专利名称：带中间节流元件的自复叠热泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可提供较大工作温差并且具有较优性能的带中间节流元件 的自复叠热泵，特别涉及一种通过调节中间节流元件节流程度来实现调节该自复叠热泵系 统中富含高、低沸点制冷剂质量流量比进而实现对系统性能调节的自复叠热泵。
背景技术：
热泵是一种重要的节能装置，它能在投入一个单位的高品质能量的条件下产出多 于一个单位的热量，较电加热等传统供热方式具有明显的节能优势，所以在资源短缺及环 境污染问题严重的今天，对热泵的研究越来越引起人们的重视。目前热泵系统普遍采用简单的蒸汽压缩循环实现其功能，但由于单级蒸汽压缩 系统的压比限制了该种热泵的实际工作温差即冷凝温度与蒸发温度之差一般为40°C 50°C。为了实现在10°C以下的低温热源温度下制取80°C以上较高出水温度，科技工作者提 出将自复叠系统应用于该种大温差中高温热泵中。自复叠系统能够利用混合工质中不同组 元沸点不同的特性，使混合工质在循环中自然分离，实现高低温部分的自行复叠从而获得 大温差的循环，具有很好的应用前景。但是将传统的自复叠系统应用于热泵会存在着这样 的问题传统自复叠热泵系统冷凝器出口干度反映冷凝器内高温制冷剂的放热程度，且与 系统内部循环的富含高、低沸点组分制冷剂质量流量比直接相关，存在一最优冷凝器出口 干度值使该热泵系统获得最优制热性能，然而该热泵系统实际工作中冷凝器出口制冷剂状 态不稳定，系统可能一直在偏离最优制热性能条件下运行，且当最优冷凝器出口干度值较 高时，对应冷凝器内高温制冷剂放热不完全，该热泵系统总体性能较差。由此可见，为了体现自复叠热泵能方便制取较大工作温差的优势，推动其应用进 程，必须有效解决它自身存在的由工况变化引起的性能不稳定问题，以及由于冷凝器内高 温制冷剂放热不完全而导致的总体性能较差的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对上述自复叠热泵存在的由于工况变化引起的系统性 能不稳定问题，提供了一种带中间节流元件的自复叠热泵，该自复叠热泵具有适应性好、结 构简单、运行节能和工作温差大的特点。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是包括压缩机，压缩机的排气口与 冷凝器的进气口连接，冷凝器的出口与中间节流元件连接，中间节流元件的出口与气液分 离器的进口连接，气液分离器的出液口与高温级节流阀连接，高温级节流阀的出口与蒸发 器的出口以及冷凝蒸发器低温流体进口连接，气液分离器的出气口与冷凝蒸发器高温流体 进口连接，冷凝蒸发器高温流体出口与低温级节流阀进口连接，低温级节流阀出口与蒸发 器进口连接，冷凝蒸发器低温流体出口与压缩机进口连接形成了具有中间压力调节功能的 自复叠热泵循环闭合通道。本实用新型在冷凝器内高温制冷剂充分放热即冷凝器出口制冷剂具有较低干度及较低过冷度状态下，通过调节中间节流元件从而合理分配系统中富含高、低沸点制冷剂 质量流量比，消除工况变化引起的冷凝器出口状态变化对系统性能的负面影响并提高了性 能系数，具有适应性好、结构简单、运行节能、工作温差大等优点。
图1为本实用新型的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。参见图1，本实用新型包括压缩机A、冷凝器B、气液分离器C、冷凝蒸发器D、蒸发器 E、中间节流元件Fl、高温级节流阀F2、低温级节流阀F3，所述压缩机A的排气口与冷凝器B 的进气口连接，冷凝器B的出口与中间节流元件Fl连接，中间节流元件Fl的出口与气液分 离器C的进口连接，气液分离器C的出液口与高温级节流阀F2连接，高温级节流阀F2的出 口与蒸发器E的出口以及冷凝蒸发器D低温流体进口连接，气液分离器C的出气口与冷凝 蒸发器D高温流体进口连接，冷凝蒸发器D高温流体出口与低温级节流阀F3进口连接，低 温级节流阀F3出口与蒸发器E进口连接，蒸发器E出口与高温级节流阀F2的出口以及冷 凝蒸发器D低温流体进口连接，冷凝蒸发器D低温流体出口与压缩机A进口连接，形成了具 有中间压力调节功能的自复叠热泵循环闭合通道，循环非共沸工质在冷凝器内冷凝放热给 被叫热介质使其温度升高，在蒸发器内蒸发吸热使低温热源温度降低。制冷剂循环流程如下循环非共沸工作经制冷压缩机A压缩后为高温高压气体，在冷凝器B中部分冷凝 形成具有较小干度的气液两相制冷剂或者具有较小过冷度的液相制冷剂，再经过中间节流 元件Fl节流后获得较高干度的制冷剂并进入气液分离器C进行气液分离，其中富含低沸点 组分制冷剂流在冷凝蒸发器D中冷凝后经低温级节流阀F3节流后获得较低蒸发温度，富含 高沸点组分制冷剂流经高温级节流阀F2节流后与蒸发器出口富含低沸点组分制冷剂流混 合进入冷凝器蒸发器D低温侧蒸发吸热后直接进入压缩机A吸气口，最终完成制冷剂循环 流程。本实用新型的带中间节流元件自复叠热泵的中间节流元件Fl为一种自动控制装 置。由于在不同冷凝器出口状态下需要中间节流元件不同程度的节流实现对气液分离器C 进口制冷剂干度即系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量的调节，使冷凝蒸发器D两侧换 热匹配，最终实现系统性能优化(如实施例所描述)，这就需要该装置通过对冷凝器出口温 度和压力的测量获得实际冷凝器出口状态作为输入，经过装置内部控制器K输出合适脉冲 电压控制节流阀开度以获得与出口干度对应的最优中间压力。为了体现中间节流元件Fl 在对系统中富含高、低沸点制冷剂流量比调节的同时能够改善系统性能，需保证冷凝器出 口制冷剂状态随工况变化只在具有较小干度值或较小过冷度的一定范围内变化如冷凝器 出口干度较大，经中间节流元件Fl调节后气液分离器进口制冷剂干度会更大，不利于系统 性能的提高；如冷凝器出口干过冷度较大时，中间节流元件Fl节流后压力变化范围会受到 限制冷凝蒸发器换热温差限制，而且此时系统制热量有较大幅度减小，也不利于系统性能 的提高。所以在实际应用中需通过对冷凝器换热面积的设计以及对被加热水流量及温度的粗略调节使冷凝器出口制冷剂状态随工况变化在合适范围内变化。本实用新型通过中间节流元件Fl合理调节两股制冷剂质量流量比，其中富含低 沸点制冷剂流经冷凝蒸发器冷凝后在低温级节流阀F3节流后能够在较小系统压比下获得 较低蒸发温度，使系统具有较大工作温差。本实用新型在冷凝器出口制冷剂具有较小干度或较小过冷度条件下，利用中间节 流元件对进入气液分离器制冷剂干度即系统内富含高、低沸点制冷剂质量流量调节，消除 冷凝器出口干度变化对系统性能的负面影响，并起到性能优化的作用，使之具有适应性好、 结构简单、运行节能、工作温差大的特点。实施例参见图1，以非共沸制冷剂R134a/R123为系统循环工质，该工质对经制冷 压缩机A压缩后为高温高压气体，在冷凝器B中部分冷凝形成具有较小干度的气液两相制 冷剂或者具有较小过冷度的液相制冷剂，再经过中间节流元件Fl节流后获得较高干度的 制冷剂并进入气液分离器C进行气液分离，其中富含R134a的制冷剂流在冷凝蒸发器D中 冷凝后经低温级节流阀F3节流后获得较低蒸发温度，富含R123的制冷剂流经高温级节流 阀F2节流后与蒸发器出口富含低沸点组分制冷剂流混合进入冷凝器蒸发器D低温侧蒸发 吸热后直接进入压缩机A吸气口，最终完成制冷剂循环流程。在冷凝器出口制冷剂具有较 小干度或较小过冷度条件下，每一冷凝器出口状态都对应有某一最优中间节流程度即最优 中间压力以实现系统性能的优化和稳定，具体如下表所示
权利要求一种带中间节流元件的自复叠热泵，其特征在于包括压缩机(A)，压缩机(A)的排气口与冷凝器(B)的进气口连接，冷凝器(B)的出口与中间节流元件(F1)连接，中间节流元件(F1)的出口与气液分离器(C)的进口连接，气液分离器(C)的出液口与高温级节流阀(F2)连接，高温级节流阀(F2)的出口与蒸发器(E)的出口以及冷凝蒸发器(D)低温流体进口连接，气液分离器(C)的出气口与冷凝蒸发器(D)高温流体进口连接，冷凝蒸发器(D)高温流体出口与低温级节流阀(F3)进口连接，低温级节流阀(F3)出口与蒸发器(E)进口连接，冷凝蒸发器(D)低温流体出口与压缩机(A)进口连接形成了具有中间压力调节功能的自复叠热泵循环闭合通道。
专利摘要一种带有中间节流元件的自复叠热泵，该热泵采用单台压缩机、冷凝器、气液分离器、冷凝蒸发器、蒸发器、节流阀为部件，所用制冷剂为含有两种或两种以上组分的非共沸制冷剂；在原有自复叠热泵循环的基础上，增加了中间节流元件，在冷凝器出口制冷剂具有较小干度以及较小过冷度状态下可以通过调节中间节流程度合理分配系统中富含高、低沸点制冷剂质量流量比，消除工况变化引起的冷凝器出口状态变化对系统性能的负面影响并起到明显性能优化的作用。其具有适应性好、结构简单、运行节能、工作温差大的特点。
文档编号F25B1/00GK201757533SQ20102020930
公开日2011年3月9日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者张敏, 晏刚, 陶锴 申请人:西安交通大学