專利名稱：一種熱管熱泵復合系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于制冷和傳熱技術領域，涉及一種將熱管系統和熱泵系統相復合形成的進行傳熱和制冷的熱管熱泵復合系統。
背景技術：
目前用于調控環境溫度的空調系統主要組成為室內熱交換機和室外熱交換機，這種空調系統可以通過室內熱交換機中壓縮機的高耗能來實現對冷凝劑的溫度調控，從而間接的改變室內環境溫度，這種空調系統并沒有做到很好的節約能源，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，這種現象在高溫防塵環境(機房、電室等特殊高溫場合)表現的特別明顯，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空調很難節約能量，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降溫。近年來，為推進節能減排步伐，出現了諸如新風利用、熱管技術等多種節能產品，對于采用傳統機械制冷的方案而言，雖然可以保證室內空間降溫的安全性，但由于空調設備全年制冷運行，無法從根本上實現空調的運行節能；而對于新風利用、熱管等技術方案，雖然能夠在過渡季和冬季利用室外自然冷量對室內空間進行降溫，但存在室內潔凈度、濕度控制困難，初投資或維護成本過高，節能設備與主空調設備的耦合控制困難等問題。對于基站、機房以及其他內部發熱量較高需全年供冷的類似建筑空間(諸如建筑內區、地下建筑、工藝廠房等)的內部空間冷卻，理想的技術方案應以冷卻可靠性、運行節能性和投資經濟性為指導原則。冷卻可靠性是前提；運行節能性是基礎，高效、安全、穩定地利用冬季和過渡季的室外自然冷能是實現機房和基站空調節能的必由之路，同時也是實現該 領域空調節能的關鍵所在；投資經濟性是決定技術方案能否得到推廣應用的必要條件，只有成本和節能性均衡的技術方案才具有長久的市場生命力。一年四季中的某些季節，如冬季和春秋兩季，在室外溫度比室內放熱區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，現有的空調系統還得啟動高耗能的壓縮機特別是那些發熱量集中對清潔度要求高的的工作場合對環境來控制溫度，這種仍舊采用熱泵系統進行降溫來冷卻的方案是不節能的，從而導致電能的無謂浪費，營運成本居高不下。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，為解決熱栗系統中存在的能耗大問題，而提供一種結構簡單、實施容易、節能減排的熱管熱泵復合系統，根據室內外溫度和室內負荷情況，機組選擇性地以熱泵循環或熱管循環模式運行，在保證室內降溫要求的前提下實現節能運行的目標，這種熱管熱泵復合系統不僅使熱泵制冷熱管傳熱技術相互融合，實現兩者優勢互補，還解決了現有熱泵制冷裝置制冷時氣液分離和循環不穩定上的一些弊端，提高了制冷傳熱效率。本發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，主要由冷凝器、蒸發器、壓縮機、節流閥一、節流閥二、四通閥、儲液穩流器、電磁閥一、電磁閥二、導氣管、導液管以及電路控制元件構成，這樣把自然換熱的雙向循環熱管循環與可同時制冷制 熱的熱泵壓縮式循環組合實現能量的輸運；所述冷凝器和蒸發器這兩個換熱器主要是實現能量的輸運；所述壓縮機通過四通閥連接于冷凝器和蒸發器之間；所述節流閥一接入冷凝器和儲液穩流器端口一之間，節流閥二接入蒸發器和儲液穩流器端口二之間；所述電磁閥一接入冷凝器和儲液穩流器端口三之間，電磁閥二接入蒸發器和儲液穩流器端口四之間；所述四通閥主要是更改管道內制冷工質的流動方向，達到將蒸發器和冷凝器的功能調換；所述儲液穩流器在熱泵壓縮式循環時主要作為一般的儲液罐使用，儲存工作介質，實現工作介質的氣液分離，在雙向循環熱管循環時除了以上功能還起到合理分配循環回路中的液體工作介質和氣體工作介質的流量比例，在循環回路中形成穩定的工作介質二相流的作用；這樣壓縮機開啟，電磁閥一處于導通狀態，電磁閥二和四通閥處于截止狀態，壓縮機通過四通閥從蒸發器中抽取制冷氣態工質送入冷凝器，從冷凝器輸出的制冷工作經電磁閥一所在支路進入儲液穩流器，最后經節流閥二送入蒸發器，就組成了一個熱泵制冷循環回路，通過使四通閥和電磁閥二的導通，電磁閥一的截止，蒸發器和冷凝器功能的調換，就組成了一個熱泵制熱循環回路；所述壓縮機通過降頻開啟，充當循環泵功能，電磁閥一、四通閥以及電磁閥二都處于導通狀態，這樣壓縮機通過四通閥從冷凝器抽取液態制冷工質，再經四通閥送入到蒸發器中，蒸發器與高溫熱源接觸，部分液體吸熱氣化，蒸發形成的氣體和部分沒有蒸發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，它們從蒸發器流出經電磁閥二進入儲液穩流器中，然后經電磁閥一所在支路進入到冷凝器中進行下一次循環，就完成了一個熱管正向循環回路；通過四通閥關閉更改管道內制冷工質的流動方向，來實現蒸發器和冷凝器功能的調換，這樣壓縮機通過四通閥從蒸發器抽取液態制冷工質，再經四通閥送入到冷凝器中，在冷凝器中蒸發流出經電磁閥一進入儲液穩流器中，然后經電磁閥二所在支路進入到蒸發器中，就完成了一個熱管反向循環回路；上述四種循環可以根據環境和需求進行切換工作。以上所述儲液穩流器為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，其有四個外接接口，分別是儲液穩流器端口一、儲液穩流器端口二、儲液穩流器端口三以及儲液穩流器端口四；所述儲液穩流器端口一和儲液穩流器端口二處于儲液穩流器內液態制冷工質的液面下部；所述儲液穩流器端口三和儲液穩流器端口四分別與氣液配流管一和氣液配流管二連接；所述氣液配流管一主要有進氣口一和進液孔一兩部分構成，氣液配流管二主要有進氣口二和進液孔二兩部分構成，進氣口一和進氣口二處于儲液穩流器內液態制冷工質的液面上部，進液孔一和進液孔二處于儲液穩流器內液態制冷工質的液面下部；這樣就構成了整個儲液穩流器；儲液穩流器容積大小應與蒸發器和冷凝器的容積相匹配；儲液穩流器實現氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液穩流器的制冷工質輸入端設置濾網或擋板，以實現絲網分離或折流分離。以上所述進液孔一和進液孔二中孔的數量可以是一個或多個組成，可以是一條沿管道方向的回流縫，其代替多個沿管道輸送方向分布的進液孔一和進液孔二的作用；進液孔一、進液孔二或者回流縫中流入的少量液態制冷劑的流量有其孔徑大小和個數或者縫隙寬度和長度來控制，也就是經儲液穩流器內液態工質液面高低來控制進液孔一和進液孔二中的孔的個數或者回流縫的長度，使其流入的液態補充量適宜，來滿足整個循環系統的二相流循環的需求。以上所述壓縮機在熱泵循環時壓縮氣態工作介質，在熱管循環時輸送以液態為主的二相流工作介質；所述壓縮機應選擇既能壓縮氣體又能輸送液體的滾動活塞壓縮機、往復活塞壓縮機和螺桿壓縮機；在傳輸熱量的功率相同時，壓縮機在熱泵循環時壓縮氣態工作介質所需的體積流量要遠大于在熱管循環時輸送以液態為主的二相流工作介質所需的體積流量，所述壓縮機應選擇變頻壓縮機，在熱泵循環時壓縮機選擇高轉速狀態，在熱管循環時壓縮機選擇低轉速狀態。以上所述在熱管循環模式和壓縮機循環模式互換時，導氣管和導液管的功能也需要互換，這樣就要求導液管最好應選擇與導氣管橫截面積相同的管道，所述節流閥一和節 流閥二可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥。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，根據需要可以實現自動化變換和啟停。本發明與現有技術相比，將動力熱管技術和壓縮制冷技術相互融合、優勢互補、充分利用自然換熱的節能技術，可實現冷卻可靠性、運行節能性和投資經濟性的兼顧和平衡，當室內所需設定溫度比室外溫度低時通過熱泵循環進行散熱降溫，當室內所需設定溫度比室外溫度高時通過熱管循環進行散熱降溫；對于溫帶地區，一年中有超出三分之二的時間是室外溫度比室內所需設定溫度(通常為25度左右)低，這樣在大部分時間下此系統只需要在熱管節能模式下工作，高耗能壓縮機無需啟動，只用啟動低耗能的熱管節能模塊和風機，節能效果較好，因此在全年控溫運行中，由于這兩種熱管換熱和壓縮制冷技術復合性設計的優勢，使得此復合系統的制冷能效比優于一般的空調，節能效果顯著，可以應用于基站、機房以及以及其他內部發熱量較高需全年供冷的類似建筑空間(諸如建筑內區、地下建筑、工藝廠房等)等領域的散熱控溫。


圖I為熱管熱泵復合系統的實施方式結構示意圖。圖2為熱管熱泵復合系統的熱泵制冷循環示意圖。圖3為熱管熱泵復合系統的熱泵制熱循環示意圖。圖4為熱管熱泵復合系統的熱管正向循環示意圖。圖5為熱管熱泵復合系統的熱管反向循環示意圖。圖6為該系統儲液穩流器的結構示意圖。圖7為該系統回流孔和回流縫的平面結構示意圖。圖中(1)冷凝器；(2)蒸發器；(3)節流閥一；(4)節流閥二；(5)壓縮機；(6)四通閥；(7)電磁閥一；(8)電磁閥二；(9)儲液穩流器；(10)氣液配流管一；(11)氣液配流管二；(12)進液孔一；(13)進液孔二；(14)進氣口一；(15)進氣口二；(16)儲液穩流器端口一；( 17 )儲液穩流器端口二；( 18 )儲液穩流器端口三；(19 )儲液穩流器端口四。
具體實施例方式圖I所示一種熱管熱泵復合系統，包括冷凝器(I)、蒸發器(2)、節流閥一(3)、節流閥二
(4)、壓縮機(5)、四通閥(6)、電磁閥一(7)、電磁閥二(8)、儲液穩流器(9)、氣液配流管一
(10)、氣液配流管二(11)、進液孔一(12)、進液孔二(13)、進氣口一(14)、進氣口二(15)、儲液穩流器端口一( 16)、儲液穩流器端口二( 17)、儲液穩流器端口三(18)、儲液穩流器端口四(19)以及電路控制元件；所述蒸發器(2)、四通閥(6)、壓縮機(5)、冷凝器(I)、電磁閥一
(7)、儲液穩流器(9)以及節流閥二(4)通過連接管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵制冷循環回路，通過電磁閥二(8)所在支路取代節流閥二(4)所在支路、節流閥一(3)所在支路取代電磁閥一(7)所在支路以及四通閥(6)的開啟更改管道內制冷工質的流動方向，蒸發器(2)和冷凝器(I)功能的調換，就組成了一個熱泵制熱循環回路；所述蒸發器
(2)、電磁閥二(8)、儲液穩流器(9)、電磁閥一(7)、冷凝器(I)、四通閥(6)、壓縮機(5)、以及通過連接管道按照上列順序連接起來，可以直接通過四通閥(6)的關閉和開啟更改管道內制冷工質的流動方向使蒸發器(2)和冷凝器(I)的功能調換，這樣就組成了一個熱管正 向和反向循環回路；上述四種循環可以根據環境和需求進行切換工作。當使用熱泵制冷循環方式工作模式時，如附圖2所示，圖中循環箭頭的方向為熱泵工質的流動方向；壓縮機(5)和電磁閥一(7)處于開啟狀態，電磁閥二(8)和四通閥(6)處于關閉狀態，壓縮機(5)經四通閥(6)從蒸發器(2)內部抽取低溫低壓氣態工質，使蒸發器
(2)內壓力降低，液態制冷工質在低壓下發生低溫相變而實現對蒸發器所在區域的冷卻降溫，經壓縮機(5)吸入壓縮成為高溫高壓的氣體徘出，氣體經四通閥(6)進入冷凝器(I)中，然后高溫高壓氣態制冷劑在冷凝器(I)中散熱，部分氣體液化，氣液兩相制冷劑在高壓氣態制冷劑的推動下由冷凝器(I)經電磁閥一(8)所在支路進入儲液穩流器(9)，氣液制冷中間介質根據各自物理性質在儲液罐內分離，高壓液態中間介質通過儲液穩流器端口二( 17)進入節流閥二(4)，此時高壓液體節流降壓進入到蒸發器(2)中進行下一次循環。當使用熱泵制熱循環方式工作模式時，如附圖3所示，圖中循環箭頭的方向為熱泵工質的流動方向；壓縮機(5)、電磁閥二(8)以及四通閥(6)處于開啟狀態，電磁閥一(7)處于關閉狀態，冷凝器(I)和蒸發器(2)的功能調換，也就是冷凝器(I)起到蒸發器的作用，蒸發器(2)起到冷凝器的作用，通過四通閥(6)的開啟，制冷工質的流動方向和熱泵制冷循環方式工作模式時的相反，這樣壓縮機(5)經四通閥(6)從冷凝器(I)內部抽取低溫低壓氣態工質，使冷凝器(I)內壓力降低，液態制冷工質在低壓下發生低溫相變而實現對冷凝器所在區域的冷卻降溫，經壓縮機(5)吸入壓縮成為高溫高壓的氣體徘出，氣體經四通閥(6)進入蒸發器(2)中，然后高溫高壓氣態制冷劑在蒸發器(2)中散熱，部分氣體液化，氣液兩相制冷劑在高壓氣態制冷劑的推動下由蒸發器(2)經電磁閥二(9)所在支路進入儲液穩流器
(9)，氣液制冷中間介質根據各自物理性質在儲液罐內分離，高壓液態中間介質通過儲液穩流器端口一( 16)進入節流閥一(3)，此時高壓液體節流降壓進入到冷凝器(I)中進行下一次循環。使用熱管換熱正向循環工作模式時，如附圖4所示，圖中循環箭頭的方向為熱管工質的流動方向；壓縮機(5)通過降頻開啟，充當循環泵功能，四通閥(6)、電磁閥一(7)以及電磁閥二(8)都處于開啟狀態，冷凝器(I)與低溫熱源接觸，氣態工作介質在冷凝器(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壓縮機(5)的帶動下，它們從冷凝器(I)經四通閥(6)進入壓縮機(5)，再經四通閥(6)進入到蒸發器(2)中，蒸發器(2)與高溫熱源接觸，液態工作介質在蒸發器(2)內受高溫熱源的加熱而蒸發為氣體，并吸收熱量，蒸發形成的氣體和部分沒有蒸發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，它們從蒸發器(2)流出經電磁閥二(8)進入儲液穩流器(9)中，氣液二相流中間工作介 質根據各自物理性質在儲液罐內分離，氣態中間介質通過進氣口(4)進入氣液配流管一(10)，液態中間介質通過回液孔一(12)進入氣液配流管一(10)，經電磁閥一(7)所在支路進入到冷凝器(I)中進行下一次循環，這樣就完成了一次節能熱管換熱正向的循環過程。使用熱管換熱反向循環工作模式時，如附圖4所示，圖中循環箭頭的方向為熱管工質的流動方向；壓縮機(5)通過降頻開啟，充當循環泵功能，電磁閥一(7)和電磁閥二(8)都處于開啟狀態，四通閥(6)處于關閉狀態，制冷工質的流動方向和在熱管換熱正向循環工作模式時的相反，來實現蒸發器(2)和冷凝器(I)功能的調換，其部件的開啟與運行與以上熱管換熱正向循環工作模式相同。這樣這種熱管熱泵復合系統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工作狀態)運行于熱泵制冷制熱工作模式或熱管換熱工作模式，在保證室內降溫要求的前提下達到節能運行；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，機組自動進入熱管換熱工作模式，通過熱管節能模塊把氣態制冷劑帶至冷凝器中冷凝放熱，最后成為冷凝液，冷凝液又在熱管節能模塊作用下流至蒸發器吸收熱量，整個系統通過熱管節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，包括冷凝器(I)、蒸發器(2)、壓縮機(5)、導氣管、導液管和電路控制元件，其特征在于，還包括節流閥一(3)、節流閥二(4)、四通閥(6)、儲液穩流器(9)、電磁閥一(7)、以及電磁閥二(8)六個部分；所述壓縮機(5)通過四通閥(6)連接于冷凝器(I)和蒸發器(2)之間；所述節流閥一(3)接入冷凝器(I)和儲液穩流器端口一(16)之間，節流閥二(4)接入蒸發器(2)和儲液穩流器端口二(17)之間；所述電磁閥一(7)接入冷凝器(I)和儲液穩流器端口三(18)之間，電磁閥二(8)接入蒸發器(2)和儲液穩流器端口四(19)之間；所述儲液穩流器(9)在熱泵循環時具有儲存工作介質、實現工作介質的氣液分離的功能，在熱管循環時同時具有儲存工作介質、實現工作介質的氣液分離以及合理分配循環回路中的液體工作介質和氣體工作介質的流量比例形成穩定的工作介質二相流的功能；這樣壓縮機(5)開啟，電磁閥一(7)處于導通狀態，電磁閥二(8)和四通閥(6)處于截止狀態，壓縮機(5)通過四通閥(6)從蒸發器(2)中抽取制冷氣態工質送入冷凝器(1)，從冷凝器(I)輸出的制冷工作介質經電磁閥一(7)所在支路進入儲液穩流器(9)，最后經節流閥二(4)送入蒸發器(2)，就組成了一個熱泵制冷循環回路，通過使四通閥(6)和電磁閥二(8)的導通，電磁閥一(7)的截止，蒸發器(2)和冷凝器(I)功能的調換，就組成了一個熱泵制熱循環回路；所述壓縮機(5)通過降頻開啟，充當循環泵功能，電磁閥一(7)、四通閥(6)以及電磁閥二(8)都處于導通狀態，這樣壓縮機(5)通過四通閥(6)從冷凝器(I)抽取液態制冷工質，再經四通閥(6)送入到蒸發器(2)中，蒸發器(2)與高溫熱源接觸，部分液體吸熱氣化，蒸發形成的氣體和部分沒有蒸發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，它們從蒸發器(2)流出經電磁閥二(8)進入儲液穩流器(9)中，然后經電磁閥一(7)所在支路進入到冷凝器(I)中進行下一次循環，就完成了一個熱管正向循環回路；通過四通閥(6)關閉更改管道內制冷工質的流動方向，來實現蒸發器(2)和冷凝器(I)功能的調換，這樣壓縮機(5)通過四通閥(6)從蒸發器(2)抽取液態制冷工質，再經四通閥(6)送入到冷凝器(I)中，在冷凝器(I)中蒸發流出經電磁閥一(7)進入儲液穩流器(9)中，然后經電磁閥二(8)所在支路進入到蒸發器中，就完成了一個熱管反向循環回路；上述四種循環可以根據環境和需求進行切換工作。
2.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵復合系統，其特征在于，所述儲液穩流器(9)為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，其有四個外接接口，分別是儲液穩流器端口一(16)、儲液穩流器端口二(17)、儲液穩流器端口三(18)以及儲液穩流器端口四(19);所述儲液穩流器端口一(16)和儲液穩流器端口二(17)處于儲液穩流器(9)內液態制冷工質的液面下部；所述儲液穩流器端口三(18)和儲液穩流器端口四(19)分別與氣液配流管一(10)和氣液配流管二(11)連接；所述氣液配流管一(10)主要有進氣口一( 14)和進液孔一(12)兩部分構成，氣液配流管二(11)主要有進氣口二(15)和進液孔二(13)兩部分構成，進氣口一( 14 )和進氣口二( 15 )處于儲液穩流器(9 )內液態制冷工質的液面上部，進液孔一(12)和進液孔二(13)處于儲液穩流器(9)內液態制冷工質的液面下部；這樣就構成了整個儲液穩流器(9);儲液穩流器(9)實現氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液穩流器(9)的制冷工質輸入端設置濾網或擋板，以實現絲網分離或折流分離。
3.根據權利要求2所述的一種熱管熱泵復合系統，其特征在于，所述進液孔一(12)和進液孔二(13)中孔的數量可以是一個或多個組成，可以是一條沿管道方向的回流縫，其代替多個沿管道輸送方向分布的進液孔一(12)和進液孔二(13)的作用；進液孔一(12)、進液孔二( 13)或者回流縫中流入的少量液態制冷劑的流量由其孔徑大小和個數或者縫隙寬度和長度來控制。
4.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵復合系統，其特征在于，所述壓縮機(5)在熱泵循環時壓縮氣態工作介質，在熱管循環時輸送以液態為主的二相流工作介質；所述壓縮機(5)應選擇既能壓縮氣體又能輸送液體的滾動活塞壓縮機、往復活塞壓縮機和螺桿壓縮機；在傳輸熱量的功率相同時，壓縮機(5)在熱泵循環時壓縮氣態工作介質所需的體積流量要遠大于在熱管循環時輸送以液態為主的二相流工作介質所需的體積流量，所述壓縮機(5)應選擇變頻壓縮機，在熱泵循環時壓縮機(5)選擇高轉速狀態，在熱管循環時壓縮機(5)選擇低轉速狀態。
全文摘要
本發明公開了一種熱管熱泵復合系統，即將傳統的熱泵壓縮制冷技術與自然換熱的熱管技術相結合，主要由冷凝器、蒸發器、壓縮機、節流閥、儲液穩流器、電磁閥、四通閥以及電路控制元件構成，整個系統包括熱泵循環系統和熱管循環系統兩大部分；所述四通閥的作用使制冷工質流動方向改變，達到冷凝器和蒸發器的作用互換；這樣整個系統就包括四個循環，即熱泵制冷循環、熱泵制熱循環以及熱管的正向和反向的兩個循環；所述電路控制元件控制著系統的運行狀態，當室內所需設定溫度低于室外溫度時，使用熱泵循環進行制冷，當室內所需設定溫度高于室外溫度時，控制器調節壓縮機頻率，使其轉速降低，作為一個循環泵使用，熱管裝置開始工作，利用熱管進行換熱，這種熱管熱泵復合系統不僅使熱泵熱管制冷裝置進行了融合，還解決了現有熱泵制冷裝置制冷時氣液分離和循環不穩定上的一些弊端，提高了制冷效率。
文檔編號F25B43/00GK102798184SQ201210285718
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者祝長宇, 丁式平 申請人:北京德能恒信科技有限公司