一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统，主循环系统与第一辅助循环系统连通形成回路，第一辅助循环系统的输出端通过换热循环泵与外部换热装置的输入端连通，外部换热装置的输出端与第一辅助循环系统连通，主循环系统的输出端通过终端循环泵与用户终端连通。相比现有技术中使用的覆叠热泵方案，本发明专利技术共换热介质流体与外界空气温差较大，循环流程结构不一致，在缩小冷凝器与蒸发器间温差方面可以达到较高水平，还可以通过多次升温与多次降温并举方式来提高传热介质与外界热源的温差，从而可加大换热速度，并提高系统的效能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统


[0001]本专利技术是涉及热工与流体机械
，具体地说是涉及一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统。

技术介绍

[0002]建筑能耗现在已经占到整个社会的能耗46.7％了，而采暖空调已占到整个社会能耗20％以上了，若能够研究先进的空气能热泵解决化霜难题和在极寒天气情况下能够获得稳定的且较高采暖温度，将完全可以替代传统燃气锅炉采暖，改变现行的以能量转换为主的燃气锅炉或电锅炉采暖模式，变为完全以能量转移模式的热泵进行采暖，那么每年可以为我国节约3.35亿吨标准煤，还可以节约一万亿电力建设投资费用。这将对于碳达峰碳中和具有非常重要的意义。
[0003]当前各种热泵在较低环境温度情况下热泵机组运行效率依然较低，同时运行还出现不稳定的现象，相关科技工作者为此做出了巨大的努力，采用了许多技术手段来加以改善，诸如补气增焓技术、电辅增焓技术、复叠热泵、多级压缩等，多级压缩虽然可以减少几个换热器，但其效率和稳定性不如复叠方案，尽管如此依然还是不尽人意，难以应对极低环境温度，究其原因是由于制冷制热过程时蒸发温度与冷凝温度相差很大的缘故，造成了压缩比太大，压缩机难以承受如此大的压差，低温热量向高温处转移会变得非常的困难。热泵就如同搬运工一样要把低处物品往越高处搬运就越困难，也就是说热泵要把低温热量搬运到高温处去也会遇到同样的问题，分成几个步骤搬运热量显得容易许多了，低温处与高温处的温差越大搬运热量就会越困难，其运行时的能效比也会越低，若温差大到一定的程度时还会导致热泵机组无法正常运行。因此，复叠热泵相关技术方案便应运而生了，覆叠热泵可以应对
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20℃以下环境温度来转移低温热量都具有很好经济价值，而传统热泵却不行，而且覆叠热泵效率要比传统热泵高24.4％，覆叠方案就是采取把两个热泵循环系统串联起来达到搬运低温热量的目的，覆叠方案虽然可以缩小冷凝器与蒸发器的温差，但在获取外部低温热源时，依然是以小温差大流量方式与空气进行热量交换，这就增大了换热设备的体积，也增大了换热介质的流量，意味着循环泵功率和轴流风扇电机功率都要增大，而且会缩短换热器使用寿命。
[0004]一般情况下水汽质量占整个空气质量的含量是在0.003％～4％之间，但所蕴含热量是可以占到空气源热量的99％以上，当空气相对湿度达到60％以上时通常最多只需要降温5℃以上就可以获得大量的水汽能潜热，且水汽能潜热至少会占整个空气能的80％以上，而空气显热占比就非常低了，有时是可以忽略不计的。根据空气相对湿度与绝对含湿量对照表我们可以查到其相对湿度和不同温度情况下空气中绝对含湿量及相应露点温度，便可知道降温多少度便可以开始获取空气中水汽潜热了。如当相对湿度60％时，
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10℃环境温度只需要降温至
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15℃以下就可以获得空气中水汽潜热了，因为此时露点温度是
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15℃，那么降温至
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20℃时我们就可以获取的水汽潜热了，这是等量空气体积的98倍以上的热量啊，而空气显热几乎可以忽略不计了，若相对湿度达到100％的情况下，
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10℃与
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15℃空气绝对含
湿量分别是2.3g/m3、1.6g/m3，若相对湿度为100％时当下温度便是其露点温度了，此时释放水汽能潜热会是等量空气体积显热的277倍了，因为空气降温5℃所释放出显热＝1.003J/(kg
·
K)
×
1.29Kg/m3×
5m31K＝6.46935J＝0.0015kcal。也就是说相对湿度达到百分之百情况下我们只需要降温2℃～3℃足以获得百倍于同等空气体积的显热。我国南方冬季空气相对湿度一般都会超过70％的，而北方大部分有人居住的地方相对湿度大部分时间段也会超过60％的，因此降温5℃～10℃具有很强经济价值。若采用小温差与空气进行换热，在相对湿度较低情况下，系统是难以获得空气中水汽潜热的，这也是没有大温差换热必将丧失获取空气中水汽潜热另一个优势的原因所在。
[0005]基于温差是换热唯一动力，温差越大系统向空气排热速度就越快，在同等换热面积和相等流量情况下温差越大换热量也就越大，现行覆叠式热泵虽然在某种程度上可以应对极寒天气采暖温度不够的情况，但不具备与空气大温差换热优势，与环境空气大温差换热不仅可以加速散热，若是吸收空气能还可以获取空气中水汽潜热，若温差太小是没有办法获取空气中水汽潜热的，那么换热设备相对要大许多，其所需要风量与换热介质流量也要大很多，这意味着循环泵及轴流风扇电机功率要大很多，流体流量过大还会把换热器使用寿命缩短。
[0006]为了获得系统高效率换热，最终也就是能够与外界空气进行强有力的热交换，向空气散热也好，向空气索取热量也罢，其目的都是为了快速把热量排入大气环境，那么换热介质与环境温差才是唯一传热动力所在，也就说是不存在一个热力循环系统不与外界空气发生热量交换的。
[0007]因此需要设计一种能改善现行覆叠式热泵换热流程的系统成为进一步改进的方向。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统，包括主循环系统、第一辅助循环系统、换热循环泵、外部换热装置、终端循环泵和用户终端，所述主循环系统与第一辅助循环系统连通形成非制冷剂侧回路，所述第一辅助循环系统的输出端通过换热循环泵与外部换热装置的输入端连通，所述外部换热装置的输出端与所述第一辅助循环系统连通，所述主循环系统的输出端通过终端循环泵与用户终端连通。
[0009]优选地，所述主循环系统包括主压缩机、主循环阀、主循环换热器和主制冷剂循环节流装置，所述主压缩机通过主循环阀分别与两个主循环换热器连通形成制冷剂循环回路，所述主循环换热器之间设有主制冷剂循环节流装置，其中一个主循环换热器与所述第一辅助循环系统非制冷剂侧连通，另外一个主循环换热器通过终端循环泵与用户终端连通。
[0010]优选地，所述第一辅助循环系统包括第一辅压缩机、第一辅循环阀、第一辅循环换热器和第一辅制冷剂循环节流装置，所述第一辅压缩机通过第一辅循环阀分别与两个第一辅循环换热器连通形成制冷剂回路，所述第一辅循环换热器之间与其中一个主循环换热器串联形成非制冷剂侧回路，所述第一辅循环换热器之间还连通有第一辅制冷剂循环节流装置，其中一个第一辅循环换热器通过管道与外部换热装置连通，另外一个第一辅循环换热器通过换热循环泵与外部换热装置连通形成非制冷剂侧回路。
[0011]优选地，所述外部换热装置为翅片管换热器、闭式换热塔或开放式空气换热塔的其中一种。
[0012]优选地，所述主循环换热器为套管换热器、管壳式换热器、翅片管换热器的其中一种或两种的组合。
[0013]优选地，所述第一辅循环换热器为套管换热器、管壳式换热器、翅片管换热器的其中一种或两种的组合。
[0014]优选地，所述主循环阀为电动四通阀或四个并联的电动角阀。
[0015]优选地，所述第一辅循环阀为电动四通阀或四个并联的电动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统，其特征在于：包括主循环系统、第一辅助循环系统、换热循环泵(1)、外部换热装置(2)、终端循环泵(3)和用户终端(4)，所述主循环系统与第一辅助循环系统非制冷剂侧连通形成回路，所述第一辅助循环系统的输出端通过换热循环泵(1)与外部换热装置(2)的输入端连通，所述外部换热装置(2)的输出端与所述第一辅助循环系统连通，所述主循环系统的输出端通过终端循环泵(3)与用户终端(4)连通。2.根据权利要求1所述的一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统，其特征在于：所述主循环系统包括主压缩机(5)、主循环阀(6)、主循环换热器(7)和主制冷剂循环节流装置(8)，所述主压缩机(5)通过主循环阀(6)分别与两个主循环换热器(7)连通形成制冷剂回路，所述主循环换热器(7)之间设有主制冷剂循环节流装置(8)，其中一个主循环换热器(7)与所述第一辅助循环系统非制冷剂侧连通，另外一个主循环换热器(7)通过终端循环泵(3)与用户终端(4)连通。3.根据权利要求2所述的一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统，其特征在于：所述第一辅助循环系统包括第一辅压缩机(9)、第一辅循环阀(10)、第一辅循环换热器(11)和第一辅制冷剂循环节流装置(12)，所述第一辅压缩机(9)通过第一辅循环阀(10)分别与两个第一辅循环换热器(11)连通形成回路，所述第一辅循环换热器(11)之间与其中一个主循环换热器(7)串联形成非制冷剂侧回路，所述第一辅循环换热器(11)之间还连通有第一辅制冷剂循环节流装置(12)，其中一个第一辅循环换热器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小江，
申请(专利权)人：刘小江，
类型：发明
国别省市：