[发明专利]一种多级混联置换换热系统

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种多级混联置换换热系统。

背景技术

如图1，传统空调及热泵制热/制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流件、以及蒸发器，制热/冷系统内的低温低压工质流经蒸发器吸收热量气化，在压缩机中被压缩为高温高压的气体，流经冷凝器释放热量，最后经节流件降压后再次进入蒸发器。工质在系统内的循环过程中不断的吸热、放热，实现系统制热/制冷。

制热/制冷系统在用于制热时，将冷凝器安装于需要制热的环境中，工质在蒸发器中吸收蒸发器所处环境中的热量，并经工质流道输送至冷凝器中释放热量，以提高冷凝器所处环境的温度，达到制热效果。制热/制冷系统在用于制冷时，将蒸发器安装于需要制冷的环境中，工质在蒸发器中吸收蒸发器所处环境中的热量以降低蒸发器所处环境的温度，并经工质流道输送至冷凝器中将吸收到的热量释放到冷凝器所处的环境中，达到制冷效果。

如图2，传统空调及热泵制冷/制热系统的应用场景被划分为了两个区域：在节流件之前的冷凝区，以及在节流件之后的蒸发区。高温高压工质经冷凝器进入到蒸发器之间有两个环节：环节一，由冷凝器流出的高温高压工质首先经过工质管道到达节流件；环节二，经过节流件到达蒸发器。在环节一中，工质的一部分热量散发到环境当中，没有被充分利用，造成了工质热量资源的浪费。在环节二中，工质通过节流件的作用以后温度被降低，最终入蒸发区蒸发吸热。但是，传统空调制冷/制热系统中节流件对工质的降温作用是有限的，工质仍然会带着一部分冷凝余热进入到蒸发器中。对于制冷/制热系统而言，在一定范围内，进入蒸发器的工质温度越低，蒸发器内工质与蒸发区环境之间的温度差越大，蒸发器中工质吸收的热量越多，相应地，换热系统的制冷/制热能力也就越强。但是，环节二中工质携带的冷凝余热却缩小了蒸发器内工质与外界环境之间的温度差，破坏了蒸发器的蒸发场景。因此，传统的空调热泵制冷/制热系统中，冷凝区和蒸发区并不是完全独立隔离的，工质将冷凝余热带入到蒸发器内，不仅浪费了部分冷凝余热，而且造成冷凝区与蒸发区的相互感染，整个系统的能效无法达到最优。

更有甚者，在极端温度条件在工作时，例如我国北方的冬天室外温度能达到零下十几度甚至零下几十度。传统空调热泵制冷/制热系统的蒸发器所在环境的温度只有零下十几度。此时，经冷凝器流出的高温高压工质（假设工质温度为50度），即使在由冷凝区进入到蒸发区的过程中，释放了部分热量到外界环境中，并且进一步经过了节流部件以后，进入蒸发器的工质温度降低至35-40度。但是，这个温度仍然高于蒸发器的环境温度。而蒸发器工作的前提是其内部的工质与外部环境之间的温度差大于8度，此时蒸发器根本无法启动工作。并且对于极端环境中，为了提高用户的使用舒适度，我们更加希望能够在尽量短的时间能将环境温度调节至需要的目标温度。通过增加制热/制冷系统中循环的制冷/制热工质量来提高一次制冷/制热循环过程中的热量载体的量，从而提高系统的制冷/制热效率，极易导致压缩机超负荷运行。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种多级混联置换换热系统。

本发明的技术方案如下：

一种多级混联置换换热系统，包括通过工质流道连接的蒸发器、压缩机、冷凝器、以及第一节流件；所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接所述第一节流件的入口，所述第一节流件的出口连接所述蒸发器的入口；其特征在于：所述冷凝器出口和所述第一节流件入口之间设有多级混联热量置换区。建立在所述冷凝器和所述第一节流件之间的多级串联热量置换区将传统的冷凝区和蒸发区隔离开，在提升冷凝同时，隔绝冷凝余热对蒸发区的影响，使得系统能效大大提升。

作为优选，所述热量置换区包括第二节流件、以及多级混联热量置换装置；所述第二节流件的入口连接所述冷凝器的出口，所述第二节流件的出口连接所述多级混联热量置换装置的入口，所述多级混联热量置换装置的第一出口连接所述第一节流件的入口。所述第二节流件之前为工质等温变换的冷凝区，所述第一节流件之后为蒸发区。所述第二节流件将传统卡诺式循环中的节流件前移，缩短了冷凝器出口至节流件之间的距离，设置在第二节流件与蒸发器之间的多级串联热量置换装置回收利用原本在前述环节一种释放到环境中的部分冷凝余热，即避免了冷凝余热释放到环境中造成浪费，又充使得进入蒸发器的工质温度能够降到很低，避免了冷凝余热对蒸发器蒸发场景的破坏，将冷凝区和蒸发区隔离开来，避免了冷凝区和蒸发区的相互感染。