[发明专利]分级压缩－分段取热型蒸汽压缩式热泵

说明书

技术领域

属于余热利用与热泵/制冷技术领域。

背景技术

蒸汽压缩式热泵是余热应用中的一种主要设备之一，可带来节能、环保和经济等多方面的效益。蒸汽压缩式热泵主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等基本部件组成，其供热主要依靠工质在冷凝器中的凝结放热来完成对冷流体的加热，冷凝器内工质的冷凝温度要满足用户的最高温度需求。在余热温度确定的情况下，用户用热的需求温度越高，压缩机的压缩比越高，机组的性能指数下降显著且较低；为了提高机组的性能指数，一般采取分级压缩、级间冷却的技术措施以解决或减轻压缩比过高带来的机组耗功增大、容积效率低和压缩终温过高的问题。

当用户的热需求——被加热介质需要由较低的温度加热到较高的温度时，无论是采用单级压缩的机组，还是采用分级压缩、级间冷却的机组，存在着这样的缺陷：机组的工作介质在压缩终了时的压力所对应的冷凝温度必须要超过被加热介质的最高温度即被加热的终了温度，这样，被加热介质的低温段取热也要由机组的最高供热来完成，这必然导致了机组传热温差大，带来了机组性能指数的降低。

对用于制冷的机组来说，其向环境的放热由冷却介质(被加热介质)带走，若把制冷机耗功和制冷负荷构成的热量全部提升到冷却介质的最高温度之上、然后传递到冷却介质，这同样是不合理的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种可减小机组冷却冷凝过程的传热温差，具有供热范围宽、供热温度高和较高的性能指数的分级压缩-分段取热型蒸汽压缩式机组，它主要由两个或两个以上的压缩机与相对应的两个或两个以上的冷凝器、以及蒸发器、节流阀等基本部件所组成，分为相关联的逐级压缩式和无关联的分别压缩式两种基本类型；在相关联的逐级压缩式的基本类型中，一级压缩机、一级冷凝器、蒸发器、节流阀等组成性能指数高、供热温度低的第一段一级压缩-取热的热泵流程与结构，二级压缩机、二级冷凝器、节流阀，并借助于一级压缩-取热热泵流程，组成性能指数低、供热温度高的第二段二级压缩-取热的热泵流程与结构，以此类推，得到三级或三级以上的分段压缩-取热型蒸汽压缩式热泵系统，低级数的压缩-取热热泵流程用于满足用户的低温段供热需求和向较高级数的上一级压缩-取热热泵流程提供冷剂蒸汽，较高级数的压缩-取热热泵流程完成用户的高温段用热需求；在无关联的分别压缩式基本类型中，低压压缩机、低压冷凝器、节流阀、蒸发器等基本部件组成性能指数高、供热温度低的低压压缩-取热热泵流程与结构，高压压缩机、高压冷凝器、节流阀、蒸发器等基本部件组成性能指数低、供热温度高的高压压缩-取热热泵流程与结构，低压压缩-取热热泵流程用于满足用户的低温段供热需求，高压压缩-取热热泵流程完成用户的高温段用热需求；在两种基本结构形式基础上可得到其它具体结构形式的分级压缩-分段取热型蒸汽压缩式热泵。

比较常规分级压缩、级间冷却蒸汽压缩式热泵/制冷机，本发明的分段压缩-取热蒸汽压缩式热泵/制冷机在保留了其降低耗功、提高容积效率和降低压缩终温的特点前提下，较大程度地降低了工质传热过程中的温差，因此可以提高机组的性能指数；同时，与常规分级压缩、级间冷却蒸汽压缩式热泵/制冷机相比，本发明主要增加了冷凝器，且增加的冷凝器还起到了级间冷却器的作用，因此机组在结构上和造价上的改变并不大。

如图1所示，以采用两级压缩-两段取热方案的机组为例，相关联的逐级压缩式分级压缩-分段取热型蒸汽压缩式热泵机组的发明目的是这样实现的：

①在结构上，一级压缩机、一级冷凝器、蒸发器和节流阀等基本部件组成低温段压缩-取热热泵流程与结构——一级压缩机与一级冷凝器之间通过工作蒸汽通道相连，一级冷凝器再经节流阀连通蒸发器，蒸发器还有工作蒸汽通道连通一级压缩机，蒸发器还有管道连通余热介质，一级冷凝器还有管道连通被加热介质；二级压缩机、二级冷凝器和节流阀等基本部件，并借助于低温段压缩-取热部分组成高温段压缩-取热热泵流程与结构——二级压缩机与二级冷凝器之间通过工作蒸汽通道相连，二级冷凝器再经节流阀连通一级冷凝器，一级冷凝器还有工作蒸汽通道连通二级压缩机，二级冷凝器还有管道连通被加热介质；一级冷凝器与二级冷凝器之间还有被加热介质通道相连，低温段压缩-取热热泵流程和高温段压缩-取热热泵流程依次或分别完成对被加热介质的低温段与高温段加热。