本实用新型专利技术提出了超低温空气制取高温热水自动变负荷空气源热泵，属于电动热泵应用范畴。配备有变工质充注量和变工质配比的两级汽液分离器和储液罐，其可以工作在超低温空气（‑40℃以下）制取高温热水（80℃以上）满足供热及工艺生产用热水的需求，该热泵采用高压级氟利昂循环、低压级氟利昂循环和工质分离及充注循环，该热泵采用混合工质，可以根据不同的室外温度改变循环工质的流量以及改变混合工质的配比，该热泵解决了严寒地区的空气源热泵应用性能过低的难题，并且具有较好的运行能耗。
【技术实现步骤摘要】
一种超低温空气制取高温热水自动变负荷空气源热泵
本技术属于能源利用
，特别是涉及超低温空气(-40℃以下)制取高温热水(80℃以上)的自动变负荷的空气源热泵。
技术介绍
空气源热泵技术作为一种节能技术已经越来越得到推广应用，空气源热泵可以从室外低温空气中提取热量给房间供热，由于其COP(性能系数)大于1，所以1份电力可以产生高于1份的热量，所以相比电锅炉等方式具有显著的性能优势，但由空气源热泵循环限制，当室外空气温度降低时，在保持相同热水出口温度情况下热泵的COP会显著降低，尤其是极寒天气(-30℃)以下常规空气源热泵的COP接近于1，所以热泵的制热量显著减少，而极寒天气下房间所应需的供热量更多，而此时热泵的供热量减少导致其不能满足房间的供热需求。由于在整个采暖季过程中，室外的空气温度变化较为显著，导致房间供热所需负荷以及热泵的供热量产生显著变化，而随着室外温度下降，房间需要的供热量增加，而热泵的实际供热量却不断下降，由于现有空气源热泵的内部氟利昂工质充注量为定值，因此随着热泵COP的下降其供热量也相应下降，因此本申请提出一种针对严寒地区适用的空气源热泵技术，采用两级压缩和变工质循环量变工质配比的空气源热泵。
技术实现思路
该技术提出了一种两级空气源热泵，配备有变工质充注量和变工质配比的两级汽液分离器和储液罐，其可以工作在超低温空气(-40℃以下)制取高温热水(80℃以上)满足供热及工艺生产用热水的需求，该热泵采用高压级氟利昂循环、低压级氟利昂循环和工质分离及充注循环，设置双相变换热器，低压级蒸发器从空气中提取热量，通过双相变换热器将低压级循环提取的空气热量释放给高压级循环，最终通过高压级循环的冷凝器加热热水。该空气源热泵采用混合工质，能够在换热温差较大的工况下获得更好的COP，为了匹配不同使用时间的变化较大的室外空气温度，通过改变混合工质的循环量和配比的方法，一方面改变热泵的换热量，满足在不同室外温度下的不同的热负荷需求；另一方面改变循环工质的配比，获得在不同室外温度下更好的COP，以获得在该负荷下更低的耗电量。该热泵所采用的混合工质由两种、三种或者四种纯质氟利昂配制而成，其中纯质氟利昂的沸点不同。在室外空气温度较高时，用户所需的热负荷较低时，开启高压和低压分离阀门，高压和低压循环的氟利昂循环工质的一部分进入汽液分离器，在汽液分离器中气相从顶部离开返回继续循环，液相从底部离开而进入储液装置，由于混合工质中的纯质工质沸点不同，在气相中沸点低的成分较高，在液相中沸点高的成分较高，所以该汽液分离器不仅实现了降低混合工质中高沸点浓度的比例，也实现了将部分循环工质分离出循环的效果，从而改变了工质配比和循环量，减小了热泵的负荷。在室外空气温度较低时，用户所需热负荷较高，该热泵需要更多的工质循环量，此时，关闭高压和低压分离阀门，为了能够使得储液装置中的储存的氟利昂返回系统继续循环，采用部分制取的热水旁通给储液装置加热的方式，加热储液装置的液态氟利昂使之变成蒸汽，再由高压和低压充注阀门控制往高压级循环和低压级循环的充注量，由于循环的工质量增加，热泵所制取的热量有所上升，同时充注后也改变了循环工质的组分配比，更加适配该工况，虽然室外温度产生了较大的变化，也能获得较为优越的COP。该空气源热泵的制热过程由高压级循环和低压级循环构成，高压级循环包括高压压缩机1、冷凝器2、高压节流阀9和双相变换热器4以及连接管路构成，低压级循环包括低压压缩机3、蒸发器5、低压节流阀6和双相变换热器4以及连接管路构成，完成高压级循环和低压级循环衔接的为双相变换热器4，低压级循环的氟利昂介质在其中释放热量，高压级循环的氟利昂介质在其中吸收热量。超低温空气通过空气入口17进入蒸发器5后被提取热量后由空气出口18离开，热水由热水入口19进入冷凝器2被加热后从热水出口20离开。高压级循环中混合工质在双相变换热器4中被加热为蒸汽状态，该氟利昂蒸汽进入高压压缩机1被压缩，升温升压后的氟利昂蒸汽进入冷凝器2加热热水后变成液态的氟利昂，液态的氟利昂再经过高压节流阀9后变成汽液混合物进入双相变换热器4，吸收热量后变成汽态氟利昂，如此往复循环。低压级循环中混合工质在蒸发器5被室外空气加热变成氟利昂蒸汽，该氟利昂蒸汽进入低压压缩机3后被压缩，升温升压后进入双相变换热器4后释放热量变成液态氟利昂，然后再进入低压节流阀6后变成汽液混合物，再进入蒸发器5被室外空气加热后变成氟利昂蒸汽，如此往复循环。该空气源热泵还包含高压分离器10、低压分离器7、储液装置8、高压分离阀门13、低压分离阀门16、高压充注阀门14和低压充注阀门15和连接管路构成。循环工质分离的原理为：在高压级循环中，混合工质离开冷凝器2为液态，部分循环工质经过高压分离阀门13，其余循环工质经过高压节流阀9继续循环，液态的循环工质经过高压分离阀门13后减温减压进入汽液两相区，变成汽液混合物后进入高压分离器10，高压分离器10内安装有螺旋装填充物，汽液混合物在螺旋状填充物中流动的过程中汽液混合物逐渐分离，由于循环工质由沸点不同的氟利昂配制而成，分离的气相中沸点低的氟利昂成分较高，而分离后的液相中沸点高的氟利昂成分较高，分离后的气相返回继续循环，而分离后的液相进入储液装置进行储存，完成该分离过程后不仅实现了循环工质量的减少，同时改变了循环工质的成分配比，该过程适用于室外温度较高，用户热负荷较小的工况。循环工质充注的原理为：部分所制取的热水经过储液加热阀门12用于加热储存在储液装置8中的液态氟利昂，液态氟利昂被加热变成蒸汽，然后再经过高压充注阀门14和低压充注阀门15进入到热泵循环压缩机入口处，充注的量可以通过调节阀门开度控制，完成该充注过程后，不仅实现了循环工质量的增加，同时改变了循环工质的成分配比，该过程适用于室外温度较低时，用户热负荷较大的工况。附图说明图1是一种超低温空气制取高温热水自动变负荷空气源热泵流程示意图。图2是分离器结构示意图，分离器内装有螺旋状填充物安装于垂直立柱表面，汽液混合物在螺旋状填充物表面流动的过程中实现汽相和液相的分离。附图标记：1-高压压缩机，2-冷凝器，3-低压压缩机，4-双相变换热器，5-蒸发器，6-低压节流阀，7-低压分离器，8-储液装置，9-高压节流阀，10-高压分离器，11-热水阀门，12-储液加热阀门，13-高压分离阀门，14-高压充注阀门，15-低压充注阀门，16-低压分离阀门，17-空气入口，18-空气出口，19-热水入口，20-热水出口具体实施方式为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超低温空气制取高温热水自动变负荷空气源热泵，其特征在于：该系统由高压级循环、低压级循环和循环工质分离及充注循环构成，循环工质为混合工质，高压级循环包括高压压缩机(1)、冷凝器(2)、高压节流阀(9)和双相变换热器(4)以及连接管路构成，低压级循环包括低压压缩机(3)、蒸发器(5)、低压节流阀(6)和双相变换热器(4)以及连接管路构成，完成高压级循环和低压级循环衔接的为双相变换热器(4)，循环工质分离及充注循环包括高压分离器(10)、低压分离器(7)、储液装置(8)、高压分离阀门(13)、低压分离阀门(16)、高压充注阀门(14)、低压充注阀门(15)、储液装置(8)加热回路以及连接管路构成，热泵运行过程中需要混合工质分离时在高压级循环中液态的混合工质在进入高压节流阀(9)前部分工质经过高压分离阀门(13)后进入高压分离器(10)，气相混合物从高压分离器(10)顶部离开，与经过高压节流阀(9)的循环工质进行混合后继续循环，高压分离器(10)的液相混合工质从底部离开进入储液装置(8)，同时在低压级循环中，液态的混合工质在进入低压节流阀(6)前部分工质经过低压分离阀门(16)后进入低压分离器(7)，经过低压分离阀门(16)的混合工质进入汽液两相区，气相混合物从低压分离器(7)顶部离开，与经过低压节流阀(6)的循环工质进行混合后继续循环，低压分离器(7)的液相混合工质从底部离开进入储液装置(8)；运行过程中热泵运行过程中需要充注混合工质充注时关闭高压分离阀门(13)和低压分离阀门(16)，开启储液加热阀门(12)，高压级循环和低压级循环的混合工质分别被部分制取的热水加热经高压充注阀门(14)和低压充注阀门(15)进入热泵循环。/n...
【技术特征摘要】
1.一种超低温空气制取高温热水自动变负荷空气源热泵，其特征在于：该系统由高压级循环、低压级循环和循环工质分离及充注循环构成，循环工质为混合工质，高压级循环包括高压压缩机(1)、冷凝器(2)、高压节流阀(9)和双相变换热器(4)以及连接管路构成，低压级循环包括低压压缩机(3)、蒸发器(5)、低压节流阀(6)和双相变换热器(4)以及连接管路构成，完成高压级循环和低压级循环衔接的为双相变换热器(4)，循环工质分离及充注循环包括高压分离器(10)、低压分离器(7)、储液装置(8)、高压分离阀门(13)、低压分离阀门(16)、高压充注阀门(14)、低压充注阀门(15)、储液装置(8)加热回路以及连接管路构成，热泵运行过程中需要混合工质分离时在高压级循环中液态的混合工质在进入高压节流阀(9)前部分工质经过高压分离阀门(13)后进入高压分离器(10)，气相混合物从高压分离器(10)顶部离开，与经过高压节流阀(9)的循环工质进行混合后继续循环，高压分离器(10)的液相混合工质从底部离开进入储液装置(8)，同时在低压级循环中，液态的混合工质在进入低压节流阀(6)前部分工质经过低压分离阀门(16)后进入低压分离器(7)，经过低压分离阀门(16)的混合工质进入汽液两相区，气相混合物从低压分离器(7)顶部离开，与经过低压节流阀(6)的循环工质进行混合后继续循环，低压分离器(7)的液相混合工质从底部离开进入储液装置(8)；运行过程中热泵运行过程中需要充注混合工质充注时关闭高压分离阀门(13)和低压分离阀门(16)，开启储液加热阀门(12)，高压级循环和低压级循环的...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，刘靖宇，戈志华，杜小泽，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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