一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，包括热源侧水路循环回路、工质循环回路和冷源侧水路循环回路；增加了中间换热器、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀。本实用新型专利技术通过控制第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀的开闭状态，实现冷源侧热量由中间换热器返回至热源侧，降低热源侧的能量输入，甚至停止输入，使得热源侧需提供的热量完全由从冷源侧回热替代。同时，在不给冷源侧另加预热器的情况下，依然能够通过控制这四个阀门的开闭，达到预热的目的。本实用新型专利技术节省了实验成本，有利于科研人员对螺杆式高温热泵进行持续深入地实验研究。

An energy saving experimental system for screw type high temperature heat pump test

The utility model discloses an energy-saving system for experiment of screw type high temperature heat pump test, including the heat source side water circulating loop, refrigerant circulation loop and the cold source side water circulation loop; increasing the intermediate heat exchanger, the first valve and second valve, third valve and fourth valve. The utility model is controlled by the first control valve, second valve, third valve and fourth valve opening and closing state, realize the cold source side heat from the intermediate heat exchanger to return to the source side, reduce the heat source side energy input, even stop input, the heat source side is required to provide the heat from the cold source side completely regenerative replacement. At the same time, it can still achieve the goal of preheating by controlling the opening and closing of the four valves without adding the preheater to the cold source side. The utility model saves the experimental cost and is beneficial for the researchers to carry out the deep and deep experimental research on the screw type high temperature heat pump.

【技术实现步骤摘要】
一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统
本技术涉及余热回收利用
，特别涉及一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统。
技术介绍
我国余热资源丰富，包括太阳能、地热能等取之不尽、用之不竭的自然低温热和各类工业生产过程中产生的人为低温热。其中人为低温热一般是由于钢铁冶金、热电、煤炭、石油炼化、化工等行业中生产设备的热效率较低所致。大量余热被排放到环境中，既造成了能源利用的极大浪费，又导致了温室效应及热污染等环境问题。若采用余热回收技术加以利用，不仅能提高能源利用率，还减少了余热排放带来的污染。高温热泵技术是当今余热回收技术研究的重点领域之一，也是提高能源利用率，实现节能减排的重要途径。然而高温热泵技术的研究仍然存在很多问题需要解决，例如：如何进一步提高制热温度，以扩大适用范围；研制具有运行工况合适、效率高、稳定性好、安全环保等特性的高温工质；如何保证机组根据需要，调节运行工作状态和条件以适应蒸发温度和冷凝温度变化，且整体机组能长时间高温稳定运行等问题。因此，为了解决这些问题，科研人员需要做大量的实验进行优化改进。选择合适的压缩机是高温热泵研究的一个重点方向，其中，螺杆压缩机因其基本没有余隙容积，容积效率高，在压缩比较高的情况下，仍可保持比较高的容积效率，且构造简单易损件少，而备受关注。但由于螺杆式压缩机排气量大、功率大、制热量大，难以小型化，因此机组耗电量大，且热源需要提供大量热量，导致实验成本过高，给科研人员带来了很大的经济压力，不利于实验持续深入地进行。此外，当在冬季进行实验，刚开机启动时，由于冷凝温度过低，使得系统高低压差降低，克服节流装置阻力的能力减小，造成系统工质循环流量过小，制热量不足，导致冷源侧温度需要很长时间才能提升上来。而且，由于蒸发压力也过低，压缩机回气过热度过高，长时间这样运行，压缩机排气温度异常升高甚至热保护，使实验无法进行。因此在开机之前，需要对冷源侧进行预热。这些问题若不能得到解决，将严重影响高温热泵技术的进一步发展。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，克服现有技术中螺杆式高温热泵实验测试系统存在的能耗大、能效低及冬季冷源侧需另安装预热器的问题。本技术采用的技术方案是：一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，包括热源侧水路循环回路、工质循环回路和冷源侧水路循环回路；热源侧水路循环回路包括热源、热源循环水泵、第一调节阀、第二调节阀、中间换热器和蒸发器；工质循环回路包括蒸发器、压缩机、电子膨胀阀和冷凝器；冷源侧水路循环回路包括中间换热器、冷凝器、第三调节阀、第四调节阀、冷源和冷源循环水泵；所述热源侧水路循环回路连接形式为：热源出口与热源循环水泵进口连接，热源循环水泵出口和第二调节阀连接，第一调节阀所在的一路走中间换热器的管程，第二调节阀所在的一路旁通，两路汇合后与蒸发器壳程进口连接，蒸发器壳程出口与热源进口连接；所述冷源侧水路循环回路连接形式为：冷源循环水泵出口与冷凝器壳程进口连接，冷凝器壳程出口与第三调节阀和第四调节阀连接，第三调节阀所在的一路与中间换热器壳程进口连接，第四调节阀所在的另一路旁通，两路汇合后与冷源进口连接，冷源出口与冷源循环水泵进口连接。本技术的有益效果是：本技术通过控制第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀的开闭状态，实现冷源侧热量由中间换热器返回至热源侧，降低热源侧的能量输入，甚至停止输入，使得热源侧需提供的热量完全由从冷源侧回热替代。同时，在不给冷源侧另加预热器的情况下，依然能够通过控制这四个阀门的开闭，达到预热的目的。本技术节省了实验成本，有利于科研人员对螺杆式高温热泵进行持续深入地实验研究。附图说明图1为传统螺杆式高温热泵实验测试系统流程图；图2为本技术用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统流程图；图3为本技术回热阶段系统能量平衡图；其中：1-热源，2-热源循环水泵，3-第一调节阀，4-第二调节阀，5-中间换热器，6-蒸发器，7-压缩机，8-电子膨胀阀，9-冷凝器，10-第三调节阀，11-第四调节阀，12-冷源，13-冷源循环水泵,Qo-蒸发器吸热量，Qk-冷凝器放热量，Pe-压缩机功率，且Qk＝Qo+Pe。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细说明。如图2所示，本技术用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，包括热源1、热源循环水泵2、第一调节阀3、第二调节阀4、中间换热器5和蒸发器6组成的热源侧水路循环回路；蒸发器6、压缩机7、电子膨胀阀8和冷凝器9组成的工质循环回路；中间换热器5、冷凝器9、第三调节阀10、第四调节阀11、冷源12和冷源循环水泵13组成的冷源侧水路循环回路。热源侧连接形式：热源1出口与热源循环水泵2进口连接，热源循环水泵2出口和第二调节阀4连接，第一调节阀3所在的一路走中间换热器5的管程，第二调节阀4所在的一路旁通，两路汇合后与蒸发器6壳程进口连接，蒸发器6壳程出口与热源1进口连接。冷源侧连接形式：冷源循环水泵13出口与冷凝器9壳程进口连接，冷凝器9壳程出口与第三调节阀10和第四调节阀11连接，第三调节阀10所在的一路与中间换热器壳程进口连接，第四调节阀11所在的另一路旁通。两路汇合后与冷源12进口连接，冷源12出口与冷源循环水泵13进口连接。本技术提供的一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统与传统螺杆式高温热泵实验测试系统相比，增加了中间换热器5、第一调节阀3、第二调节阀4、第三调节阀10和第四调节阀11。通过控制这四个调节阀的开闭，可以实现冷源侧预热以及冷源侧热量回收再利用的功能。整个过程分为三个阶段：预热阶段、制热阶段、回热阶段。下面结合附图对这三个阶段进行阐述，当在冬季进行实验时，若直接开启压缩机7，会由于冷凝温度过低，导致系统高低压差降低，克服节流装置阻力的能力减小，造成系统工质循环流量过小，制热量不足，使得冷源侧温度需要很长时间才能提升上来。而且由于蒸发压力也过低，压缩机7回气过热度过高，长时间这样运行，压缩机7排气温度异常升高甚至热保护，使实验无法进行。因此在开启压缩机7之前，需要对冷源侧进行预热。开启热源1，热源循环水泵2，冷源循环水泵14；关闭第一调节阀3和第四调节阀11，开启第二调节阀4和第三调节阀10。在热源1处被加热的水由热源循环水泵2经由第二调节阀4进入中间换热器5的管程，再进蒸发器6后返回热源1。与此同时，低温侧水由冷源循环水泵13加压经冷凝器9之后通过第三调节阀10进入中间换热器5，之后进入冷源12(此时为关机状态)，最后再进入冷源循环水泵2入口，如此循环。通过中间换热器5将热源侧热量转移至冷源侧，当蒸发器6进口水温达到设计温度时，冷源侧水的温度相应得到提高，则预热过程完毕。预热过程完成之后，为了提高冷源侧温升速度，则要避免冷源侧热量回传至热源侧，因此需要开启第一调节阀3、第四调节阀11，关闭第二调节阀4、第三调节阀10，使中间换热器5不参与换热，且冷源12仍处于关机状态。此时，热源处被加热的水直接被冷源循环水泵13压入蒸发器6，在蒸发器6中将热量传递给工质，吸热后的工质经压缩机7压缩送入冷凝器9中，将热量传递给冷源侧水，直至冷源侧水温达到设计制热温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，其特征在于，包括热源侧水路循环回路、工质循环回路和冷源侧水路循环回路；热源侧水路循环回路包括热源、热源循环水泵、第一调节阀、第二调节阀、中间换热器和蒸发器；工质循环回路包括蒸发器、压缩机、电子膨胀阀和冷凝器；冷源侧水路循环回路包括中间换热器、冷凝器、第三调节阀、第四调节阀、冷源和冷源循环水泵；所述热源侧水路循环回路连接形式为：热源出口与热源循环水泵进口连接，热源循环水泵出口和第二调节阀连接，第一调节阀所在的一路走中间换热器的管程，第二调节阀所在的一路旁通，两路汇合后与蒸发器壳程进口连接，蒸发器壳程出口与热源进口连接；所述冷源侧水路循环回路连接形式为：冷源循环水泵出口与冷凝器壳程进口连接，冷凝器壳程出口与第三调节阀和第四调节阀连接，第三调节阀所在的一路与中间换热器壳程进口连接，第四调节阀所在的另一路旁通，两路汇合后与冷源进口连接，冷源出口与冷源循环水泵进口连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于螺杆式高温热泵测试的节能型实验系统，其特征在于，包括热源侧水路循环回路、工质循环回路和冷源侧水路循环回路；热源侧水路循环回路包括热源、热源循环水泵、第一调节阀、第二调节阀、中间换热器和蒸发器；工质循环回路包括蒸发器、压缩机、电子膨胀阀和冷凝器；冷源侧水路循环回路包括中间换热器、冷凝器、第三调节阀、第四调节阀、冷源和冷源循环水泵；所述热源侧水路循环回路连接形式为：热源出口与热源循环水泵进口连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何章红，盛颖，张于峰，李晓琼，马学莲，李巍，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12