[发明专利]自复叠热泵循环系统

说明书

技术领域

本发明属于能源与动力工程技术领域，涉及一种热泵循环系统，尤其是自复叠热泵循环系统。

背景技术

一、热泵的概念

热泵，按新国际制冷词典(New International Dictionary of Refrigeration)的定义，热泵(Heat Pump)就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。事实上，热泵就是制冷机的一种应用方式，从热力学上或工作原理上说，二者都是热能的搬运工具，只是制冷机出现较早，从广义上说两者合称为“热泵”更为贴切。二者的主要区别为：一是两者的目的不同，制冷机的目的是为获得低温；热泵的目的是为获得高温；二是两者的工作温度区不同，当以环境温度作为基准时，制冷机将环境温度作为高温热源；热泵则将环境温度作为低温热源。而且，有的装置能同时制冷、制热，二者的称谓就没有界限。下述的热泵循环，均是制冷、制热原理的统一称谓。

二、热泵的分类及性能系数

按工作原理分类：

可分为蒸汽压缩式、气体压缩式、吸收式、热电式及化学热泵等，相比其他形式的热泵，其中单级蒸汽压缩式热泵由于结构简单、实用，故应用最为广泛。在这类热泵中，热泵工质，即热泵循环中的工作介质，通常在压缩机、冷凝器、节流装置及蒸发器等部件组成的系统中按一定模式进行循环，并通过工质的状态变化及相变来实现将低品位的热能“泵送”到高品位的温度区。

按热源介质分类：

可分为空气--空气热泵；空气--水热泵；水--空气热泵；水--水热泵等。其中空气--空气热泵和空气--水热泵最为实用方便，市场上占有率最高。这两类热泵通过换向阀改变热泵工质的流向，来实现夏季制冷空调；冬季制热供暖的功能。以上述单级蒸汽压缩式热泵为例，热泵的热力经济性指标COP(收益与代价之比)按下式计算：

制热时，COP＝Qh/P＝(Q_L+P)/P＝1+ε，

其中，ε为制冷系数；

可见热泵制热时，其能效比恒大于一。

制冷时，COP＝Q_L/P。

以经典的理想热泵循环(制冷循环)逆卡诺循环为例，COP＝T_L/(T_H-T_L)式中T_H为高温热源的绝对温度；T_L为低温热源的绝对温度，其值通常可大于也可小于1，这由工况而定。可见，当热泵用于制热时，它是一种节能装置。

三、理想的热泵循环

经典理论：理想的热泵循环是可逆循环，是由若干个可逆过程组成的。根据热源情况，有下面两种：

a.在恒温热源间工作的逆卡诺循环

如图1所示，逆卡诺循环由两个等熵过程和两个等温过程组成，是性能系数最高的循环形式，也是应用最为普遍的循环模式，目前市场上几乎所有热泵型制冷、空调产品均按这种循环模式。逆卡诺循环的制热系数COP＝T_H/(T_H-T_L)，可见，卡诺热泵的制热系数随高温热源的温度升高及低温热源的温度降低而降低。这对实际热泵循环同样适用。

b.在变温热源间工作的洛伦兹循环。

如图2所示，洛伦兹循环的组成，与逆卡诺循环类似，同样由两个等熵过程及两个近似等温过程组成。它的理论制热性能系数经推导证明等同于逆卡诺循环。

按现有的经典理论：

在已知热源条件下，理想的热泵循环具有最大的性能系数，其他循环及实际循环的性能系数不可能超过理想循环。

四、国际、国内热泵技术的发展状况

自制冷技术发明以来，由于应用广泛，得到了迅速发展；而用于供热的热泵由于取暖方式的多样化，有的方法简单实用，之前又没有环保方面的要求，因此热泵的发展明显滞后于制冷机。

目前世界上发达国家如美国、欧洲、日本等热泵技术发展较早，已经非常成熟，从热泵主机(压缩机)、热泵工质(制冷剂)、换热器及控制技术均占据着市场上所有高端产品。中国国内的热泵技术发展较晚，技术明显滞后，但通过合资、引进、消化吸收也到了发展的高峰期。但令人遗憾的是，中国国内的热泵技术仍缺乏核心技术，尤其是先进的基础理论。

五、热泵热源