一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环制造技术

本发明专利技术涉及一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环，循环的制冷剂回路由冷凝蒸发器进行相互换热式连接，循环的被加热介质流路包括顺序连接的低温级过冷器、低温级排气冷却器和高温级冷凝器的载冷剂通道。与现有技术相比，本发明专利技术的优势在于：在制冷剂循环回路引入过冷器和排气冷却器，利用被加热介质温度较低时的冷量对制冷剂进行液体过冷和排气冷却，有利于循环性能的提升；对制冷剂循环回路的放热量按照温度由低到高的顺序进行梯级利用，进行介质的分段式加热，提高制冷剂和被加热介质换热过程的温度匹配性，减小了换热损失；可以通过改变运行的制冷剂回路数匹配需要的介质温升，系统的控制灵活性和调节能力较强。统的控制灵活性和调节能力较强。统的控制灵活性和调节能力较强。

【技术实现步骤摘要】
一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环


[0001]本专利技术涉及蒸气压缩式热泵领域，尤其是涉及一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环。

技术介绍

[0002]在蒸汽压缩式热泵领域，尤其是冷热源温差较大的工况下，复叠式热泵循环得到了较为广泛的应用。相比单级压缩式热泵循环，复叠式热泵循环通过多级压缩减小压缩机的压比、降低压缩机的排气温度，并且可以在循环的每一级回路选择适合的制冷剂，获得较高的循环性能。
[0003]尽管有上述优势，传统的复叠式热泵技术仍存在一些不足。在循环层面，一个比较突出的问题是：低温级制冷剂过冷度和复叠换热温差互相约束，不利于循环性能。复叠换热温差指的是，通过冷凝蒸发器(也称复叠换热器)进行相互换热式连接的两个制冷剂回路，其低温级制冷剂冷凝温度与高温级制冷剂蒸发温度的温差。在传统复叠式热泵循环的冷凝蒸发器中，低温级制冷剂经历排气冷却
‑
冷凝
‑
液体过冷三个过程，高温级制冷剂经历蒸发
‑
吸气过热两个过程。该传统复叠循环的中间换热器有着以下两个困境：一方面，为了确保低温级循环效率，低温级循环冷凝器出口必须形成一定的过冷度，因此高温级循环必须提供一个低于低温级循环冷凝器出口温度的蒸发温度，如果过冷度设置过大会增大高温级压缩机压比、降低高温级循环效率，从而导致整个复叠循环性能下降；另一方面，低温级循环冷凝器进口的排气温度较高，却无法用于提高高温级制冷剂的蒸发温度，导致高品质热量被浪费。
[0004]循环层面的另一个问题在于：当被加热介质的温升较大时，换热流体的温度匹配不佳会导致较大的换热损失。例如，在传统复叠式高温热泵热水机中，低温水进入高温级冷凝器的载冷剂通道，从流经的高温级制冷剂中吸热从而被直接加热到目标温度。在此换热过程中，高温级制冷剂的冷凝温度很高且保持恒定，而水温由较低值上升至较高值，二者换热温差较大，温度匹配性较低，不利于系统性能。
[0005]控制层面的不足在于，系统控制不够灵活、调节能力较低。对于传统的多级复叠式热泵系统，其多级制冷剂循环回路的全部放热量由高温级冷凝器释放给被加热介质，这会导致两个问题：其一，系统启动时，为了制冷剂循环回路的正常运行，需要同时开启各级制冷剂循环回路，控制要求较高；其二，当被加热介质的目标温度发生改变，系统无法通过改变运行的制冷剂循环回路级数来满足要求，系统的调节能力有待提高。
[0006]传统复叠式热泵循环技术的另一个挑战在于，复叠式空气源热泵常规的低温级逆循环除霜模式存在一定弊端。常规的低温级逆循环除霜是指低温级制冷剂在冷凝蒸发器中蒸发，从高温级制冷剂中吸热，然后在室外换热器中冷凝，冷凝热用于室外换热器的除霜。该模式下，由于室内风机关闭，高温级制冷剂从室内空气吸收的热量很小。当冷凝蒸发器中的高温级制冷剂温度很低时，低温级制冷剂无法再从中吸收热量，低温级制冷剂的蒸发温度和蒸发压力明显下降，可能发生低温级压缩机的低压保护或湿压缩，最终导致热泵机组
停机甚至压缩机损坏。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环，利用被加热介质温度较低时的冷量对制冷剂进行液体过冷和排气冷却，有利于循环性能的提升。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环A系统，所述半复叠热泵循环A系统包括两级制冷剂循环回路和被加热介质流路；
[0010]所述制冷剂循环回路包括低温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路，所述低温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路通过低温级冷凝蒸发器实现相互换热式连接；
[0011]所述低温级制冷剂循环回路包括顺序连接的低温级压缩机、低温级排气冷却器的制冷剂通道、低温级冷凝蒸发器的低温级制冷剂通道、低温级过冷器的制冷剂通道、低温级膨胀阀、低温级蒸发器的制冷剂通道；
[0012]所述高温级制冷剂循环回路包括顺序连接的高温级压缩机、高温级冷凝器的制冷剂通道、高温级膨胀阀、低温级冷凝蒸发器的高温级制冷剂通道；
[0013]所述被加热介质流路包括顺序连接的低温级过冷器的载冷剂通道、低温级排气冷却器的载冷剂通道、高温级冷凝器的载冷剂通道。
[0014]进一步地，所述半复叠热泵循环A系统的低温级制冷剂循环过程为：从低温级压缩机排出的高温高压制冷剂气体进入低温级排气冷却器的制冷剂通道，向流经的介质放热，冷却为高温高压的制冷剂饱和气体；高温高压的制冷剂饱和气体进入低温级冷凝蒸发器的低温级制冷剂通道，向流经的高温级制冷剂放热，冷凝成为高温高压的制冷剂饱和液体；制冷剂饱和液体进入低温级过冷器的制冷剂通道，向流经的介质放热，冷却为制冷剂过冷液体；制冷剂过冷液体进入低温级膨胀阀，节流成为低温低压的两相流；低温低压的两相流制冷剂进入低温级蒸发器的制冷剂通道，从流经的气体或者液体中吸热，蒸发为低温低压的制冷剂气体；低温低压的制冷剂气体继续流入低温级压缩机，构成低温级制冷剂循环。
[0015]进一步地，所述半复叠热泵循环A系统的高温级制冷剂循环过程为：从高温级压缩机排出的高温高压制冷剂气体进入高温级冷凝器的制冷剂通道，向流经的介质放热，冷凝成为高温高压的制冷剂液体；高温高压的制冷剂液体进入高温级膨胀阀，节流成为低温低压的两相流；低温低压的两相流制冷剂流入低温级冷凝蒸发器的高温级制冷剂通道，从流经的低温级制冷剂中吸热，蒸发成为低温低压的制冷剂气体；低温低压的制冷剂继续流入高温级压缩机，构成高温级制冷剂循环。
[0016]进一步地，所述半复叠热泵循环A系统中的介质分段式加热过程为：低温介质依次流经低温级过冷器的载冷剂通道、低温级排气冷却器的载冷剂通道、高温级冷凝器的载冷剂通道，吸收各级制冷剂放热过程的热量，经过三次梯级加热，达到目标温度。
[0017]进一步地，所述半复叠热泵循环A系统中的启动顺序为：依次启动低温级压缩机、高温级压缩机。
[0018]本专利技术的第二个目的是提供过冷过热双效型多级半复叠热泵循环B系统，所述半
复叠热泵循环B系统包括多级制冷剂循环回路和被加热介质流路；
[0019]所述制冷剂循环回路包括低温级制冷剂循环回路、中温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路，所述低温级制冷剂循环回路和中温级制冷剂循环回路通过低温级冷凝蒸发器实现相互换热式连接，所述中温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路通过中温级冷凝蒸发器实现相互换热式连接；
[0020]所述低温级制冷剂循环回路包括顺序连接的低温级压缩机、低温级排气冷却器的制冷剂通道、低温级冷凝蒸发器的低温级制冷剂通道、低温级过冷器的制冷剂通道、低温级膨胀阀、低温级蒸发器的制冷剂通道；
[0021]所述中温级制冷剂循环回路包括顺序连接的中温级压缩机、中温级排气冷却器的制冷剂通道、中温级冷凝蒸发器的中温级制冷剂通道、中温级过冷器的制冷剂通道、中温级膨胀阀、低温级冷凝蒸发器的中温级制冷剂通道；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环A系统，其特征在于，所述半复叠热泵循环A系统包括相互换热式连接的两级制冷剂循环回路和被加热介质流路；所述制冷剂循环回路包括低温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路，所述低温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路通过低温级冷凝蒸发器实现相互换热式连接；所述低温级制冷剂循环回路包括顺序连接的低温级压缩机、低温级排气冷却器的制冷剂通道、低温级冷凝蒸发器的低温级制冷剂通道、低温级过冷器的制冷剂通道、低温级膨胀阀、低温级蒸发器的制冷剂通道；所述高温级制冷剂循环回路包括顺序连接的高温级压缩机、高温级冷凝器的制冷剂通道、高温级膨胀阀、低温级冷凝蒸发器的高温级制冷剂通道；所述被加热介质流路包括顺序连接的低温级过冷器的载冷剂通道、低温级排气冷却器的载冷剂通道、高温级冷凝器的载冷剂通道。2.根据权利要求1所述的一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环A系统，其特征在于，所述半复叠热泵循环A系统中的介质分段式加热过程为：低温介质依次流经低温级过冷器的载冷剂通道、低温级排气冷却器的载冷剂通道、高温级冷凝器的载冷剂通道，吸收各级制冷剂放热过程的热量，经过三次梯级加热，达到目标温度。3.根据权利要求1所述的一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环A系统，其特征在于，所述半复叠热泵循环A系统中的启动顺序为：依次启动低温级压缩机、高温级压缩机。4.一种过冷过热双效型多级半复叠热泵循环B系统，其特征在于，所述半复叠热泵循环B系统包括多级制冷剂循环回路和被加热介质流路；所述制冷剂循环回路包括低温级制冷剂循环回路、中温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路，所述低温级制冷剂循环回路和中温级制冷剂循环回路通过低温级冷蒸发器实现相互换热式连接，所述中温级制冷剂循环回路和高温级制冷剂循环回路通过中温级冷凝蒸发器实现相互换热式连接；所述低温级制冷剂循环回路包括顺序连接的低温级压缩机、低温级排气冷却器的制冷剂通道、低温级冷凝蒸发器的低温级制冷剂通道、低温级过冷器的制冷剂通道、低温级膨胀阀、低温级蒸发器的制冷剂通道；所述中温级制冷剂循环回路包括顺序连接的中温级压缩机、中温级排气冷却器的制冷剂通道、中温级冷凝蒸发器的中温级制冷剂通道、中温级过冷器的制冷剂通道、中温级膨胀阀、低温级冷凝蒸发器的中温级制冷剂通道；所述高温级制冷剂循环回路包括顺序连接的高温级压缩机、高温级冷凝器的制冷剂通道、高温级膨胀阀、中温级冷凝蒸发器的高温级制冷剂通道；所述被加热介质流路包括顺序连接的低温级...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹祥，德丽亚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：