具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统

摘要

本发明涉及具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统，所述热泵系统通过利用第一段蒸发器来回收热泵循环中向外部排出的废热后，由于所回收的热而成为过热蒸汽状态的制冷剂通过第二段蒸发器并放热，从而预热最初输入的空气并向冷凝器提供预热状态的空气，通过提供这种功能，可以与冷凝器中再循环利用的热能成比例地缓解压缩机的过负荷及节约压缩机的运转能量。为此，所述热泵系统包括压缩机(110)、冷凝器(120)、膨胀阀(130)、第一段蒸发器(140)和第二段蒸发器(150)。其中，冷凝器(120)起提供加热空气的作用，第二段蒸发器(150)位于冷凝器(120)的前端起到对最初输入的空气进行预热的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统，更具体地， 涉及通过利用第一段蒸发器来回收热泵循环中向外部排出的废热后，通过 所回收的热而成为过热蒸汽状态的制冷剂通过第二段蒸发器并放热，从而 预热最初输入的空气并向冷凝器提供预热状态的空气，通过提供这种功能， 可以与冷凝器中再循环利用的热能成比例地缓解压缩机的过负荷及节约压 缩机的运转能量。

背景技术

一般来说，热泵是利用制冷剂的发热或冷凝热使低温热源向高温传导 或使高温热源向低温传导的冷热装置，按驱动方式分为电气式和发动机式， 现在大部分是兼有制冷和制热的结构。

热泵是具有将制冷剂压缩为高温高压状态的压缩机，以及与压缩机连 接，按照所定的途径引导制冷剂流动，实现调节空气功能的制冷剂循环结 构，该结构由冷凝器、蒸发器和膨胀阀构成。

另一方面，作为本发明背景的现有技术，“大韩民国专利文献-登记专 利公报101353185号(登记日：2014.01.13)”揭示了一种热泵，其涉及使 蒸发器中未完全蒸发的制冷剂完全蒸发输送到储存装置，随着制冷剂循环 量的增加，可增加制冷或制热能力的热泵。用于兼有制冷、制热功能的热 泵中使用的室外热交换器，包含内部热交换器和室外制冷剂流动管。所述 内部热交换器具有第一制冷剂流动的内管和比第一制冷剂温度和压力更低 的第二制冷剂流动的外管。室外制冷剂流动管与设置在与内部热交换器的 内管相连接的配管中的膨胀阀及与设置膨胀阀的配管连接，在由配管输入 第一制冷剂的情况下，蒸发器工作，在由压缩机输入高温高压第三制冷剂 的情况下，冷凝器工作。

同样，现有技术中压缩机的情形，除高压压缩机外，规定了对输入压 缩机的制冷剂的温度和压力的限制，由于这样的限制，温水、制热、干燥 等的高温、高压的热泵的构成中，应具有高压用制冷剂和热泵系统，由于 构成这种系统所需的费用和维护管理费用昂贵，因此急需开发新的热泵系 统。

因此，现有技术中制冷制热并用的系统中在提供高温方面存在很多问 题，即，为了将温度增加到高温，必须具有高温高压压缩机，或者使一般 压缩机长时间工作，不仅降低效率，可能引起压缩机的过负荷现象，使得 压缩机停止工作，或者发生在压缩机与第一段蒸发器之间的配管中结冰现 象，为提供高温的热的目的，需要设置另外的加热器等需增加费用以及构 造方面也存在很多问题。

发明内容

发明要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的是提供具有通过两段蒸发器回收废 热结构的热泵系统，其构成为通过由热泵循环中由第一段蒸发器提供过热 蒸汽制冷剂，第二段蒸发器发挥放热作用，使得最初输入的空气预热，由 此，在热泵循环中提供加热空气的冷凝器，利用预热空气，随着放热，可 以与冷凝器中再利用的热能成比例地缓解压缩机的过负荷及节约压缩机的 运转能量。

解决问题的技术手段

为了解决这样的问题，本发明提供具有通过两段蒸发器回收废热结构 的热泵系统，其特征在于，热泵系统中，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、 第一段蒸发器和第二段蒸发器；其中压缩机将低压气体制冷剂压缩成高温 高压气体状态后提供给冷凝器；所述冷凝器与所述压缩机连接，所提供的 高温高压气体制冷剂，通过放热作用后，液化并提供液化的制冷剂给膨胀 阀；所述膨胀阀与所述冷凝器连接，液化的制冷剂，通过膨胀阀的节流作 用减压到可以发生蒸发的压力，成为低温、低压饱和蒸汽状态后，向第一 段蒸发器提供饱和蒸汽制冷剂；所述第一段蒸发器与所述膨胀阀连接，使 所提供的低温低压饱和蒸汽制冷剂蒸发，进行从周围吸热的热交换，从而 回收所述热泵循环中的废热，使制冷剂变成过热状态后向第二段蒸发器提 供过热蒸汽制冷剂；所述第二段蒸发器与所述第一段蒸发器连接，被提供 过热蒸汽后，通过过热蒸汽制冷剂发挥放热作用，将成为低温、低压饱和 蒸汽状态的制冷剂提供给所述压缩机并循环；所述冷凝器发挥提供加热空 气的作用，所述第二段蒸发器发挥对最初输入的空气进行预热的作用。

发明的效果

根据本发明，在热泵循环中，通过第二段蒸发器由外部吸入的空气， 由于第二段蒸发器的放热而被升温，从而减轻冷凝器的负荷，节约操作能， 降低生产成本；由于第二段蒸发器的放热，使输入压缩机的制冷剂的压力 和温度降低，从而防止压缩机的过负荷，提高耐久性。

附图说明

图1是根据本发明的具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统的 结构图；

图2是应用本发明具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统适用 的干燥装置的概略示意图；以及

图3是具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统的其他实施例构 成图。

具体实施方式

通过参考附图对根据本发明的具有通过两段蒸发器回收废热结构的热 泵系统进行如下详细说明，可以更清楚地了解本发明的特征。

另一方面，在实施例的说明中，对于本领域或不属于本领域的领域中 广泛了解并使用的构成要素，在此省略对其的详细说明，省略不必要的说 明的目的是为了更明确地传达本发明的要点。

图1是根据本发明实施例说明具有通过两段蒸发器回收废热结构的热 泵系统的示意图。

由此，对具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统进行概略的说 明，则热泵(100)包含压缩机(110)、冷凝器(120)、膨胀阀(130)、 第一段蒸发器(140)、第二段蒸发器(150)。压缩机(110)把低压气体 制冷剂压缩为高温高压气体状态后供给冷凝器(120)；冷凝器(120)与 前述的压缩机(110)连接，将被供给的高温高压气体制冷剂，通过放热作 用液化后，向膨胀阀(130)提供液化的制冷剂；膨胀阀(130)与前述冷 凝器(120)连接，将被供给的液化的制冷剂，通过节流作用减压到能够引 发蒸发的压力，变成为低温低压的饱和蒸汽状态后，将饱和蒸汽制冷剂供 给第一段蒸发器(140)；第一段蒸发器(140)与前述膨胀阀(130)连接， 使被供给的低温低压的饱和蒸汽蒸发，从而进行从周围吸收热的热交换来 回收所述热泵循环中的废热，使制冷剂成为过热蒸汽状态后，向第二段蒸 发器(150)提供过热蒸汽制冷剂；第二段蒸发器(150)与前述第一段蒸 发器(140)连接，被供给的过热蒸汽制冷剂，通过成为低温低压饱和蒸汽 状态的制冷剂并提供给前述压缩器(110)并循环。其中冷凝器(120)起 到通过热泵(100)提供加热空气的作用，第二段蒸发器起到对最初输入的 空气进行预热的作用。

以下，将对本发明各部分的结构进行具体说明。

首先，前述压缩机(110)的作用是将低压的气体制冷剂压缩为高温高 压气体后提供给冷凝器(120)。

另一方面，前述压缩机(110)是吸入制冷剂后，进行压缩，以高温高 压气体状态排出。前述压缩机优选构成为是涡旋压缩机。

另外，前述冷凝器(120)是与前述压缩机(110)连接，被供给高温 高压气体制冷剂后，通过放热作用使其液化后向后述的膨胀阀(130)提供 液化的制冷剂。

另一方面，前述冷凝器(120)由引入头及排出头；通过将前述引入/ 排出头连接，使其互相连通，从而形成所定的流路的多个管；以及在所述 管之间叠置的多个散热片构成。

所述冷凝器(120)的引入侧与所述压缩机(110)进行管连接，从而 被提供高温高压气体制冷剂，所述冷凝器(120)的排出侧与后述的膨胀阀 (130)连接，通过放热作用，提供液化的制冷剂。

由此，通过另外的鼓风机使输入的空气进入前述冷凝器(120)一侧， 通过管子之间的散热片之间，在此过程中流向前述冷凝器(120)内部的高 温高压气体制冷剂与送风的空气进行热交换，从而通过放热作用加热空气 的同时，通过与送风空气的热交换的冷凝作用，使高温、高压气体制冷剂 以液化状态提供给所述膨胀阀(130)。

因此，如前所述，冷凝器(120)根据放热作用起到通过热泵(100) 提供加热空气的作用。

另外，前述膨胀阀(130)，与前述冷凝器(120)连接，被提供液化 的制冷剂，通过节流作用使制冷剂减压到能够进行蒸发的低温低压的饱和 蒸汽状态后，向后述的第一段蒸发器(140)提供饱和蒸汽制冷剂。

另一方面，前述膨胀阀(130)是，通过制冷剂的蒸发使得热吸收作用 容易发生的装置，使由所述冷凝器(120)提供的高温高压制冷剂通过节流 作用减压到能引起蒸发的压力并降到能吸收充分热量的适合温度，使得制 冷剂成为饱和蒸汽状态。

所述膨胀阀(130)适用的结构可以包括电子式膨胀阀(EEV：Electric  Expansion Valves)、减温式膨胀阀(TEV：Thermostatic Expansion Valves)、 定压式膨胀阀(AXV：Automatic Expansion Valves)等多种。

另外，所述第一段蒸发器(140)与所述膨胀阀(130)连接，被提供 低压饱和蒸汽后，使其蒸发，进行从周围吸收热的热交换，回收所述冷凝 器(120)中产生的废热，使得制冷剂变成过热蒸汽状态后，向第二段蒸发 器(150)提供过热蒸汽制冷剂。

另一方面，所述第一段蒸发器(140)由引入头及排出头；连接所述引 入/排出头并使其相互连通，从而形成所定流路的多个管；以及在所述管之 间叠置的多个散热片构成。

这种情况下，优选地，所述第一段蒸发器(140)设置为位于由冷凝器 (120)产生的加热空气的利用结束后，向外排出废热空气的一侧。所述第 一段蒸发器(140)的引入侧与所述膨胀阀(130)连接，被提供低温、低 压饱和蒸汽制冷剂，所述第一段蒸发器(140)的排出侧与后述的第二段蒸 发器(150)连接。

所述冷凝器(120)中产生的加热空气的废热在鼓风过程中向所述第一 段蒸发器(140)侧输入，从而通过管间的散热片之间，在此过程中回收由 所述第一段蒸发器(140)的内部沿着管的流路流动的低温、低压饱和蒸汽 制冷剂通过散热片之间的废热，使制冷剂变成过热蒸汽后向第二段蒸发器 提供。

另外，所述第二段蒸发器(150)与所述第一段蒸发器连接，被提供过 热蒸汽制冷剂，通过发挥放热作用的同时，向压缩机(110)提供变成低温、 低压饱和蒸汽的制冷剂并使其循环。

另一方面，所述第二段蒸发器(150)由输入头及排出头；连接所述引 入头/排出头并使其相互连通，从而形成所定的流路的多个管，所述管间叠 置的多个散热片构成。

这种情况下，优选地，所述第二段蒸发器(150)设置为位于相对于由 最初输入外部空气的部分与所述冷凝器(120)邻接的位置。所述第二段蒸 发器(150)的输入侧与所述第一段蒸发器(140)连接，从而提供过热蒸 汽制冷剂，所述第二段蒸发器(150)的排出侧与所述压缩机(110)连接。

因此，最初输入的外部空气在鼓风过程中输入到第二段蒸发器(150) 侧，经过管间的散热片之间，在此过程中由第二段蒸发器(150)的内部管 路流动的过热蒸汽制冷剂与经过散热片之间的外部空气进行热交换而发挥 放热作用，从而加热外部空气，使制冷剂变成低温、低压饱和蒸汽状态后 向压缩机(110)提供并进行循环。

如上所述，第二段蒸发器(150)通过由第一段蒸发器(140)提供的 过热蒸汽制冷剂而发挥放热作用，从而对最初输入的空气进行预热，所述 第二段蒸发器(150)预热的空气输入到与所述第二段蒸发器(150)邻接 的冷凝器(120)中，由此，利用冷凝器(120)中预热的空气放热来以与 在冷凝器(120)中再利用的热能成比例地缓解压缩机(110)的过负荷以 及节约压缩机的运转能量。

另外，热泵(100)还包括连接所述第二段蒸发器与压缩机(110)之 间，为除去由压缩机(110)返回的制冷剂中杂质而进行过滤的过滤器(160)。

所述过滤器(160)构成为，在流体制冷剂沿管流动的过程中，吸收管 以及热泵(100)的各构成部分内部残留的异物和水分后，仅使制冷剂通过， 由此，通过过滤器的作用，防止流动管的冻结及制冷剂的流动阻塞。

另外，热泵(100)还包括制冷剂罐(210)，以由所述冷凝器(120)后 侧及第二段蒸发器(150)的后侧输入/排出的线路分别与管连接的状态下对 热泵(110)中循环的制冷剂进行补充/储存。

所述制冷剂罐(210)制成为具有内部容纳制冷剂的容纳空间的状态， 通过管的连接，使制冷剂向制冷剂罐(210)内外流动，起到定量调节热泵 (100)中循环的制冷剂的作用。

另外，图2是本发明具有通过两段蒸发器回收废热结构的热泵系统适 用的干燥装置的概略示意图。

在图2中，简要说明前述热泵系统适用的干燥装置(300)，所述热泵 系统还包括干燥装置(300)，其从外部输入空气，通过使用所述热泵系统 提供加热空气，使所述加热空气向干燥部(320)侧循环后，排出。

另一方面，所述干燥装置(300)的整体结构制成为空气可以流动的管 路或壳形态，热泵系统适用时，使外部空气输入/循环/排出到热泵系统中从 而产生加热空气的作用。

另外，所述干燥装置(300)还包括输入部(310)，其通过吸入风机 (311)使外部空气最初输入，其内侧顺序设置第二段蒸发器(150)和冷 凝器(120)。

所述第二段蒸发器(150)设置在输入部(310)内侧输入空气侧，在 所述第二段蒸发器(150)的后侧设置所述冷凝器(120)，在所述输入部 (310)的外部结合有连接第二段蒸发器(150)和冷凝器(120)之间的压 缩机(110)。

从所述输入部(310)内部，在所述第二段蒸发器(150)的前侧设置 有从外部输入空气的吸入风机(311)。

另外，所述干燥装置(300)还包括干燥部(320)，其与所述输入部 (310)连通，输入由冷凝器(120)产生的加热空气，提供对于被对象物 的热风干燥空间。

所述干燥部(320)是容纳为了利用由热泵系统产生的加热空气进行干 燥的对象物的空间。

另外，所述干燥装置(300)还包括排出部(330)，其与干燥部(320) 连通，在内部设置第一段蒸发器(140)的状态下，加热空气经过第一段蒸 发器(140)向外部排出。

所述排出部(330)在内侧设置第一段蒸发器(140)，由冷凝器(120) 产生的加热空气(完成干燥的废热空气)经过所述第一段蒸发器(140)侧， 使废热空气通过第一段蒸发器(140)回收后向外部排出。

另外，图3是根据具有通过蒸发器回收废热的结构的热泵系统的其他 实施例的构成示意图。

根据图3，概略说明前述构造的热泵(100)的其他实施状态。所述热 泵(100)还包括制冷剂调节装置(200)，其利用高压传感器阀(220)和 低压传感器阀(230)对热泵循环中循环的制冷剂检测任意压力下超过或低 于的情形，从而补充/排出制冷剂。

所述制冷剂调节装置(200)还包括高压传感器阀(220)，其在与制 冷剂罐(210)连接的状态下，当超过任意设定的压力时，使热泵(100) 中循环的制冷剂输入到所述制冷剂罐(210)，从而使压力降低。

所述高压传感器阀(220)制成具有测定内部压力的传感器的电磁阀形 态，使得可以任意设定要测定的压力，其构成为在所述高压传感器阀(220) 的一侧与所述制冷剂罐(210)进行管连接，另一侧在热泵(100)中冷凝 器(120)与膨胀阀(130)之间进行管连接。

所述制冷剂调节装置(200)还包括低压传感器阀(230)，其在与制 冷剂罐(210)连接的状态下，压力低于任意设定的低压时，将储存在制冷 剂罐(210)中的高压制冷剂提供给热泵，从而提高其压力。

所述低压传感器阀(230)制成为具有测定内部压力的传感器的电磁阀 形式，可为测定而任意设定低压，构成为在所述低压传感器阀(230)的一 侧，通过后述的止回阀(240)与制冷剂罐(210)进行管连接，另一侧， 在热泵(100)中第二段蒸发器(150)与压缩机(110)之间进行管连接。

所述制冷剂调节装置(200)还包括止回阀(240)，其在所述高压传 感器阀(220)和低压传感器阀(230)之间连接的状态下，所述低压传感 器阀(230)开放时，防止制冷剂罐(210)中收容的制冷剂向高压传感器 阀(220)逆流。

如上所说明的，本发明用优选的特征的例示实施例的说明和图示表示， 但在不脱离根据上述实施例的权利要求书所述的发明的构思和范围的前提 下，应不难理解本发明所述领域的普通技术人员可进行多种变化、改进及 修改。

附图标记

热泵：100          压缩机：110

冷凝器：120        膨胀阀：130

第一段蒸发器：140  第二段蒸发器：150

过滤器：160        制冷剂调节装置：200

制冷剂罐：210      高压传感器阀：220

低压传感器阀：230  止回阀：240