CN101839579A - 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法 - Google Patents

带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101839579A
CN101839579A CN201010187289A CN201010187289A CN101839579A CN 101839579 A CN101839579 A CN 101839579A CN 201010187289 A CN201010187289 A CN 201010187289A CN 201010187289 A CN201010187289 A CN 201010187289A CN 101839579 A CN101839579 A CN 101839579A
Authority
CN
China
Prior art keywords
outlet
condenser
heat pump
restricting element
import
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201010187289A
Other languages
English (en)
Inventor
陶锴
晏刚
张敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201010187289A priority Critical patent/CN101839579A/zh
Publication of CN101839579A publication Critical patent/CN101839579A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带有中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法，该热泵采用单台压缩机、冷凝器、气液分离器、冷凝蒸发器、蒸发器、节流阀为部件，所用制冷剂为含有两种或两种以上组分的非共沸制冷剂；在原有自复叠热泵循环的基础上，增加了中间节流元件，在冷凝器出口制冷剂具有较小干度以及较小过冷度状态下可以通过调节中间节流程度合理分配系统中富含高、低沸点制冷剂质量流量比，消除工况变化引起的冷凝器出口状态变化对系统性能的负面影响并起到明显性能优化的作用。其具有适应性好、结构简单、运行节能、工作温差大的特点。

Description

带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法
技术领域
本发明涉及一种可提供较大工作温差并且具有较优性能的带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法，特别涉及一种通过调节中间节流元件节流程度来实现调节该自复叠热泵系统中富含高、低沸点制冷剂质量流量比进而实现对系统性能调节的方法。
背景技术
热泵是一种重要的节能装置，它能在投入一个单位的高品质能量的条件下产出多于一个单位的热量，较电加热等传统供热方式具有明显的节能优势，所以在资源短缺及环境污染问题严重的今天，对热泵的研究越来越引起人们的重视。
目前热泵系统普遍采用简单的蒸汽压缩循环实现其功能，但由于单级蒸汽压缩系统的压比限制了该种热泵的实际工作温差即冷凝温度与蒸发温度之差一般为40℃～50℃。为了实现在10℃以下的低温热源温度下制取80℃以上较高出水温度，科技工作者提出将自复叠系统应用于该种大温差中高温热泵中。自复叠系统能够利用混合工质中不同组元沸点不同的特性，使混合工质在循环中自然分离，实现高低温部分的自行复叠从而获得大温差的循环，具有很好的应用前景。但是将传统的自复叠系统应用于热泵会存在着这样的问题：传统自复叠热泵系统冷凝器出口干度反映冷凝器内高温制冷剂的放热程度，且与系统内部循环的富含高、低沸点组分制冷剂质量流量比直接相关，存在一最优冷凝器出口干度值使该热泵系统获得最优制热性能，然而该热泵系统实际工作中冷凝器出口制冷剂状态不稳定，系统可能一直在偏离最优制热性能条件下运行，且当最优冷凝器出口干度值较高时，对应冷凝器内高温制冷剂放热不完全，该热泵系统总体性能较差。
由此可见，为了体现自复叠热泵能方便制取较大工作温差的优势，推动其应用进程，必须有效解决它自身存在的由工况变化引起的性能不稳定问题，以及由于冷凝器内高温制冷剂放热不完全而导致的总体性能较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述自复叠热泵存在的由于工况变化引起的系统性能不稳定问题，提供了一种带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法，该自复叠热泵具有适应性好、结构简单、运行节能和工作温差大的特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括压缩机，压缩机的排气口与冷凝器的进气口连接，冷凝器的出口与中间节流元件连接，中间节流元件的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出液口与高温级节流阀连接，高温级节流阀的出口与蒸发器的出口以及冷凝蒸发器低温流体进口连接，气液分离器的出气口与冷凝蒸发器高温流体进口连接，冷凝蒸发器高温流体出口与低温级节流阀进口连接，低温级节流阀出口与蒸发器进口连接，冷凝蒸发器低温流体出口与压缩机进口连接形成了具有中间压力调节功能的自复叠热泵循环闭合通道。
本发明的调节方法为：中间节流元件是一种自动控制节流装置，以冷凝器出口状态作为输入信号来控制中间节流元件节流程度大小，通过对中间节流元件节流程度的调节实现对气液分离器进口制冷剂干度的调节，实现对系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量的调节。
本发明在冷凝器内高温制冷剂充分放热即冷凝器出口制冷剂具有较低干度及较低过冷度状态下，通过调节中间节流元件从而合理分配系统中富含高、低沸点制冷剂质量流量比，消除工况变化引起的冷凝器出口状态变化对系统性能的负面影响并提高了性能系数，具有适应性好、结构简单、运行节能、工作温差大等优点。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括压缩机A、冷凝器B、气液分离器C、冷凝蒸发器D、蒸发器E、中间节流元件F1、高温级节流阀F2、低温级节流阀F3，所述压缩机A的排气口与冷凝器B的进气口连接，冷凝器B的出口与中间节流元件F1连接，中间节流元件F1的出口与气液分离器C的进口连接，气液分离器C的出液口与高温级节流阀F2连接，高温级节流阀F2的出口与蒸发器E的出口以及冷凝蒸发器D低温流体进口连接，气液分离器C的出气口与冷凝蒸发器D高温流体进口连接，冷凝蒸发器D高温流体出口与低温级节流阀F3进口连接，低温级节流阀F3出口与蒸发器E进口连接，蒸发器E出口与高温级节流阀F2的出口以及冷凝蒸发器D低温流体进口连接，冷凝蒸发器D低温流体出口与压缩机A进口连接，形成了具有中间压力调节功能的自复叠热泵循环闭合通道，循环非共沸工质在冷凝器内冷凝放热给被叫热介质使其温度升高，在蒸发器内蒸发吸热使低温热源温度降低。
制冷剂循环流程如下：
循环非共沸工作经制冷压缩机A压缩后为高温高压气体，在冷凝器B中部分冷凝形成具有较小干度的气液两相制冷剂或者具有较小过冷度的液相制冷剂，再经过中间节流元件F1节流后获得较高干度的制冷剂并进入气液分离器C进行气液分离，其中富含低沸点组分制冷剂流在冷凝蒸发器D中冷凝后经低温级节流阀F3节流后获得较低蒸发温度，富含高沸点组分制冷剂流经高温级节流阀F2节流后与蒸发器出口富含低沸点组分制冷剂流混合进入冷凝器蒸发器D低温侧蒸发吸热后直接进入压缩机A吸气口，最终完成制冷剂循环流程。
本发明的带中间节流元件自复叠热泵的中间节流元件F1为一种自动控制装置。由于在不同冷凝器出口状态下需要中间节流元件不同程度的节流实现对气液分离器C进口制冷剂干度即系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量的调节，使冷凝蒸发器D两侧换热匹配，最终实现系统性能优化(如实施例所描述)，这就需要该装置通过对冷凝器出口温度和压力的测量获得实际冷凝器出口状态作为输入，经过装置内部控制器K输出合适脉冲电压控制节流阀开度以获得与出口干度对应的最优中间压力。为了体现中间节流元件F1在对系统中富含高、低沸点制冷剂流量比调节的同时能够改善系统性能，需保证冷凝器出口制冷剂状态随工况变化只在具有较小干度值或较小过冷度的一定范围内变化：如冷凝器出口干度较大，经中间节流元件F1调节后气液分离器进口制冷剂干度会更大，不利于系统性能的提高；如冷凝器出口干过冷度较大时，中间节流元件F1节流后压力变化范围会受到限制冷凝蒸发器换热温差限制，而且此时系统制热量有较大幅度减小，也不利于系统性能的提高。所以在实际应用中需通过对冷凝器换热面积的设计以及对被加热水流量及温度的粗略调节使冷凝器出口制冷剂状态随工况变化在合适范围内变化。
本发明通过中间节流元件F1合理调节两股制冷剂质量流量比，其中富含低沸点制冷剂流经冷凝蒸发器冷凝后在低温级节流阀F3节流后能够在较小系统压比下获得较低蒸发温度，使系统具有较大工作温差。
本发明在冷凝器出口制冷剂具有较小干度或较小过冷度条件下，利用中间节流元件对进入气液分离器制冷剂干度即系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量调节，消除冷凝器出口干度变化对系统性能的负面影响，并起到性能优化的作用，使之具有适应性好、结构简单、运行节能、工作温差大的特点。
实施例：参见图1，以非共沸制冷剂R134a/R123为系统循环工质，该工质对经制冷压缩机A压缩后为高温高压气体，在冷凝器B中部分冷凝形成具有较小干度的气液两相制冷剂或者具有较小过冷度的液相制冷剂，再经过中间节流元件F1节流后获得较高干度的制冷剂并进入气液分离器C进行气液分离，其中富含R134a的制冷剂流在冷凝蒸发器D中冷凝后经低温级节流阀F3节流后获得较低蒸发温度，富含R123的制冷剂流经高温级节流阀F2节流后与蒸发器出口富含低沸点组分制冷剂流混合进入冷凝器蒸发器D低温侧蒸发吸热后直接进入压缩机A吸气口，最终完成制冷剂循环流程。在冷凝器出口制冷剂具有较小干度或较小过冷度条件下，每一冷凝器出口状态都对应有某一最优中间节流程度即最优中间压力以实现系统性能的优化和稳定，具体如下表所示：
  冷凝器出口状态   带中间节流元件自复叠热泵系统最优中间压力(kPa)   带中间节流元件自复叠热泵系统最优中间压力下COP   原有自复叠热泵系统COP
  出口干度0.4   1100   2.2   2.05
  出口干度0.3   700   2.34   1.97
  出口干度0.2   400   2.49   1.82
  出口干度0.1   400   2.56   1.55
  出口饱和液体   400   2.57   -
  出口过冷5℃   500   2.58   -
  出口过冷10℃   500   2.59   -
  出口过冷20℃   500   2.61   -
注：1.对于原有自复叠热泵系统，冷凝器出口干度必须保证具有有一定干度
2.对于带中间节流元件自复叠热泵系统，出口过冷度过大会导致系统制热量大幅减小，出口干度为0.1时能够获得最大制热量

Claims (2)

1.一种带中间节流元件的自复叠热泵，其特征在于：包括压缩机(A)，压缩机(A)的排气口与冷凝器(B)的进气口连接，冷凝器(B)的出口与中间节流元件(F1)连接，中间节流元件(F1)的出口与气液分离器(C)的进口连接，气液分离器(C)的出液口与高温级节流阀(F2)连接，高温级节流阀(F2)的出口与蒸发器(E)的出口以及冷凝蒸发器(D)低温流体进口连接，气液分离器(C)的出气口与冷凝蒸发器(D)高温流体进口连接，冷凝蒸发器(D)高温流体出口与低温级节流阀(F3)进口连接，低温级节流阀(F3)出口与蒸发器(E)进口连接，冷凝蒸发器(D)低温流体出口与压缩机(A)进口连接形成了具有中间压力调节功能的自复叠热泵循环闭合通道。
2.一种基于权利要求1所述带中间节流元件自复叠热泵的调节方法，其特征在于：中间节流元件(F1)是一种自动控制节流装置，以冷凝器(B)出口状态作为输入信号来控制中间节流元件(F1)节流程度大小，通过对中间节流元件(F1)节流程度的调节实现对气液分离器(C)进口制冷剂干度的调节，实现对系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量的调节。
CN201010187289A 2010-05-31 2010-05-31 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法 Pending CN101839579A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010187289A CN101839579A (zh) 2010-05-31 2010-05-31 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010187289A CN101839579A (zh) 2010-05-31 2010-05-31 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101839579A true CN101839579A (zh) 2010-09-22

Family

ID=42743116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010187289A Pending CN101839579A (zh) 2010-05-31 2010-05-31 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101839579A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104567125A (zh) * 2014-11-26 2015-04-29 青岛澳柯玛超低温冷冻设备有限公司 一种用于单机自复叠制冷的旁通制冷换热系统
CN105737427A (zh) * 2016-03-15 2016-07-06 西安交通大学 一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统
CN107461967A (zh) * 2017-08-03 2017-12-12 海信容声(广东)冷柜有限公司 一种自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统
CN107576089A (zh) * 2017-10-26 2018-01-12 焦景田 复叠式风冷冷凝机组
CN109341124A (zh) * 2018-11-14 2019-02-15 珠海格力电器股份有限公司 一种混合工质双温循环系统
CN110500688A (zh) * 2019-09-24 2019-11-26 华北理工大学 利用稀释热进行空气调节的稀释式制冷热泵系统
CN112503789A (zh) * 2020-12-09 2021-03-16 西安交通大学 一种用于复叠制冷系统的中间压力控制方法
CN113108503A (zh) * 2021-03-24 2021-07-13 中国科学院工程热物理研究所 一种基于自复叠循环的热泵机组
US11781788B2 (en) 2018-11-14 2023-10-10 Gree Electric Appliances, Inc. Of Zhuhai Cascade air conditioner system
CN117120782A (zh) * 2021-03-31 2023-11-24 大金工业株式会社 热泵装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689964A (en) * 1986-04-02 1987-09-01 Marin-Tek, Inc. Zero gravity (position-insensitive) low-temperature multi-component refrigerator
US5161382A (en) * 1991-05-24 1992-11-10 Marin Tek, Inc. Combined cryosorption/auto-refrigerating cascade low temperature system
CN1632419A (zh) * 2004-12-28 2005-06-29 华南理工大学 一种自复叠式空气源热泵热水器
CN1677014A (zh) * 2005-04-27 2005-10-05 天津商学院 混合工质内复叠制冷系统
CN101446455A (zh) * 2007-02-06 2009-06-03 西安交通大学 具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法
CN201757533U (zh) * 2010-05-31 2011-03-09 西安交通大学 带中间节流元件的自复叠热泵

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689964A (en) * 1986-04-02 1987-09-01 Marin-Tek, Inc. Zero gravity (position-insensitive) low-temperature multi-component refrigerator
US5161382A (en) * 1991-05-24 1992-11-10 Marin Tek, Inc. Combined cryosorption/auto-refrigerating cascade low temperature system
CN1632419A (zh) * 2004-12-28 2005-06-29 华南理工大学 一种自复叠式空气源热泵热水器
CN1677014A (zh) * 2005-04-27 2005-10-05 天津商学院 混合工质内复叠制冷系统
CN101446455A (zh) * 2007-02-06 2009-06-03 西安交通大学 具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法
CN201757533U (zh) * 2010-05-31 2011-03-09 西安交通大学 带中间节流元件的自复叠热泵

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《制冷》 201003 刘金平 等 基于Aspen Plus的自复叠热泵模拟 第1-8页 1 第29卷, 第1期 2 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104567125A (zh) * 2014-11-26 2015-04-29 青岛澳柯玛超低温冷冻设备有限公司 一种用于单机自复叠制冷的旁通制冷换热系统
CN105737427A (zh) * 2016-03-15 2016-07-06 西安交通大学 一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统
CN105737427B (zh) * 2016-03-15 2018-03-16 西安交通大学 一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统
CN107461967A (zh) * 2017-08-03 2017-12-12 海信容声(广东)冷柜有限公司 一种自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统
CN107576089A (zh) * 2017-10-26 2018-01-12 焦景田 复叠式风冷冷凝机组
US11781788B2 (en) 2018-11-14 2023-10-10 Gree Electric Appliances, Inc. Of Zhuhai Cascade air conditioner system
CN109341124A (zh) * 2018-11-14 2019-02-15 珠海格力电器股份有限公司 一种混合工质双温循环系统
CN110500688A (zh) * 2019-09-24 2019-11-26 华北理工大学 利用稀释热进行空气调节的稀释式制冷热泵系统
CN110500688B (zh) * 2019-09-24 2024-04-16 华北理工大学 利用稀释热进行空气调节的稀释式制冷热泵系统
CN112503789B (zh) * 2020-12-09 2021-09-03 西安交通大学 一种用于复叠制冷系统的中间压力控制方法
CN112503789A (zh) * 2020-12-09 2021-03-16 西安交通大学 一种用于复叠制冷系统的中间压力控制方法
CN113108503A (zh) * 2021-03-24 2021-07-13 中国科学院工程热物理研究所 一种基于自复叠循环的热泵机组
CN117120782A (zh) * 2021-03-31 2023-11-24 大金工业株式会社 热泵装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201757533U (zh) 带中间节流元件的自复叠热泵
CN101839579A (zh) 带中间节流元件的自复叠热泵及其调节方法
CN105402979B (zh) 一种非共沸混合工质分凝循环的新型冰箱制冷系统
WO2016180021A1 (zh) 一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统
CN107024031B (zh) 一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组
CN102022851B (zh) 双级压缩制冷系统
CN102032705B (zh) 双级压缩热泵系统
CN107014076B (zh) 一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器
CN201407856Y (zh) 一种双温制冷循环系统
CN109520170B (zh) 一种具有双级过冷和液体脉冲融霜功能的空气源热泵机组
CN201935467U (zh) 双级压缩制冷系统
CN110762875A (zh) 一种大温差变组分浓度自复叠热泵机组
CN215062959U (zh) 一种变频复叠式空气源热泵系统
CN112833575B (zh) 采用混合工质的喷射器增效的j-t制冷循环系统及控制方法
CN103335440A (zh) 二次节流中间完全冷却双工况制冷系统
CN210861760U (zh) 一种自然冷却制冷系统
CN101487643A (zh) 超低温热泵空调系统
CN203824144U (zh) 一种单阀无级调节混合工质循环浓度的制冷系统
CN113899095B (zh) 一种带喷射器增效的准二级压缩式循环系统
CN203083058U (zh) 空调器
CN203286741U (zh) 制冷装置
CN113175762B (zh) 一种两相喷射器增效自复叠制冷循环系统及控制方法
CN112963979A (zh) 一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统
CN109612147B (zh) 一种双源式商用空调机及工作方法
CN211552135U (zh) 航空航天零部件测试用制冷加热控温系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20100922