熱量通過蒸汽壓縮制冷循環(huán)散至室外空間，達到室內空間的降溫冷卻效果；當室外溫度低于室內溫度一定值時，壓縮機關閉，機組自動進入熱管制冷工作模式，通過熱管節(jié)能模塊把氣態(tài)制冷劑帶至冷凝器中冷凝放熱，最后成為冷凝液，冷凝液又在熱管節(jié)能模塊作用下流至蒸發(fā)器吸收熱量，整個系統(tǒng)通過熱管節(jié)能模塊將室內熱量向室外傳遞。
權利要求
1.一種熱管熱泵復合系統(tǒng)，包括冷凝器(I)、蒸發(fā)器(2)、壓縮機(5)、節(jié)流閥(4)、儲液罐(3)、導氣管、導液管和電路控制元件，其特征在于，還包括循環(huán)泵(6)、二相分流器(23)、電磁閥(7)、單向閥一(8)以及單向閥ニ(9);所述冷凝器(I)和蒸發(fā)器(2)這兩個主要是實現(xiàn)能量輸運的裝置；所述冷凝器輸出端(19)位于儲液罐(3)內液態(tài)制冷劑液面的上部，節(jié)流閥進液端(21)位于儲液罐(3)內液態(tài)制冷劑液面的下部；這樣壓縮機(5)、冷凝器(I)、儲液罐(3)、單向閥一(8)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(2)通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了ー個熱泵循環(huán)回路；所述單向閥ニ(9)并聯(lián)在壓縮機(5)上；循環(huán)泵(6)、電磁閥(7)和二相分流器(23)串聯(lián)的支路的輸出端與單向閥一(8)和節(jié)流閥(4)串聯(lián)支路的輸出端通過三通管一(10)連接于蒸發(fā)器導液管(16)，它們的輸入端連接于儲液灌(3);這樣循環(huán)泵(6)、電磁閥(7)、蒸發(fā)器(2)、單向閥ニ(9)、冷凝器(I)以及儲液灌(3)通過連接管道按照上列順序連接起來，組成了ー個熱管循環(huán)系統(tǒng)；當系統(tǒng)以熱泵循環(huán)方式工作時，壓縮機(5)開啟，單向閥一(8)處于導通狀態(tài)，同時循環(huán)泵(6)關閉，電磁閥(7)和單向閥ニ(9)處于關閉狀態(tài)；當系統(tǒng)以熱泵循環(huán)方式工作吋，循環(huán)泵(6)開啟，電磁閥(7)和單向閥ニ(9)處于導通狀態(tài)，壓縮機(5)關閉，單向閥ー(8)處于截止狀態(tài)，上述兩種循環(huán)可以根據環(huán)境和需求進行切換工作。
2.根據權利要求I所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在干，所述儲液灌(3)連接于冷凝器導液管(14)輸出端與循環(huán)泵(6)和電磁閥(7)串聯(lián)支路或單向閥一(8)和節(jié)流閥(4)串聯(lián)支路的輸入端之間，為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，儲液罐(3)的功能是實現(xiàn)循環(huán)工作介質的氣液分離與儲存；儲液罐(3)容積大小應與蒸發(fā)器(2)和冷凝器(I)的容積相匹配；儲液罐(3)實現(xiàn)氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液罐(3)的制冷エ質輸入端設置濾網或擋板，以實現(xiàn)絲網分離或折流分離。
3.根據權利要求I所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述二相分流器(23)的功能是按合適比例分配流入循環(huán)泵(6)的氣體流量和液體流量，從而形成穩(wěn)定氣液二相流；所述二相分流器(23)的結構為ー處于儲液罐(3)內的豎直管道，在管壁縱向方向上設有回流孔(22)，此管道的主回液ロ(20)在儲液罐下部，通常在工作介質液面之下，其出液ロ經過儲液罐(3 )連接于循環(huán)泵輸入管(15)。
4.根據權利要求3所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述回流孔(22)可以是ー個孔，也可以是高度不同的多個孔；其有回液孔和回氣孔兩種形式，回氣孔位置處于儲液罐(3)內液面之上，回液孔位置處于儲液罐(3)內液面之下。
5.根據權利要求3所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述回流孔(22)可以是至少一條沿管道方向的回流縫(24)，其可以代替多個沿管道輸送方向分布的回流孔的作用。
6.根據權利要求4和5所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述回流孔(22)或者回流縫(24)中流入的少量氣態(tài)或者液態(tài)制冷劑的流量有其孔徑大小和個數(shù)或者縫隙寬度和長度來控制，也就是經儲液分流裝置(3)內液態(tài)エ質液面高低來控制回流孔(22)中的孔的個數(shù)或者回流縫(24)的長度，使其流入的氣態(tài)的補充量適宜，來滿足整個循環(huán)系統(tǒng)的二相流循環(huán)的需求。
7.根據權利要求I所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)泵(6)應選用能夠同時輸送氣體和液體的容積式氣液二相流循環(huán)泵，可選擇齒輪泵、羅茨泵、螺桿泵、轉子活塞泵、往復式活塞泵，使氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑可以同時通過，并可通過調節(jié)循環(huán)泵流量來實現(xiàn)調節(jié)系統(tǒng)傳熱量。
8.根據權利要求I所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁閥(7)主要是在壓縮機(5 )工作的時候處于關閉狀態(tài)，阻止儲液罐(3 )內液體直接通過循環(huán)泵(6 )所在支路進入蒸發(fā)器(2 );所述節(jié)流閥(4 )可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥。
9.根據權利要求I所述的ー種熱管熱泵復合系統(tǒng)，其特征還在于所述電路控制部分控制著整個裝置的電路邏輯運算和設備運行開關，根據需要可以實現(xiàn)自動化啟停。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱管熱泵復合系統(tǒng)，主要由冷凝器、儲液罐、節(jié)流閥、壓縮機、蒸發(fā)器、單向閥、循環(huán)泵、二相分流器、電磁閥和電路控制元件構成；所述冷凝器和蒸發(fā)器這兩個主要是實現(xiàn)能量輸運的裝置；所述儲液罐主要是以實現(xiàn)氣液二相流的收集與徹底分離；所述二相分流器的功能是按合適比例分配流入循環(huán)泵的氣體流量和液體流量，從而形成穩(wěn)定氣液二相流，使整個系統(tǒng)有一個穩(wěn)定的循環(huán)；所述單向閥二并聯(lián)在壓縮機上，循環(huán)泵、電磁閥和二相分流器串聯(lián)的支路的輸出端與單向閥一和節(jié)流閥串聯(lián)支路的輸出端通過三通管一連接于蒸發(fā)器導液管，它們的輸入端連接于儲液灌；所述單向閥二與壓縮機并聯(lián)；所述電路控制元件控制著系統(tǒng)的運行狀態(tài)；這種熱管熱泵復合系統(tǒng)不僅使熱泵熱管制冷裝置進行了融合，還解決了現(xiàn)有熱泵制冷裝置制冷時氣液分離和循環(huán)不穩(wěn)定上的一些弊端，提高了制冷效率。
文檔編號F24F11/02GK102767880SQ201210266600
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權日2012年7月30日
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