一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统，包括跨临界压缩子系统以及将跨临界压缩子系统作为热源的热泵子系统，所述热泵子系统包括与跨临界压缩子系统能量耦合的第一类吸收式热泵子系统和第二类吸收式热泵子系统；本发明专利技术还公开了一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产方法；本发明专利技术通过跨临界循环和两级吸收式循环合理的能量耦合，改变传统压缩循环的热能输出，充分利用跨临界循环的冷凝热和极低品位热源，两级吸收式热泵输出可用的常规热源，提高热泵系统的整体性能，经过分析，相比于传统跨临界热泵循环，本发明专利技术的热泵系统可提高制热性能系数40％以上，经济性良好且整体结构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统
本专利技术涉及热泵
，特别涉及一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统。
技术介绍
跨临界循环因其使用工质环保(多用自然工质CO2)应用于热泵空调领域得到越来越广泛的关注；而它的排气温度高，在出口压力为10MPa时即可达110℃，温度滑移大，具有大量的冷凝余热可供回收利用，早在1999年，M.Saikawa和K.Hashimoto研发的CO2热泵热水器就可提供90℃的热水；同时，跨临界热泵循环具有很高的性能系数，CO2热泵热水器的COP可达4.5以上。例如公告号CN102003833B的专利文献公开了一种利用冷凝余热的跨临界二氧化碳热泵型空调热水器。它包括压缩机、冷媒水套管式换热器、储液器、节流阀、室内翅片管换热器、套管式回热器、气液分离器和保温水箱；所述冷媒水套管式换热器的内外管之间的空腔的工质入口接压缩机的高压口，工质出口排出的二氧化碳依次经回热器内外管之间的空腔、储液器、节流阀、室内翅片管换热器、回热器内管、气液分离器进入压缩机低压口，冷媒水套管式换热器的内管的两端均通过水管与保温水箱连接，在水管上设置有管道泵。本专利技术采用冷媒水套管式换热器回收热泵空调系统的冷凝废热，并利用回收的热量制备生活热水，不仅提高了能源利用率，而且减轻了空调对环境的热污染。为了进一不提高跨临界循环废热的利用率，采用压缩式循环和吸收式循环复合能够有效提高系统整体COP，吸收式热泵循环分为两类，第一类吸收式热泵利用少量高温热源产生大量的中温有用热能，性能系数一般为1.5～2.5，然而可利用的高温热源品位较高，单级循环发生热高达80℃以上；第二类吸收式热泵利用大量中温热源产生少量的高温有用热能，性能系数一般为0.4～0.5，然而可利用的热源品位较低，单级循环发生热可至50℃以下，使得一些无用的低品位热源得到有效利用。例如申请号为201210147756.X的中国专利文献公开了利用低品位热的跨临界/吸收复合制冷装置，这是一个闭式的跨临界压缩吸收复合系统，系统高压级充分地利用跨临界循环的高温冷凝热，低压级则有效利用无用的低品位热能，能大幅提高跨临界制冷效率，然而仅限于制冷功能。又例如申请号为200910098013.6的中国专利文献公开了低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统，则利用了压缩循环排气中的高品位热量，具有低品位能热泵、制冷系统，在品位能供给充分时，系统COP大幅提高，然而利用热能品位较高，存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统，通过跨临界循环和两级吸收式循环合理的能量耦合，充分利用了跨临界循环的冷凝热，提高热泵系统整体性能。一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统，包括跨临界压缩子系统以及将跨临界压缩子系统作为热源的热泵子系统，所述跨临界压缩子系统包括：通过工质循环连接的压缩单元、气冷单元、节流单元以及蒸发单元，所述气冷单元沿工质的流动方向分为逐级放热冷凝的第一加热管、第二加热管以及气冷器，所述热泵子系统包括第一类吸收式热泵子系统和第二类吸收式热泵子系统；所述第一类吸收式热泵子系统包括：第一发生器，装有第一工作流体，所述第一加热管安装在第一发生器内用于加热第一工作流体；冷凝器，进口与第一发生器的蒸汽出口连接，设有与来自第一发生器的蒸汽换热的第一热量输出部件；第一节流装置，进口与冷凝器的出口连接；第一冷凝蒸发器，包括换热的第一通道和第二通道，所述第一通道的进口与第一节流装置的出口连接，所述第一通道的出口与第一吸收器的蒸汽入口连接，所述第二通道通入来自第二类吸收式热泵子系统的蒸汽；第一吸收器，装有第一工作流体；第一溶液泵，进口与第一吸收器的溶液出口连接；第一溶液换热器，包括换热的第三通道和第四通道，所述第三通道的入口与第一溶液泵的出口连接，所述第三通道的出口与第一发生器的溶液入口连接，所述第四通道的入口与第一发生器的溶液出口连接，所述第四通道的出口与第一吸收器的溶液入口连接；第二节流装置，进口与所述第四通道的出口连接，出口与第一吸收器的溶液入口连接；所述第二类吸收式热泵子系统包括：第二发生器，装有第二工作流体，内设有用于加热第二工作流体的第三加热管，蒸汽出口与第一冷凝蒸发器的第二通道的进口连接；第二溶液泵，进口与第一冷凝蒸发器的第二通道的出口连接；第二冷凝蒸发器，包括与所述第二加热管换热的第五通道，所述第五通道的进口与第二溶液泵的出口连接；第二吸收器，内设有与第二工作流体换热的第二热量输出部件，蒸汽入口与第五通道的出口连接；第二溶液换热器，包括换热的第六通道和第七通道，所述第六通道的入口与第二吸收器的溶液出口连接；第三节流装置，进口与所述第六通道的出口连接，出口与第二发生器的溶液入口连接；第三溶液泵，进口与第二发生器的溶液出口连接，出口与第二溶液换热器的第七通道的入口连接，第七通道的出口与第二吸收器的溶液入口连接。为了提高效率，所述跨临界压缩子系统还包括回热单元，将来自气冷器的制冷剂与经压缩单元压缩的制冷剂进行换热；各节流装置都可以采用节流阀；所述第一加热管和第二加热管一般采用盘管结构。本专利技术利用跨临界压缩子系统的压缩单元做功之后形成的过热制冷剂蒸汽，过热制冷剂蒸汽先通过第一加热管在第一类吸收式热泵子系统的第一发生器内中放热冷凝降温，接着通过第二加热管在第二类吸收式热泵子系统的第二冷凝蒸发器中进一步放热降温，最后再经过气冷器进一步降温，所述第一加热管既加热第一类吸收式热泵子系统的第一发生器中溶液产生制冷剂蒸汽，又冷却压缩单元的高温排气；所述第二冷凝蒸发器中的第二加热管既作为第二类吸收式热泵子系统的蒸发器，又进一步冷却压缩单元的高温排气，所述第一加热管、第二加热管和气冷器共同作为跨临界压缩子系统的气冷单元。上述的跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统的工作过程如下：(1)所述跨临界压缩子系统循环工作，所述第一加热管、第二加热管和气冷器制热；(2)所述第一类吸收式热泵子系统内，第一加热管加热第一发生器内的第一工作流体，产生高温高压的制冷剂水蒸汽，高温高压的制冷剂水蒸汽进入冷凝器经过热交换降温成高压液态水，所述冷凝器作为热源输出；所述高压液态水经第一节流装置降压成为低温低压液态水，通入第一冷凝蒸发器，与来自第二类吸收式热泵子系统的蒸汽换热蒸发成为低温低压制冷剂水蒸汽，最后被第一吸收器吸收；同时第一发生器中高温高压的第一工作流体经第一溶液换热器的第四通道与第三通道中来自第一吸收器低温低压的第一工作流体换热后经第二节流装置冷却降压进入第一吸收器，第三通道中的第一工作流体换热后通过第一溶液泵回到第一发生器；(3)所述第二类吸收式热泵子系统内，所述第三加热管加热第二发生器内的第二工作流体，产生低温低压的制冷剂水蒸汽，低温低压的制冷剂水蒸汽进入第一冷凝蒸发器被来自第一类吸收式热泵子系统的低温制冷剂水冷却降温，后经第二溶液泵增压成为低温高压液态水；低温高压液态水在第二冷凝蒸发器中受到第二加热管的加热后成为制冷剂水蒸气进入第二吸收器被吸收；同时第二发生器中低温低压的第二工作流体通过第三溶液泵增压经过第二溶液换热器的第七通道与第六通道中来自第二吸收器的高温高压的第二工作流体换热后进入第二吸收器，第六通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统，包括跨临界压缩子系统以及将跨临界压缩子系统作为热源的热泵子系统，所述跨临界压缩子系统包括：通过工质循环连接的压缩单元、气冷单元、节流单元以及蒸发单元，其特征在于，所述气冷单元沿工质的流动方向分为逐级放热冷凝的第一加热管、第二加热管以及气冷器，所述热泵子系统包括第一类吸收式热泵子系统和第二类吸收式热泵子系统；所述第一类吸收式热泵子系统包括：第一发生器，装有第一工作流体，所述第一加热管安装在第一发生器内用于加热第一工作流体；冷凝器，进口与第一发生器的蒸汽出口连接，设有与来自第一发生器的蒸汽换热的第一热量输出部件；第一节流装置，进口与冷凝器的出口连接；第一冷凝蒸发器，包括换热的第一通道和第二通道，所述第一通道的进口与第一节流装置的出口连接，所述第一通道的出口与第一吸收器的蒸汽入口连接，所述第二通道通入来自第二类吸收式热泵子系统的蒸汽；第一吸收器，装有第一工作流体；第一溶液泵，进口与第一吸收器的溶液出口连接；第一溶液换热器，包括换热的第三通道和第四通道，所述第三通道的入口与第一溶液泵的出口连接，所述第三通道的出口与第一发生器的溶液入口连接，所述第四通道的入口与第一发生器的溶液出口连接，所述第四通道的出口与第一吸收器的溶液入口连接；第二节流装置，进口与所述第四通道的出口连接，出口与第一吸收器溶液的入口连接；所述第二类吸收式热泵子系统包括：第二发生器，装有第二工作流体，内设有用于加热第二工作流体的第三加热管，蒸汽出口与第一冷凝蒸发器的第二通道的进口连接；第二溶液泵，进口与第一冷凝蒸发器的第二通道的出口连接；第二冷凝蒸发器，包括与所述第二加热管换热的第五通道，所述第五通道的进口与第二溶液泵的出口连接；第二吸收器，内设有与第二工作流体换热的第二热量输出部件，蒸汽入口与第五通道的出口连接；第二溶液换热器，包括换热的第六通道和第七通道，所述第六通道的入口与第二吸收器的溶液出口连接；第三节流装置，进口与所述第六通道的出口连接，出口与第二发生器的溶液入口连接；第三溶液泵，进口与第二发生器的溶液出口连接，出口与第二溶液换热器的第七通道的入口连接，第七通道的出口与第二吸收器的溶液入口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统，包括跨临界压缩子系统以及将跨临界压缩子系统作为热源的热泵子系统，所述跨临界压缩子系统包括：通过工质循环连接的压缩单元、气冷单元、节流单元以及蒸发单元，其特征在于，所述气冷单元沿工质的流动方向分为逐级放热冷凝的第一加热管、第二加热管以及气冷器，所述热泵子系统包括第一类吸收式热泵子系统和第二类吸收式热泵子系统；所述第一类吸收式热泵子系统包括：第一发生器，装有第一工作流体，所述第一加热管安装在第一发生器内用于加热第一工作流体；冷凝器，进口与第一发生器的蒸汽出口连接，设有与来自第一发生器的蒸汽换热的第一热量输出部件；第一节流装置，进口与冷凝器的出口连接；第一冷凝蒸发器，包括换热的第一通道和第二通道，所述第一通道的进口与第一节流装置的出口连接，所述第一通道的出口与第一吸收器的蒸汽入口连接，所述第二通道通入来自第二类吸收式热泵子系统的蒸汽；第一吸收器，装有第一工作流体；第一溶液泵，进口与第一吸收器的溶液出口连接；第一溶液换热器，包括换热的第三通道和第四通道，所述第三通道的入口与第一溶液泵的出口连接，所述第三通道的出口与第一发生器的溶液入口连接，所述第四通道的入口与第一发生器的溶液出口连接，所述第四通道的出口与第一吸收器的溶液入口连接；第二节流装置，进口与所述第四通道的出口连接，出口与第一吸收器的溶液入口连接；所述第二类吸收式热泵子系统包括：第二发生器，装有第二工作流体，内设有用于加热第二工作流体的第三加热管，蒸汽出口与第一冷凝蒸发器的第二通道的进口连接；第二溶液泵，进口与第一冷凝蒸发器的第二通道的出口连接；第二冷凝蒸发器，包括与所述第二加热管换热的第五通道，所述第五通道的进...

【专利技术属性】
技术研发人员：何一坚，王祎，李荣，蒋云云，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33