【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混合工质热泵领域，涉及一种基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统及控制方法。
技术介绍
1、热泵是一种能够高效转移热量的装置，在工业、农业、商业、家用采暖和制冷、除湿等领域均有着非常广泛的应用。
2、热泵的工质很大程度上决定了热泵的性能以及能效，随着制冷剂的迭代发展，越来越多的制冷剂因其对环境的污染而被逐步淘汰，在开发新的天然制冷剂以及人工合成制冷剂的同时，混合制冷剂逐渐引起各国学者的兴趣。尤其是非共沸混合工质因其相变过程中的温度滑移能够改善换热器的温度匹配而被广泛研究与应用。
3、但是，非共沸混合工质较为明显的缺陷就是充注复杂，非共沸混合工质的组分浓度决定了它的温度滑移，进而决定了其适用的工况。在实际应用过程中，热泵往往要面临着各种工况，如果系统的工况发生了改变，那么混合工质的最优组分浓度往往也会随之改变，此时想要维持高效运行，需要重新排出并充注制冷剂，这很大程度上限制了非共沸混合工质的应用。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提供一种基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统及控制方法，能够在不重新充注制冷剂的情况下调节系统运行时的组分浓度，进而适应各种运行工况，使得系统能够在各种工况下都保持高效运行。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统，包括混合工质热泵系统和组分调控装置；
4、所述的混合工质热泵系统包括压缩机、冷凝
5、所述的组分调控装置包括三通阀ⅰ、工质分离器、组分一储罐、节流阀ⅱ、三通阀ⅱ、组分二储罐、节流阀ⅲ、三通阀ⅲ；
6、所述压缩机的出口端与冷凝器的入口端连接，冷凝器的出口端与三通阀ⅰ的入口端连接，三通阀ⅰ的出口端与节流阀ⅰ的入口端连接，节流阀ⅰ的出口端与三通阀ⅱ的入口端连接，三通阀ⅱ的出口端与三通阀ⅲ的入口端连接，三通阀ⅲ的出口端与蒸发器的入口端连接，蒸发器的出口端与压缩机的入口端连接；
7、所述三通阀ⅰ的旁通口与工质分离器的入口端连接，工质分离器的第一出口端与组分一储罐的入口端连接，组分一储罐的出口端与节流阀ⅱ的入口端连接，节流阀ⅱ的出口端与三通阀ⅱ的旁通口连接；
8、所述工质分离器的第二出口端与组分二储罐的入口端连接，组分二储罐的出口端与节流阀ⅲ的入口端连接，节流阀ⅲ的出口端与三通阀ⅲ的旁通口连接；
9、二氧化碳/甲烷混合工质通过管道在系统中流动。
10、进一步地，所述工质分离器包括混合基质膜、微孔膜；
11、所述混合基质膜由沸石分子掺入聚合物基质(pa)中制成，其对甲烷透过性高，对二氧化碳透过性低，沸石是一种具有规则孔道结构的硅铝酸盐矿物，聚合物基质(pa)是指聚酰胺载体；
12、所述微孔膜是一种具有大量微孔的多孔薄膜材料，微孔膜的表面层通常非常薄，孔径较小，这有助于实现高效过滤，其孔径控制在二氧化碳易于通过而甲烷难以通过，因此对二氧化碳透过性高，对甲烷透过性低，在表面层下面，可能有一个或多个支撑层，这些层提供机械强度，孔径通常较大，以减少流体流动的阻力。
13、上述基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统的控制方法，
14、混合工质经压缩机压缩后进入冷凝器中冷凝，随后流经三通阀ⅰ时，部分工质由三通阀ⅰ的出口进入节流阀ⅰ，部分工质由三通阀ⅰ的旁通口流入工质分离器；
15、混合工质进入工质分离器以后，甲烷通过混合基质膜后由第一出口端进入组分一储罐，二氧化碳经过微孔膜后由第二出口端进入组分二储罐，混合工质在工质分离器中实现分离；
16、所述组分一储罐中的甲烷经节流阀ⅱ绝热节流后进入三通阀ⅱ的旁通口；
17、所述组分二储罐中的二氧化碳经节流阀ⅲ绝热节流后进入三通阀ⅲ的旁通口；
18、进入节流阀ⅰ的工质绝热节流，随后经三通阀ⅱ与三通阀ⅱ的旁通口流入的甲烷混合后进入三通阀ⅲ，再与三通阀ⅲ旁通口流入的二氧化碳混合后进入蒸发器中蒸发至气态后进入压缩机压缩以实现系统循环。
19、进一步地，所述三通阀ⅰ的旁通口开度控制着热泵系统内的工质流入组分调控装置的比例；节流阀ⅱ与三通阀ⅱ的旁通口开度控制组分调控装置分配回热泵系统的甲烷流量；节流阀ⅲ与三通阀ⅲ的旁通口开度控制组分调控装置分配回热泵系统的二氧化碳流量；
20、系统稳态运行时，组分调控装置分配回热泵系统的甲烷与二氧化碳的比例与热泵系统流入组分调控装置的比例相同，组分一储罐与组分二储罐储存着一定量的甲烷与二氧化碳；
21、需要改变系统组分浓度时(如提高甲烷浓度)，增大节流阀ⅱ与三通阀ⅱ的旁通口开度或者减小节流阀ⅲ与三通阀ⅲ的旁通口开度，组分调控装置分配回热泵系统的甲烷比例增大，组分一储罐中流出的甲烷增多，多流出的这部分甲烷随着系统运行至三通阀ⅰ时，一部分经工质分离器流回组分一储罐，一部分经过节流阀ⅰ在热泵系统中循环，整体上组分一储罐的甲烷储量减少直至系统再次到达稳态，热泵系统中的甲烷比例增加；
22、需要提高二氧化碳浓度时，增大节流阀ⅲ与三通阀ⅲ的旁通口开度或者减小节流阀ⅱ与三通阀ⅱ的旁通口开度，组分调控装置分配回热泵系统的二氧化碳比例增大，组分二储罐中流出的二氧化碳增多，多流出的这部分二氧化碳随着系统运行至三通阀ⅰ时，一部分经工质分离器流回组分二储，一部分经过节流阀ⅰ在热泵系统中循环，整体上组分二储罐的二氧化碳储量减少直至系统再次到达稳态，热泵系统中的二氧化碳比例增加。
23、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
24、(1)灵活应对不同工况
25、不同工况下，换热器对应着不同的温度滑移需求，通过调整系统运行时的组分浓度使得系统能够在不同的工况下都保持较高的能效，并且调整过程无需重新充注，较为灵活。
26、(2)降低泄露的影响
27、由于系统的组分浓度是可调节的，混合工质热泵在长期使用过程中发生一定程度的轻微泄露也不会对能效产生太大的影响。
28、(3)混合工质组分分离膜采用压缩机排气余压作为驱动力，组分调控系统无附加功耗。
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1.一种基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统，其特征在于，包括混合工质热泵系统和组分调控装置(5)；
2.根据权利要求1所述的基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统，其特征在于，所述工质分离器(7)包括混合基质膜(14)和微孔膜(15)；
3.根据权利要求1或2所述的基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统的控制方法，其特征在于，混合工质经压缩机(1)压缩后进入冷凝器(2)中冷凝，随后流经三通阀Ⅰ(6)时，部分工质由三通阀Ⅰ(6)的出口进入节流阀Ⅰ(3)，部分工质由三通阀Ⅰ(6)的旁通口流入工质分离器(7)；
4.根据权利要求3所述的基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统的控制方法，其特征在于,所述三通阀Ⅰ(6)的旁通口开度控制着热泵系统内的工质流入组分调控装置(5)的比例；节流阀Ⅱ(9)与三通阀Ⅱ(10)的旁通口开度控制组分调控装置(5)分配回热泵系统的甲烷流量；节流阀Ⅲ(12)与三通阀Ⅲ(13)的旁通口开度控制组分调控装置(5)分配回热泵系统的二氧化碳流量；
【技术特征摘要】
1.一种基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统，其特征在于，包括混合工质热泵系统和组分调控装置(5)；
2.根据权利要求1所述的基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统，其特征在于，所述工质分离器(7)包括混合基质膜(14)和微孔膜(15)；
3.根据权利要求1或2所述的基于余压驱动混合基质膜的混合工质热泵系统的控制方法，其特征在于，混合工质经压缩机(1)压缩后进入冷凝器(2)中冷凝，随后流经三通阀ⅰ(6)时，部分工质由三通阀ⅰ(...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，张斯婧，张涛，杨柳，张小松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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