本發(fā)明涉及選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，屬于余熱回收和供熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱泵屬于一種高效的能量回收及供熱系統(tǒng)，能廣泛應(yīng)用于日常生活和不同工業(yè)生產(chǎn)中，如熱泵干燥機(jī)、熱泵熱水器等。根據(jù)熱源的不同，熱泵又可分為空氣源熱泵、地源熱泵等。由于空氣利用最方便和數(shù)量大、無(wú)污染等特點(diǎn)，空氣源熱泵是目前廣泛使用的一種熱泵形式。對(duì)于空氣源熱泵而言，主要問(wèn)題是環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響，特別是環(huán)境溫度較低時(shí)還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)供熱量不足的現(xiàn)象。

熱泵系統(tǒng)能與很多工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，回收不同形式的低品位余熱，但受熱泵工質(zhì)的限制，熱泵系統(tǒng)所能提供的熱源溫度往往不超過(guò)80℃，無(wú)法滿足一些工業(yè)生產(chǎn)的供熱需求。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人們對(duì)生活環(huán)境要求的不斷提高，環(huán)境問(wèn)題也日益得到關(guān)注，相應(yīng)的制冷劑替代要求會(huì)限制了熱泵系統(tǒng)的使用年限，所以熱泵系統(tǒng)所使用的工質(zhì)也逐漸成為熱泵系統(tǒng)開發(fā)的重要考慮因素，自然工質(zhì)的使用也不斷得到重視。

有研究表明當(dāng)蒸發(fā)溫度高于30℃時(shí)，以水為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)cop高于其他工質(zhì)的系統(tǒng)，同時(shí)水的臨界溫度為374.15℃，以上兩點(diǎn)表明水作為無(wú)毒、無(wú)污染且易得的自然工質(zhì)，可以作為高溫?zé)岜玫氖褂霉べ|(zhì)，來(lái)克服常規(guī)制冷工質(zhì)不高于80℃供熱溫度的限制。但為了保證系統(tǒng)效率和減小使用限制，需要保證熱泵系統(tǒng)在不同應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境條件下都滿足一定蒸發(fā)溫度的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種選用自然工質(zhì)的選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，在保障高溫循環(huán)蒸發(fā)溫度和制熱量的同時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境溫度在不同運(yùn)行模式之間相互切換，保障系統(tǒng)的性能最優(yōu)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，包括第一儲(chǔ)液器、冷凝器、第一壓縮機(jī)和第一單向閥，所述第一儲(chǔ)液器的出口依次與第一電磁閥、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器和第一單向閥連接，第一單向閥與第一壓縮機(jī)連接，第一壓縮機(jī)通過(guò)冷凝器與第一儲(chǔ)液器的進(jìn)口連接，第一蒸發(fā)器內(nèi)通入低品位熱源。

作為優(yōu)選，所述第一儲(chǔ)液器內(nèi)的工質(zhì)為水。

作為優(yōu)選，所述第一儲(chǔ)液器的出口通過(guò)第一調(diào)節(jié)閥與第一壓縮機(jī)連接。

作為優(yōu)選，所述第一儲(chǔ)液器的出口還依次與第二電磁閥、第二膨脹閥、蒸發(fā)冷凝器、第二單向閥連接，第二單向閥與第一壓縮機(jī)連接，蒸發(fā)冷凝器的換熱管路與第二儲(chǔ)液器和第二壓縮機(jī)連接，第二儲(chǔ)液器的出口依次與第三電磁閥、第三膨脹閥、第三單向閥、第二蒸發(fā)器連接，第二蒸發(fā)器與第二壓縮機(jī)連接。

作為優(yōu)選，所述第二儲(chǔ)液器內(nèi)的工質(zhì)為液氨。

作為優(yōu)選，所述第二儲(chǔ)液器的出口還與第四電磁閥連接，第四電磁閥分別與第四膨脹閥和第五膨脹閥連接，第四膨脹閥和第五膨脹閥分別與經(jīng)濟(jì)器的兩個(gè)管道連接，一個(gè)管道通過(guò)第二調(diào)節(jié)閥與第二壓縮機(jī)連接，另一個(gè)管道通過(guò)第六膨脹閥與第二蒸發(fā)器連接。

在本發(fā)明中，存在35℃以上低品位熱源時(shí)，系統(tǒng)只通過(guò)第一蒸發(fā)器回收低品位熱能，運(yùn)行水為工質(zhì)的高溫級(jí)循環(huán)；當(dāng)無(wú)低品位熱源，而環(huán)境溫度不太低時(shí)，需開啟低溫級(jí)氨的循環(huán)，通過(guò)第二蒸發(fā)器吸收環(huán)境熱量，使系統(tǒng)復(fù)疊運(yùn)行，但此時(shí)無(wú)需連入經(jīng)濟(jì)器；當(dāng)無(wú)低品位熱源，而環(huán)境溫度較低時(shí)，系統(tǒng)仍復(fù)疊運(yùn)行，但需接入低溫級(jí)的經(jīng)濟(jì)器。

有益效果：本發(fā)明的選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，循環(huán)所使用的工質(zhì)都是自然工質(zhì)，分別為水和氨，因而無(wú)需擔(dān)憂制冷劑替代問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)使用年限的限制。水作為高溫循環(huán)工質(zhì)的好處還包括：水本身的廉價(jià)易得、較高的臨界溫度確?？梢蕴峁?0℃甚至100℃以上的高溫?zé)嵩?；其次，通過(guò)低品位熱源和空氣源的復(fù)疊系統(tǒng)低溫循環(huán)來(lái)保障高溫循環(huán)的蒸發(fā)溫度，進(jìn)而使系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行性能；噴入第一蒸汽壓縮機(jī)內(nèi)的水，蒸發(fā)吸熱降低壓縮機(jī)排汽溫度的同時(shí)，還能增加壓縮蒸汽質(zhì)量，提高冷凝器的放熱量。根據(jù)環(huán)境溫度的不同，低溫循環(huán)能再帶經(jīng)濟(jì)器循環(huán)和普通循環(huán)之間切換，保證不同環(huán)境溫度下低溫循環(huán)的高效運(yùn)行。環(huán)境溫度較低時(shí)，帶經(jīng)濟(jì)器的循環(huán)通過(guò)壓縮機(jī)中間補(bǔ)氣能增加壓縮氨氣流量，克服供熱量不足的問(wèn)題。特別的，經(jīng)濟(jì)器循環(huán)為改進(jìn)后的兩級(jí)節(jié)流經(jīng)濟(jì)器循環(huán)，將主路的一級(jí)節(jié)流和補(bǔ)氣路的節(jié)流分開，能有效降低節(jié)流至兩相區(qū)時(shí)氣相對(duì)主路膨脹閥流量的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為第一壓縮機(jī)、2為冷凝器、3為第一儲(chǔ)液器、4為第一電磁閥、5為第一膨脹閥、6為第一蒸發(fā)器、7為第一單向閥、8為第二電磁閥、9為第二膨脹閥、10為蒸發(fā)冷凝器、11為第二單向閥、12為第二儲(chǔ)液器、13為第三電磁閥、14為第三膨脹閥、15為第三單向閥、16為第二蒸發(fā)器、17為第二壓縮機(jī)、18為第四電磁閥、19為第四膨脹閥、20為經(jīng)濟(jì)器、21為第五膨脹閥、22為第一調(diào)節(jié)閥、23為第二調(diào)節(jié)閥、24為第六膨脹閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，如圖1所示，一種選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，由高溫循環(huán)和低溫循環(huán)組織，高溫循環(huán)包括：第一壓縮機(jī)1、冷凝器2、第一儲(chǔ)液箱3、第一蒸發(fā)器6和蒸發(fā)冷凝器10，所述第一壓縮機(jī)1出口與冷凝器2入口連通，所述冷凝器2出口與第一儲(chǔ)液器3入口相連，所述第一儲(chǔ)液器3出口與第一蒸發(fā)器6入口之間設(shè)有第一電磁閥4和第一膨脹閥5，所述第一儲(chǔ)液器3出口與蒸發(fā)冷凝器10的蒸發(fā)端入口之間設(shè)有第二電磁閥8和第二膨脹閥9，所述第一儲(chǔ)液器3的出口與第一壓縮機(jī)1的噴液孔口之間還設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥22，所述第一蒸發(fā)器6出口與第一壓縮機(jī)1入口之間設(shè)有第一單向閥7，所述蒸發(fā)冷凝器10蒸發(fā)端的出口與第一壓縮機(jī)1入口之間設(shè)第二單向閥11。

所述熱泵系統(tǒng)的低溫循環(huán)包括：第二壓縮機(jī)17、蒸發(fā)冷凝器10、第二儲(chǔ)液器12、第二蒸發(fā)器16和經(jīng)濟(jì)器20，所述第二壓縮機(jī)17出口與蒸發(fā)冷凝器10冷凝端入口相連，所述蒸發(fā)冷凝器10冷凝端的出口與第二儲(chǔ)液器12入口相連，所述第二儲(chǔ)液器12出口分別與第三電磁閥13和第四電磁閥18入口相連，第三電磁閥13出口與第二蒸發(fā)器16之間設(shè)有第三膨脹閥14和第三單向閥15；所述第四電磁閥18出口分別與第四膨脹閥19和第五膨脹閥21入口相連，第四膨脹閥19出口與經(jīng)濟(jì)器20第一入口相連，經(jīng)濟(jì)器20第一出口與第二壓縮機(jī)17的補(bǔ)氣口之間設(shè)有第二調(diào)節(jié)閥23，所述第五膨脹閥21出口與經(jīng)濟(jì)器20第二入口相連，經(jīng)濟(jì)器20第二出口通過(guò)第六膨脹閥24與第二蒸發(fā)器16入口相連，所述第二蒸發(fā)器16出口與第二壓縮機(jī)17入口相連。

在本發(fā)明中，復(fù)疊系統(tǒng)的低溫循環(huán)使用的工質(zhì)為氨，對(duì)應(yīng)的第二壓縮機(jī)17為帶補(bǔ)氣孔口的氨壓縮機(jī)，高溫循環(huán)使用的工質(zhì)為水，對(duì)應(yīng)的第一壓縮機(jī)1為帶噴液孔口的水蒸汽壓縮機(jī)。

所述選用自然工質(zhì)的單級(jí)/復(fù)疊雙制式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)的工作方法，可實(shí)現(xiàn)如下不同循環(huán)的切換運(yùn)行：

單級(jí)熱泵循環(huán)：當(dāng)熱泵應(yīng)用場(chǎng)合存在溫度不高(35-75℃)的低品位熱源(如工藝生產(chǎn)的余熱資源、太陽(yáng)能熱水資源等)時(shí)，第二電磁閥8關(guān)閉，打開第一電磁閥4，第一蒸汽壓縮機(jī)1出來(lái)是壓縮水蒸汽經(jīng)冷凝器2釋放潛熱，作為高溫?zé)嵩词褂?，為了提?0℃以上的熱源，對(duì)應(yīng)的冷凝溫度要高于80℃；冷凝器內(nèi)蒸汽冷凝產(chǎn)生的水流入第一儲(chǔ)液器3，因?yàn)樗?00℃以下都為負(fù)壓，200℃對(duì)應(yīng)的飽和壓力為1.55mpa，可知第一儲(chǔ)液器3的耐壓要求并不高，這可降低系統(tǒng)成本。

第一儲(chǔ)液器3出來(lái)的水一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥22和第一壓縮機(jī)1的噴液孔口噴入壓縮機(jī)，用于降低蒸汽壓縮機(jī)1的排汽溫度，噴入的水自身吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽也會(huì)在壓縮機(jī)內(nèi)繼續(xù)被壓縮，這能有效增加壓縮機(jī)的壓縮蒸汽流量，提高冷凝器內(nèi)的放熱量；第一儲(chǔ)液器3出來(lái)的另一路水則流過(guò)第一電磁閥4后經(jīng)第一膨脹閥5膨脹降壓、降溫后進(jìn)入第一蒸發(fā)器6，通過(guò)第一蒸發(fā)器6回收低品位熱源的熱量使低溫低壓的水蒸發(fā)，為了保證水的蒸發(fā)溫度高于30℃，低品位熱源溫度要求不低于35℃，進(jìn)而保證一定的系統(tǒng)效率；第一蒸發(fā)器6內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)第一單向閥7后進(jìn)入第一壓縮機(jī)1內(nèi)被壓縮，壓縮過(guò)程中被噴入的水冷卻，降低壓縮蒸汽的過(guò)熱度，并最終與噴入水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽一起繼續(xù)被壓縮至排出，然后進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

復(fù)疊熱泵循環(huán)一：當(dāng)熱泵應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)低品位熱源而環(huán)境溫度又不是很低時(shí)，可將單級(jí)循環(huán)模式切換至復(fù)疊熱泵循環(huán)一的運(yùn)行模式：關(guān)閉高溫循環(huán)的第一電磁閥4，打開第二電磁閥8，使第一儲(chǔ)液器3出來(lái)的水一路仍噴入第一壓縮機(jī)1內(nèi)，另一路則經(jīng)第二膨脹閥9膨脹后進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器10的蒸發(fā)端吸熱蒸發(fā)，隨后經(jīng)第二單向閥11流入第一壓縮機(jī)1，單向閥的設(shè)置主要是為了保證制冷劑按照設(shè)計(jì)流程流動(dòng)；與此同時(shí)打開低溫循環(huán)的第二壓縮機(jī)17和第三電磁閥13，使第二壓縮機(jī)17出來(lái)的氨蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器10的冷凝端，釋放熱量用于高溫循環(huán)液體水的蒸發(fā)，氨氣自身冷凝成液氨，隨后進(jìn)入第二儲(chǔ)液器12，第二儲(chǔ)液器出來(lái)的液氨經(jīng)第三電磁閥13、第三膨脹閥14和第三單向閥14后進(jìn)入第二蒸發(fā)器16中吸收環(huán)境空氣熱量蒸發(fā)，然后進(jìn)入第二壓縮機(jī)17被壓縮后繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)；此時(shí)第二壓縮機(jī)的補(bǔ)氣孔口是關(guān)閉或者不工作的。

低溫循環(huán)使用氨的原因一方面是因?yàn)榘笔亲匀还べ|(zhì)，另一方面是因?yàn)榘蹦苡行У谋ＷC30℃以上的冷凝溫度，同時(shí)自己具有較好的低溫性能，能有效的吸收空氣源的熱量。

復(fù)疊熱泵循環(huán)二：當(dāng)熱泵應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)低品位熱源而環(huán)境溫度比較低時(shí)，為了保證復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率和熱泵系統(tǒng)的制熱量，可將復(fù)疊熱泵循環(huán)一的低溫循環(huán)切換至帶經(jīng)濟(jì)器的循環(huán)：關(guān)閉第三電磁閥13，打開第四電磁閥18和第二調(diào)節(jié)閥23，第二儲(chǔ)液器12出來(lái)的液氨經(jīng)過(guò)第四電磁閥18后分兩路，一路流入第四膨脹閥19膨脹后通過(guò)經(jīng)濟(jì)器20的第一入口進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器20吸熱蒸發(fā)，隨后經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥23和第二壓縮機(jī)17的補(bǔ)氣口流入第二壓縮機(jī)17，另一路經(jīng)第五膨脹閥21后流入經(jīng)濟(jì)器20的第二入口，在經(jīng)濟(jì)器20內(nèi)放熱，使流入經(jīng)濟(jì)器的另一路液氨蒸發(fā)，自身過(guò)冷度增加后流出經(jīng)濟(jì)器20，然后通過(guò)第六膨脹閥24膨脹降壓，實(shí)現(xiàn)二次節(jié)流后進(jìn)入第二蒸發(fā)器16吸收環(huán)境空氣熱量蒸發(fā)，因?yàn)檫^(guò)冷度的增加，能保證環(huán)境溫度較低時(shí)蒸發(fā)器16還能完成一定的吸熱量，蒸發(fā)器出來(lái)的氨氣則流入第二壓縮機(jī)17，其壓縮過(guò)程中與補(bǔ)氣孔口流入的氨氣混合后繼續(xù)被壓縮，隨后一起排出至蒸發(fā)冷凝器的冷凝端繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)，由于補(bǔ)氣孔口的補(bǔ)氣量增加了氨壓縮機(jī)的壓縮氨氣流量，從而能保證較低環(huán)境溫度時(shí)壓縮氨氣在蒸發(fā)冷凝器內(nèi)的放熱量，進(jìn)而保證高溫級(jí)的運(yùn)行工況和效率。復(fù)疊循環(huán)低溫級(jí)的兩級(jí)節(jié)流經(jīng)濟(jì)器循環(huán)設(shè)置，能進(jìn)一步改善環(huán)境溫度較低時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行效率。復(fù)疊熱泵循環(huán)二的高溫循環(huán)流程與復(fù)疊熱泵循環(huán)一相同。

在本發(fā)明中，第一調(diào)節(jié)閥22的開度與第一壓縮機(jī)1的排汽溫度和壓力(或排汽過(guò)熱度)正相關(guān)，即排汽過(guò)熱度越高，噴水量越大；第二調(diào)節(jié)閥23的開度與第二壓縮機(jī)17的排汽溫度和壓力(或排汽過(guò)熱度)負(fù)相關(guān)，即排氣過(guò)熱度過(guò)高時(shí)需要降低補(bǔ)氣量。

在此需說(shuō)明的是本發(fā)明系統(tǒng)的低溫循環(huán)蒸發(fā)器除霜方法可結(jié)合實(shí)際應(yīng)用時(shí)除霜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行優(yōu)化選擇與設(shè)計(jì)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。