一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统技术方案

本发明专利技术涉及一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，包括至少一套变频热泵机组和多套定频热泵机组，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器的受热介质通道串联。所述变频热泵机组通过变频电源模块控制调节压缩机电机转速。本发明专利技术可以一套变频热泵机组为核心，组合多套定频热泵机组，构建梯级热泵系统，实现冷凝器组对受热介质通道能量输出的宽幅连续调节。

【技术实现步骤摘要】
一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统
本专利技术涉及热泵系统
，特别涉及一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统。
技术介绍
在热泵机组应用于谷物烘干等场景下，烘干气流通常自20℃左右的环境温度提升到烘干工艺所需的70℃左右，升温幅度大；如果采用大功率单系统热泵机组的冷凝器执行一次性升温，则热泵机组的循环温升(冷凝温度-蒸发温度)很高，制热能效比COP(COP＝冷凝器制热功率/系统电功率)这一热泵机组核心技术指标将因为与循环温升成反向关系而变得很低，甚至低于1.5，热泵机组的经济性将因此变得很差，失去商业价值和市场意义。热泵企业为了提高谷物烘干等场景下热泵机组的制热能效比，通常采用多套小功率单机热泵子系统冷凝器梯次配置、对干燥气流实施梯次小功率加热的方法来提高综合制热能效比COP。例如，将热泵蒸发器设置在20℃环境空气吸热，通过冷凝器加热干燥气流，使其一次性完成自20℃→70℃的50℃大功率大跨度总温升，则COP很低。具有探索创新精神的一些热泵企业为了提高COP，将一次性自20℃→70℃的50℃大功率大跨度总温升，分解成多套小功率单机热泵子系统蒸发器自环境空气吸热再通过多只冷凝器加热干燥气流的多个小阶段小功率梯次温升，譬如分解成干燥气流自环温20℃→36.7℃、36.7℃→53.4℃、53.4℃→70℃的三步升温，用干燥气流在这个3段温升组合中的早期及中期小功率梯次温升阶段20℃→36.7℃(COP≥6)、36.7℃→53.4℃(COP≥4)的“超高COP”、“高COP”，来抵消、中和干燥气流自20℃→70℃一次性大功率50℃总温升的低于1.5的“超低COP”，从而获得由多套小功率单机热泵子系统联合组成的热泵机组全系统全程较高(≥2.5)的综合制热能效比。更进一步地，这些具有探索创新精神的热泵企业，采用多个单级热泵模块组成梯级热泵系统，其中部分或全部单级热泵模块采用两套以上热泵子系统组成；构建各个单级热泵模块的两套以上热泵子系统的翅片管换热器(蒸发器和/或冷凝器)，采用制冷剂管路错排嵌套技术，制冷剂管路互相间隔布列，通过换热器制冷剂管路上的翅片热桥作用实现单级热泵模块两套以上热泵子系统换热器吸放热一体化；作为用于出风热量回收的烘干装置热源，可以采用多套小功率单级热泵模块组合代替大功率单级热泵机组，将多套制冷剂管路错排嵌套的单级热泵模块换热器在风道中梯次配置，对烘干装置出风热量实施多级蒸发器梯级回收，对干燥新风气流实施多级冷凝器梯级加热，降低各个单级热泵模块的各个热泵子系统的冷凝温度蒸发温度之差，提高各个单级热泵模块的各个热泵子系统的COP，从而大幅度提高全系统全程的综合制热能效比COP。更具体的，多个单级热泵模块组成组成梯级热泵系统，其蒸发器冷凝器可以采用4级配置，即采用与电机功率为P的压缩机配套的蒸发器、冷凝器，合计8套，两两配对成组，制冷剂管路错排嵌套，组成4个单级热泵模块；通过对4组8套电机功率为P压缩机驱动的热泵子系统的开停组合，可以组合出以电功率P压缩机驱动的热泵子系统为基本能量单位的1P、2P、3P、4P、5P、6P、7P、8P合计4级8档与压缩机电机总功率相对应的冷凝器热功率输出，具有很宽的能量谱系；而且，由于采用两套以上热泵子系统通过蒸发器冷凝器制冷剂管路错排嵌套以组成单级热泵模块，在上述对应于4P以上的5档与压缩机电机功率对应的冷凝器热功率输出场景中，梯级热泵系统的COP很高。但是，这种由多套单级热泵模块组成的梯级热泵系统，难以精准控制热功率输出，变负荷适应性差:①热负荷降低导致COP降低当烘干装置因为投料量减少、环境温度升高等等导致热负荷需求降低时，上述梯级热泵系统只能通过停止运行其中的部分小功率单机热泵子系统或者单级热泵模块来调低热功率输出，从而使四级梯级热泵降为三级梯级热泵系统、二级梯级热泵系统甚至单级热泵系统，相应的综合COP也随之降低。②输出热负荷只能是单机热泵子系统冷凝器输出热功率的整数倍，不能连续调整上述由四组单级热泵模块组成的梯级热泵系统，通过对4组单级热泵模块中8套电机功率为P压缩机所驱动的热泵子系统的开停组合，以电功率P压缩机驱动的热泵子系统为基本能量单位，可以组合出合计4级8档与压缩机电机总功率1P、2P、3P、4P、5P、6P、7P、8P相对应的冷凝器热功率输出；这在能量谱系上，只是8个离散分布点而不是一个宽幅连续期间；当热工装置需要更精准调整热输出功率，在上述8档之间进行连续调整时，梯级热泵系统无能为力。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，包括至少一套变频热泵机组和多套定频热泵机组，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器的受热介质通道串联。较佳地，所述变频热泵机组通过变频电源模块控制调节压缩机电机转速。较佳地，所述变频热泵机组的蒸发器的一侧设有风机；所述变频电源模块上设有散热翅片，所述散热翅片间的散热通道与所述风机的进风口相通。较佳地，所述变频热泵机组的蒸发器设置在气流通道中，所述风机设置在所述气流通道的出口；所述气流通道的外侧设有导流罩，所述导流罩分别与所述气流通道的出口和外界环境相通；所述变频电源模块的散热翅片设置在所述导流罩内。较佳地，所述变频热泵机组的蒸发器的一侧设有水泵；所述变频电源模块上设有散热翅片，所述散热翅片间的散热通道与所述水泵的进水口相通。较佳地，所述变频热泵机组的蒸发器设置在水流通道中，所述水泵设置在所述水流通道的出口；所述水流通道的外侧设有导流罩，所述导流罩分别与所述水流通道的出口和水体环境相通；所述变频电源模块的散热翅片设置在所述导流罩内。较佳地，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器均采用翅片管式换热器。较佳地，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器均设置在一风道内，所有的冷凝器自所述风道的进口开始向所述风道出口间隔设置。较佳地，所述变频热泵机组和定频热泵机组中的部分或全部机组为由至少两套热泵子系统构成的单级热泵模块，所述单级热泵模块包括至少两个压缩机、一个冷凝器模块、至少两个节流装置和一个蒸发器模块，所述蒸发器模块和冷凝器模块均包括翅片阵列以及贯穿所述翅片阵列的至少两套制冷剂管路，这些套制冷剂管路错排嵌套分布；一个所述压缩机、所述冷凝器的一套制冷剂管路、一个所述节流装置和所述蒸发器的一套制冷剂管路顺序连接构成一套热泵子系统的制冷剂循环回路。较佳地，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器均采用壳管换热器。较佳地，用于对烘干装置的出风热量进行梯级回收和对干燥气流进行梯级加热，所述烘干装置包括干燥气流流入通道、烘干段和干燥气流流出通道，所述干燥气流流入通道和干燥气流流出通道均与所述烘干段连通；所述梯级热泵系统包括若干定频热泵机组和至少一变频热泵机组，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器均设置在所述干燥气流流入通道内，并从所述干燥气流流入通道的进口侧开始向所述烘干段顺序且间隔排列设置；与各个冷凝器相应的各个蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，包括至少一套变频热泵机组和多套定频热泵机组，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器的受热介质通道串联。/n

【技术特征摘要】
20210204 CN 202110158786X1.一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，包括至少一套变频热泵机组和多套定频热泵机组，所述变频热泵机组和定频热泵机组的冷凝器的受热介质通道串联。


2.如权利要求1所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，所述变频热泵机组通过变频电源模块控制调节压缩机电机转速。


3.如权利要求2所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，所述变频热泵机组的蒸发器的一侧设有风机；
所述变频电源模块上设有散热翅片，所述散热翅片间的散热通道与所述风机的进风口相通。


4.如权利要求3所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，所述变频热泵机组的蒸发器设置在气流通道中，所述风机设置在所述气流通道的出口；所述气流通道的外侧设有导流罩，所述导流罩分别与所述气流通道的出口和外界环境相通；所述变频电源模块的散热翅片设置在所述导流罩内。


5.如权利要求2所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，所述变频热泵机组的蒸发器的一侧设有水泵；
所述变频电源模块上设有散热翅片，所述散热翅片间的散热通道与所述水泵的进水口相通。


6.如权利要求5所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，其特征在于，所述变频热泵机组的蒸发器设置在水流通道中，所述水泵设置在所述水流通道的出口；所述水流通道的外侧设有导流罩，所述导流罩分别与所述水流通道的出口和水体环境相通；所述变频电源模块的散热翅片设置在所述导流罩内。


7.如权利要求1所述的一种实现冷凝器能量输出宽幅连续调节的梯级热泵系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛世山，周萍，阎红杰，马骥，周宏，张家元，周孑民，陈有庆，李成伟，诸葛水明，吴飞飞，韦林林，王恒，胡用，徐学冲，王庆伦，
申请(专利权)人：上海伯涵热能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31