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一种协同控制带喷射增焓的冰源 热 泵复合系统

阅读：324发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统。本发明提出适宜于系统整体协同控制运行的5种运行模式：①冰源热泵单独制热系统，②冰源热泵双热源制热系统，③涡旋压缩喷气增焓辅助制热系统，④涡旋压缩喷气增焓辅助制冷系统，⑤喷射‑吸收式制冷系统。本发明解决了传统风冷（水源）热泵机组低温制热与高温制冷时，压缩机排气温度过高、制热（冷）量及效率显著降低，并造成系统无法稳定可靠运行等突出问题。本发明的应用，拓宽了传统空调机组制冷、制热的范围，全面提升系统制冷、制热能力，从而实现高效的超低温制热循环和超高温制冷循环。，下面是一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统，其特征在于：它包括冰源热泵系统、喷射-吸收式制冷系统和涡旋压缩喷气增焓辅助系统；
a、所述冰源热泵系统包括依次通过相应管路相连接的载冷剂溶液箱（1）、板式换热器（2）、1#蒸发器（3）、与1#蒸发器（3）并联的2#蒸发器（4），所述1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4）的出口分别通过制冷工质管路以及设置在制冷工质管路十字交叉连通管上的四个电磁阀与压缩机（8）进口、涡旋压缩喷气增焓辅助系统中的四通换向阀（10）的相应接口连接，压缩机（8）出口通过管路以及电磁阀接入冷凝器（5）进口，所述冷凝器（5）的出口通过管路以及电磁阀、节流阀与1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4）的进口相连接，构成循环系统，且冷凝器（5）通过管路为用户末端（6）供暖；当1#蒸发器和2#蒸发器同时运行时，该冰源热泵系统为双热源热泵复合系统；
b、所述涡旋压缩喷气增焓辅助系统包括通过管路相连接的涡旋压缩机（9）和四通换向阀（10），所述四通换向阀（10）一个进口通过一个设置有电磁阀的旁通管与所述2#蒸发器（4）的出口相连通；所述四通换向阀（10）一个出口通过管路以及相应的电磁阀与冷凝器（5）进口连接；所述冷凝器（5）出口分两路，一路连接1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4），另一路通过设置有电磁阀的管路连接经济器（14），所述经济器（14）一路通过节流阀与1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4）连接，另一路与涡旋压缩机（9）连接进行喷气增焓；
c、所述喷射-吸收式制冷系统包括喷射制冷装置（7），所述喷射制冷装置（7）包括由上至下依次设置在密闭壳体内的喷射器（16）、膜片式螺旋管（17）、延迟加热板（20）、过滤层（21）及蒸发器（22）；所述膜片式螺旋管（17）进气口设置带有凹槽的葫芦形喷嘴（18）、出口设置锥形扩口（19）；所述喷射器（16）的喷嘴通过管路经真空泵（24）与冷凝器（5）进口连接，冷凝器（5）出口与蒸发器（22）之间的连接管路上设置循环泵（26）及相应的阀门（49）；蒸发器（22）与用户末端（6）、2#蒸发器（4）相连接的供路管上设置有循环泵以及电子三通阀，蒸发器（22）与用户末端（6）、2#蒸发器（4）相连接的回路管上设置有电磁阀以及电子三通阀。

说明书全文

一种协同控制带喷射增焓的冰源 热 泵复合系统

技术领域

[0001] 本发明属于暖通空调领域，尤其涉及一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统的集成技术，主要研究一种多工况空调运行节能系统。

背景技术

[0002] 随着经济的发展，空调应用越来越广泛，但能源消耗也愈发紧张，据统计，我国建筑用能占全国能源消费总量的30%以上，其中，公共建筑能源消耗数量巨大且存在严重的浪费现象，建筑能耗中采暖空调和热水系统占据了约40% 60%的份额。~

[0003] 在资源严重匮乏和环境污染日益恶化的双重压力下，为响应国家节能减排的战略需要，研发一种多工况降低能耗、经济环保的空调系统迫在眉睫。

发明内容

[0004] 本发明的目的正是针对目前空调系统单一冷热源，系统能效低、能源浪费及环境污染严重等现象，而提供一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统。

[0005] 本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

[0006] 本发明的协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统包括冰源热泵系统、喷射-吸收式制冷系统和涡旋压缩喷气增焓辅助系统；

[0007] 所述冰源热泵系统包括依次通过相应管路相连接的载冷剂溶液箱、板式换热器、1#蒸发器、与1#蒸发器并联的2#蒸发器，所述1#蒸发器、2#蒸发器的出口分别通过制冷工质管路以及设置在制冷工质管路十字交叉连通管上的四个电磁阀与压缩机进口、涡旋压缩喷气增焓辅助系统中的四通换向阀的相应接口连接，压缩机出口通过管路以及电磁阀接入冷凝器进口，所述冷凝器的出口通过管路以及电磁阀、节流阀与1#蒸发器、2#蒸发器的进口相连接，构成循环系统，且冷凝器通过管路为用户末端供暖；当1#蒸发器和2#蒸发器同时运行时，该冰源热泵系统为双热源热泵复合系统；

[0008] 所述涡旋压缩喷气增焓辅助系统包括通过管路相连接的涡旋压缩机和四通换向阀，所述四通换向阀一个进口通过一个设置有电磁阀的旁通管与所述2#蒸发器的出口相连通；所述四通换向阀一个出口通过管路以及相应的电磁阀与冷凝器进口连接；所述冷凝器出口分两路，一路连接1#蒸发器、2#蒸发器，另一路通过设置有电磁阀的管路连接经济器，所述经济器一路通过节流阀与1#蒸发器、2#蒸发器连接，另一路与涡旋压缩机连接进行喷气增焓；

[0009] 所述喷射-吸收式制冷系统包括喷射制冷装置，所述喷射制冷装置包括由上至下依次设置在密闭壳体内的喷射器、膜片式螺旋管、(聚能材料制备而成的)延迟加热板、过滤层及蒸发器；所述膜片式螺旋管进气口设置带有凹槽的葫芦形喷嘴、出口设置锥形扩口；所述喷射器的喷嘴通过管路经真空泵与冷凝器进口连接，冷凝器出口与蒸发器之间的连接管路上设置循环泵及相应的阀门；蒸发器与用户末端、2#蒸发器相连接的供路管上设置有循环泵以及电子三通阀，蒸发器与用户末端、2#蒸发器相连接的回路管上设置有电磁阀以及电子三通阀。

[0010] 进一步说：

[0011] 本发明所述的冰源热泵系统是以二乙二醇（即二甘醇，浓度为0.5～50%。）溶液为载冷剂，通过吸取溶液结冰释放的相变热以实现系统供暖目的（本发明冰源热泵系统在-30℃仍可以稳定运行），可有效解决传统风冷（水源）热泵机组低温制热时，制热量及效率显著降低、系统无法稳定可靠运行等突出问题；

[0012] 本发明所述的喷射-吸收式制冷系统提出了一种在低热源温度，低蒸发温度，高冷却水温度的条件可稳定运行的新型喷射-吸收式制冷系统，通过改变膜片式螺旋换热管（注：膜片式螺旋换热管进、出口，分别设计为带有凹槽的葫芦形、锥形扩口状，在温度和压力变化时诱导膜片发生振动，破坏了流体的温度和速度边界层，进而挤压气流层，扰乱了膜片式螺旋换热管内流体的边界层，更好的进行了传热，提高了系统整体换热性能。同时，膜片式螺旋换热管产生的振动扰动了气流，以使管内气流流线弯曲、突扩卷成漩涡，更有利于增强管内流体扰动，提高系统整体换热性能。）内工作蒸汽压力，促使其在管内壁附面层卷成非稳定漩涡扰动的脉冲气流，旨在提升上升闪发蒸气（约93～96℃）与换热管间的辐射、导热复合换热程度；

[0013] 本发明所述的涡旋压缩喷气增焓辅助系统适用于大环境温差的新兴节能技术，是由喷气增焓涡旋压缩机，主、辅路节流阀和高效换热器等组成的新型循环系统，可有效解决风冷热泵式冷热水机组低温制热与高温制冷时，压缩机排气温度过高、制热（冷）量及效率显著降低，并造成系统无法稳定可靠运行等突出问题。

[0014] 本发明的有益效果如下：

[0015] 本发明针对系统末端用能情况和室外环境气候条件不同，提出适宜于系统整体协同控制运行的5种运行模式：①冰源热泵单独制热系统，②冰源热泵双热源制热系统，③涡旋压缩喷气增焓辅助制热系统，④涡旋压缩喷气增焓辅助制冷系统，⑤喷射-吸收式制冷系统。解决了传统风冷（水源）热泵机组低温制热与高温制冷时，压缩机排气温度过高、制热（冷）量及效率显著降低，并造成系统无法稳定可靠运行等突出问题。一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统的应用，拓宽了传统空调机组制冷、制热的范围，全面提升系统制冷、制热能力，从而实现高效的超低温制热循环和超高温制冷循环。

[0016] 整体系统可实现多工况制冷、供暖，全面提升系统制冷、制热能力，降低系统能耗。本发明的一种协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统，在高温、低温恶劣环境条件下，与常规空调系统相比具有明显的低能耗、低污染、运行稳定等优势。
附图说明

[0017] 图1本发明的系统原理图。

[0018] 图2冰源热泵系统单独供暖系统原理图。

[0019] 图3冰源热泵系统双热源供暖系统原理图。

[0020] 图4冰源热泵系统与涡旋压缩喷气增焓辅助系统联合供暖系统原理图。

[0021] 图5喷射-吸收式制冷系统单独制冷系统原理图。

[0022] 图6喷射-吸收式制冷与涡旋压缩喷气增焓辅助系统联合制冷系统原理图。

[0023] 图7膜片式螺旋管结构示意图。

[0024] 图中序号：1-载冷剂溶液箱，2-板式换热器，3-1#蒸发器，4-2#蒸发器，5-冷凝器，6-用户末端，7-喷射制冷装置，8-压缩机，9-涡旋压缩机，10-四通换向阀，11-节流阀，12-节流阀，13-节流阀，14-经济器，15-引射口，16-喷射器，17-膜片式螺旋管，18-入口葫芦形喷嘴，19-锥形出口，20-延迟加热板，21-过滤层，22-蒸发器，23-冷凝水槽，24 -真空泵，25~
27-循环泵，28~29-电子三通阀，30~49-电磁阀，50-10H2O·NaSO4。

具体实施方式

[0025] 本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。

[0026] 如附图1所示，本发明的协同控制带喷射增焓的冰源热泵复合系统包括冰源热泵系统、喷射-吸收式制冷系统和涡旋压缩喷气增焓辅助系统；所述冰源热泵系统中的载冷剂溶液箱（1）与1#蒸发器（3）的中间通过板式换热器（2）连接，其中，板式换热器（2）的进、出口分别与1#蒸发器（3）的进、出口连接，1#蒸发器（3）与2#蒸发器（4）并联，且均通过制冷工质管路与压缩机（8）连接，在制冷工质管路十字交叉连通管处各分别设置一个电磁阀（31、32、33、34）和一个旁通管，旁通管上设置电磁阀（30），其中所述电磁阀（32）通过相连接的压缩机（8）、电磁阀（35、37、38）接入冷凝器（5）进口，所述冷凝器（5）的出口通过管路以及电磁阀（43）、节流阀（11）以及相应的电磁阀（39、40、41）与1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4）的进口相连接，构成循环系统，且冷凝器（5）通过管路为用户末端（6）供暖；当1#蒸发器和2#蒸发器同时运行时，该系统为双热源热泵复合系统，相关管段之间设置电子三通阀、循环水泵及电磁阀通过启闭控制系统按指令运行（参见图2、3所示）。

[0027] 所述喷射-吸收式制冷系统包括喷射制冷装置（7），所述喷射制冷装置（7）包括由上至下依次设置在密闭壳体内的喷射器（16）、膜片式螺旋管（17）、(聚能材料制备而成的)延迟加热板（20）、过滤层（21）及蒸发器（22）；所述膜片式螺旋管（17）进气口设置带有凹槽的葫芦形喷嘴（18）、出口设置锥形扩口（19）（参见图7）；所述喷射器（16）的喷嘴通过管路经真空泵（24）与冷凝器（5）进口连接，冷凝器（5）出口与蒸发器（22）之间的连接管路上设置循环泵（26）及相应的阀门（49）；蒸发器（22）与用户末端（6）、2#蒸发器（4）相连接的供路管上设置有循环泵（25、27）以及电子三通阀（28），蒸发器（22）与用户末端（6）、2#蒸发器（4）相连接的回路管上设置有电磁阀（47、48）以及电子三通阀（29）；（参见图5、6）

[0028] 所述涡旋压缩喷气增焓辅助系统包括通过管路相连接的涡旋压缩机（9）和四通换向阀（10），所述四通换向阀（10）一个进口通过一个设置有电磁阀（30）的旁通管与所述2#蒸发器（4）的出口相连通；所述四通换向阀（10）一个出口通过管路以及相应的电磁阀（36）与冷凝器（5）进口连接；所述冷凝器（5）出口分两路，一路连接1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4），另一路通过设置有电磁阀（43、44、45、46）的管路连接经济器（14），所述经济器（14）一路通过节流阀（13）以及相应的电磁阀与1#蒸发器（3）、2#蒸发器（4）连接，另一路通过节流阀（12）、与涡旋压缩机（9）连接进行喷气增焓（参见图4）

[0029] 本发明通过系统协同控制、联合运行，可实现3种冬季供热运行模式：

[0030] 冰源热泵单独制热系统：如图2所示，载冷剂（二乙二醇，即二甘醇，浓度为0.5～50%。）溶液箱（1）内溶液结冰释放的相变热通过板式换热器（2），与1#蒸发器（3）内制冷剂吸收、换热，开启阀门（31、32），关闭阀门（33、34），制冷剂经过压缩机（8）压缩成高温高压工质，开启阀门(35)、（37、38）关闭阀门（36），经冷凝器（5）放热，开启供、回管段上的电子三通阀门（28、29），制冷剂与末端水管换热、实现末端用户供热。开启阀门（43）、关闭（44），制冷剂经节流阀（11）节流降压，开启阀门（39、41），关闭阀门（40）、（42）返回蒸发器（3）吸热并返回压缩机（9），完成制热循环过程。

[0031] 冰源热泵双热源制热系统：如图3所示，冰源热泵系统单独供热不足以提供用户所需热量时，采用2#蒸发器（4）辅助冰源热泵系统、以实现双热源供热。载冷剂溶液箱（1）内溶液结冰释放相变热，经板式换热器（2）换热，与1#蒸发器（3）吸收换热后和2#蒸发器（4）辅助换热，协同控制、联合运行实现双热源换热，增加系统换热量；开启阀门（31、32、34），关闭阀门（33），两个蒸发器内制冷剂吸热形成的高温低压蒸汽合流后，经过压缩机（8）产生高温高压气态制冷剂，开启阀门(35、37、38），关闭（36），共同经冷凝器（5）放热，开启供、回管段上的电子三通阀门（28、29），与末端水管换热，实现末端用户供热。开启阀门（43）、关闭（44），制冷剂经节流阀（11）节流降压，开启阀门（39、40、41），关闭阀门（42），制冷剂分流至两蒸发器再次吸热并返回压缩机（9），完成制热循环过程。

[0032] 涡旋压缩喷气增焓辅助制热系统：如图4所示，冰源热泵双热源系统供热不足以提供用户末端所需热量时，采用冰源热泵双热源系统联合涡旋压缩喷气增焓辅助系统，通过系统协同控制、联合运行，可实现向用户末端供热。载冷剂溶液箱（1）内溶液结冰释放的相变热通过板式换热器（2）换热，经1#蒸发器（3）内制冷剂吸收、换热，开启阀门(30、31、32、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43），关闭其它阀门。蒸发器（3）内制冷剂吸收溶液的相变热，经压缩机（9）压缩成高温高压蒸汽、在冷凝器（5）内与用户末端（6）回水换热、实现供暖；
蒸发器（4）内制冷剂吸收热量，通过旁通管和一部分来自经济器（14）的辅路补气至涡旋压缩机（8）形成高温高压制冷剂蒸汽，经冷凝器（5）与用户末端（6）回水换热、实现供暖供暖。
冷凝后的制冷剂一部分经过节流阀（11）返回蒸发器（3）完成循环，另一部分经过经济器（14）分为两路：一路经过膨胀阀（15）返回涡旋压缩机补气，另一路过冷后、进入蒸发器（4）完成制热循环。通过旁通管上阀门（30、33）启闭控制，实现冰源热泵双热源系统联合涡旋压缩喷气增焓辅助系统，经系统协同控制、联合运行，实现向用户末端供热。

[0033] 本发明通过系统协同控制、联合运行，可实现2种夏季制冷运行模式：

[0034] 喷射-吸收式制冷系统单独实现夏季制冷：如图5所示，蒸发器（22）置于冷凝水槽（23）内，冷凝水吸收盘管内回水热量蒸发，通过滤层（21）过滤、阻挡水滴，穿过带孔延迟(聚能材料)加热板（20），在膜片式螺旋管（17）内工作蒸汽加热下，形成温度约为93 96℃的高~温蒸气，经喷射器（16）引射，喷嘴出口通过管道和冷凝器（5）入口连接，管段上设有真空泵（24）、以备系统抽真空用，冷凝器（5）出口由管道连接、经U型管节流后流至冷凝水槽，管段上设置阀门（48）和循环水泵（26），蒸发器（22）进出口分别通过三通阀门（28）（29）与用户末端（6）的回水进出口连接，管段之间设置有循环水泵（25）。所示膜片式螺旋盘管（17）蒸汽（加热热源）入口处设置葫芦状喷嘴（18）及锥形扩口状出口（19）：经过两次改变入口压力，形成入口速度变化波动的脉冲气流，在管内形成脉冲波，以使管内气流流线弯曲、突扩卷成漩涡，更有利于增强管内流体扰动，强化膜片式螺旋管与蒸汽间的辐射换热及热传导能力，提高系统整体换热性能。所述带孔的延迟(聚能材料)加热板（20）在膜片式螺旋管（17）停止提供蒸汽后、仍能维持一定时间内持续加热，减少作为热源的蒸汽量及能源浪费。

[0035] 喷射-吸收式制冷系统与涡旋压缩喷气增焓辅助系统联合制冷：如图6所示，当喷射-吸收式制冷系统单独制冷不能满足末端用户用冷需求时，通过四通换向阀（10）转换涡旋压缩喷气增焓系统制冷模式，与喷射-吸收式制冷系统匹配供冷。用户末端（6）的回水进、出水管通过管道分别与冷凝器（5）的进、出水口连接，制冷剂在冷凝器侧放热后，经过阀门（43、44）流经经济器（14）：一路返回压缩机（8）进行补气，另一路经节流阀（13）节流降压后、进入蒸发器（5）与用户末端（6）循环水进行换热。制冷剂在蒸发器（5）内完成蒸发吸热、进入压缩机，实现制冷循环。

[0036] 综上，本发明能够通过相关阀门及装置设备的开闭与启停，实现多种工况的供热制冷运行模式，与传统空调系统相比具有节约能源，低污染、低能耗，高效、稳定运行等优点，同时解决了传统空调在恶劣环境下制热制冷效果差等问题。

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